第3章 液壓動力元件1

1、2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院1泵和馬達(dá)結(jié)構(gòu)基本相同，泵和馬達(dá)結(jié)構(gòu)基本相同，因此放在一章中介紹。因此放在一章中介紹。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能性能原理原理應(yīng)用應(yīng)用學(xué)習(xí)注意四個(gè)要點(diǎn)學(xué)習(xí)注意四個(gè)要點(diǎn)主要類型：齒輪式、葉片式、柱塞式主要類型：齒輪式、葉片式、柱塞式2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院23.1 3.1 概述概述3.2 3.2 齒輪泵齒輪泵3.3 3.3 葉片泵葉片泵3.4 3.4 柱塞泵柱塞泵3.5 3.5 其他液壓泵其他液壓泵2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院32022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院4液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能；液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能；液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

2、液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 建立足夠的壓力以克服負(fù)載；建立足夠的壓力以克服負(fù)載；液壓泵的作用液壓泵的作用 提供穩(wěn)定的流量以滿足執(zhí)行元件運(yùn)動速度的要求。提供穩(wěn)定的流量以滿足執(zhí)行元件運(yùn)動速度的要求。 抓住密封容積的形成和變化是研究了解抓住密封容積的形成和變化是研究了解泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵工作原理的關(guān)鍵泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵工作原理的關(guān)鍵2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院5密封容積是密封容積是如何形成的？如何形成的？ 工作過程工作過程 密封容積密封容積是如何變化的？是如何變化的？ 密封容積逐漸增大密封容積逐漸增大形成真空形成真空吸油過程；吸油過程； 密封容積逐漸變小密封容積逐漸變小排出油液排出油液排油過程。

3、排油過程。 結(jié)論結(jié)論何謂配油？何謂配油？配油方式？配油方式？ 密封容積的形成是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的必要條件；密封容積的形成是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的必要條件； 密封容積的變化是吸油、排油的根本原因；密封容積的變化是吸油、排油的根本原因； 泵工作的兩個(gè)條件：泵工作的兩個(gè)條件： 油箱通大氣或作用一定壓力；油箱通大氣或作用一定壓力； 配油（配流）裝置不可少。配油（配流）裝置不可少。 泵輸出壓力取決于油液流動時(shí)所遇到的阻力大??；泵輸出壓力取決于油液流動時(shí)所遇到的阻力大??； 流量的建立靠密封容積的變化量和變化速率。流量的建立靠密封容積的變化量和變化速率。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院6工作原理工作原理必

4、要條件必要條件密封容積的形成密封容積的形成充分條件充分條件密封容積的變化密封容積的變化吸油過程吸油過程: :密封容積增大密封容積增大排油過程排油過程: :密封容積減小密封容積減小兩個(gè)條件兩個(gè)條件: :油箱通大氣油箱通大氣配油裝置配油裝置泵和馬達(dá)的結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)泵和馬達(dá)的結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院7液壓泵液壓泵壓力壓力液壓泵的性能參數(shù)主要液壓泵的性能參數(shù)主要有壓力、轉(zhuǎn)速、排量、有壓力、轉(zhuǎn)速、排量、流量、功率和效率流量、功率和效率 （常用單位為（常用單位為MPaMPa）額定壓力額定壓力p ps s 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)所在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)

5、運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的最高壓力。允許的最高壓力。 最高允許最高允許壓力壓力p pmaxmax 指泵短時(shí)間內(nèi)所允許超載使用的極限壓力，指泵短時(shí)間內(nèi)所允許超載使用的極限壓力，它受泵本身密封性能和零件強(qiáng)度等因素的限制。它受泵本身密封性能和零件強(qiáng)度等因素的限制。 工作壓力工作壓力p p 液壓泵在實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力，亦即液壓泵出口的液壓泵在實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力，亦即液壓泵出口的壓力，泵的輸出壓力由負(fù)載決定。壓力，泵的輸出壓力由負(fù)載決定。 吸入壓力吸入壓力 當(dāng)液壓泵的安裝高度太高或吸油阻力過大時(shí)，液壓泵當(dāng)液壓泵的安裝高度太高或吸油阻力過大時(shí)，液壓泵的進(jìn)口壓力將因低于極限吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充分，的進(jìn)口壓力將因低于

6、極限吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充分，而在吸油腔產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的而在吸油腔產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院8液壓泵轉(zhuǎn)速液壓泵轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n n 最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速n nmaxmax 最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速n nminmin 在額定壓力下，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)在額定壓力下，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)行效率的轉(zhuǎn)速。行并保持較高運(yùn)行效率的轉(zhuǎn)速。在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。 為保證液壓泵可靠工作或

7、運(yùn)行效率不致過低所允為保證液壓泵可靠工作或運(yùn)行效率不致過低所允許的最低轉(zhuǎn)速。許的最低轉(zhuǎn)速。 r/minr/min2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院9排量排量V V排量和流量排量和流量 在不考慮泄漏的情況下，液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周，所排出的液體的體積，在不考慮泄漏的情況下，液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周，所排出的液體的體積，稱為排量，又稱為理論排量、幾何排量。稱為排量，又稱為理論排量、幾何排量。 V Vp，V VM；常用單位為常用單位為mLmLr r 理論流量理論流量q qt t 在不考慮泄漏的情況下，液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出的在不考慮泄漏的情況下，液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體的體積，稱為理論流量；工程上

