第3章液壓動力元件B

1、第3章 液壓動力元件 掌握液壓泵的工作原理、基本 參數(shù)及其計算、各種型式液壓泵的 特點、液壓泵的選用原則。 液壓動力元件的作用: CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 v將原動機（電動機） 輸入的機械能轉(zhuǎn)換為 液體的壓力能輸出的 裝置，完成向系統(tǒng)供 油的任務(wù)。 v常用元件： 容積式液壓泵 一、液壓泵的工作原理 v1、工作原理 v由于這種泵是依靠泵的密封工作腔的容 積變化來實現(xiàn)吸油和壓油的，因而稱為 容積式泵。 v依靠周期性變化的密封容積和相應(yīng)的配流裝 置來實現(xiàn)工作的。 以單柱塞液壓泵的工作過程為例 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 吸油吸油 壓油壓油 偏心向右轉(zhuǎn)，柱塞偏心向右轉(zhuǎn)，柱塞右右移移

2、偏心向左轉(zhuǎn)，柱塞偏心向左轉(zhuǎn)，柱塞左左移移 密封容積密封容積， 產(chǎn)生局部真空產(chǎn)生局部真空 密封容積密封容積 ，油液被迫壓出，油液被迫壓出 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 單柱塞泵單柱塞泵基本工作原理基本工作原理 5 6 1 2 3 4 圖 2.1 液壓泵的工作 原理 由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。 柱塞向左移動時，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過 壓油閥6排到系統(tǒng)中去。 凸輪1旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)柱塞向右移動，工作腔容積變大，產(chǎn)生 真空，油液便通過吸油閥5吸入； CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 一、液壓泵的工作原理 v2、特點（正

3、常工作的基本條件） v形成變化的密封容積： v在結(jié)構(gòu)上具有一個或多個密封且可以周期性 變化的工作容積；當(dāng)工作容積增大時，完成 吸油過程；當(dāng)工作容積減小時，完成排油過 程。 v液壓泵的輸出流量與此空間的容積變化量和 單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素 無關(guān)。若不計泄漏，流量與壓力無關(guān)。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 一、液壓泵的工作原理 v必須具有配流裝置 v該機構(gòu)保證工作腔容積變大時使工作腔與吸油腔相 連；而變小時使工作腔與排油腔相連。 v(3)有吸壓油腔隔開 v具有相應(yīng)的配流裝置，將吸油過程與排油過程分開。 v(4)外部條件（非必備條件） v油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣

4、壓力。 也可采用密閉的充壓油箱。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 二、液壓泵的分類及圖形符號 v液壓泵的分類方式很多，它可按壓力的大小 分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。也可按流量 是否可調(diào)節(jié)分為定量泵和變量泵。又可按泵 的結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中 齒輪泵和葉片泵多用于中、低壓系統(tǒng)，柱塞 泵多用于高壓系統(tǒng)。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 二、液壓泵的分類及圖形符號 液壓泵 按結(jié)構(gòu)形式 按輸出流量能否變化 齒輪泵 葉片泵 軸塞泵 定量泵 變量泵 符號 符號 按輸油方向可否改變 雙向式 單向式 按使用壓力分：低壓泵、中壓泵 、 中高壓泵、高壓泵和超高壓泵 CH3 液壓動力元件1 液

5、壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v1、液壓泵的壓力 v（1）吸油壓力 泵進口處的壓力。自吸泵的 吸口壓力為負(fù)壓。 v（2）工作壓力 泵實際工作時的輸出壓力。 v（3）額定壓力 按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泵在正常 工作條件下連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。（公稱壓 力或銘牌壓力） v（4）極限壓力 按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泵在超過 額定壓力條件下允許短時運轉(zhuǎn)的壓力。（最 高允許壓力） CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v一般情況下，液壓泵在正常工作時，其工作壓力 應(yīng)小于或等于泵的額定壓力。即 v2、液壓泵額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn) v（1）額定轉(zhuǎn)速 在額定壓力下能連續(xù)長時間運行 的最高轉(zhuǎn)速，r/min

