第三章液压传动能源元件917

第三章液压传动能源元件液压泵的工作原理、分类、主要工作参数外啮合齿轮泵的工作原理和结构特点单、双作用叶片泵的工作原理和结构特点柱塞泵的工作原理和结构特点QBACO泵吸入泵排出液压泵是液压系统的动力元件，为液压系统提供一定流量和压力的工作介质；同时也是能量转换元件，将电动机输出的机械能转换为液压能。3.1概述--工作原理561234图2.1液压泵的工作原理由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；3.1概述—必要条件液压泵正常工作的三个必要条件必须有若干个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大——吸油，由大变小——压油；密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。即：吸油腔和压油腔必须隔开（有配油装置）(吸油和排油依靠密封工作腔的容积变化实现）3.1概述—分类2、液压泵的分类和图形符号1）根据压力的大小：低压泵、中压泵和高压泵2）根据液压泵的结构：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3）根据排量是否可变：定量泵、变量泵4）根据吸、排油口能否互换：单向泵、双向泵各类液压泵的符号：Tω泵的输入参量转矩T角速度ω泵pQ输出参量流量Q压力p3.1概述—压力3、液压泵的工作参数1）压力工作压力：液压泵实际工作时克服负载而输出的压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而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称为液压泵的额定压力。最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。ppnpmaxp3.1概述—流量2）排量和流量排量单位为理论流量实际流量额定流量pVtpqpqnpqrm3min3Lsm或3.1概述—功率3）功率输入功率（机械功率）输出功率（液压功率）理论功率（计算功率）nTTPipipip2ppopqpPtppiptpqpnTP23.1概述—效率4）效率机械效率容积效率总效率iptpiptpTTPPmptpptpopqqPPvpvmPPpipop注意比较：•液压泵输入转矩和理论转矩的大小关系•液压泵输出流量和理论流量的大小关系例题某液压系统，泵的排量V＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa泵容积效率ηv＝0.92，总效率η＝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。例题解：1）泵的理论流量=10×1200×10-3＝12L/min2)泵的实际流量＝12×0.92＝11.04L/min3)泵的输出功率4）驱动电机功率)(9.06004.11560kwpqPpop)(07.184.09.0kwpPopip例题vptppqqnVqptp3.2齿轮泵1、外啮合齿轮泵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。•外啮合齿轮泵的工作原理；•排量、流量；•外啮合齿轮泵的问题和结构特点。2．2．1外啮合齿轮泵的结构及工作原理泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及前、后泵盖等主要零件构成。图2.3外啮合齿轮泵的工作原理1—泵体;2—主动齿轮;3—从动齿轮泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体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。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，构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。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，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。3.2齿轮泵—结构3.2齿轮泵—结构2．2．3齿轮泵的结构特点工作负载越大，泵体与泵盖之间所受轴向液压力越大，轴向间隙也越大，轴向泄露增加，工作压力不高，额定压力在8Mpa以下。目前高压外啮合齿轮采用了压力补偿和二次密封措施，使其额定压力能够25Mpa，最高压力可达28Mpa。常用结构是采用浮动侧板结构。（工程机械机械应用）大齿轮泵的流量脉动若用、来表示最大、最小瞬时流量，表示平均流量，则流量脉动率为maxqminq0q0minmaxqqq（2.10）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。vbnzmq2)7~66.6(（2.9）流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。齿轮泵的流量脉动2.2.3.1困油的现象图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最大为了使外啮合齿轮泵连续平稳工作，齿轮啮合时的重叠系数必大于1，这样两对齿间就形成了封闭的小容腔，困油区。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间的死容积达到最大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。2.2.3.1困油的现象图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通卸荷槽困油现象产生的原因闭死容积变化时，油液无法排出或补入困油现象的解决措施开卸荷槽，使闭死容积的油液与吸油口或排油口沟通卸荷槽尺寸：二、径向力不平衡齿轮泵工作时，从压油区到吸油区的压力逐渐减小，使齿轮、传动轴和轴承受到径向不平衡的力作用而被推向吸油口一侧的现象。