第二章 液压动力元件

济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日授课内容具体措施第二章液压动力元件本章重点l．容积式液压泵的工作原理、工作压力，排量和流量的概念；2．液压泵机械效率和容积效率的物理意义；3．齿轮泵、叶片泵及柱塞泵的工作原理、结构特点。本章难点1．液压泵的功率和效率及其计算方法；2．齿轮泵的困油现象、原因以及消除方法。3．外反馈限压式变量叶片泵的压力——流量特性曲线。2-1液压泵概述一、液压泵的作用、原理及特点1、作用：液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流。2、原理：泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，故一般称为容积式液压泵。如图2-1所示：原动机带动偏心轮1转动，使柱塞2在缸体3内往复运动，则密封腔容积a的体积周期性变化。当体积增大时，单向阀5打开，从油箱中吸油；当体积减小时，单向阀6打开，压力油进入系统中。济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日3、特点：①具有一个或若干个周期性变化的密封容腔。②具有配流装置，将吸、压油腔隔开③油箱内液体的绝对压力≥大气压。4、分类：①按排量是否可调分：定量泵和变量泵②按结构形式分：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵注意：①液压泵的吸油口压力一般低于大气压；②液压泵的压油口压力取决于外负载。③液压泵有泄漏液压泵的图形符号：a)单向定量泵b)单向变量泵c)双向定量泵d)双向变量泵图2-1液压泵工作原理图济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日二、液压泵主要性能参数1、压力①工作压力：液压泵实际工作的压力。大小取决于外负载。②额定压力：液压泵在正常工作的情况下，按实验标准规定连续运转的最高压力。③最高允许压力：在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值。2、排量和流量①排量V：液压泵每转一转排出的液体体积。（单位：rm/3）②理论流量tq：不考虑液压泵泄漏的情况下，单位时间内排出的液体体积。（单位：sm/3或min/L）Vnqt（n为主轴转速，单位：sr/）③实际流量q：理论流量减去泄漏量lq。④额定流量nq：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力下或额定转速下）必须保证的流量。3、功率的效率（1）液压泵的功率损失：容积损失和机械损失。容积损失：液压泵在流量上的损失。∴q＜tq容积效率：tltvqqqq1机械损失：液压泵在转矩上的损失。T＞tT机械效率：tltmTTTT11（2）液压泵的功率济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日①输入功率TP入②输出功率pqP出（3）液压泵的总效率mvTpqPP入出2-2齿轮泵齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵。优点：结构简单、工艺性好、价格低、自吸性能好；缺点：但流量脉动和困油现象严重、泄漏严重（故不宜做成高压泵）。齿轮泵一般做成定量泵,按结构不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。一、外啮合齿轮泵1、结构与原理：①结构组成：泵体，端盖，一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮。齿轮端面和端盖间间隙为0.005～0.04mm（0.04～0.06mm），径向间隙一般取0.13～0.16mm。为了防止压力油从泵体和端盖间泄漏，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开有封油卸荷槽，使渗入泵体和泵盖间的压力油被引入吸油腔。如图2-2所示：注：结合挂图和动态课件进行教学，给学生直观认识济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日1-轴承外环2-堵头3-滚子4-后泵盖5-键6-齿轮7-泵体8-前泵盖9-螺钉10-压环11-密封环12-主动轴13-键14-泄油孔15-从动轴16-泄油槽17-定位销②原理分析：密封容腔形成——齿轮的各个齿间槽、泵体内表面、前后泵盖围成；密封容积变化——轮齿脱离啮合,容积↑吸油，齿轮进入啮合,容积↓压油；吸压油腔隔开——两齿轮啮合线及泵盖。