6、。 v（2）最高轉(zhuǎn)速 在額定壓力下超過額定轉(zhuǎn)速允許 短暫時間運行的最高轉(zhuǎn)速， r/min 。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 maxn ppp 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v3、液壓泵的排量和流量 v(1)排量V 液壓泵在無泄漏的情況下每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排 出的油液體積，m3/r或(mL/r) 。 v如泵排量固定，則為定量泵；排量可變則為變量泵。 一般定量泵因密封性較好，泄漏小，在高壓時效率 較高。 v(2)理論流量 單位時間內(nèi)理論上可排出的液體體 積。等于排量和轉(zhuǎn)速的乘積 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 Vnqt 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v(3)實際流量q 泵工作時單位時間實際排出的液 體體

7、積，它等于泵的理論流量與泄漏及壓縮等損失 量之差即： v(4)額定流量 泵在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下輸出的 實際流量。正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（額 定壓力和額定轉(zhuǎn)速下）必須保證的輸出流量。 v額定流量（公稱流量、銘牌流量）是用來評價液壓 泵的供油能力，是液壓泵技術(shù)規(guī)格指標(biāo)之一。 lt qqq _ = CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 tn qqq 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v4、液壓泵的功率與效率 v(1) 液壓泵的功率液壓泵的功率 v輸入功率輸入功率Pip 作用在液壓泵主軸上的機械功率。 設(shè)實際輸入轉(zhuǎn)矩為T，輸入角速度為，則 v Pip=T v輸出功率輸出功率Pop 液壓泵在工作過程中的

8、實際吸、壓 油口間的壓差p和輸出流量q的乘積，即 vPop =pqp CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v(2) 液壓泵的效率液壓泵的效率 v容積效率容積效率PV 液壓泵的實際流量與理論流量的比 值。即 v PV=q/qt v 機械效率機械效率Pm 液壓泵的理論驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與實際驅(qū)動 轉(zhuǎn)矩之比。即 v Pm=Tt/TP CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v 總效率總效率P 液壓泵的實際輸出功率與其輸入 功率的比值。即 v P =P0P/PiP=PvPm v思考與作業(yè) vP79：3-1；3-2；3-7 v液壓泵是將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝

9、置。（ ） v液壓泵在額定壓力下的流量就是泵的最大流量。（ ） v液壓泵的工作壓力取決于液壓泵額定壓力的大小。（ ） v對于液壓泵來說，實際流量總是_理論流量；實際輸 入扭矩總是_其理論上所需要的扭矩。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v例題某液壓系統(tǒng)，泵的排量VP10m L/r， 電機轉(zhuǎn)速n1200rpm，泵的輸出壓力p=5MPa 泵容積效率v0.92，總效率0.84，求： 1） 泵的理論流量； v 2）泵的實際流量； v 3）泵的輸出功率； v 4）驅(qū)動電機功率。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v解 1）泵的理論流量 vqt=

10、VP n=10120010-312 (L/min) v 2) 泵的實際流量 v q qt PV 120.9211.04 (L/min) v 3)泵的輸出功率 v 4）驅(qū)動電機功率 )kW(9 . 0 60 04.115 60 pq P oP CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 )kW(07. 1 84. 0 9 . 0 oP m P P 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v例泵的額定流量為100L/min ，額定壓力為 2.5MPa，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1450r/min時，機械效率為 Pm=0.9。由實驗測得，當(dāng)泵出口壓力為零時， 流量為106L/min，壓力為2.5MPa時，流量為 100.7L/min，求：

11、 v1.泵的容積效率； v2.如泵的轉(zhuǎn)速下降到500r/min，在額定壓力下 工作時，估算泵的流量為多少？ v3.上述兩種轉(zhuǎn)速下泵的驅(qū)動力功率。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v解 1.出口壓力為零時的流量為理論流量，即 106L/min，所以泵的容積效率 Pv=100.7/106=0.95。 v2.轉(zhuǎn)速為500r/min時，泵的理論流量為 v因壓力仍是額定壓力，故此時泵的流量為 36.550.95L/min=34.72L/min。 v3.泵的驅(qū)動功率 v在第一種情況下為 v第二種情況下為 36.55L/minminL/ 1450 500 106 CH3 液壓動