8、又稱空載流量。液體的體積，稱為理論流量；工程上又稱空載流量。 nVqtL/min 實(shí)際流量實(shí)際流量q q 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在不同壓力下液壓泵所排出的流量。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在不同壓力下液壓泵所排出的流量。 q qq qt tq q 液壓泵的泄漏量液壓泵的泄漏量 額定流量額定流量q qs s 在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的輸出在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的輸出流量流量 2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院10產(chǎn)生機(jī)械損失的原因產(chǎn)生機(jī)械損失的原因 機(jī)械摩擦、粘性摩擦，轉(zhuǎn)矩有機(jī)械摩擦、粘性摩擦，轉(zhuǎn)矩有損失，與損失，與p p、n np p有關(guān)有關(guān) 產(chǎn)生容積損失的原因產(chǎn)生容積

9、損失的原因 高壓腔向低壓腔的內(nèi)泄漏，壓高壓腔向低壓腔的內(nèi)泄漏，壓力越高，泄漏量越大，與力越高，泄漏量越大，與p p、n np p有關(guān)；空穴、吸空。有關(guān)；空穴、吸空。 pptpmTT輸入轉(zhuǎn)矩理論轉(zhuǎn)矩ptppvqq理論流量輸出流量pVpmp機(jī)械機(jī)械效率效率 容積容積效率效率 總效率總效率 2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院11MmMvM總效率總效率 MtMMmTT理論轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩MMtMvqq輸入流量理論流量機(jī)械機(jī)械效率效率 容積容積效率效率 2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院122MMMMtp Vn T液壓功率機(jī)械功率2MMMtp VT液壓參量與機(jī)械參量的關(guān)系液壓參量與機(jī)械參量的關(guān)系2M

10、MMMmp VT實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院13馬達(dá)輸出速度為零，馬達(dá)輸出速度為零，泵的流量全部用于補(bǔ)泵的流量全部用于補(bǔ)償泵和馬達(dá)的泄漏，償泵和馬達(dá)的泄漏，此時(shí)，泵的壓力不可此時(shí)，泵的壓力不可能再提高了。能再提高了。 如何提高泵的壓力？如何提高泵的壓力？關(guān)鍵是提高密封性能關(guān)鍵是提高密封性能 工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密封容積；密封容積； 壓力、排量和流量；壓力、排量和流量； 效率計(jì)算效率計(jì)算 液壓功率計(jì)算、液壓轉(zhuǎn)矩公式；液壓功率計(jì)算、液壓轉(zhuǎn)矩公式； 提高密封性能是提高液壓泵、馬達(dá)工作壓力的主要措施。提高密封性能是提高液壓泵、馬達(dá)工作壓力的主要措施。小

11、結(jié)小結(jié)2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院14液壓泵和馬達(dá)的圖形符號液壓泵和馬達(dá)的圖形符號2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院15min/5 .139 . 0150010103LnVqVpp巳知液壓泵輸出油壓巳知液壓泵輸出油壓p pp p=10MPa=10MPa，泵的機(jī)械效率，泵的機(jī)械效率m m=0.95=0.95，容積效率容積效率V V=0.9=0.9，排量，排量V Vp p=10mL/r=10mL/r, ,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n=1500r/minn=1500r/min；液壓馬達(dá)的排量液壓馬達(dá)的排量V VM M=10mL/r=10mL/r，機(jī)械效率，機(jī)械效率mMmM=0.95=0.95，容積，容積

12、效率效率vMvM=0.9=0.9，求：，求：液壓泵的輸出功率；液壓泵的輸出功率；驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)功率；驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)功率；液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速；液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速；液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和功率。液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和功率。解解: : 液壓泵的輸出功率液壓泵的輸出功率kWqpPpp25. 2100060105 .131010035 電動機(jī)功率電動機(jī)功率 kWPPmVi63. 295. 09 . 025. 2不計(jì)管路中的流量損失，不計(jì)管路中的流量損失，馬達(dá)的理論流量馬達(dá)的理論流量 min/15.129 . 05 .13LqqVMptM 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速min/1215101015.123rVqn

13、MtMMmNVpTnMMpM11.1595. 014. 32101010100265kWPPPVMmMMiMM92. 19 . 095. 025. 2 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 和和功率功率2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院16CBB型齒輪泵結(jié)構(gòu)型齒輪泵結(jié)構(gòu)2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院17輪齒脫開嚙合輪齒脫開嚙合容積變大容積變大吸油腔吸油腔吸油；吸油；輪齒投入嚙合輪齒投入嚙合容積變小容積變小排油腔排油腔排油；排油；泵體、前后端蓋、齒輪構(gòu)成；泵體、前后端蓋、齒輪構(gòu)成； 齒頂與泵體內(nèi)表面的間齒頂與泵體內(nèi)表面的間隙密封和齒輪嚙合線將密封容積隙密封和齒輪嚙合線將密封容積分成吸油腔和排

