液压动力元件

第2章液压动力元件2.1液压泵与液压马达概述2.1.1液压泵的工作原理2.1.2液压泵的分类2.1.3液压泵的主要性能参数2.2齿轮泵2.2.1齿轮泵工作原理2.2.2外啮合齿轮泵的排量和流量2.2.3KCB型齿轮油泵2.2.4齿轮泵存在问题2.3叶片泵2.3.1单作用叶片泵2.3.2双作用叶片泵第2章液压泵与液压马达2.4柱塞泵2.4.1径向柱塞泵2.4.2轴向柱塞泵2.5液压泵的类型选用2.6液压泵常见故障及排除方法2.6.1液压泵的安装要求2.6.2液压泵的使用注意事项2.6.3液压泵故障分析及排除2.1概述液压泵在液压系统中都属于能量转换装置。液压泵是动力装置，它将电机输出的机械能转变成液体的压力能，为系统提供一定流量和压力的液体。a）b）c）d）图2-1液压泵的工作原理及图形符号a）液压泵的工作原理b）一般符号c）定量泵d）变量泵1—偏心轮2—柱塞3—弹簧4—工作容积5—泵体6、7—单向阀2.1.1.液压泵的工作原理容积式泵的工作原理第2章液压泵与液压马达构成容积式液压泵的必备条件：1)容积式液压泵必须具备密封且可以周期性变化的工作容积；2)配油装置；3)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。1.按输出流量是否可变分类液压泵分为定量泵和变量泵。定量泵是指泵的输出流量是不能调节的，变量泵是指泵的输出流量是可以调节的。2.按结构形式分类液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。2.1.2液压泵的分类液压泵的主要性能参数是指泵的压力、流量、功率和效率。1.压力液压泵的压力有工作压力、额定压力和最高允许压力。（1）液压泵的工作压力：指泵工作时实际输出压力，用符号p表示，单位为Pa。其大小取决于外负载，随外负载增大而升高，与泵的流量无关。（2）液压泵的额定压力：指泵正常工作连续运转的最高工作压力。正常工作时不允许超过此值，超过此值即为过载，使泵的效率明显下降、寿命降低。实际上泵的额定压力是由泵本身结构和寿命决定的。通常将其标在液压泵的铭牌上。（3）最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验标准的规定，允许泵短时间运行的最高压力值。2.排量液压泵的排量是指泵每转一转所排出液体的几何体积，用符号V表示，其单位为m3/r，工程上通常用ml/r。2.1.3液压泵的主要性能参数Vnqt式中V——液压泵的排量；n——液压泵的转速。（2）实际流量指泵在实际工作压力下单位时间内输出液体的体积，用符号q表示。实际流量与压力有关，压力越高，泄漏越大，实际流量越小。所以实际流量、理论流量和泄漏量的关系，即qqqt（3-1）3.流量液压泵的流量有理论流量、实际流量、额定流量三种。（1）理论流量指在不考虑泄露的情况下，泵单位时间内输出液体的体积，用符号qt表示。排量和理论流量的关系，即式中Δq——泵的泄漏量。（3）额定流量指泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。其值标在液压泵铭牌上。（3-2）4.液压泵的功率（1）输入功率Pi输入功率是驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，即Pi=Ti2πn(3-3)式中Ti——泵轴上的实际输入转矩。（2）输出功率P0输出功率是液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量qV与泵的进、出口压差Δp的乘积：P0=Δpq(3-4)Vnqqqqqqqqththththv11TTtm5.效率液压泵实际工作时总是有能量损失的，主要功率损失表现为容积损失和机械损失。（1）容积损失：主要是液压泵泄漏造成的。通常液压泵的实际流量q与理论流量qth的比值称为容积效率，用符号ηv表示（3-5）式中Δq——液压泵的泄漏量。由于液压泵的泄漏量随压力升高而增大，故其容积效率随压力升高而降低。（2）机械损失由于零件之间摩擦以及流动液体内摩擦造成的能量损失。主要表现为摩擦转矩损失，因此泵的实际输入转矩大于理论转矩。