第三章液压泵和液压马达

第三章液压泵和液压马达3.1概念一．液压泵和液压马达的工作原理单作用柱塞泵为例原理：液压泵是靠密封油圈容积的变化来进行工作的，所以称为容积式泵。泵的输油量取决于密封工作油腔的数目以及容积变化的大小和频率。二．液压泵和液压马达的分类内齿轮泵外螺杆泵定量泵定量叶片泵定量径向柱塞泵泵定量轴向柱塞泵变量叶片泵变量泵变量径向柱塞泵变量轴向柱塞泵齿轮定量螺杆叶片，径向，轴向高速叶片变量径向马达轴向径向柱塞式轴向柱塞式低速叶片马达摆线马达三．液压泵和液压马达的基本性能要求性能要求：（1）结构简单、紧凑、体积小、重量轻、维护方便、价格低廉、使用寿命长（2）摩擦损失小、泄漏小、发热小、效率高（3）对油污染不敏感（4）自吸能力强（5）输出流量脉动小、运转平稳、噪声小主要向性能参数：1.工作压力和额定压力额定压力：在正常条件下按试验标准规定能连续运转的最高压力。低压中压中高压高压超高压5.22.5~88~1616~32〉32aMp2.液压泵和液压马达的排量和流量排量vtq=vn理论流量tq泵tltlq=q-q=q-kp实际流量q马达tltlq=q+q=q+kp其中：lk—泄漏系数或流量损失系数3.液压泵和液压马达的功率和效率理论功率：泵ttPpqpvn马达2tttPTnT其中：tT—理论转矩—角速度容积效率：泵：1lvttqq=qq马达：1tlvqq=qq机械效率：泵：1tlmlTT=TTT转矩损失马达：1lmttTT=TTT实际转矩输入功率：泵：2ipTnT马达：iP=pq输出功率：泵：qpPo马达：2opnT总效率：泵：222otvtvmvmitmtppqpqpqpnTnTnT马达：222otmtvmvmitvtpnTnTnTppqpqpq其中：21ttnTpq马达输出转矩：2nTpq12222tvmmpqpqpvnTpvnnn3.2齿轮泵一．齿轮泵的工作原理二．齿轮泵的流量排量v流量q排量：22vDhbzmb通常取：26.66vzmb实际流量：26.66vvQqnzmbn流量脉动：maxminQQQmaxQ——最大瞬时流量minQ——最小瞬时流量Q——平均流量三．低压齿轮泵的结构特点1固油现象清除办法：开卸荷槽2泄漏问题泄漏量大○1齿顶○2端面○3啮合处容积效率低措施：○1浮性侧板○2浮动轴套使轴向间隙自动补偿3径向液压不平衡措施：○1减小压油口的尺寸○2开压力平衡槽四齿轮泵的优缺点及应用优点：结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强，对油液污染不敏感。缺点：容积效率较低，流量脉动和压力脉动大，噪声大，零件磨损后不易修复，互换性差。应用：（1）低压：机床液压系统，补油润滑、冷却装置以及液压系统中的控制油源。（2）中高压：主要用于工程机械、农业机械、轧钢设备、航空技术等。五内啮合齿轮泵渐开线齿轮泵、摆线齿轮泵（转子泵）两种。3-3叶片泵一．双作用叶片泵1．双作用叶片泵的工作原理由转子、定子、叶片、配流盘、泵体等组成。径向载荷平衡——卸荷式叶片泵2．双作用叶片泵的结构特点（1）定子曲线两段长半径R圆弧、两段外径r圆弧、四段过渡曲线变加速曲线222r（R-r）02（1）变减速曲线2rR24（R-r）（-）22（2）——曲线的极径——过渡曲线的中心角——极径的坐标极角R、r——长、外半径设有角速度：t代入（1）后求导得：2dp4R-rv==qdt（）（径向速度）2222dp4R-ra===costdt（）（径向加速度）代入（2）后得：24-4-dpRrRrvqdt（）（）2222d4R-ra===costdt（）由此可导出：叶片径向速度是均匀变化的，不会产生刚性冲击，但在过渡曲线中点C处，径向加速度仍有突变。