葉片泵與葉片馬達(dá)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 葉片泵與葉片馬達(dá)葉片泵與葉片馬達(dá) 第1頁(yè)/共40頁(yè) （一）單作用葉片泵的工作原理 134 e 排油口 1-輸入軸 2-轉(zhuǎn)子 3-定子 4-葉片 吸油口 2 第2頁(yè)/共40頁(yè) 如圖所示的單作用葉片泵工作原理圖由輸入軸1、 轉(zhuǎn)子2、定子3、葉片4、配流盤（圖中虛線表示其 配流窗口）、端蓋等零件組成。葉片可在轉(zhuǎn)子槽 內(nèi)靈活的滑動(dòng)。葉片多為奇數(shù)，以使流量均勻。 定子為圓形，其中心相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心存在著偏心 矩e。單作用葉片泵通常通過(guò)調(diào)整定子改變定子與 轉(zhuǎn)子之間的偏心矩，改變泵的排量，從而成為變 量泵。 第3頁(yè)/共40頁(yè) 轉(zhuǎn)子、定子和配流盤所形成的密封空間，當(dāng)輸入 軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離

2、心力的作用下 從葉片槽內(nèi)滑出，其頂部緊貼在定子內(nèi)表面上滑 動(dòng)，于是葉片把密封空間分割為許多的密封工作 容腔（有幾個(gè)葉片就有幾個(gè)密封工作容腔）。當(dāng) 轉(zhuǎn)子按照?qǐng)D示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于轉(zhuǎn)子右側(cè)的葉片 在離心力的作用之下向外伸出，因而處于右半側(cè) 的葉片所形成的密封工作腔增大，產(chǎn)生真空，油 箱中的液體在大氣壓力的推動(dòng)之下，經(jīng)過(guò)吸油管 路和配流盤右側(cè)的配流窗口填補(bǔ)真空。這就是單 作用葉片泵的吸油過(guò)程。 第4頁(yè)/共40頁(yè) 在右半側(cè)密封工作腔吸油的同時(shí)，處于轉(zhuǎn)子左半 側(cè)的葉片在定子的強(qiáng)制作用下向葉片槽內(nèi)縮回， 因而處于左半側(cè)葉片所形成的密封工作腔收縮， 迫使其內(nèi)的部分液體經(jīng)排油口進(jìn)入液壓系統(tǒng)。這 就是單作用葉片泵

3、的排油過(guò)程。由于葉片在轉(zhuǎn)子 上是均部的，故在任意瞬時(shí)吸油腔和排油腔都有 葉片所形成的密封工作腔存在，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸、排有腔的容積變化也是連續(xù)的，泵 也就連續(xù)的吸入和排出液體了。 第5頁(yè)/共40頁(yè) （二）雙作用葉片泵的工作原理 12345 1-定子 2-轉(zhuǎn)子 3-葉片 4-傳動(dòng)軸 5-泵體 排油口吸油口 第6頁(yè)/共40頁(yè) 當(dāng)輸入軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力和 葉片底部高壓油的作用下，緊貼在定子內(nèi)表面上 滑動(dòng)。于是葉片把由轉(zhuǎn)子、定子和配流盤（分前、 后配流盤）形成的密封容積分割為多個(gè)密封工作 腔。葉片在離心力和底部高壓油的作用下，由短 半徑圓弧通過(guò)過(guò)渡曲線向長(zhǎng)半徑圓弧過(guò)渡時(shí)，向

4、外伸出。于是對(duì)應(yīng)于此位置由葉片、轉(zhuǎn)子、定子 所包容的工作腔增大（此工作腔時(shí)刻在運(yùn)動(dòng)中）， 形成真空，油箱中的液體在大氣壓力的推動(dòng)之下， 經(jīng)吸油管路和配流盤上的配流窗口進(jìn)入密封工作 腔。葉片由長(zhǎng)半徑圓弧向短半徑圓弧過(guò)渡時(shí)，在 定子的強(qiáng)制作用下向葉片槽內(nèi)縮回，于是對(duì)應(yīng)于 此位置由葉片、轉(zhuǎn)子、定子所包容的密封工作腔 收縮，部分液體被強(qiáng)迫排入液壓系統(tǒng)。 第7頁(yè)/共40頁(yè) 由工作原理圖可見轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，葉片伸縮兩次， 任意兩葉片所形成的密封工作腔進(jìn)行了兩次吸油 和兩次排油，為此這種葉片泵被稱為雙作用葉片 泵。由于葉片在轉(zhuǎn)子上均布，所以任意瞬時(shí)在排 油區(qū)和吸油區(qū)均有葉片形成的工作腔存在，于是 當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋

