第3章 液壓能源元件

1、 第第3 3章章 液壓能源元件液壓能源元件3.1 液壓泵的基本工作原理與類型液壓泵的基本工作原理與類型3.2 液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主要性能參數(shù)3.3 齒輪泵齒輪泵3.4 葉片泵葉片泵3.5 柱塞泵柱塞泵3.6 各類液壓泵的性能比較及選擇各類液壓泵的性能比較及選擇3.1 液壓泵的基本工作原理與類型液壓泵的基本工作原理與類型3.1.1 3.1.1 液壓泵的工作原理液壓泵的工作原理 液壓泵：是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置液壓泵：是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。特點(diǎn)：這種利用密封工作容積的變化進(jìn)行吸油和壓油的泵稱特點(diǎn)：這種利用密封工作容積的變化進(jìn)

2、行吸油和壓油的泵稱為容積式泵，液壓泵都是容積式的。為容積式泵，液壓泵都是容積式的。 1.有定子、轉(zhuǎn)子、擠子，泵的結(jié)構(gòu)不同有不同的形式；有定子、轉(zhuǎn)子、擠子，泵的結(jié)構(gòu)不同有不同的形式；2.有一個(gè)或若干個(gè)周期變化的密封工作腔；有一個(gè)或若干個(gè)周期變化的密封工作腔；3.須有相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)，如圖須有相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)，如圖3-1中的單向閥中的單向閥6和和5；4.要保持油箱上的通氣孔始終暢通，使油箱內(nèi)為大氣壓力。要保持油箱上的通氣孔始終暢通，使油箱內(nèi)為大氣壓力。 從液壓泵的工作原理可知其正常工作應(yīng)具備以下條件從液壓泵的工作原理可知其正常工作應(yīng)具備以下條件:按單位時(shí)間內(nèi)輸出油液體積能否調(diào)節(jié)分：定量泵、變量泵按單位

3、時(shí)間內(nèi)輸出油液體積能否調(diào)節(jié)分：定量泵、變量泵兩類。兩類。按其結(jié)構(gòu)型式分：齒輪式、葉片式和柱塞式按其結(jié)構(gòu)型式分：齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。三大類。按輸油方向分：?jiǎn)蜗虮?、雙向泵按輸油方向分：?jiǎn)蜗虮谩㈦p向泵兩類。兩類。按使用壓力按使用壓力：低壓、中壓、中高壓、高壓。低壓、中壓、中高壓、高壓。3.1.2 3.1.2 液壓泵分類及圖形符號(hào)液壓泵分類及圖形符號(hào)(1) (1) 液壓泵分類液壓泵分類(2) (2) 液壓泵圖形符號(hào)液壓泵圖形符號(hào) 3.2 液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的主要性能參數(shù) 工作壓力：工作壓力：液壓泵實(shí)際工作時(shí)的出口壓力。液壓泵實(shí)際工作時(shí)的出口壓力。 是液壓泵克服負(fù)載阻力所建立起來的壓力

4、。是液壓泵克服負(fù)載阻力所建立起來的壓力。 額定壓力：額定壓力：液壓泵可連續(xù)工作的最高壓力，它反映了泵的能液壓泵可連續(xù)工作的最高壓力，它反映了泵的能力。力。 一般銘牌上標(biāo)定額定壓力。一般銘牌上標(biāo)定額定壓力。 最大壓力：最大壓力：按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，液壓泵在短暫過載時(shí)所允許的按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，液壓泵在短暫過載時(shí)所允許的最高壓力。最高壓力。（1 1） 壓力壓力 p p 排量：排量：在無泄漏的情況下，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)所排出的液體體在無泄漏的情況下，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)所排出的液體體積。它的大小取決于于泵的幾何尺寸，故又稱幾何排量。積。它的大小取決于于泵的幾何尺寸，故又稱幾何排量。 流量：流量：是指泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液