由于为有限值，故只产生柔性冲击。（2）叶片倾角叶片在转子槽中的安装并不是沿半径方向，而是将叶片顶部朝转子旋转方向向前倾斜了一个角度。压力角——定子内表面给叶片的作用力沿内表面的法线方向，该力与叶片移动方向的夹角为压力角前倾的目的是为了减小压力角，一般13。（3）配流盘的三角槽减小流量和压力脉动、降低躁声。3．双作用叶片泵的流量排量222qR-rb（）（忽略叶片厚度的影响）22vvQ=qnh=2pR-rbn（）如考虑叶片厚度22cos2RrqR-rbbsz2（）s—叶片厚度z—叶片数目—叶片倾角2[]22vR-rQbnR-rsz（）-cos（如果在叶片根部，在吸油区与吸油腔相连，在压油区与压油腔相连，则叶片厚度对流量没有影响。）4．高压叶片泵的结构特点要提高叶片泵的压力，则必须减小吸油区叶片对定子表面的压紧力，减小定子曲线的磨损。措施：（1）双叶片结构梯形叶片结构（2）子母叶片结构二单作用叶片泵1．单作用叶片泵的工作原理由转子、定子、叶片、配流盘、泵体等组成。转子与定子不同心，存在一个偏心量e，改变e可改变共排量，故可作成变量泵。径向压力不平衡——非卸荷式叶片泵2．单作用叶片泵的排量和流量12222DdDdbV=p[e]b=[e]22222z（）-（）（）（）22222DdDdbV=p[e]b=[e]22222z（）（）（）（）2z排量：12qVV（）z=2beD所以：vvQ=qn2beDn改变偏心距e，即可改变流量Q。由于偏心安置，其容积变化是不均匀的，故有流量脉动。叶片数为素数时，流量脉动率较小，一般z=13或15。3．单作用叶片泵的结构要点（1）为了调节泵的输出流量需要移动定子位置，以改变偏心距e。（2）径向液压作用力不平衡，故限制了工作压力的提高。单作用叶片泵的额定压力不超过7MPa。（3）存在困油现象。通常在配流盘排油窗口边缘开三角形卸荷槽。（4）叶片后倾。通常后倾角为24，因为单作用叶片泵在吸油区叶片根部不通压力油。为使叶片在吸油区能在离心力的作用下顺利甩出——后倾安放。e较小，故压力角不大，不会卡死。三外反馈限压式变量叶片泵1．工作原理泵的流量可根据共出口压力的大小自动调节。当xspAF时，弹簧把定子推向最右端，此时，偏心距为最大maxe，流量最大，当xspAF时,反馈力将克服弹簧的预紧力把定子向左推移，xe减小，流量也相应的减小，压力愈高，xe愈小，输出流量亦愈小。当泵的偏心距减小后，所产生的流量只够用来补偿泄漏时，泵的输出为零。这是，不管负载再怎样增大，泵的出口压力不会再升高，即泵的最大输出功率是受限制的，故称为限压式变量泵。2．限压式变量泵的优缺点和应用缺点：○1结构复杂、尺寸大、相对运动的机件多○2径向压力不平衡，存在固油现象，故容积效率低，压力脉动和噪声大，工作压力的提高受限制。6.3aMp优点：流量可随负载的大小自动调节，故功率损失小，可节省能源，减小发热应用：适合驱动快速推力小，慢速推力大的工作机构。如：组合机床动力滑台快进—进—快退3．限压式变量叶片泵的流量—压力特性pkekqlxQqk——单位偏心距新产生的理论流量2QkDbnlk——泄漏系数xe——转子与定子间的偏心距当sxFpA时，maxeex故pkekQlQmax（1）当sxFpA时，弹簧附加压缩量xeexmaxmax()xfSsxpAFFkeefF——滑块支撑处的摩擦力。