液压与气压传动第三章4.17

第三章液压与气压传动动力元件学习内容1.液压泵的工作原理及性能参数6.气源装置4.柱塞泵2.齿轮泵3.叶片泵5.常用液压泵的性能由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液或气体的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压与气压系统的动力源。第一节、概述液压泵和气源装置是液压与气压传动系统中的能量转换元件。液压泵气源装置转换成液体压力能气体压力能p、q机械能液压泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的，容积变大时吸油，容积变小时排油。一、液压泵的工作原理至系统油箱1.凸轮，2.柱塞，3.弹簧，4.缸体，5.吸油阀，6.排油阀液压泵工作的必需条件：液压泵分类：定量泵变量泵按排量能否调节齿轮式叶片式柱塞式按结构形式螺杆式（1）必须有一个或多个周期性变化的封闭容积；（2）必须有配油机构，即封闭容积加大时吸油腔相通封闭容积减小时排出压油腔相通（3）吸、压油腔要互相隔开并具有良好密封性。单向定量泵单向变量泵双向定量泵双向变量泵液压泵的图形符号二、液压泵的性能参数液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等。2）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。超过此压力时过载。1）工作压力：指泵实际工作时输出的油液压力值。实际工作压力取决于相应外负载。1.压力3）最高允许压力：液压泵在短时间内允许超载使用的极限压力。4）吸入压力：液压泵的吸入口处压力。压力的常用单位：Pa、MPa4）额定流量：在额定转速和额定压力下泵输出的流量。nq2）理论流量：无内外泄漏时，单位时间内泵排出液体的体积。即。Vnqttq2、排量和流量1）排量V：是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值。排量常用单位为m3/r或mL/r。V5）瞬时流量：泵在某一瞬时的理论（几何）流量。niq3）实际流量：泵工作时实际输出的流量。qqqqt流量常用单位为m3/s或L/min。ttttnTTpqP23.功率1）理论功率：tPtqp—液压泵的压力和理论流量。式中：—液压泵的理论转矩(N.m)和转速(r/min)。tTnqp原动机T液压泵驱动输出液压能3）（实际）输出功率：oP2）(实际)输入功率：iPnTTPi2－泵实际输入扭矩T功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。TTt，tqqtiOPPP?tioPPPpqPo泵出口与进口压力差p4、效率3)总效率：是泵输出功率与输入功率之比。ppmpvittttiopPPqqnTpqqqnTpqPP22itttpmPPnTnTTT222)机械效率：泵所需要的理论转矩Tt与实际转矩T的比值称为机械效率。pmVnqqqqqqqqttttpv11pv1）容积效率：泵的实际流量与理论流量之比。泵泄漏系数—llkpkq各个参数和压力之间的关系例3.1某液压系统，泵的排量V＝10mL/r，电机转速n＝1200r/min，泵的输出压力p=5Mpa，泵容积效率ηpv＝0.92，总效率ηp＝0.84，求1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率；4）驱动电机功率。)(07.184.09.0kwPPpOi解：1）泵的理论流量12120010103Vnqt（L/min）)(9.06004.115kwpqPo3)泵的输出功率4）驱动电机功率2)泵的实际流量04.1192.012pvtqq（L/min）液压泵工作的必需条件：（1）必须有一个或多个周期性变化的封闭容积；（2）必须有配油机构，即封闭容积加大时吸油腔相通封闭容积减小时排出压油腔相通（3）吸、压油腔要互相隔开并具有良好密封性。齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要优点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性好、对油液污染不敏感、工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大、噪声大、排量不可调。齿轮泵分类：第二节齿轮泵外啮合内啮合按啮合形式一、外啮合齿轮泵的结构和工作原理泵体内相互啮合的主动齿轮2、从动齿轮3与两端盖及泵体1一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。（封闭工作容积形成）齿轮泵的工作原理1—泵体;2—主动齿轮;3—从动齿轮当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封腔容积不断增大，与油箱相同。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统。。（封闭工作容积变化）外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则二、齿轮泵的排量和流量由此得齿轮泵的输出流量为（实际）pVBnzmq2)5.7~66.6(BzmDhBV22实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此,在实际计算中用6.66~7.5来代替上式中2π值。BzmV2)5.7~66.6(若用、来表示最大、最小瞬时流量，表示平均流量，则流量脉动率为maxqminq0q上式是齿轮泵的平均流量。实际上，在齿轮啮合过程中，排量是转角的周期函数，因此瞬时流量是脉动的。脉动的大小用脉动率表示。%100minmaxqqqq齿轮泵的齿数越少，就越大q三、齿轮泵的结构特点（1）径向不平衡力在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。