注：结合实物立体彩图讲解CB-B型齿轮泵！图2-2CB-B型齿轮泵结构图图2-3外啮合齿轮泵的工作原理图济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日原理如上图所示：假定上齿轮为主动轮逆时针转动，下齿轮为从动轮顺时针转动，则右侧轮齿逐渐脱离啮合，密封腔体积增大实现吸油；左侧轮齿逐渐进入啮合，密封腔体积减小实现压油。2、外啮合齿轮泵结构特点即影响齿轮泵工作性能的三大问题：（1）困油现象：重叠系数必须大于1，于是总是有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液被困在两对轮齿所形成的密封空间内。V由大变小时，油液受压发热；V有小变大时，造成局部真空，产生空穴现象。这些都使泵产生振动与噪声，甚至损坏。这就是齿轮泵的困油现象。消除办法：通常在两侧盖板上开困油卸荷槽，使V减小时与压油腔相通，V增大时与吸油腔相通。注：影响齿轮泵工作性能的三大问题（重点掌握）图2-4困油现象图2-5困油卸荷槽济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日（2）径向不平衡力齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图2-6所示，泵的下侧为吸油腔，上侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上，沿着齿顶的泄漏油，具有大小不等的压力，这就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高，这个不平衡力就越大，其结果不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形，造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。减小径向不平衡力的措施：①缩小压油口；②增大泵体内表面和齿顶间隙；③开压力平衡槽。（3）泄漏现象①通过齿轮啮合处的间隙，约占齿轮泵总泄漏量的5%；②通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙，约占齿轮泵总泄漏量的20%～25%；③通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙，约占齿轮泵总泄漏量的75%～80%；结论：齿轮泵由于存在泄漏严重和径向不平衡力的问题，因而限制了其图2-6齿轮泵的径向不平衡力济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日压力的提高。为使齿轮泵能在高压下工作，常采取的措施为：①减小径向不平衡力；②提高轴与轴承的刚度；③对泄漏量最大的端面间隙采用自动补偿装置。（4）齿轮泵的排量和流量计算排量：22VDhBzmB式中：D为齿轮分度圆直径，D=mz(cm)；h为有效齿高,h=2m(cm)；B为齿轮宽(cm)；m为齿轮模数(cm)；z为齿数。实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中的π常以3.33代替,则上式可写成：26.66VzmB流量：vvBnzmnVq266.6式中：n为驱动齿轮泵的原动机转速，v为齿轮泵的容积效率。注意：①在节圆直径D=mz一定时，增大模数，减少齿数可以增大泵的排量，所以齿轮泵的齿数一般较少，为避免因齿数少而产生根切，需对齿轮进行修正。②齿数愈少，泵脉动率愈大。（5）外啮合齿轮泵的优点①结构简单，制造方便，价格低廉；②结构紧凑，体积小，重量轻；③自吸性能好，对油污不敏感；④工作可靠，便于维护。（6）外啮合齿轮泵的缺点济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日①流量脉动大；②噪声大；③排量不可调。二、内啮合齿轮泵分为渐开线齿形内啮合齿轮泵和摆线齿形内啮合齿轮泵。1、渐开线齿形内啮合齿轮泵组成：小齿轮、内齿环、月牙形隔板等。工作原理：小齿轮带动内齿环同向旋转，左半部分轮齿退出啮合，形成真空吸油。右半部分轮齿进入啮合，容积减小，压油。月牙板同两齿轮将吸压油腔隔开。2、摆线齿形内啮合齿轮泵图2-8摆线齿轮泵（又称转子泵）图2-7渐开线齿形内啮合齿轮泵摆线齿轮泵（又称转子泵）济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日组成：内外转子相差一齿且有一偏心距工作原理：吸油——左半部分，轮齿脱离啮合，容积↑；压油——右半部分，轮齿进入啮合，容积↓。