第2章 液压传动动力元件

第二章液压传动动力元件•第一节概述•第二节齿轮泵•第三节叶片式液压泵•第四节柱塞泵本章主要介绍液压系统四大类液压元件中的动力元件——液压泵,本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。•1.液压泵的工作原理，液压泵的主要性能参数：压力、流量、转速|转矩、功率、容积效率、机械效率、总效率；•2.齿轮泵的工作原理•3.限压式变量叶片泵的工作原理；；•4.直轴式轴向柱塞泵的工作原理•5.液压泵的选用。第一节概述液压泵：是液压系统中的能量转换装置，是将机械能转换为液体的压力能的动力元件。一、工作原理和分类㈠液压泵的工作原理：图3-1是一个简单的单柱塞液压泵的工作原理图。特点：这种利用密封工作容积的变化进行吸油和压油的泵称为容积式泵，液压泵都是容积式的。特点：这种利用密封工作容积的变化进行吸油和压油的泵称为容积式泵，液压泵都是容积式的。液压泵的图形符号液压泵的特点•1若干密封周期变化空间•2油箱绝对压力恒大于或等于大气压•3配油装置•4压力与泵的流量无关•5流量与排油压力无关•6分类定量与变量齿轮\叶片\柱塞泵二、液压泵的主要性能参数•1.压力•（1）工作压力•（2）额定压力•（3）最大压力2.排量、流量和容积效率•（1）排量(V)•（2）流量(q)(理论\实际\额定)•（3）容积效率ηpV在一定范围内，泄漏量Δq与负载压力p成正比，泵的容积效率则随负载压力增加而线性的下降，见图3-2aηηηη（）ρηηη（）图3-2液压泵的性能曲线⒊功率、机械效率和总效率•（1）功率：泵的理论输出功率为•和泵的理论输入功率为•即•泵的实际输出功率为•驱动泵的功率为•式中Δp—泵的进出口压差（Pa）•Tt—驱动泵所需的理论转矩（N•m）tiqpPoiPP2pVTtnTpqtt2qpPonTPi2TnPi2T-驱动泵所需的实际输入转矩（N•m）ΔT——泵的摩擦损失转矩（2）机械效率驱动泵所需的理论转矩Tt与驱动泵的实际输入转矩T之比。TTTTtmp1TTTt3）总效率泵的总效率应为泵的输出功率Δpq与驱动泵的功率2πTn之比泵的总功率随负载压力p变化曲线见图3-2b。在使用压力较低时，总效率很低，这是因为泵在轻载时机械摩擦损失所占比重较大，其机械效率很低之故。Tnpqp2pmVpp驱动泵的电动机功率可按下式计算(W)q—泵的实际流量（m3/s）;ηp—泵的总效率。⒋转速（1）液压泵的额定转速即在额定压力下能连续长时间正常运转的最大转速。（2）液压泵的最高转速在额定压力下，超过额定转速所允许的短暂运行转速称为最高转速。（3）液压泵的最低转速液压泵正常运转时所允许的转速最低值，称为最低转速。pipqP第二节齿轮泵齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、自吸性能好以及对油液污染不敏感、维护方便等优点，因而广泛的应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流量和压力的脉动较大，噪音大，排量不可改变，效率较低，随着结构技术的发展，噪音有了很大的降低，效率和寿命都有很大的提高。一、工作原理（3-3）吸油压油图3-3齿轮泵的工作原理二、齿轮泵的排量和流量1.排量齿轮泵的排量是其两个齿轮的齿间槽容积之总和。如果近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积，则齿轮泵的排量V为(m3/r)式中D—齿轮的节圆直径（m），h—齿轮的有效工作高度（m），b—齿宽（m）；z—齿数；m—齿轮模数（m）。bZmDhbV22实际上，齿间的容积比轮齿的体积稍大，因此，在修正系数3.33～3.5代替π值，齿数少取大值。V=（6.66～7.00）Zm2B2.流量齿轮泵实际流量q为式中n——齿轮泵的转速（r/s）npV——齿轮泵的容积效率。pVpVBnZmVnq2)766.6(三、结构中的几个问题•（一）泄漏泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因素。外啮合齿轮泵中存在三个可能产生泄漏部位（指内泄漏）：•一是端面泄漏，通过齿轮端面与端盖配合处；二是径向间隙泄漏，通过齿轮外圆与泵体配合处；三是齿啮合处泄漏，通过两个齿轮的啮合处（因有齿向误差，齿轮的全部宽度不可能都齿合）(二）液压径向力不平衡（齿轮泵工作时，齿轮圆周上所受有压力是不同的，压力分布状况如图3-4所示。图3-4齿轮泵的齿轮受力图1212主动112齿轮泵的径向不平衡力齿顶和泵体内表面间有径向间隙，所以齿轮外圆上油液的压力是逐步降低的。