12、力元件1 液壓泵概述 ）（kW4.91 9 . 060 1065 . 2 D P )kW(69. 1 9 . 060 55.365 . 2 D P 三、液壓泵的主要性能參數(shù) v泵性能指標(biāo)公式記憶泵性能指標(biāo)公式記憶 理論轉(zhuǎn)矩記住它 , 等于排量乘壓差。 理論流量記得住 , 等于排量乘轉(zhuǎn)速。 功率等于p 乘 q , 也等轉(zhuǎn)矩乘轉(zhuǎn)速。 能流方向分得清 , 乘除效率不含糊。 計算單位要統(tǒng)一 , 角度一律用弧度。 CH3 液壓動力元件1 液壓泵概述 一、外嚙合齒輪泵的工作原理 v齒輪泵：齒輪泵：可分為外嚙合齒輪 泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種。 v外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)：如圖 所示。 v密封容積形成齒輪的齒 槽、泵體

13、內(nèi)表面、前后泵蓋 圍成。 v密封容積變化齒輪退出 嚙合，容積吸油； 齒輪進 入嚙合，容積壓油 v配流裝置兩齒輪嚙合線 及泵蓋 （吸壓油口隔開） CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 齒輪1 齒輪2 泵體前蓋板 后蓋板 工作原理工作原理 1、相互嚙合的輪齒逐漸脫開， 密封容積 ，形成局部真空， 在大氣壓力作用下吸 油 2、隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，油液帶到 左側(cè)的壓油腔，輪齒逐漸 嚙合，使密封容積 ，齒槽 間的油液被擠壓排出泵 外 壓 CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 工作原理 二、外嚙合齒輪泵存在的結(jié)構(gòu)問題及 其解決辦法 v1.困油現(xiàn)象及其消除 v液壓油在漸開線齒輪泵運轉(zhuǎn) 過程中，因齒輪相交處的封 閉體積隨時間改

14、變，常有一 部分的液壓油被封閉在齒間， 如右圖所示，稱為困油現(xiàn)象， 因液壓油不可壓縮將使外接 齒輪泵產(chǎn)生極大的震動和噪 音，故必須在側(cè)板上開設(shè)卸 荷槽，以防止其發(fā)生。 CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 二、外嚙合齒輪泵存在的結(jié)構(gòu)問題及 其解決辦法 v2.內(nèi)泄漏及減小內(nèi)泄漏的措施 v產(chǎn)生內(nèi)泄漏的途徑：端面間隙泄漏、徑向間 隙泄漏、齒輪齒面嚙合處的間隙泄漏。 v措施：端面間隙采用自動補償裝置、徑向間 隙補償裝置。 v3.徑向力不平衡力及其減小措施 v產(chǎn)生原因：齒輪周圍壓力的不平衡和齒輪嚙 合力。 v措施：縮小壓油口等（由同學(xué)們自學(xué)） CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 三、內(nèi)嚙合齒輪泵簡介 v內(nèi)嚙合齒輪

15、泵分為漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵和擺線內(nèi)嚙合齒輪泵。 v結(jié)構(gòu)：自學(xué) v工作原理 v自學(xué) v特點：由于 v內(nèi)外齒輪轉(zhuǎn) v向相同，齒 v面間相對速 v度小，運轉(zhuǎn) v時噪音?。挥忠螨X數(shù)相異，絕對不會發(fā)生困油現(xiàn)象，但因外 齒輪的齒端必須始終與內(nèi)齒輪的齒面緊貼，以防內(nèi)漏，故不 適用于較高的壓力，泵的額定壓力可達成 30 MPa 。 CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 四、合齒輪泵的特點及應(yīng)用 v優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，價格便宜， 自吸能力較好，抗污染能力強，而且能耐沖 擊性負(fù)載。 v缺點：流量脈動大，泄漏大，噪聲大，效率 低，零件的互換性差，磨損后不易修復(fù)。 v應(yīng)用：用于環(huán)境差、精度要求不高的場合， 通常p1

