液壓與氣壓傳動課件第2章

1、液壓與氣壓傳動第4版第二章 液壓泵和液壓馬達(dá)第一節(jié) 概述第二節(jié) 齒輪泵第三節(jié) 葉片泵第四節(jié) 柱塞泵第五節(jié) 液壓泵的選用第六節(jié) 液壓馬達(dá)小結(jié)第一節(jié) 概述 一、液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理 液壓泵是將電動機(或其它原動機)輸出的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動力源，向液壓系統(tǒng)提供壓力油。 液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。從原理上，兩者是互逆的。但由于功用的不同，結(jié)構(gòu)上有差別。 1液壓泵的工作原理圖2-1 簡單單柱塞液壓泵的工作原理圖 1.液壓泵的工作原理 圖2-1所示為一個單柱塞液壓泵的工作原理圖。柱塞2安裝在泵體3內(nèi)，柱塞在彈簧4的作用下與偏心輪

2、1接觸。當(dāng)偏心輪不停地轉(zhuǎn)動時，柱塞作左右往復(fù)運動。柱塞向右運動時，柱塞和泵體所形成的密封容積V增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力作用下，通過單向閥6進入泵體V腔，即液壓泵吸油。柱塞向左運動時密封容積V減小，由于單向閥6封住了吸油口，于是V腔的油液打開單向閥5流向系統(tǒng)，即液壓泵壓油。偏心輪不停地轉(zhuǎn)動，液壓泵便不斷地吸油和壓油。液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。從原理上講，液壓馬達(dá)和液壓泵是可逆的。 從上述泵的工作過程可以看出： l)液壓泵是依靠密封容積的變化來實現(xiàn)吸油和壓油的，利用這種原理做成的泵統(tǒng)稱為容積式液壓泵。 2)在吸油過程中，對于非封閉的油箱,必須使油箱與大氣

3、接通，這是吸油的必要條件。 3)單向閥5、6將吸油腔與壓油腔隔開,保證吸油時使V腔與油箱接通，同時切斷供油管道;壓油時使V腔與油液流向系統(tǒng)的管道相通而與油箱切斷。單向閥5、6又稱為配油裝置。 二、液壓泵和液壓馬達(dá)的分類 液壓泵和液壓馬達(dá)的類型很多。液壓泵和液壓馬達(dá)按其排量V能否調(diào)節(jié)而分成定量泵和和定量馬達(dá)，變量泵和變量馬達(dá)兩類，液壓泵和液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為齒輪式、葉片式和柱塞式等類型。液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號如圖2-2所示。圖2-2 液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號 三、液壓泵和液壓馬達(dá)的壓力和流量 1.液壓泵和液壓馬達(dá)的壓力 1)工作壓力p 液壓泵的工作壓力是指它輸出油液的壓力，其大

4、小由負(fù)載決定。液壓馬達(dá)的工作壓力是指它的輸入壓力。 2)公稱（額定）壓力 液壓泵的公稱（額定）壓力是指液壓泵在使用中允許到達(dá)的最大工作壓力，超過此值就是過載。液壓泵的公稱壓力應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB2346-2003)的規(guī)定。 液壓馬達(dá)的公稱壓力是指液壓馬達(dá)在使用中允許達(dá)到的最大工作壓力。超過此值就是過載。液壓馬達(dá)的公稱壓力應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB2346-2003)的規(guī)定。 3)最高工作壓力 液壓泵和液壓馬達(dá)的最大工作壓力是指液壓泵或液壓馬達(dá)在短時間內(nèi)過載時所允許到達(dá)的極限壓力。 2.液壓泵和液壓馬達(dá)的壓力和流量 （1）排量V 液壓泵的排量是指泵軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積的幾何尺寸變化計算而得的排出液