特点：结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声小流量脉动小。但齿形复杂，加工困难，价格昂贵。三、螺杆泵组成：一根主动螺杆——双头、右旋、凸螺杆两根从动螺杆——双头、左旋、凹螺杆原理：螺杆的啮合线把主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分割成许多相互隔离的密封工作腔。随着螺杆的旋转，这些密封腔从一端形成（体积增大，吸油），从另一端消失（体积减小，压油）。特点：结构简单，体积小，重量轻，运转平稳，噪声小，寿命长，流量均匀，自吸能力强，容积效率高，无困油现象；但螺杆齿形复杂，不易加工，精度难以保证。四、齿轮泵的常见故障、原因及排除常见故障有：噪声、压力波动、供油不足或不均等。产生原因及排除方法详见教材P42（了解小结：1．液压泵的基本工作原理和主要性能参数2．外啮合齿轮泵的工作原理及影响其工作性能的三大问题3．其他内容作为了解济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日§2-3叶片泵优点：结构紧凑、运动平稳、噪声小、流量均匀、寿命长。缺点：对油液污染敏感、结构较复杂一般工作压力为7mpa，高压叶片泵可达14mpa。被广泛应用于专业机床、自动线等中低压液压系统中。分类：单作用叶片泵（指转子每转吸、压油各一次）双作用叶片泵（指转子每转吸、压油各两次）一、单作用式叶片泵组成：定子、转子（定子与转子间有一偏心e）、叶片、配油盘、壳体、端盖等。1—转子2—定子3—叶片原理：定子、转子、每相邻叶片、配流盘之间形成一个个密封工作腔。如上图所示：转子逆时针转动，则右半周叶片从槽中伸出，密封腔体积V↑，吸油；左半周叶片从缩回槽中，密封腔体积V↓，压油。特点：①∵转子转一转，吸压油各一次。∴称单作用式②∵吸压油口各半，径向力不平衡。∴称非卸荷式图2-9单作用叶片泵工作原理济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日③改变定子和转子间的偏心距e，就可改变泵的排量；改变偏心距的方向，输油方向就变化，故单作用叶片泵可做成双向变量泵。④叶片的倾角：后倾，为了便于叶片顺利甩出。二、双作用叶片泵组成：定子、转子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。1—定子2—转子3—叶片原理：定子、转子和每相邻两叶片、配流盘之间形成一个个密封工作腔如上图所示：转子顺时针方向转动，则：右下、左上两部分，叶片伸出，密封腔体积V↑，吸油；左下、右上两部分，叶片缩回，密封腔体积V↓，压油。工作特点：①∵转子转一转，吸、压油各两次。∴称双作用式。②∵吸、压油口对称，径向力平衡。∴称卸荷式。③∵转子每转一周，密封腔体积变化大小不可改变。∴为定量泵，且流量脉动率在叶片数为4的整数倍、且大于8时最小。故双作用叶片泵的叶片数通常取为12或16注：结合实物立体彩图讲解YB1型双作用定量叶片泵！图2-10双作用叶片泵工作原理济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日结构特点：①定子内曲线：四段圆弧、四段过渡曲线——等加速等减速曲线或阿基米德螺线。②配油盘：三角槽（眉毛槽）——减少液压冲击、消振；封油区——保证吸、压油腔隔开。③叶片倾角：前倾（θ=13°）——避免叶片滑动困难或卡住。④端面间隙：间隙自动补偿措施——减少泄漏。三、限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的，分为外反馈式和内反馈式。以外反馈限压式变量叶片泵（如图2—11）为重点讲授内容。组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸。1—转子2—定子3—吸油窗口4—活塞5—螺钉6—活塞腔7—通道8—压油窗口9—调压弹簧10—调压螺钉工作原理：当pA＜0xks时，定子不动，0ee，maxqq；当pA=0xks时，定子即将移动，p=bp，即为临界压注：结合实物立体彩图讲解YBX型限压式变量叶片泵！图2-11外反馈限压式变量叶片泵济南铁道职业技术学院教案附页第页任课教师教研室主任年月日力；当pA＞0xks时，定子左移，e↓，q↓p——q特性曲线：当p＜Bp时，pA＜0xks定量泵当p＞Bp时，pA=)(0xxks变量泵调节过程：①调节螺钉4，可改变maxq，使AB段上下平移②调节螺钉3，可改变Bp，使BC段左右平移③更换弹簧，可改变弹簧刚度，使BC段斜率变化，k大，曲线平缓，k小，曲线较陡特点：减小了△P，减少了油液发热，简化了系统，但