第5章 液壓元件的基礎(chǔ)知識

1、第5章 液壓元件的基礎(chǔ)知識 目的任務(wù)目的任務(wù) 掌握各類液壓泵的結(jié)構(gòu)、工作特 點(diǎn)及選用。 掌握各類液壓缸的工作特點(diǎn)，液 壓缸的密封、緩沖和液壓馬達(dá)的 工作原理。 了解液壓輔助元件的功能。 5.1 5.1 液壓傳動概述液壓傳動概述 1 1.實(shí)例實(shí)例-液壓千斤頂液壓千斤頂 (1)組成 (2)工作原理 (3)意義 2.2.液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)的組成 5.25.2 液壓泵液壓泵 功用功用 將電動機(jī)或其它原動機(jī)將電動機(jī)或其它原動機(jī) 輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的 壓力壓力 能能, ,向系統(tǒng)供油。向系統(tǒng)供油。 (1)工作原理 (2)容積式泵正 常工作的條件 1、液壓泵的工作原理液壓泵的工

2、作原理 5.2.1 5.2.1 液壓泵的工作原理和性能參數(shù)液壓泵的工作原理和性能參數(shù) 液壓泵正常工作的三個(gè)必備條件液壓泵正常工作的三個(gè)必備條件 必須具有一個(gè)由運(yùn)動件和非運(yùn)動件所構(gòu)成的密閉容積；必須具有一個(gè)由運(yùn)動件和非運(yùn)動件所構(gòu)成的密閉容積； 密閉容積的大小隨運(yùn)動件的運(yùn)動作周期性的變化，容密閉容積的大小隨運(yùn)動件的運(yùn)動作周期性的變化，容 積由小變大積由小變大吸油，由大變小吸油，由大變小壓油；壓油； 密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才 轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔 開，然后才轉(zhuǎn)為

3、吸油。開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。 吸油過程中油箱必須和大氣相通。吸油過程中油箱必須和大氣相通。 2.2.液壓泵的分類液壓泵的分類 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)。 (1)(1)壓力壓力 1）工作壓力：液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出 壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于外 負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失， 而與液壓泵的流量無關(guān)。 2）額定壓力：液壓泵在正常工作條件下， 按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱 為液壓泵的額定壓力。

4、3.3.液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主要性能參數(shù) 1)排量Vp 指不考慮泄漏情況下泵軸轉(zhuǎn)一周所排出的 油液體積。 2)流量 指泵在單位時(shí)間內(nèi)輸出的油液體積。 3)理論流量qt 指在不考慮泄漏的情況下，單位時(shí)間內(nèi) 輸出的油液體積。常用單位為L/min，它等于泵的 排量Vp與其轉(zhuǎn)速n的乘積，即qt=Vpn 4)實(shí)際流量qp 指泵在實(shí)際工作壓力下輸出的流量。 由于泵存在泄漏損失，所以泵的實(shí)際流量小于理論 流量。 5)額定流量qn 指泵在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下輸出的 流量。即銘牌上標(biāo)出的流量。 (2)(2)排量和流量排量和流量 1)泵的功率： Po=ppqp 即泵的工作壓力和實(shí)際輸出流量的乘積 2)泵的

5、效率： M ac vm P P . (3)(3)泵的功率和效率泵的功率和效率 例題 某液壓系統(tǒng)，泵的排量q10m L/r， 電機(jī)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； 2）泵的實(shí)際流量； 3）泵的輸出功率； 4）驅(qū)動電機(jī)功率。 練 習(xí) 1 1、齒輪泵、齒輪泵 1)外嚙合齒輪泵： 結(jié)構(gòu) 工作原理 5.2.25.2.2 常用液壓泵的工作原理和應(yīng)用常用液壓泵的工作原理和應(yīng)用 1)泄漏 a.a.泄漏途徑泄漏途徑 齒側(cè)泄漏 約占齒輪泵總泄漏量的 5% 徑向泄漏約占齒輪泵總泄漏量的 20%25% 端面泄漏* 約占齒輪泵總泄漏量的

6、75%80% 泵壓力愈高，泄漏愈大 b.b.解決方法解決方法：端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施：在齒輪和端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施：在齒輪和 蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動軸套、浮動側(cè)板。蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動軸套、浮動側(cè)板。 齒輪泵存在問題齒輪泵存在問題 a.a.困油現(xiàn)象困油現(xiàn)象 液壓油在漸 開線齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中， 因齒輪相交處的封閉體積 隨時(shí)間改變，常有一部分 的液壓油被封閉在齒間， 如圖所示，稱為困油現(xiàn)象. b.后果后果 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. c.措施措施 在側(cè)板上開設(shè)卸荷 槽，以防止其發(fā)生。 2)困油 3)徑向作用力不平衡 a.a.產(chǎn)生原因