5、體的體積。公稱排量應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 液壓馬達(dá)的排量是指馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積的幾何尺寸變化計算而得的吞入液體的體積。公稱排量應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 (2)流量q 1)理論流量 液壓泵的理論流量是指泵在單位時間內(nèi)由其密封容積的幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積，理論流量等于排量與其轉(zhuǎn)速的乘積。液壓馬達(dá)的理論流量是指馬達(dá)在單位時間內(nèi)為達(dá)到指定轉(zhuǎn)速，由其密封容積的幾何尺寸變化計算而得的吞入液體的體積。 2)實際流量 液壓泵的實際流量是指泵工作時實際輸出的流量，等于理論流量減去泄漏損失的流量。 液壓馬達(dá)的實際流量是指馬達(dá)工作時實際輸入的流量，等于理論流量加上因泄漏損失的流量。 3)公稱流

6、量 液壓泵的公稱流量，是指泵在公稱轉(zhuǎn)速和公稱壓力下的輸出流量。 液壓馬達(dá)的公稱流量是指馬達(dá)在公稱轉(zhuǎn)速和公稱壓力下的輸入流量。 四、液壓泵和液壓馬達(dá)的功率和效率 1、液壓泵的功率和效率 1)泵的輸入功率Pm 驅(qū)動泵軸的機械功率叫泵的輸入功率Pm 式中，T為泵軸上的實際輸入轉(zhuǎn)矩, n為泵軸的轉(zhuǎn)速。2)泵的輸出功率 泵輸出的液壓功率叫泵的輸出功率 3）泵的總效率 由于泵在能量轉(zhuǎn)換時有能量損失(機械摩擦損失、泄漏流量損失)，泵的輸出功率 總是小于泵的輸入功率Pm。其總效率為 泵的容積效率 泵的機械效率 2、液壓馬達(dá)的功率和效率 1)液壓馬達(dá)的輸入功率 式中, 為馬達(dá)的輸入壓力; 為馬達(dá)的輸入流量。 2

7、)液壓馬達(dá)的輸出功率 式中， 為馬達(dá)的實際輸出轉(zhuǎn)矩 ； 為馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)速。 3)馬達(dá)的總效率 馬達(dá)的輸出功率 總是小于馬達(dá)的輸入功率 ，其總效率 為： 式中， 為馬達(dá)的機械效率； 為馬達(dá)的容積效率。 馬達(dá)的容積效率 馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 馬達(dá)的機械效率 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩： 齒輪泵廣泛地應(yīng)用在各種液壓機械上。一般齒輪泵分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種。外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速高，自吸性能好，對油液污染不敏感，工作可靠，壽命長，便于維修以及成本低等特點。它的缺點是，流量和壓力脈動較大，噪聲較大 。第二節(jié) 齒輪泵 一、齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu) 1.齒輪泵的工作原理 如圖2-3所示，由泵體、端蓋和一對相互嚙

8、合的齒輪形成密封的工作容積。相互嚙合的齒輪將密封的工作容積分隔成左右兩個密封的空腔，即a腔和b腔，分別與吸油口和壓油口相通。當(dāng)主動軸帶動齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，在a腔中，嚙合的兩輪齒逐漸脫開，工作容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下經(jīng)吸油口進入吸油腔（a 腔）；然后，齒間的油液隨齒輪轉(zhuǎn)動沿帶尾箭頭所示的流向被帶到b腔。在b腔中，兩齒輪的輪齒逐漸嚙合，使工作容積逐漸減小，被擠壓的油液經(jīng)壓油口輸出，故b腔為壓油腔。齒輪不停地轉(zhuǎn)動，吸油腔不斷地從油箱中吸油，壓油腔不斷地排油，這就是齒輪泵的工作原理。 圖2-3 2.齒輪泵的結(jié)構(gòu)性能分析圖2-4 液壓泵的困油現(xiàn)象減輕困油現(xiàn)象的措施：