不平衡液压力作用在齿轮上，使轴承受到径向负载。径向液压力可按下述近似公式计算：式中Da--齿顶圆直径B--齿轮宽度Δp--进出口压差减小径向不平衡力⑴采取缩小压油口的办法；⑵开压力平衡槽等apBDF)85.0~7.0(图3-5齿轮泵的困油现象主动主动主动a)b)c)如图3-5所示消除困油现象方法：通常在两端盖板上开一对矩形卸荷槽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-泻油孔15-从动轴16-泻油槽17-定位销高压齿轮泵端面间隙补偿装置示意图内啮合齿轮泵螺杆泵第三节叶片式(vane)液压泵叶片泵具有运转平稳，噪音小，流量均匀性好，容积效率较高等优点，在机床液压系统中获得广泛的应用，其缺点是它吸油条件苛刻，工作转速必须有600～1500r/min之间，对液压油的污染比较敏感，结构较复杂。叶片泵有两类：双作用和单作用叶片泵。双作用泵是定量泵，单作用泵则往往做成变量泵。至于液压马达则只有双作用式。一、单作用式叶片泵（一）工作原理（图3-6)图3-6单作用叶片泵的工作原理（二）流量计算(一)单作用式叶片泵从图3-7所示，每个密封工作空间一次排油量应是其最大容积与最小容积之差。222222111111ββ图3-7单作用叶片泵流量计算泵的排量ZBAAV)(21实际流量式中D—定子内表面直径，D=2r;r—转子半径;])[(21221reRA])[(21222reRAZDeAA2Re221DeBV2pVBpVBDeBnVnq2β—两叶片夹角，;e—偏心距;B—叶片宽度;z—叶片数;n—叶片泵转速;npV—叶片泵容积效率。若考虑叶片所占体积的影响时，则排量为Z2]cos[2ZDeBV（三）单作用叶片的倾角图3-8叶片上的受力情况13212ω二、双作用式叶片泵（一）工作原理（图3-9）式中δ—叶片厚度；θ—叶片相当于转子径向倾角（二）流量计算由图3-10可见，当不考虑叶片所占体积时，双作用式叶片泵的排量为减去叶片所占体积则实际流量BrRV)(222ZBrRqcos2]cos)()[(2ZrRrRBVpVpvnZrRrRBVnq]cos)()[(2式中R—定子内表面长圆弧半径;r—定子内表面短圆弧半径;图3-10双作用叶片泵的流量计算120031221（三）双作用叶片泵的倾角αθβ图3-11双作用叶片油泵的倾斜角叶片的倾角配油盘减小叶片作用面积的高压叶片双级叶片泵的工作原理叶片液压力平衡叶片轴向柱塞泵工作原理直轴式轴向柱塞泵结构三、变量叶片泵变量叶片泵是在单作用式叶片泵的基础上加一套变量机构而成。变量原理是改变偏心距的大小和方向来实现。根据偏心改变的形式不同，有手动调节方式，限压式和稳流量式等几种。下面介绍限压式变量叶片泵的结构原理。（一）限压式变量叶片泵的工作原理限压式变量叶片泵在液压系统达到限定的压力后，可自动减少泵的供油量，从而减小功率损失，提高液压系统的效率。限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种。图3-12是一种外反馈限压式（或称压力补偿控制）变量叶片泵的工作原理图。Fs12345A6FfFfo1oxee0pq图3-12外反馈限压式变量泵工作原理设液压力作用在定子上的有效面积为Ａ，流量调节螺钉调定后所对应的偏心距为e0，对应的弹簧初始压缩量为x0,弹簧的弹性系数为Ks，有pb就是泵所调定的限定压力，当工作压力p≤pb时，pA≤Ksx0当p＞pbpA＞ksx0；e=e0–x；ksAppkxkpAxbsos)()(0xxkpAse=e0从式可知，p越大则e越小，当p增大至最大时，e=0。限压式变量叶片泵的特性曲线如图3-13所示。TbokAppee)()(bpp图3-13第四节柱塞泵柱塞泵与齿轮式和叶片式的相比较,具有压力高、容积效率高、流量容易调节的特点,故适用于高压大功率的液压系统中。按其柱塞排列的不同为轴向柱塞式和径向柱塞式。一、轴向柱塞泵（一）轴向柱塞泵的工作原理（图3-14）12345δ-图3-14轴向柱塞泵的工作原理（二）轴向柱塞泵的结构（图3-15）图3-15滑靴结构（三）流量计算斜盘式轴向柱塞泵的排量V式中z—柱塞数;d—柱塞直径;h—柱塞行程；D—柱塞中心分布圆直径;r—斜盘倾角。实际流量ZDtgdhZdV224141pVpVnZDtgdVnq241式中n—泵的转速npV—泵的容积效率。（三）轴向柱塞泵的变量轴向柱塞式液压泵只要改变斜盘（缸体）的斜角γ就可以实现变量，其变量方式也较多。1.手动变量2.液控变量3.压力补偿式变量二、径向柱塞泵的工作原理（图3-16）图3-16径向柱塞泵的工作原理