通常机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值，用符号ηm表示（3-6）mvmvttmtvtioTpqTqpTpqpP（3）总效率泵的总效率等于泵的输出功率和输入功率的比值，即（3-7）因此，液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。图3-2泵的实际流量和效率TPiTTthmP=TωP=0pqiηmvTωthpqthηtvqqpqPomviopP图2-2泵的能量转换示意图6.泵的能量转换示意图为了看清楚泵在能量转换中的情况，现将以上分析内容绘制成图3-2。由此可以得到泵的常用计算公式：机械效率：理论功率：容积效率：输出功率：总效率：输入功率：pqTt9.06.3532tvqq76.085.09.0mv例1某液压泵的额定流量为32L／min，额定压力为2.5MPa，额定转速为1450r／min，泵的机械效率ηm=0.85。由实验测得，当泵的出口压力近似为零时，其流量为35.6L／min。①求泵的容积效率和总效率是多少?②如果在额定压力下，泵的转速为500r／min时，估算泵的流量为多少?该转速下泵的容积效率为多少?③两种转速下，泵的驱动功率又是多少?液压泵的总效率解：1.泵的容积效率和总效率液压泵出口压力为零时的流量即为理论流量，即qt=35.6L／min。所以，液压泵的容积效率为14506.351nqVth2.液压泵的流量和容积效率液压泵的排量：液压泵的额定转速n2=500r／min时，其理论流量为:因为额定压力不变，所以泄漏量⊿q不变，因此液压泵的容积效率不变，仍为0.9。故在n2=500r/min时，液压泵的输出流量为:0.025L／rmin/5.12500025.02LVnqtmin/25.119.05.122LqqVt609.085.01032105.2361mvpqpqP609.085.01025.11105.236222mvpqpqP3.液压泵的驱动功率当n1=1450r/min时液压泵的驱动功率:当n2=500r/min时液压泵的驱动功率:1743W=1.74kW612.7W≈0.6kW2.2齿轮泵齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，它的抗污染能力强，价格最便宜。从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合两类，其中以外啮合齿轮泵应用较为广泛。如图所示为外啮合齿轮泵的实物图。齿轮泵是依靠一对互相啮合的轮齿工作的，啮合线把工作容腔分为吸油区和压油区，工作密封容积由齿轮齿槽、泵体和前后端盖构成，按图示方向旋转，当两齿逐渐退出啮合时，轮齿的体积让出齿槽，齿槽的工作密封容积逐渐增大，形成真空，将油从油箱中吸入齿间槽容积，随着齿轮转动，进入齿间槽的液体被带到压油区。当两齿逐渐进入啮合时，齿间槽容积被轮齿占有，工作容积逐渐变小，油液受挤压，液体被排出。图2-4外啮合齿轮泵的工作原理2.2.1齿轮泵工作原理zbm.V2666vzbnmq266.6齿轮泵的排量是按排出齿间槽的容积近似计算的，即(2-8)式中m——齿轮的模数；ｚ——齿轮的齿数；ｂ——齿轮的宽度。实际输出流量q考虑到容积效率的影响，则为(2-9)式中n——齿轮泵的转速；ηv——容积效率，一般为0.7～0.9。2.2.2外啮合齿轮泵的排量和流量由式可知：齿轮泵流量主要取决于齿轮转速、模数、齿数和齿宽。（1）转速越高，流量越大，但转速过高，离心力太大，会使齿谷中不能充满液体，形成吸空。（2）在外形尺寸一定时，模数越大，流量也越大。因此，齿轮泵模数都较大。（3）齿数：通常齿数在8～14范围内，以避免齿数少、模数大，流量脉动大的现象。（4）齿宽越大，轴承所承受负荷亦越高，使泵尺寸增大，寿命缩短。2.2.3齿轮泵的结构特点2.2.3齿轮泵的结构特点2.2.3齿轮泵的结构特点产生原因引起结果消除困油的方法齿轮泵主要存在着困油、径向力不平衡和泄漏等问题。