5、體的體積是指泵在單位時(shí)間內(nèi)排出的液體的體積。 1 1）理論流量）理論流量qt t 為泵的排量為泵的排量V V和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n n的乘積的乘積 (m3/s) 式中式中 V 液壓泵的排量液壓泵的排量 (m3/r) n液壓泵轉(zhuǎn)速液壓泵轉(zhuǎn)速 (r/s) （2 2）排量、流量和容積效率）排量、流量和容積效率nVqt 式中式中 泵的泄漏流量（內(nèi)泄漏和外泄漏）泵的泄漏流量（內(nèi)泄漏和外泄漏） 3) 3) 額定流量額定流量：指泵在：指泵在額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速和和額定壓力額定壓力下的輸出流下的輸出流量量 pkVnqqqllt2) 2) 實(shí)際流量實(shí)際流量：液壓泵實(shí)際輸出的流量液壓泵實(shí)際輸出的流量sm3lq（3 3）功率和

6、效率）功率和效率1)1)功率功率ttpqP 泵的理論輸出功率為泵的理論輸出功率為: :泵的輸入功率為泵的輸入功率為: :ttinTTP2如不計(jì)各種損失，則：如不計(jì)各種損失，則：ttttnTTpVnpqP2實(shí)際液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中是有實(shí)際液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失，輸出功率小于輸入功率。損失，輸出功率小于輸入功率。 功率損失功率損失=容積損失容積損失+機(jī)械損失機(jī)械損失容積損失容積損失 是因泄漏是因泄漏 、氣穴和油液被壓縮等造、氣穴和油液被壓縮等造成的流量損失。成的流量損失。 機(jī)械損失機(jī)械損失 是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。 功率損失的大

7、小用效率功率損失的大小用效率表示表示l 容積效率容積效率v v 液壓泵的實(shí)際流量和理論流量之比稱為液壓泵的實(shí)際流量和理論流量之比稱為容積效率容積效率VnpkqqqqqqqltltlttV112) 2) 效率效率l 機(jī)械效率機(jī)械效率m m 液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩之比液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩之比稱為機(jī)械效率稱為機(jī)械效率TTtml總效率總效率 泵的總效率應(yīng)為泵的輸出功率與驅(qū)動(dòng)泵的輸泵的總效率應(yīng)為泵的輸出功率與驅(qū)動(dòng)泵的輸入功率之比入功率之比mvinTpqPP20mv泵的總功率隨負(fù)載壓力泵的總功率隨負(fù)載壓力p變化曲線如圖變化曲線如圖TtTqvmqlTl液壓泵的特性曲線液壓馬達(dá)的特性曲線pp

8、T，q，T，q，TtTqtqtqvm qT齒輪泵的分類齒輪泵的分類內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合外嚙合外嚙合3.3 3.3 齒輪泵齒輪泵 組成組成: : 前、后泵蓋，前、后泵蓋，泵體，一對(duì)齒數(shù)、泵體，一對(duì)齒數(shù)、 模數(shù)、齒形完全相同模數(shù)、齒形完全相同的漸開線外嚙合齒輪的漸開線外嚙合齒輪。3.3.1 3.3.1 外嚙合齒輪泵的工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理齒輪泵的工作原理齒輪泵的工作原理 壓油外嚙合齒輪泵3.3.2 3.3.2 齒輪泵的排量和流量齒輪泵的排量和流量(1) (1) 排量排量 兩個(gè)齒輪的齒間槽容積之和。近似地認(rèn)為齒間兩個(gè)齒輪的齒間槽容積之和。近似地認(rèn)為齒間槽的容積等于輪齒的體積，則槽的容積等于輪齒的體積