9、圖2-6 齒輪泵的徑向力分布圖 2）不平衡的徑向力圖2-7齒輪泵徑向力平衡槽 齒輪泵的泄漏途徑:齒輪泵內(nèi)部從高壓區(qū)向低壓區(qū)泄漏有三條途徑: 1.是通過齒輪端面與側(cè)蓋板之間軸向間隙的泄漏，約占總泄漏的75%80%，是目前影響齒輪泵壓力提高的主要原因。 2.是通過齒頂和泵體內(nèi)孔間徑向間隙的泄漏，其泄漏約占總泄漏的15%20%； 3.是齒輪嚙合處的泄漏，其泄漏很少，一般不予考慮。 在中、高壓齒輪泵中，為了減小軸向間隙的泄漏，采用軸向間隙自動補償裝置，如圖2-8所示。 3)泄漏途徑 圖2-8 軸向間隙補償原理圖 3、齒輪泵的典型結(jié)構(gòu) 一對齒輪7、9裝在泵體2中，由主動軸6帶動回轉(zhuǎn)。左、右端蓋1、3裝在

10、泵體的兩側(cè)，用六個螺釘13連接，并用定位銷10定位。帶有保持架的滾針軸承12分別裝在左、右端蓋中，支承主動軸6和從動軸8。在左、右端蓋上各銑有兩個消除困油現(xiàn)象的矩形卸荷槽f和g， 泵體兩端面上還銑有壓力卸荷槽C。圖2-9 CB-B型低壓齒輪泵 CB系列中、高壓齒輪泵的結(jié)構(gòu) 圖2-10 CB系列中、高壓齒輪泵 二、齒輪泵的常見故障及排除方法（表2-2） 第三節(jié) 葉片泵 葉片泵在機床液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。其主要優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、 流量均勻以及噪聲小等。其缺點是:結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸油特性差、對油液的污染較敏感。 葉片泵按其排量是否可變分為定量葉片泵和變量葉片泵，按其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周吸、排油的

11、次數(shù)可分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。 一、雙作用葉片泵 1)雙作用葉片泵的組成:主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3、泵體4及配油盤5等組成。轉(zhuǎn)子和定子同心安放。定子內(nèi)表面是一個近似橢圓，由兩段長半徑R圓弧、兩段短半徑r 圓弧以及四段過渡曲線所組成。轉(zhuǎn)子上開有均布槽，矩形葉片安裝在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)滑動。圖2-11雙作用葉片泵的工作原理 2) 雙作用葉片泵的工作原理 如圖2-11所示,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片在自身離心力和根部壓力油的作用下，緊貼定子內(nèi)表面。在轉(zhuǎn)子、定子、葉片和配油盤之間就形成了若干個密封的工作容積。當(dāng)相鄰兩葉片由短半徑處向長半徑處轉(zhuǎn)動時，兩葉片間的工作容積逐漸增大，形成局部真空而吸油，

12、當(dāng)相鄰兩葉片由長半徑處向短半徑處轉(zhuǎn)動時，兩葉片間的工作容積逐漸減小而壓油。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，兩相鄰葉片間的工作容積完成兩次吸油和壓油，所以稱為雙作用葉片泵。 YB1 型葉片泵的結(jié)構(gòu) 圖2-12所示為YB1 型葉片泵的結(jié)構(gòu)圖，由前、后泵體7、6，左、右配油盤1、5，定子4、轉(zhuǎn)子12等組成。 結(jié)構(gòu)特點： 定子的組成;八段曲線組成（二段大圓弧、二段小圓弧和四段過渡曲線）。圖2-12 YB1型葉片泵的結(jié)構(gòu) 配油盤的組成：如圖2-13所示 配油盤與定子的相對關(guān)系:為了便于裝配和使用，兩個配油盤與定子、轉(zhuǎn)子和葉片組裝成一個部件。兩個長螺釘13為組件的緊固螺釘，其頭部作為定位銷插入后泵體的定位孔內(nèi)，以保證配油盤上