一、困油现象及其消除措施困油现象产生原因∵为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时的重合度必须大于1∴有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，在齿向啮合线间形成一个封闭容积（1）困油现象产生原因a→b容积缩小困油现象产生原因b→c容积增大（2）困油引起的结果a→b容积缩小p↑高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。b→c容积增大p↓形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。（3）消除困油的方法原则：a→b密封容积减小，使之通压油口b→c密封容积增大，使之通吸油口在b点密封容积最小，隔开吸压油方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消除困油，CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好图2-8（a）齿轮泵径向力分析2.径向力不平衡（1）产生原因：（a）齿轮泵径向力分析（b）齿轮泵的均压槽（3）开均压槽3.泄漏齿侧泄漏：约占齿轮泵总泄漏量的5%径向泄漏：约占齿轮泵总泄漏量的20%～25%端面泄漏*：约占齿轮泵总泄漏量的75%～80%由：pKqL3hq得：泵压力愈高，泄漏愈大；断面间隙h越大，泄漏越多。控制方法：轴向间隙的自动补偿：（1）浮动轴套式（2）浮动侧板在高压齿轮泵中，p↑→ηv↓因此，须控制端面间隙。（1）浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。（2）弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。2.2.4提高外啮合齿轮泵压力措施问题：泄漏：p↑→ηv↓径向不平衡力：p↑→径向力↑提高齿轮泵压力的方法：1、补偿泄漏；2减小径向不平衡力。总结：结构简单，制造方便，价格低廉结构紧凑，体积小，重量轻自吸性能好，对油污不敏感工作可靠，便于维护外啮合齿轮泵的缺点外啮合齿轮泵的优点流量脉动大噪声大排量不可调2.2.5内啮合齿轮泵如图所示为摆线泵工作原理图。内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵（转子泵）两种。二、内啮合齿轮泵的优缺点一、优点：①内啮合齿轮泵结构紧凑，尺寸小，重量轻。②由于齿轮转向相同，相对滑动速度小，压力脉动小，噪声小。③允许使用高转速（高转速下的离心力能使油液更高地充入密封工作腔），因此容积效率高。二、缺点：齿形复杂，加工精度要求高，需要专门的制造设备，造价较高。因此一般用于中低压系统中，在闭式系统中，常用作补油泵。图中为内啮合齿轮泵实物结构三、螺杆泵螺杆泵是一种外啮合的摆线齿轮泵。分为：双头螺杆和三头螺杆。优缺点：1.优点结构简单、紧凑，体积小，重量轻运转平稳，输油均匀，噪声小允许采用高转速，容积效率高（90％-95％）耐脏，对油液的污染不敏感2.缺点：齿形复杂，加工困难低压泵主要用于精密机床的液压系统中。如精密磨床。第2章液压动力元件叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种型式，单作用叶片泵可以作成变量泵，双作用叶片泵为定量泵。叶片泵属于中压泵。2.3叶片泵特点是：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声小、寿命长等。因此，叶片泵常用于中压、中高压的液压系统。由于双作用叶片泵有两个吸油腔，两个压油腔，转子每转一转，叶片泵便完成两次吸油、两次排油过程，故称为双作用式叶片泵。一、双作用叶片泵（一）工作原理第3章液压泵与液压马达zrRrRbVcosπ222vzrRrRbnqcosπ2221.排量（2-12）2.流量双作用叶片泵实际流量式中b——转子的宽度；z——叶片数；R——定子长半径；r——定子短半径；δ——叶片厚度；θ——叶片倾角（2-13）（二）流量计算理论上：不考虑叶片的厚度，其输出流量是均匀的；实际上：存在制造工艺误差，大小圆弧不同心，输出流量会有小的脉动。除了螺杆泵之外，其脉动率是最低的，且当叶片数为4的整数倍时脉动率最小，因此其叶片数一般为12或16片。（三）双作用叶片泵的结构分析第2章液压泵与液压