9、，則: (m3/r) 式中式中 D節(jié)圓直徑（節(jié)圓直徑（m） h齒高（齒高（m） b齒寬（齒寬（m） z齒數(shù)齒數(shù) m齒輪模數(shù)齒輪模數(shù)bZmbZmDhbV2266. 62(2) (2) 流量流量 齒輪泵實(shí)際流量齒輪泵實(shí)際流量q為為 式中式中 n 齒輪泵的轉(zhuǎn)速（齒輪泵的轉(zhuǎn)速（r/s） V齒輪泵的容積效率齒輪泵的容積效率VVbnzmVnq266. 6a) a) 困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因引起的危害困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因引起的危害 為保證齒輪連續(xù)平穩(wěn)嚙合，又能使吸壓油區(qū)隔開，為保證齒輪連續(xù)平穩(wěn)嚙合，又能使吸壓油區(qū)隔開，需要兩對(duì)輪齒同時(shí)進(jìn)入嚙合，那么兩對(duì)輪齒間就形成需要兩對(duì)輪齒同時(shí)進(jìn)入嚙合，那么兩對(duì)輪齒間就形成了一個(gè)封閉

10、容積了一個(gè)封閉容積1 1）困油現(xiàn)象）困油現(xiàn)象(3) (3) 結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)問題結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)問題容積縮小容積縮小 p p 高壓油從縫隙強(qiáng)行擠出高壓油從縫隙強(qiáng)行擠出: :軸和軸承承受沖擊載荷、產(chǎn)軸和軸承承受沖擊載荷、產(chǎn)生振動(dòng)、增加無功損耗、油液發(fā)熱生振動(dòng)、增加無功損耗、油液發(fā)熱容積增大容積增大 p p 形成局部真空形成局部真空: :產(chǎn)生氣穴，引起振動(dòng)、噪聲、汽蝕等產(chǎn)生氣穴，引起振動(dòng)、噪聲、汽蝕等b) b) 消除困油的方法消除困油的方法 方法：方法：在在泵蓋上開卸荷槽泵蓋上開卸荷槽 原則：原則：密封容積減小，使之密封容積減小，使之通壓油口通壓油口 密封容積增大，使之密封容積增大，使之通吸油口通吸油口2

11、 2）泄漏）泄漏 外嚙合齒輪泵中有三個(gè)產(chǎn)生泄漏部位：外嚙合齒輪泵中有三個(gè)產(chǎn)生泄漏部位： a) 軸向間隙軸向間隙:齒輪端面與端蓋之間齒輪端面與端蓋之間 b) b) 徑向徑向間隙間隙:齒輪外圓與泵體配合處齒輪外圓與泵體配合處 c) c) 嚙合處嚙合處: :通過兩個(gè)齒輪的嚙合處通過兩個(gè)齒輪的嚙合處其中，其中，軸向間隙泄漏最嚴(yán)重軸向間隙泄漏最嚴(yán)重3 3）徑向不平衡力）徑向不平衡力 液壓作用力不平衡液壓作用力不平衡 a)a)產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 壓力分布規(guī)律：壓力分布規(guī)律：從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐齒降低，齒降低，pp，徑向不平衡力增大，齒輪和軸承受，徑向不

12、平衡力增大，齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷。到很大的沖擊載荷。b)b)危害：危害： 產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲；加速軸承磨損；嚴(yán)重時(shí)軸變形，齒產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲；加速軸承磨損；嚴(yán)重時(shí)軸變形，齒頂磨泵體頂磨泵體. .c)c)減小徑向不平衡力措施減小徑向不平衡力措施： 增大吸油口，減小壓油口增大吸油口，減小壓油口 開壓力平衡槽開壓力平衡槽4 4）提高外嚙合齒輪泵壓力的措施）提高外嚙合齒輪泵壓力的措施問題：?jiǎn)栴}：齒輪泵存在間隙，齒輪泵存在間隙， p p 泄漏泄漏 v v 徑向不平衡力徑向不平衡力p p， p p 徑向力徑向力 因此因此, ,齒輪泵為低壓泵齒輪泵為低壓泵提高齒輪泵壓力的方法：提高齒輪泵壓力的方法： 泄漏