5、轉(zhuǎn)時(shí)，排油區(qū)容積在連續(xù)的收縮， 吸油區(qū)容積在連續(xù)的膨脹，泵可以連續(xù)的吸油和 排油。 第8頁(yè)/共40頁(yè) 第9頁(yè)/共40頁(yè) 1.瞬時(shí)流量計(jì)算 由雙作用葉片泵的工作原理圖可知：假如葉片無(wú) 限薄，當(dāng)葉片在dt時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)d（d=dt）角度 后，葉片泵排出的液體體積為葉片在大半徑圓弧 掃過(guò)的體積和葉片在小半徑圓弧掃過(guò)的體積之差， 即 dtrRBVd)( 22 然而實(shí)際上葉片是有厚度的。在排油區(qū)，葉片上 下兩端均為高壓，它的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生吸、排油作用； 在吸油區(qū)，葉片的頭部為吸油壓力，葉片的底部 的高壓油要用來(lái)推動(dòng)葉片的伸出，所以泵的排油 量應(yīng)減 第10頁(yè)/共40頁(yè) 去這部分體積。因此葉片泵在dt時(shí)間內(nèi)排出的液

6、體 體積（圖3-3-3所示）為 s 短半徑圓弧 過(guò)渡曲線 長(zhǎng)半徑圓弧 r R i i s dt SB vdtrRBdV i n i i cos 2)( 1 22 第11頁(yè)/共40頁(yè) vi葉片在吸油區(qū)過(guò)渡曲線上的徑向速度， dt d v i i 雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量為： ) cos (2)( 1 22 n i i i v BSrRB dt dV Q i n i s dt dBs rRB dt dV Q 1 22 cos 2 )( 第12頁(yè)/共40頁(yè) 由上式可知，只要 使 n i i i v BS 1 cos 2 為常數(shù)，則雙 作用葉片泵的瞬時(shí)流量在理論上恒定不變 。 n i i i v BS

7、1 cos 2 是否為常數(shù)由定子過(guò)渡曲線和葉片的 個(gè)數(shù)決定。適當(dāng)?shù)娜~片數(shù)與相應(yīng)的定子過(guò)渡曲線 的配合才能保證葉片泵的瞬時(shí)流量在理論上為常 值。 第13頁(yè)/共40頁(yè) 2.雙作用葉片泵的平均流量計(jì)算 1）排量 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周任意相鄰兩葉片所形成的工作腔均 進(jìn)行了兩次吸油和兩次排油，把它們排列起來(lái)剛 好為大半徑圓弧和小半徑圓弧所圍的環(huán)形圓柱體 的體積的兩倍。 )(2 2 2 rRBq 考慮吸油區(qū)葉片所占有的容積沒(méi)有參加工作，雙 作用葉片泵的排量為 第14頁(yè)/共40頁(yè) 22 2()2 cos 2 ()() cos Rr qB RrZBS SZ B RrRr 2）雙作用葉片泵的平均流量 2()() cos

8、 Qqn SZ Bn RrRr 第15頁(yè)/共40頁(yè) 三. 雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu) A-A 排油口吸油口 A A 123457 8910 6 1-轉(zhuǎn)子 2-葉片 3-傳動(dòng)軸 4-右配六盤 5-銷釘 6-定子 7-左配流盤 8-左泵體 9-右泵體 10-連接螺釘 環(huán)形槽c 第16頁(yè)/共40頁(yè) 第17頁(yè)/共40頁(yè) （一）定子低壓區(qū)的磨損問(wèn)題 在工作中的雙作用葉片泵的葉片，當(dāng)他處在高壓 區(qū)時(shí)，其頂部受高壓油壓力的作用。為了防止葉 片在高壓區(qū)脫離定子內(nèi)表面，保證葉片和定子內(nèi) 表面緊密接觸，葉片的底部往往與排油腔相通 （圖3-3-4的槽c為配流盤上開設(shè)的環(huán)槽，它與排油 腔相通，高壓油通過(guò)配流盤配流窗口c引入葉

9、片 底部）。當(dāng)葉片處在吸油區(qū)時(shí)，葉片的底部仍然 與排油腔相通，而頂部卻與吸油腔相通，于是底 部和頂部出現(xiàn)了很大的壓力差，這一壓差使葉片 和定子之間產(chǎn)生較大的相互作 第18頁(yè)/共40頁(yè) 用力，加速了定子低壓區(qū)的磨損，影響了泵的使 用壽命。隨著泵的工作壓力的提高著一問(wèn)題更加 突出。為此高壓葉片泵采取了各種各樣的措施， 減小葉片對(duì)定子的壓緊力，減緩定子低壓區(qū)的磨 損。常用措施有： 1.雙葉片結(jié)構(gòu) 如圖所示，在每個(gè)葉片槽中安裝兩個(gè)葉片，葉片 的底部不與排油腔相通。兩葉片的倒角部分構(gòu)成 從葉片底部通向頭部的V型油道，使作用在葉片底 部和頂部的液壓力基本相等。槽內(nèi)兩葉片可以相 對(duì)滑動(dòng)，以保證在任何位置兩個(gè)

