概述-泵和马达

1首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达本章提要本章主要内容为：①液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。②齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。③高速液压马达及低速大扭矩马达。通过本章的学习，要求掌握这几种泵和马达的工作原理（泵是如何吸油、压油和配流的，马达怎样产生转速、转矩）、结构特点、及主要性能特点；了解不同类型的泵马达之间的性能差异及适用范围，为日后正确选用奠定基础。2首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达Tω泵的输入参量转矩T角速度ω泵的符号泵pq输出参量流量q压力pTω输出参量转矩T角速度ω马达的符号马达pq马达的输入参量流量q压力p3首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达第一节概述液压泵是一种将机械能转换为液压能的能量转换装置。一.液压泵的工作原理1、工作过程2、工作的两个必要条件：•必须有“能形成容积变化的密封工作空间”；•必须有与密封工作空间容积变化相协调的变量机构。构成液压泵的基本条件：①具有密封性好的工作腔；4首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达②密封工作腔容积大小交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通；③吸、压油腔的转换必须有一个过渡。二、液压泵的分类泵齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵外啮合（低压、中压、高压）内啮合单作用双作用定量定量变量单级双级双联结构性能径向轴向斜盘式斜轴式点接触式滑靴式单铰、双铰、无铰式定量变量单向、双向5首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达三、液压马达的分类：按排量能否调节分为：定量马达、变量马达；按结构形式可分为：齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式；按工作特性分高速马达:ns500r/min低速马达:ns500r/min四、液压泵的主要性能参数1.液压泵的压力工作压力：液压泵实际工作时的输出压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。6首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达最高允许压力：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.液压泵的排量、流量排量V：在无泄漏条件下，液压泵每转一周所能排出液体的体积。其大小仅与泵几何尺寸有关。排量可调节的泵称变量泵；为常数的称定量泵。理论流量qt:在不考虑泄漏情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值。其大小与排量V、主轴转速n有关，即：qt=Vn实际流量q：在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积。由于泵出口压力不等于0，考虑泄漏系数，它等于理论流量减去泄漏流量。额定流量qs：正常工作条件下，按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。7首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达3.功率和效率1)液压泵的功率输入功率：指作用在液压泵主轴上的机械功率Ni。nTNi2输出功率：液压泵输出的液压功率No。pqNo如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输入功率等于输出功率，即是它们的理论功率：nTTpVnPt2液压泵的理论转矩液压泵的角速度液压泵的转速8首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达2）功率损失液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分。①容积损失：即液压泵的流量损失。其大小用容积效率表示：ttttqqqqqqqV1某一工作压力下液压泵的流量损失，即泄漏量VnpkqpkVtkpkq111111泄漏系数。有：泵的输出压力越大，泄漏系数越大，泵的排量越小，转速越低，容积效率就越小。9首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达泄漏量：②机械损失：机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的机械损失用机械效率表示。设转矩损失为ΔT，则液压泵的机械效率：ηm=Tt/T=Tt/(Tt+ΔT)3)总效率：液压泵的输出功率/输入功率。或容积效率*机械效率。即：mV//TpqPPio4、转速：额定转速：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高转速。实际转速：泵实际工作时的转速。最高转速：在额定压力的下，超过额定转速，允许液压泵短暂运行的最高转速。10首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达最低转速：液压泵正常运转允许的最低转速。五、液压马达的性能参数1.工作压力和额定压力工作压力：马达实际工作时的压力。额定压力：马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。2.排量和理论流量排量：没有泄漏的情况下，马达轴转一周所需输入的油液体积V。理论流量qMt：在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入油液的流量。实际流量qM：马达入口处的流量。qM=qMt+Δq3.效率和功率容积效率：ηMv=qMt/qM11首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达机械效率：由于摩擦损失，液压马达的实际输出转矩TM一定小于理论转矩TMt。机械效率为ηMm=TM/TMt总效率：η=ηMv*ηMm输入功率NMi：NMi=ΔpqM输出功率NMo：NMo=TΩ=2πnTM式中：Δp-马达进、出口的压力差；Ω,n-马达的角速度和转速。