13、是齒輪泵壓力和容積效率低的根本因素泄漏是齒輪泵壓力和容積效率低的根本因素采用浮動(dòng)軸套補(bǔ)償：采用浮動(dòng)軸套補(bǔ)償：將壓力油引入軸套背面，將壓力油引入軸套背面， 使軸套緊貼齒輪端面，補(bǔ)償磨損，減小間隙。使軸套緊貼齒輪端面，補(bǔ)償磨損，減小間隙。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低、工作可靠、使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低、工作可靠、使用維護(hù)方便維護(hù)方便 自吸性能好自吸性能好 對(duì)油液污染不敏感對(duì)油液污染不敏感缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 流量和壓力的脈動(dòng)較大，噪音大流量和壓力的脈動(dòng)較大，噪音大 排量不可改變，效率較低排量不可改變，效率較低 壓力低（泄漏、徑向不平衡力）壓力低（泄漏、徑向不平衡力） (4)

14、(4) 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) (1)(1)組成：組成：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、可變的密閉工作腔、配油盤等定子、轉(zhuǎn)子、葉片、可變的密閉工作腔、配油盤等3.4.1 3.4.1 單作用葉片泵工作原理單作用葉片泵工作原理 (2)(2)原理：原理： 動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示3.4 3.4 葉片泵葉片泵(3) (3) 流量計(jì)算流量計(jì)算VVDeBnVnq2式中式中 D D 定子內(nèi)表面直徑定子內(nèi)表面直徑 e e 偏心距偏心距 B B 葉片寬度葉片寬度 n n 泵的轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)速 V V 泵的容積效率泵的容積效率(4) (4) 單作用葉片泵的特點(diǎn)單作用葉片泵的特點(diǎn)1 1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸壓油各一次，稱單作用式；）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸壓油各

15、一次，稱單作用式； 2 2）有徑向力不平衡，稱非卸荷式；）有徑向力不平衡，稱非卸荷式；3 3）有流量脈動(dòng)，葉片應(yīng)取奇數(shù)，一般）有流量脈動(dòng)，葉片應(yīng)取奇數(shù)，一般13151315。3.4.2 3.4.2 雙作用葉片泵雙作用葉片泵雙作用葉片泵工作原理組成組成(1)(1)工作原理工作原理動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示(2)(2)流量計(jì)算流量計(jì)算VvnZrRrRbVnqcos)()(2式中式中 葉片厚度葉片厚度 葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子徑向傾角葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子徑向傾角R 定子內(nèi)表面長(zhǎng)圓弧半徑定子內(nèi)表面長(zhǎng)圓弧半徑 r 定子內(nèi)表面短圓弧半徑定子內(nèi)表面短圓弧半徑(3)(3)雙作用葉片泵特點(diǎn)雙作用葉片泵特點(diǎn)1 1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、壓油各兩

16、次。）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、壓油各兩次。 故稱雙作用式故稱雙作用式2 2）吸、壓油口對(duì)稱，徑向力平衡。）吸、壓油口對(duì)稱，徑向力平衡。 故稱卸荷式故稱卸荷式u結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在單作用式葉片泵的基礎(chǔ)上加一套變量機(jī)構(gòu)在單作用式葉片泵的基礎(chǔ)上加一套變量機(jī)構(gòu)u變量原理：變量原理： 改變偏心距的大小和方向來改變排量改變偏心距的大小和方向來改變排量3.4.3 3.4.3 變量葉片泵變量葉片泵u類型：類型： 根據(jù)改變偏心的形式不同：手動(dòng)式、限壓式、穩(wěn)流量式。根據(jù)改變偏心的形式不同：手動(dòng)式、限壓式、穩(wěn)流量式。本節(jié)介紹限壓式變量葉片泵本節(jié)介紹限壓式變量葉片泵限壓式變量葉片泵有內(nèi)反饋和外反饋兩種。限壓式變量葉片泵有