10、葉片的頭部都和 定子內(nèi)表面接觸。 第19頁(yè)/共40頁(yè) 低壓孔 高壓孔 通向葉片插入端的圓弧槽 a b c 第20頁(yè)/共40頁(yè) 2.子母葉片結(jié)構(gòu) 如圖3-3-6所示，母葉片3和子葉片4之間的油室e 始終與排油腔相通，而母葉片底部a腔則經(jīng)轉(zhuǎn)子1 上的孔c和所在的油腔相通。這樣當(dāng)葉片處在吸油 區(qū)時(shí)，對(duì)定子內(nèi)表面的作用力不會(huì)太大。 1 23 4 1-轉(zhuǎn)子 2-定子 3-母葉片 4-子葉片 s b a e B c 第21頁(yè)/共40頁(yè) 3.階梯葉片結(jié)構(gòu) 如圖3-3-7所示 ，排油腔始終同階梯葉片和階梯槽 之間的油室b相通，葉片底部通過(guò)流道c和a與所在 油腔相通。因此葉片處在吸油區(qū)時(shí)對(duì)定子內(nèi)表面 的作用力也

11、不會(huì)過(guò)大。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的 形狀較復(fù)雜，加工工藝性較差。 cb a 第22頁(yè)/共40頁(yè) （二）葉片的安放角 葉片底部通高壓油后，保證了葉片與定子內(nèi)表面 的緊密接觸，也保證了葉片在低壓區(qū)向外伸出。 然而對(duì)于處在排油區(qū)的葉片，其頂部受到定子內(nèi) 表面的反作用推力和與滑動(dòng)方向相反的摩擦力的 作用，他們的合力可分解為沿葉片槽方向的分力 和垂直于葉片的分力。垂直分力在葉片與葉片槽 的接觸處產(chǎn)生較大的摩擦力。葉片與定子內(nèi)表面 接觸壓力角越大，垂直分力也越大，葉片與葉片 槽之間的摩擦力也越大，由于排油區(qū)葉片的底部 也受到排油區(qū)壓力的作用，所以葉片的向心運(yùn)動(dòng) 僅由定子對(duì)葉片的推力來(lái)完成不可靠。 第23頁(yè)/

12、共40頁(yè) 為了避免接觸區(qū)壓力角過(guò)大而造成葉片在槽中滑 動(dòng)困難或產(chǎn)生摩擦自鎖，葉片槽相對(duì)轉(zhuǎn)子半徑沿 旋轉(zhuǎn)方向前傾角（圖3-3-8）以減小壓力角，一 般取=1014，YB形雙作用葉片泵=13。 第24頁(yè)/共40頁(yè) 第25頁(yè)/共40頁(yè) 1. 阿基米德螺線 阿基米德螺線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 = r +C 根據(jù)邊界條件：當(dāng)=時(shí)，=R得積分常數(shù)C為 C = (Rr)/ 故 rR r 第26頁(yè)/共40頁(yè) 由上式可推得 rR d d 由于d=dt，所以葉片的徑向速度 rR dt d 可見葉片在阿基米德螺線上滑動(dòng)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子得角 速度為常值時(shí)，葉片的徑向速度為常值，為此這 種曲線又稱為等速運(yùn)動(dòng)曲線。 第27頁(yè)/共40頁(yè)

13、 由雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量公式可知，過(guò)渡曲線 采用阿基米德螺線，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要在低壓區(qū) 的葉片個(gè)數(shù)為常值，則泵的瞬時(shí)流量理論上為常 值。即當(dāng)葉片數(shù)Z為 式中 n自然數(shù)（1、2、3）。 此時(shí)葉片泵的瞬時(shí)理論流量為常值。 ) 1(4nZ 第28頁(yè)/共40頁(yè) 阿基米德螺線的缺陷：由于葉片在阿基米德螺線 上滑動(dòng)時(shí)的徑向速度為常數(shù)，在圓弧曲線上滑動(dòng) 時(shí)的徑向速度為0，所以在過(guò)渡曲線與圓弧的連接 點(diǎn)上葉片的徑向速度發(fā)生了突變（或者說(shuō)過(guò)渡曲 線與圓弧沒(méi)有公切線），葉片與定子發(fā)生硬性沖 擊。為此，必須在阿基米德螺線與圓弧曲線的連 接點(diǎn)附近對(duì)曲線進(jìn)行修正。阿基米德螺線近年來(lái) 應(yīng)用已經(jīng)較少了。 第29頁(yè)/共40