如令定子内壁承受液压的投影面积为yA，摩擦系数f，则fpAFyfsk——弹簧刚度max1()xxysseepApAfFkmaxmax1[()]()()qxyslsQQslssxyssQQkepApAfFkpkkkkkFkeAAfpkkk（2）方程1、2联立解得：sCzyFpAAfmaxmaxssslxyQFkepkkAAfk由上式可得出：1)调节sF，可调节maxppc，使BC段曲线左右平移2)若更换弹簧，sk改变，可改变BC段斜率，sk值上升使BC段缓和maxp值增大，sk值减小使BC段陡峭maxp值减小3)调节maxe可改变maxQ使AB段上下平移，但BC段斜率不变，故cp的位置可发生变化。maxe值减小使cp值增大，maxe值减小使sF值增大、cp值增大4)叶片泵的使用要点○1转速必须符合产品规定。太低，叶片不能压紧定子表面；太高则会造成吸空现象。粘度要合适。○2注意过滤○3叶片有安装倾角，故不能反转3.4柱塞泵一．径向柱塞泵1．工作原理由定子、转子、配流轴、衬套、柱塞等组成。2.流量计算22VVQqndezne——偏心距，Z——柱塞数，一般为奇数时流量脉动小3．结构特点；（1）径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差。（2）配流轴受到径向不平衡液压力的作用。易于磨损，因而限制了工作压力的提高。（3）移动定子改变偏心距e，可改变流量的大小。当e从正值变为负值时，则吸、压油腔互换，因此可作为单向或双向变量泵。（4）存在困油现象。二．轴向柱塞泵1．工作原理由斜盘、柱塞、转子、配油盘等组成。2．流量计算排量：24qdDztg24VVQqndDzntg由于柱塞轴向移动速度是变化的，所以流量是脉动的。当缸体转角t柱塞的轴向位移量x1cos2Dxwttgsin2dxDVwtgwtdt单个柱塞的瞬时流量22sin48zQdVdDwtgwt所以泵的瞬时流量00211218zzpziiQQdDwtgwtizz为偶数时02zzz为奇数时012zz0wtz012zz2wtzz因此可知，柱塞泵的瞬时流量是脉动的。实验证明，当z为奇数时，流量脉动率较小，常取z=7或9。3．结构要点（1）缸体端面间隙自动补偿——靠弹簧和液压力。（2）滑履结构柱塞和滑履为球面接触，滑履与斜盘为平面接触，改善受力状态。（3）变量机构改变斜盘倾角以改变其排量——变热泵。3-5轴向柱塞式液压马达一．工作原理组成：斜盘、柱塞、缸体、传动轴、配流盘等。斜盘倾角24xFdp24yxFFtgdptgyF使处于压油区的每个柱塞都对转子中心产生一个转矩，这些转矩的总和使缸体带动液压马达输出轴作逆时针方向旋转。若进出油口改变，则液压马达反转。二．液压马达的转速和输出转距排量：24qdDztg转速：24VVQQnqdzDtgD——柱塞分布圆直径z——柱塞数Q——实际流量转距：21128mmTpqdzDptgp——马达的工作压力（实际应为进出口压差）m——机械效率实际上，液压马达的输出转矩是脉动的。因为垂直分力yF所产生的使缸体旋转的转矩与柱塞在高压区所产生处的位置有关，瞬时输出转矩T随柱塞转角的变化而变化，其脉动情况与轴向柱塞泵的流量脉动一样。三．ZM型轴向点接触式轴向柱塞式液压马达的结构特点（1）转子分成两半，鼓轮与缸体。目的：使缸体不传递转矩，柱塞受纯轴向力，从而可减少缸孔内表面的磨损。转矩由鼓轮传递。（2）缸体与轴之间的配合面很窄，在弹簧和压力油的作用下，能使缸体表面与配流盘表面很好地贴合，提高其密封性，且能自动补偿磨损。（3）斜盘由推力轴承支承。目的①减少推杆端部与斜盘表面的磨损。②提高液压马达的机械效率。（4）斜盘倾角固定不变，故为定量马达。液压马达的转速由输入流量Q来调节。思考题和习题3-1、3-2、3-3、3-6。