14、油腔。分成吸油腔和排油腔。密封容積的變化密封容積的變化配油方式配油方式直接配油直接配油密封容積的形成密封容積的形成齒輪泵是利用齒輪嚙合原理齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，根據(jù)嚙合形式不同工作的，根據(jù)嚙合形式不同分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。齒輪泵。2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院18bZmbZmVp2266. 62%100)()(minmaxpshshpqqq流量脈動率流量脈動率 產(chǎn)生流量脈動的原因產(chǎn)生流量脈動的原因流量脈動造成壓力脈動，影響執(zhí)行元件的工作平穩(wěn)性。流量脈動造成壓力脈動，影響執(zhí)行元件的工作平穩(wěn)性。危害危害在輪齒不同的嚙合點(diǎn)，密封容積的變化率不一樣，

15、在輪齒不同的嚙合點(diǎn)，密封容積的變化率不一樣，因此，瞬時(shí)輸出的流量是變化的。因此，瞬時(shí)輸出的流量是變化的。2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院19圍繞密封容積的形成圍繞密封容積的形成和密封容積的變化和密封容積的變化徑向間隙徑向間隙泵體內(nèi)表面與齒頂：泄漏量占泵體內(nèi)表面與齒頂：泄漏量占15%15%35%35%端面間隙端面間隙齒輪表面與前、后蓋：齒輪表面與前、后蓋：泄漏量占泄漏量占70%70%75%75%要提高容積效率、工作壓力，要提高容積效率、工作壓力，關(guān)鍵是減少端面間隙！關(guān)鍵是減少端面間隙！嚙合處間隙嚙合處間隙泄漏量占泄漏量占5%5%采用靜壓平衡措施：在齒輪和蓋板之間增采用靜壓平衡措施：在齒輪和

16、蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動軸套或浮動側(cè)板，加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動軸套或浮動側(cè)板，在浮動零件的背面引入壓力油，讓作用在在浮動零件的背面引入壓力油，讓作用在背面的液壓力稍大于正面的液壓力，其差背面的液壓力稍大于正面的液壓力，其差值由一層很薄的油膜承受。值由一層很薄的油膜承受。浮動軸套；壓力反饋?zhàn)詣友a(bǔ)償。浮動軸套；壓力反饋?zhàn)詣友a(bǔ)償。 2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院20原因、危害、措施原因、危害、措施 齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價(jià)。平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價(jià)。液壓

17、徑向力的平衡措施之一：通過在蓋板上液壓徑向力的平衡措施之一：通過在蓋板上開設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通開設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院21原因、過程、危害、措施原因、過程、危害、措施 困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 齒輪齒輪重迭系數(shù)重迭系數(shù)1 1，在兩對輪齒同，在兩對輪齒同時(shí)嚙合時(shí)，它們之間將形成一時(shí)嚙合時(shí)，它們之間將形成一個(gè)與吸、壓油腔均不相通的封個(gè)與吸、壓油腔均不相通的封閉容積，此封閉容積隨齒輪轉(zhuǎn)閉容積，此封閉容積隨齒輪轉(zhuǎn)動其大小發(fā)生變化，先由大變動其大小發(fā)生變化，

18、先由大變小，后由小變大。小，后由小變大。封閉容積由大變小時(shí)油液受擠封閉容積由大變小時(shí)油液受擠壓，導(dǎo)致壓力沖擊和油液發(fā)熱，壓，導(dǎo)致壓力沖擊和油液發(fā)熱，封閉容積由小變大時(shí)，會引起封閉容積由小變大時(shí)，會引起汽蝕和噪聲。汽蝕和噪聲。2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院22兩槽間距兩槽間距a a為最小封閉容積，而使封閉容積由大變?yōu)樽钚》忾]容積，而使封閉容積由大變小時(shí)與壓油腔相通，閉死容積由小變大時(shí)與吸油小時(shí)與壓油腔相通，閉死容積由小變大時(shí)與吸油腔相通腔相通卸荷措施卸荷措施在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽開設(shè)卸荷槽開設(shè)卸荷槽的原則的原則2022-3-20武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院23內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵n工作原理工作原理 一對相互嚙合的小一對相互嚙合的小齒輪和內(nèi)齒輪與側(cè)板所圍成的密齒輪和內(nèi)齒輪與側(cè)板所圍成的密閉容積被齒嚙合線分割成兩部分，閉容積被齒嚙合線分割成兩部分，當(dāng)傳動軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪當(dāng)傳動軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒脫開嚙合的一側(cè)密閉容積增大，齒脫開嚙合的一側(cè)密閉容積增大，為吸油腔；輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)為吸油腔；輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，為壓油腔。密閉容積減小，為壓油腔。n特點(diǎn)特點(diǎn)n無困油現(xiàn)象無困油現(xiàn)象n流量脈動小，噪聲低流量脈動小，噪聲低