14、頁(yè) 2. 等加速率等減速率曲線 為了防止過(guò)渡曲線與圓弧曲線在連接點(diǎn)上的硬性 沖擊，可以采用等加速率等減速率曲線。等加速 率等減速率曲線由兩部分組成，前半部分為等價(jià) 速率后半部分為等減速率，且加速度的絕對(duì)值相 等，這樣可保證與長(zhǎng)、短半徑圓弧都有公切線。 等加速率等減速率曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 當(dāng)0/2 2 2 )(2 rR r 第30頁(yè)/共40頁(yè) 2 )(4rR d d 22 2 )(4 rR d d 當(dāng)/2時(shí) 2 2 )( )(2 rR R 2 2 )( )(4 rR d d 22 2 )(4 rR d d 第31頁(yè)/共40頁(yè) 等加速率等減速率區(qū)縣的特點(diǎn)： 1）等加速率等減速率曲線是應(yīng)用較廣泛的一

15、種曲 線，它的優(yōu)點(diǎn)是在葉片不“脫空”的條件下（不 脫空的條件rL/2(d2/d2)，式中L是葉片的 徑向長(zhǎng)度，即使離心力大于葉片伸出運(yùn)動(dòng)的慣性 力），可以得到最大的R/r值，這樣采用此種曲線 在體積相同時(shí)可具有較大的排量 2）只要在低壓區(qū)的葉片個(gè)數(shù)為偶常數(shù)就可以組合 成 常數(shù) i d d 的情形，可使葉片泵的瞬時(shí)流量為 常值。因?yàn)槎ㄗ舆^(guò)渡曲線上的葉片數(shù)為偶常數(shù)， 則在加速區(qū)段和減速區(qū)段都有不變且相等的葉片 個(gè)數(shù) 第32頁(yè)/共40頁(yè) 存在，于是加、減速度抵消，其合速度為常值。 為達(dá)此目的葉片數(shù)應(yīng)為 Z=4(2n+1)） 式中 n自然數(shù)（n=1、2、3） 3）等加速率等減速率曲線的缺點(diǎn)是最大壓力較

16、偏 大。 4）由圖3-3-9可知加速度在=0、=/2和 =三點(diǎn)發(fā)生了突變，造成慣性力的突變，通常 這三處有三條清晰的磨痕這種現(xiàn)象稱為“軟沖現(xiàn) 象”。 第33頁(yè)/共40頁(yè) 3. 高次曲線 采用等加速率鄧建速率的雙作用葉片泵的噪聲主 要來(lái)源于葉片和定子內(nèi)表面的機(jī)械噪聲。其原因 是葉片按定子曲線給出的軌道進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)， 加速度的變化將引起慣性力的變化。從震動(dòng)角度 看，這是一種外界作用于葉片的沖擊力。此力正 比于三階導(dǎo)數(shù)d3/dt3(當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度=常數(shù)時(shí)， d3/dt3與d3/d3成正比)，反映了運(yùn)動(dòng)的助振 情況。等加速率等減速率曲線在與圓弧的兩個(gè)連 接點(diǎn)和過(guò)渡曲線的中點(diǎn)位置，加速度d2/dt2均發(fā)

17、 生了突變，d3/dt3為無(wú)窮大，發(fā)生激振。 第34頁(yè)/共40頁(yè) 此時(shí)葉片運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性受到破壞，葉片和定子內(nèi) 表面發(fā)生撞擊振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。為此希望定子曲 線的三階導(dǎo)數(shù)的變化小，同時(shí)也滿足對(duì)一階導(dǎo)數(shù) （d/dt）和二階導(dǎo)數(shù)（d2/dt2）的要求。采用 高次方程曲線可對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足一 定的邊界條件，又滿足三階導(dǎo)數(shù)特性及兼顧一、 二階導(dǎo)數(shù)的變化。 適用于低噪聲葉片泵定子曲線的高次方程有兩種 一種為對(duì)稱形，相應(yīng)的方程式為 =C33+ C44+ C55 第35頁(yè)/共40頁(yè) 另一種為非對(duì)稱形，相應(yīng)的方程式為 =C33+ C44+ C55+ C66 式中 過(guò)渡區(qū)定子曲線矢徑長(zhǎng)； 無(wú)因次量，=/； C3、C4、C5、C6考慮邊界條件及速度、加速度 和d3/dt3值的 系數(shù)。 第36頁(yè)/共40頁(yè) 第37頁(yè)/