4.转矩和转速液压马达能产生的理论转矩TMt为：TMt=ΔpV/2π12首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达液压马达的实际输入流量为qM时，马达转速为：n=qMηMv/V5.液压马达的起动性能起动转矩：马达由静止状态起动时，其轴所能输出的转矩。（TMqTM,ηMm越低，TMq越小）液压马达输出的实际转矩T为：TM=ΔpVηMm/2π若需起动性能好，则ηm0、TMq应大一些。起动机械效率：ηm0=TMq/TMt13首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达6、最高转速和最低转速r/min齿轮式叶片式轴向柱塞径向柱塞最高转速1500--30001500--20001000--2000500最低转速200--30050--10030--500.1--3最高转速的限制原因（nmax越大越好）使用寿命的限制：n机械效率的限制：n某些马达受背压的限制：脱空、撞击背压ηn寿命磨损q水力损失ηm14首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达最低稳定转速（nmin越小越好）在额定载荷下，不出现爬行现象的最低转速。产生爬行现象的原因：摩擦力的大小不稳定；（Δp、μ、v、结构、加工装配质量等）马达理论转矩的不均匀性；泄漏量大小不稳定。六、液压泵和液压马达的特性曲线液压泵的性能曲线是在一定的介质、转速和温度下，通过试验得出的。它表示液压泵的工作压力与容积效率ηV（或实际流量）、总效率η和输入功率之间的关系。15首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达液压泵的特性曲线液压马达的特性曲线16首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵和液压马达3、有一液压马达，其平均输出扭矩T=24.5Nm，工作压力p=5MPa，最小转速nmin=2r/min，最大转速nmax=300r/min，容积效率ηv=0.9，求所需的最小流量和最大流量为多少？（m3/s）（1.1×10-6；170×10-6）习题：1、液压泵能正常工作的条件有哪些？试分析之。2、有一液压泵，当负载压力为p＝80×105Pa时，输出流量为96l/min，而负载压力为100×105Pa时，输出流量为94l/min。用此泵带动一排量V=80cm3/r的液压马达，当负载扭矩为120Ｎｍ时，液压马达机械效率为0.94，其转速为1100r/min。求此时液压马达的容积效率。（%）（93.6）17首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵第二节齿轮液压泵齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般做成定量泵。外啮合齿轮泵的优点：结构简单、尺寸小、制造方便、价格低廉、自吸性能好、工作可靠、对油液污染不敏感、维护方便。外啮合齿轮泵的工作参数：q=2.5—750L/min;p=1—22MPa;n=1300—4000r/minη=0.78—0.92;ηv=0.88—0.96外啮合齿轮泵的缺点：流量脉动大、压力脉动大－噪声大。18首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵一、齿轮泵的工作原理1、结构简介：分离三片式结构：2个泵端盖、泵体、一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮。密封工作腔：齿轮各齿间槽与两端盖和泵体组成许多密封工作腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。吸油压油容积变化：右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，轮齿退出齿间，使密封容积增大；左侧（压油腔）轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小19首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵2、工作原理齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油。二、齿轮泵的困油现象1、困油现象：由于闭死容积大小的变化，造成液体压力的急剧升高或降低的现象。20首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵2、齿轮泵的困油现象为了使齿轮泵运转平稳并能连续供油，就要求齿轮啮合的重叠系数ε大于1。3、危害：压力急剧上升，轴承上突然受到很大的冲击载荷，泵剧烈振动，高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，油液发热等。21首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵当封闭容积增大时，由于没有油液补充，形成局部真空，产生气泡，引起噪声、气蚀等一系列恶果。总之，极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。4、卸荷措施：开困油卸荷槽原则：在保证吸压油腔互不相通的条件下，使闭死容积与吸或压油腔相通。卸荷槽的形状：矩形、圆形、异型等。卸荷槽的型式：双槽式对称式非对称式（不能逆转）单槽式22首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵注:两槽距离必须严格控制三、径向不平衡力㈠、问题的提出：23首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵1、从动轮轴承的早期磨损2、泵体低压侧内表面磨损液压力pDBP)8.0~7.0(1啮合力cos2RTP式中：D—顶园直径；B—齿宽；T—平均扭矩；R—节园半径；α—啮合角分析可知：P’远大于P，导致从动轮轴承的早期磨损。结论：轴承寿命定义为齿轮泵的使用寿命。㈡、径向力卸荷的几种方法1、力平衡法24首页上页下页末页结束机械与材料学院©20102020年1月19日8时30分液压泵⑴平衡槽⑵缩短间隙密封区⑶过渡区连通2、减小高压腔尺寸吸油口径〉压油口径四、齿轮泵轴向间隙的自动补偿㈠、漏损分析由压差引起的漏损包括三个部分：轴向间隙泄漏（75~80）%径向间隙泄漏（15~20