17、內(nèi)反饋和外反饋兩種。(1) (1) 外反饋限壓式變量葉片泵組成：外反饋限壓式變量葉片泵組成：變量泵主體、限壓彈簧、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（螺釘）、反饋液壓缸變量泵主體、限壓彈簧、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（螺釘）、反饋液壓缸動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示Fs12345A6FfFfo1oxee0p q當(dāng)當(dāng)pA kpA kpA ks sx x0 0時(shí)，定子右移，時(shí)，定子右移， e e ，qq (2) (2) 外反饋限壓式變量葉片泵工作原理：外反饋限壓式變量葉片泵工作原理：Opqpbpmaxq t泄漏量(3) (3) 限壓式變量葉片泵的特性曲線限壓式變量葉片泵的特性曲線當(dāng)當(dāng)p pp pb b時(shí)，時(shí)，pA kpA pp pb b時(shí)，時(shí)，pA =

18、kpA = ks s（x x0 0+x+x） 變量泵變量泵(4) (4) 限壓式變量葉片泵的調(diào)節(jié)過程限壓式變量葉片泵的調(diào)節(jié)過程 調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘6 6，可改變，可改變q qmaxmax，使，使ABAB段上下平移段上下平移 調(diào)節(jié)彈簧預(yù)壓縮量，可改變調(diào)節(jié)彈簧預(yù)壓縮量，可改變p pB B ，使，使BCBC段左右平移段左右平移 更換彈簧，可改變彈簧剛度，使更換彈簧，可改變彈簧剛度，使BCBC段段斜率變化斜率變化 k k大，曲線平緩；大，曲線平緩； k k小，曲線較陡小，曲線較陡Fs12345A6FfFfo1oxee0p q討論：討論：OpqpbpmaxBACD欲使特性曲線的拐點(diǎn)從欲使特性曲線的拐點(diǎn)從B

19、 B調(diào)到調(diào)到D D點(diǎn)點(diǎn), ,應(yīng)如何調(diào)整應(yīng)如何調(diào)整? ?(5) (5) 限壓式變量葉片泵的特點(diǎn)：限壓式變量葉片泵的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 減小了減小了P P，減少了發(fā)熱，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)。，減少了發(fā)熱，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 3.5 3.5 柱塞泵柱塞泵 特點(diǎn)特點(diǎn): :壓力高、容積效率高、流量容易調(diào)節(jié)壓力高、容積效率高、流量容易調(diào)節(jié) 適用范圍適用范圍: :高壓大功率的液壓系統(tǒng)高壓大功率的液壓系統(tǒng) 分類分類: :軸向柱塞式和徑向柱塞式軸向柱塞式和徑向柱塞式3.5.1 3.5.1 軸向柱塞泵軸向柱塞泵 (1) (1) 軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵的工作原理 12345-

20、圖圖3-14軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵的工作原理 缸體每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次缸體每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油和排油過程吸油和排油過程動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示(2) (2) 軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu) 式中式中 zz柱塞數(shù)柱塞數(shù); ; d d柱塞直徑柱塞直徑; ; h h柱塞行程；柱塞行程； DD柱塞中心分布圓直徑柱塞中心分布圓直徑; ; r r斜盤傾角。斜盤傾角。實(shí)際流量實(shí)際流量 ZDtgdhZdV224141vvnZDtgdVnq241（3 3）流量計(jì)算）流量計(jì)算 斜盤式軸向柱塞泵的排量斜盤式軸向柱塞泵的排量V（4 4）軸向柱塞泵的變量）軸向柱塞泵的變量 軸向柱塞式液壓泵只要改變斜盤（缸體）的斜角軸向柱塞式液壓泵只要改變斜盤（缸體）的斜角就就可以實(shí)現(xiàn)變量，其變量方式可以實(shí)現(xiàn)變量，其變量方式也較多：也較多： 1) 手動(dòng)變量手動(dòng)變量 2) 液控變量液控變量 3) 壓力補(bǔ)償式變量壓力補(bǔ)償式變量3.5.2 3.5.2 徑向柱塞泵的工作原理徑向柱塞泵的工作原理圖圖3-18 徑向柱塞泵徑向柱塞泵的工作原理的工作原理動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示項(xiàng)目項(xiàng)目齒