16、0MPa，如工程機械、建筑機械、農(nóng) 用機械等。 CH3 液壓動力元件2 齒輪泵 v如圖所示，液壓油 沿螺旋方向前進， 轉(zhuǎn)軸徑向負(fù)載各處 均相等，脈動少， 故運動時噪音低， 可高速運轉(zhuǎn)，適合 作大容量泵。但壓 縮量小，不適合高 壓，一般用于燃油、 潤滑油泵而不用作 液壓泵。 CH3 液壓動力元件3 螺桿泵簡介 一、概述 v1.葉片泵的分類 v按葉片在泵軸每轉(zhuǎn)過程中在葉片小室的吸排油 次數(shù)可分為：單作用泵和雙作用泵和多作用泵。 v按排量是否可變可分為：定量泵和變量泵。 v按葉片設(shè)置的部位不同分為：普通葉片泵和凸 輪轉(zhuǎn)子葉片泵。 v按壓力等級不同分為：低壓（7MPa)、中高 壓（16 MPa)和高壓

17、葉片泵（ 20-30 MPa) 。 CH3 液壓動力元件4 葉片泵 一、概述 v2.葉片泵的特點 v優(yōu)點：流量脈動小、噪聲低、軸承受力 平衡、使用壽命長、單位體積排量大， 可制成變量泵。 v缺點：自吸能力差、實用工況范圍較窄、 對污染比較敏感及制造工藝較復(fù)雜等。 CH3 液壓動力元件4 葉片泵 二、雙作用葉片泵 v1.工作原理及組成 v結(jié)構(gòu)組成：雙作用式 葉片泵如圖所示，定 子內(nèi)表面近似橢圓， 轉(zhuǎn)子和定子同心安裝， 有兩個吸油區(qū)和兩個 壓油區(qū)對稱布置。轉(zhuǎn) 子每轉(zhuǎn)一周，完成兩 次吸油和壓油。雙作 用葉片泵大多是定量 泵。 v工作原理：自學(xué) CH3 液壓動力元件4 葉片泵 三、單作用葉片泵 v1.

18、工作原理及組成 v組成：如圖所示 v工作原理： v2.結(jié)構(gòu)特點：定子內(nèi)表面 為柱面，定子與轉(zhuǎn)子間有 一偏心距e。改變定子和 轉(zhuǎn)子間的偏心量e，就 可改變泵的排量(變量 泵) CH3 液壓動力元件4 葉片泵 四、葉片泵典型結(jié)構(gòu) v本部分內(nèi)容由同學(xué)們自學(xué)。 v強調(diào)：外反饋式限壓式變量 葉片泵 v限壓式變量葉片泵的流量改 變是利用壓力的反饋作用實 現(xiàn)的。 v調(diào)整螺釘1可改變原始偏心 量e0，即調(diào)節(jié)泵的最大輸出 流量。 v調(diào)整螺釘4可改變彈簧預(yù)壓 縮量，即調(diào)節(jié)限定壓力大小。 CH3 液壓動力元件4 葉片泵 五、葉片泵的應(yīng)用 v1.用于中低壓、要求較高的系統(tǒng)中。 v2. 油液粘度要合適，轉(zhuǎn)速不能太低，

19、5001500rpm。 v3. 要注意油液的清潔，油不清潔容易使 葉片卡死。 v4. 通常只能單方向旋轉(zhuǎn)，如果旋轉(zhuǎn)方向 錯誤，會造成葉片折斷。 CH3 液壓動力元件4 葉片泵 一、柱塞泵的分類 v柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運動時密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油 和排油的。柱塞泵的特點是泄漏小、容積效率高，可以在高壓下工作。 CH3 液壓動力元件5 柱塞泵 柱塞泵 按動力源 按缸體與泵軸 的相對位置 機動泵 人力泵 軸向柱塞泵 徑向柱塞泵 按排量是否可變 定量柱塞泵 變量柱塞泵 按配流裝置的形式 帶間隙密封型配流柱塞泵 帶閥座配流裝置柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵 斜軸式軸向柱塞泵 二、軸向柱塞泵 C

20、H3 液壓動力元件 柱塞泵 圖 3-15 簡化軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖 1-傳動軸 2-殼體 3-斜盤 4-柱塞 5-缸體 6-配流盤 7-彈簧 A-A A 7 A 123456 吸油 壓油 v1.直軸式（或斜盤式）軸向柱塞泵的工作原理及組成 v如圖所示為其基本結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳動軸按圖示方向轉(zhuǎn)動時，位 于剖面右半部的柱塞逐漸伸出，經(jīng)配流盤右半部的 腰形口實現(xiàn)吸入至柱塞轉(zhuǎn)動至主視圖示的上方位置時完成 吸入；而另一側(cè)的排出過程與吸入過程基本相同。 二、軸向柱塞泵 v.排量和流量計算 v如圖所示，若柱塞數(shù)目為，柱塞直徑為d，柱塞孔分布圓直 徑為D，斜盤傾角為，則泵的排量V和流量q分別為 tanZ 4 2 P Dd