后果：a.力F使泵轴弯曲齿轮接触壳体产生摩擦。b.加速轴承磨损。解决方法：a.缩小压油口（减小高压油区范围，达到减少受高压油的齿数）b.在壳体上开压力平衡槽（引压力油到左边反推一下）c.适当增大径向间隙（齿轮顶与泵体），使齿轮与泵体不接触。减小径向不平衡力的措施（2）困油的现象齿轮泵的困油现象AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小困油现象轮齿间密封容积周期性的增大减小。•受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；•若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。端盖卸荷槽消除困油现象容积减小时与压油侧相通卸荷槽2coscosmPab容积增大时与吸油侧相通（3）泄漏及端面间隙的自动补偿齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙二是通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙——齿顶间隙一是通过齿轮啮合线处的间隙——齿侧间隙减小端面泄漏的措施：原理：引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。四内啮合齿轮泵特点：结构紧凑，效率高，且无困油现象。流量脉动小，噪声低。内齿轮较难加工，成本较外啮合齿轮泵高。结构形式：内啮合渐开线齿轮和摆线齿形齿轮在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。渐开线内啮合齿轮泵：主动小齿轮压油窗口吸油窗口月牙板从动内齿轮摆线内啮合齿轮泵主动小齿轮压油窗口吸油窗口从动内齿轮摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。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。互为啮合的三根螺杆，平行装在泵体内，并与泵体内腔弧面良好配合。螺杆啮合线将螺旋槽分割成多个密封工作腔。特点：无流量脉动，对油液污染不敏感。加工工艺复杂，精度要求高。五螺杆泵吸油口排油口其主要区别是定子内曲线的形状不同，定子曲线使泵轴转一圈吸压油的次数也不同。每转吸压油一次的称单作用叶片泵，吸压油两次的称双作用叶片泵。叶片泵按结构可分为：单作用叶片泵和双用叶片泵两大类。第三节叶片泵1、工作原理双作用叶片泵的定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，且定子和转子是同心的。图3.15双作用叶片泵工作原理1—定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。泵的排量为:BrRV)(222式中：R—定子长半径；r—定子短半径；B—转子厚度。平均流量为：vpBnrRq)(2222.双作用叶片泵的排量和流量V2ZVVV212（不考虑叶片厚度影响）考虑叶片厚度影响后，双作用叶片泵精确流量计算公式为：vpBnbzrRrRq]cos)(2)(2[22（2.23）由于存在制造工艺误差，定子大小圆弧不同心，造成了少量流量脉动。实践证明叶片数4的整数倍时，流量脉动最小，通常取叶片数为12或16片。定子工作曲线由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧及四段过渡曲线组成。定子过渡曲线采用阿基米德螺线或等加速-等减速曲线，可以有效保证叶片在转子径向槽中滑动速度和加速度变化均匀，3.双作用式叶片泵的结构特点（1）定子工作表面曲线减小叶片与定子内表面的冲击，防止叶片脱空。配流盘的作用是给泵进行配油。为了保证配流盘的吸、压油口在工作中能隔开，就必须使配流盘上封油区夹角ε(即吸油窗口和压油窗口之间的夹角)大于或等于两个相邻叶片间的夹角，即：a)封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角。b)叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上。c)在配油盘上开三角槽消除困油现象。Z2)((2)配流盘压力角：定子对叶片的法向反力FN与叶片运动方向的夹角。(3)叶片倾角倾角：叶片与转子径向半径的夹角。将叶片顺着转子转动方向前倾一个角度，这样就可以减小侧向分力FT，使叶片在槽中移动灵活，并可减少磨损。液压泵的叶片倾角一般取为10°～14°。1工作原理图3.25为单作用叶片泵的工作原理。泵由转2、定子3、叶片4和配流盘等件组成。图3.25单作用叶片泵工作原理1—压油口;2—转子;3—定子;4—叶片;5—吸油口压油窗口吸油窗口压油口吸油口二、单作用叶片泵2.单作用叶片泵的结构特点（1）存在困油现象配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角，而单作用叶片泵的定子不存在与转子同心的圆弧段，因此，当上述被封闭的容腔发生变化时，会产生与齿轮泵相类似的困油现象。通常，通过配流盘排油窗口边缘开三角卸荷槽的方法来消除困油现象。（2）转子承受径向液压力单作用叶片泵转子上的径向液压力不平衡，轴承负荷较大。这使泵的工作压力和排量的提高均受到限制。（3）叶片沿旋转方向向后倾斜由于叶片底部分别通吸、压油，叶片顶、底受力平衡，故叶片向外运动主要靠旋转时的惯性力与离心力等的合力，其合力方向与转子径向存在夹角，应尽量与转子中叶片槽方向一致，为此叶片槽应向后倾20°-30°。222222111111ββ图3-27单作用叶片泵流量计算3.排量和流量计算∵单作用叶片泵定、转子偏心安装。∴改变转子和定子的偏心距，其容积变化不均匀，故有流量脉动，叶片应取奇数，一般为13到15。改变偏心距即可改变排量，故可做变量泵。ZVVV21BdeDV222221BdeDV222222DBeV2pvDBenq2变量叶片泵的分类手动改变偏心方式限压式自动恒压式恒流量式1.限压式变量叶片泵的工作原理和