7、產(chǎn)生原因：液壓力：液壓力 b.b.分布規(guī)律分布規(guī)律：沿圓周從高壓腔到低壓腔，：沿圓周從高壓腔到低壓腔， 壓壓 力沿齒輪外圓逐齒降低。力沿齒輪外圓逐齒降低。pp，徑向不平衡，徑向不平衡 力增大齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn)力增大齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn) 生振動生振動 和噪聲。和噪聲。 c.c.改善措施改善措施：縮小壓油口，以減小壓力油作用：縮小壓油口，以減小壓力油作用 面積。面積。增大泵體內(nèi)表面和齒頂間隙開壓增大泵體內(nèi)表面和齒頂間隙開壓 力平衡槽，會使容積效率減小力平衡槽，會使容積效率減小. . 2 2） 高壓齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高壓齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) a.結(jié)構(gòu)特點(diǎn):減小徑向不平衡力 提高軸

8、與軸承的剛度 對端面間隙采用自動補(bǔ)償裝置 b.工作性能:壓力可達(dá)10-16MPa 3）內(nèi)嚙合齒輪泵： (1)結(jié)構(gòu) 漸開線齒形 擺線齒形 (2)性能 2、葉片泵 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓力脈動小，噪音??；結(jié) 構(gòu)緊湊、尺寸小、流量大； 缺點(diǎn)：對油液要求高，如油液中有雜質(zhì)，則 葉片容易卡死；與齒輪泵相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 應(yīng)用: 機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動線等中、 低壓液壓系統(tǒng)中。 結(jié)構(gòu)形式：一種是單作用葉片泵，另一種是雙 作用式葉片泵。 (1(1）雙作用葉片泵）雙作用葉片泵 a)結(jié)構(gòu):定子內(nèi)表面 近似橢圓，轉(zhuǎn)子和定 子同心安裝，有兩個(gè) 吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū) 對稱布置。 b)特點(diǎn):轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周， 完成兩次吸油和壓

9、油。 雙作用葉片泵大多是 定量泵。 (2(2）單作用葉片泵）單作用葉片泵 a)結(jié)構(gòu):由轉(zhuǎn)子1、定子2、 葉片3和端蓋等組成。定子 具有圓柱形內(nèi)表面，定子和 轉(zhuǎn)子的間有偏心距e，葉片 裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi) 滑動，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，由于 離心力的作用，使葉片緊靠 在定子內(nèi)壁。 b)特點(diǎn):單作用葉片泵只要 改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距e 和偏心方向，就可以改變輸 油量和輸油方向，成為變量 葉片泵。 3、柱塞泵 a)特點(diǎn) 與齒輪泵和葉片泵相比，該泵能以最 小的尺寸和最小的重量供給最大的動力，為 一種高效率的泵，但制造成本相對較高. b)應(yīng)用 用于高壓、大流量、大功率的場合。 c)結(jié)構(gòu)形式 軸向式和徑向式 柱

10、塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵， 柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連 續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3。 (1)(1)徑向柱塞泵徑向柱塞泵 a)工作原理 b)特點(diǎn) c)應(yīng)用場合 (2(2）軸向柱塞泵）軸向柱塞泵 a)工作原理 直軸式（圖a） 斜軸式（圖b） b)特點(diǎn) c)應(yīng)用 5.2.3 5.2.3 液壓泵的選用液壓泵的選用 液壓泵的選擇，通常是先根據(jù) 對液壓泵的性能要求來選定液壓 泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應(yīng)保 證的壓力和流量來確定它的具體 規(guī)格。 1.1.確定液壓泵的輸出流量確定液壓泵的輸出流量 液壓泵的輸出流量取決于系統(tǒng)所需最大流量及 泄漏量，即 Q泵泵KK流流.Q缸缸 式中： Q泵

11、液壓泵所需輸出的流量，m3/min。 K流系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取1.11.3 Q 缸 一 液 壓 缸 所 需 提 供 的 最 大 流 量 ， m3/min。 若為多液壓缸同時(shí)動作，Q缸應(yīng)為同時(shí)動作的 幾個(gè)液壓缸所需的最大流量之和。 2.2.確定液壓泵的工作壓力確定液壓泵的工作壓力 液壓泵的的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的 最大工作壓力來決定的，考慮到各種壓力損 失，泵的最大工作壓力P泵可按下式確定： P泵泵k壓壓P缸缸 式中：P泵 一液壓泵所需要提供的壓力 k壓一系統(tǒng)中壓力損失系數(shù),取1.3 - 1.5 P缸 一液壓缸中所需的最大工作壓力 選擇液壓泵的原則 是否要求變量：徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉

12、片泵 是變量泵。 工作壓力：柱塞泵壓力31.5MPa；葉片泵壓力6.3MPa, 高壓化以后可達(dá)16MPa；齒輪泵壓力2.5MPa，高壓化以 后可達(dá)21MPa。 工作環(huán)境：齒輪泵的抗污染能力最好。 噪聲指標(biāo)：低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺 桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。 效率：軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大 的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。 3.3.確定液壓泵的類型確定液壓泵的類型 練練 習(xí)習(xí) 例：如圖所示的液壓系統(tǒng)，巳知負(fù)載F=30000N，活塞 有效面積A=0.01m2，空載時(shí)的快速前進(jìn)的速度為 0.05 m/s，負(fù)載工作時(shí)的前進(jìn)速度為0