21、V CH3 液壓動力元件 柱塞泵 斜盤1 柱塞2 缸體3 配油盤4 tanZ 4 P 2 PVV DndVq 公式計算結(jié)果為泵的 平均排量和平均流量 泵典型結(jié) 構(gòu)自學(xué)。 軸向柱塞 泵的變量 和油液流 動方向的 實現(xiàn)？ 三、徑向柱塞泵 v1.徑向柱塞泵的工作原理及組成 v如圖所示為軸配流徑向柱塞泵結(jié)構(gòu)。 其工作原理為：當(dāng)缸體按圖示方向 旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下柱塞外端 被緊壓在定子內(nèi)壁上，配流軸上部 的柱塞作向外運動，經(jīng)配流軸上的 吸油孔吸油；而下部的柱塞向內(nèi)縮 回，體積縮小壓力升高，經(jīng)配流軸 上的排油孔排油。缸體旋轉(zhuǎn)一周， 每個柱塞都完成一次吸油和排油。 其排量和流量分別為： ezdedV 22

22、 2 Z2 4 CH3 液壓動力元件 柱塞泵 V nedq P 2 Z 2 改變偏心距e的大小和方向即可改 變泵輸出流量的大小和輸出油液 的流動方向。 概述 v一般認(rèn)為距離液壓設(shè)備1m處的噪聲在56 70db最為理想，最高極限為90db。噪聲造成 環(huán)境污染，使人在精神上和健康上產(chǎn)生不良 影響。 CH3 液壓動力元件 液壓泵的噪聲及其控制 一、液壓泵噪聲產(chǎn)生的原因 v1)液壓泵輸出流量脈動引起輸出壓力脈動而產(chǎn)生噪聲。 v2)液壓泵困油時產(chǎn)生的液壓沖擊而產(chǎn)生噪聲。 v3)液中混有過量的空氣而導(dǎo)致氣蝕，由氣蝕產(chǎn)生噪聲。 v4)泄漏增加了泵的流量和壓力的脈動從而產(chǎn)生噪聲。 v5)泵排油與吸油的互相轉(zhuǎn)換

23、產(chǎn)生壓力沖擊，從而產(chǎn)生噪聲。 v6)旋轉(zhuǎn)體（如葉片泵的轉(zhuǎn)子，柱塞泵的缸體等）不平衡產(chǎn)生 振動，從而產(chǎn)生噪聲。 v7)傳動軸承產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生噪聲。 CH3 液壓動力元件 液壓泵的噪聲及其控制 二、二、 降低液壓泵噪聲的措施降低液壓泵噪聲的措施 v1)增加殼體壁厚和提高零部件的剛性。 v2)提高零部件尺寸精度和降低表面粗糙度。 v3)提高泵的裝配質(zhì)量。防止泄漏。 v4)合理設(shè)計配流盤上配流窗口的形狀。如葉片泵和柱塞泵配 流盤上配流窗口邊緣上的小三角槽。 v5)合理設(shè)計吸油、壓油的配流定時，防止困油現(xiàn)象產(chǎn)生。 v6)增大吸油通道直徑，使吸油通暢。 v7)合理設(shè)計葉片泵定子曲線，改善葉片泵葉片頂部形狀，防 止產(chǎn)生硬沖擊。 v8)采用低噪聲軸承。 v9)在泵的排油口安裝消聲器。 CH3 液壓動力元件 液壓泵的噪聲及其控制 v液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的 油液的動力元件，它是每個液壓系統(tǒng)不可缺 少的核心元件，合理的選擇液壓泵對于降低 液壓系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的效率，降低噪 聲，改善工作性能和保證系統(tǒng)可靠工作都十 分重要。 v選擇液壓泵的原則：根據(jù)主機工況、功率 大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確 定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的 壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。 CH3 液壓動力元件 液壓泵的選用 表液壓