mhmbma8.05.278.23.2齿轮泵—径向力不平衡3.2齿轮泵—径向力不平衡径向不平衡力的分布规律从压油口到吸油口逐渐降低解决径向力不平衡的措施减小排油口的尺寸，缩小作用面积2.2.3.3齿轮泵的泄漏通道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——齿侧间隙为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种。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。浮动轴套式3.2齿轮泵—泄露齿轮泵内部从高压区向低压区泄露，主要的途径：1.轴向间隙泄露：通过齿轮端面与侧盖板之间的轴向间隙产生的泄露。占总泄露的75%—80%，是目前影响齿轮泵压力提高的主要途径。2.径向间隙泄露：通过齿轮顶圆和泵体内孔间的齿顶间隙产生的泄露。占总泄露的15%—20%3.齿侧间隙泄露：齿轮啮合处的齿侧间隙产生的齿侧间隙泄露。占总泄露的5%。3.2齿轮泵—泄露三、泄露问题解决泄露的措施端面间隙补偿：在齿轮和盖板间增加一个补偿零件，如浮动侧板、浮动在轴套等，均为将排油区的部分压力油引到补偿零件上产生反向压力，减小间隙，控制泄露。2．2．4内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意图见图2.6。图2.6内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板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，如图2.6（a）。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。图2.6内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板主动小齿轮压油窗口吸油窗口月牙板从动内齿轮图2.6内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板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。如图2.6（b）。•内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低；•但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低；•一般用于中、低压系统，或作为补油泵。•内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高压工况。3.2齿轮泵—内啮合式2、内啮合齿轮泵3.2齿轮泵—螺杆泵3、螺杆泵2.3叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵2.3.1单作用叶片泵2.3.1.1工作原理图2.7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2.7单作用叶片泵工作原理1—压油口;2—转子;3—定子;4—叶片;5—吸油口压油窗口定子吸油窗口压油口吸油口51243e定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。•泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。•转子单方向受力，轴承负载大。•改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵。2.3.1.2单作用叶片泵的平均流量计算eRBBeReRV4)()(22单作用叶片泵排量为vveRBnVnq4流量为BeRZ2)(为容积BeRZ2)(为容积BeRZBeRZV22))(())((的油液一个叶片密封容积排出BeReRVZV22)()(Z个叶片时当泵有3.3叶片泵—单作用式1、单作用式叶片泵叶片泵的特点：体积小、流量脉动小，噪声小；结构复杂，抗污染能力差1）结构组成定子、转子、叶片、配油盘、壳体、传动轴2）工作原理非平衡式叶片泵3.3叶片泵3）流量脉动单作用叶片泵的瞬时流量也是脉动的，其脉动系数与叶片数的奇、偶及多少有关，即叶片数81012141618脉动系数7.64.93.42.51.91.5叶片数7911131517脉动系数2.51.51.10.70.550.43.3叶片泵4）变量原理单作用叶片泵通常作为变量泵使用，其变量原理为改变偏心距的方向，则为双向泵若叶片径向布置，改变转子的转向，则为双向泵若改变偏心距的大小，则改变排量和流量，变量泵3.3叶片泵5）叶片布置单作用叶片泵叶片的布置方式：径向布置、后倾布置这两种叶片布置方式各有特点径向布置：可改变转子转向，作为双向泵使用，但叶片所受合力沿其伸出方向的分力小，不利于叶片端部紧贴定子内表面，影响密封效果后倾布置：泵只能单向转动，单向泵，比径向布置时密封效果好3.3叶片泵—双作用式2、双作用式叶片泵1）结构组成2）工作原理平衡式叶片泵3.3叶片泵3）流量脉动双作用式叶片泵的流量脉动很小，其叶片数常为偶数，且为4的倍数时（12或16），流量脉动最小4）定子曲线两段长半径圆弧两段短半径圆弧四段过渡曲线3.3叶片泵5）叶片布置双作用式叶片泵的叶片布置也有两种方式，径向布置和前倾布置。前倾布置有利于叶片在转子槽中运动，这种布置方式不允许泵反向转动，容易使叶片在槽中卡死或折断。双作用叶片泵的叶片“前倾”单作用叶片泵的叶片“后倾”•端面间隙的自动补偿为了提高压力，减少端面泄漏，将配流盘的外侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压向转子。2.3.1.3单作用叶片泵和变量原理变量叶片泵有