13、.025 m/s， 選取k壓1.5，k流1.3 0.75 ，.試從下列已 知泵中選擇一臺合適的泵，并計(jì)算其相應(yīng)的電動機(jī) 功率。 已知泵如下： YB-32型葉片泵，Q額32L/min，p額63kgf/cm2 YB-40型葉片泵，Q額.40 L/min，p額63kgf/cm2 YB-50型葉片泵，Q. 額.50 L/min，p額63 kgf/cm2 5.3 5.3 液壓缸和液壓馬達(dá)液壓缸和液壓馬達(dá) 功用 將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn) 換為機(jī)械能而對負(fù)載作功，實(shí)換為機(jī)械能而對負(fù)載作功，實(shí) 現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?，F(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 5.3.15.3.1 液壓缸的類型和特點(diǎn)液

14、壓缸的類型和特點(diǎn) 1.活塞式液壓缸 (1)雙活塞桿液壓缸 a)結(jié)構(gòu) b)推力與速度 F = (p1-p2)A = (D2-d2)( p1-p2 )/4 v = q/A = 4 q/(D2-d2) c)工作特點(diǎn) (2)(2)單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸 a)結(jié)構(gòu) b)推力與速度 無桿腔進(jìn)油F1 = p1A1 - p2A2 =D2 p1 - (D2-d2)p2/4 v1 = q/A1 = 4q/D2 有桿腔進(jìn)油)F2 = p1A2- p2A1 = (D2-d2) p1-D2 p2/4 v2 = q/A2 = 4q/(D2-d2 兩腔同時(shí)進(jìn)油F3 = p1（A1-A2） = d2p1/4 v3 =

15、q/A1-A2=4 q/d2 c)工作特點(diǎn) 單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán)：單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán)： （差動連接）（差動連接） （無桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油）（無桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油） 快進(jìn)快進(jìn) 工進(jìn)工進(jìn) 快退快退 2.2.柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸 (1)結(jié)構(gòu) (2)工作原理 (3)推力與速度 F = pA = d2 p/4 v = q/A = 4q/d2 (4)特點(diǎn) 3.3.擺動式液壓缸擺動式液壓缸 (1)結(jié)構(gòu) (2)工作原理 (3)特點(diǎn) 4.4.其他液壓缸其他液壓缸 (1)(1)增壓缸增壓缸 a.工作原理 b.應(yīng)用 (2)(2)伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸 a.

16、工作原理 b.應(yīng)用 (3)(3)齒條液壓缸齒條液壓缸 a.工作原理 b.應(yīng)用 5.3.2 5.3.2 液壓缸的密封、緩沖和排氣液壓缸的密封、緩沖和排氣 1.1.密封密封 a)必要性 b)密封方法 間隙密封、密封圈密封 2.2.緩沖緩沖 a)必要性 b)緩沖原理 增加回油阻力 3.3.排氣排氣 a)必要性 b)排氣方法 安裝排氣孔、排氣塞 5.3.3 5.3.3 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) 功用 將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為連續(xù)回轉(zhuǎn)的 機(jī)械能. 其內(nèi)部構(gòu)造與液壓泵類似，差別 僅在于液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)所帶動， 輸出的是液壓油；液壓馬達(dá)則是輸入液 壓油，輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，液 壓馬達(dá)和液壓泵在細(xì)部結(jié)構(gòu)上存在一

17、定 的差別。 1、液壓馬達(dá)類型和特點(diǎn) (1)葉片式 a)工作原理 b)特點(diǎn) c)應(yīng)用 (2)軸向柱塞式 a)工作原理 b)特點(diǎn) c)應(yīng)用 2.液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù) (1)轉(zhuǎn)速n (2)總效率 =mv (3)轉(zhuǎn)矩T 5.45.4 液壓輔助元件液壓輔助元件 5.4.1 5.4.1 油箱油箱 1.作用 儲油、散熱、 沉淀雜質(zhì)、逸出空 氣 2.結(jié)構(gòu) 3.油箱的容積 5.4.2 5.4.2 過濾器過濾器 1.作用 濾除油中雜質(zhì)，保持油液清潔濾除油中雜質(zhì)，保持油液清潔 2.類型和特點(diǎn) 網(wǎng)式 線隙式 紙芯質(zhì) 燒結(jié)式 3.安裝位置 安裝在吸油管路上 保護(hù)液壓泵 安裝在壓油管路上 保護(hù)除泵和溢流閥以外的所有件且 應(yīng)并聯(lián)一安全閥。 安裝在回油管路上 5.4.3 5.4.3 油管和管接頭油管和管接頭 1.油管 (1)種