13、吸、壓油窗口的位置能與定子內(nèi)表面的過渡曲線相對應(yīng)。 其它:轉(zhuǎn)子上開有12條狹槽，葉片11安裝在槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)自由滑動。轉(zhuǎn)子通過內(nèi)花鍵與主動軸相配合，主動軸由兩個滾珠軸承2和8支承。骨架式密封圈9安裝在蓋板10上，用來防止油液泄漏和空氣滲入。 葉片的傾角圖2-13葉片泵配油盤 4)雙聯(lián)葉片泵 YB1 系列葉片泵除單泵外，還有雙聯(lián)葉片泵，如圖2-14所示,它是由兩個單級葉片泵組成，其主要工作部件裝在一個泵體內(nèi)，由同一根傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)。泵體有一個共同的吸油口，兩個各自獨立的出油口。圖2-14 雙聯(lián)葉片泵的結(jié)構(gòu) 高壓葉片泵 高壓葉片泵存在最主要的問題就是低壓 區(qū)葉片對定子壓緊力過大。措施；減小葉片對

14、定子的壓緊力。 二、單作用葉片泵 1）單作用葉片泵的組成:如圖2-18所示,主要由轉(zhuǎn)子3、定子4、葉片5、配油盤1、傳動軸2及泵體等組成。轉(zhuǎn)子和定子偏心安放，偏心距為，定子具有圓柱形的內(nèi)表面。轉(zhuǎn)子上開有均布槽，矩形葉片安放在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)滑動。 圖2-18 單作用葉片泵的工作原理圖 2）單作用葉片泵的工作原理 如圖2-18所示，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片在自身離心力的作用下，緊貼定子內(nèi)表面起密封作用。在轉(zhuǎn)子、定子、葉片和配油盤之間就形成了若干個密封的工作容積。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右邊的葉片逐漸伸出，相鄰兩葉片間的工作容積逐漸增大，形成局部真空，從配油盤上的吸油窗口吸油；左邊的葉片被定子的內(nèi)表面

15、逐漸壓進槽內(nèi)，兩相鄰葉片間的工作容積逐漸減小，將工作油液從配油盤上的壓油窗口壓出；在吸油窗口和壓油窗口之間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周兩葉片間的工作容積完成一次吸油和壓油，所以稱為單作用式葉片泵。 工作原理：圖2-19所示為YBX型限壓式變量葉片泵工作原理圖。轉(zhuǎn)子l的中心01 是固定的，定子2可以左右移動，在右端限壓彈簧3的作用下，定子被推向左端，靠緊在活塞6的右端面上，使定子中心O2 和轉(zhuǎn)子中心01之間有一原始偏心距e。泵出口的壓力油經(jīng)泵體內(nèi)通道作用于活塞6的左端面上，當(dāng)泵的工作壓力p小于限定壓力（即活塞對定子的作用力小于限壓彈簧3的預(yù)緊力）時，定子不能移動，最大偏心量保持

16、不變，泵的輸出流量為最大。當(dāng)泵的工作壓力大于限定壓力時，限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心量減小，泵輸出流量也減小。圖中螺釘7用來調(diào)節(jié)泵的最大流量，螺釘4用來調(diào)節(jié)限定壓力。 圖2-19 YBX型限壓式變量葉片泵工作原理圖 3）限壓式變量葉片泵工作原理： 流量壓力特性曲線 限壓式變量葉片泵的流量與壓力特性曲線如圖2-20所示。圖中AB段表示工作壓力p小于限定壓力pB 時，流量最大而且基本保持不變。B點為拐點，表示泵輸出最大流量時可達(dá)到的最高工作壓力。 圖2-20 限壓式變量葉片泵的p-q特性曲線 YBX型限壓式變量葉片泵的結(jié)構(gòu) 圖2-21 YBX型限壓式變量葉片泵結(jié)構(gòu)圖第四節(jié) 柱塞泵 柱塞泵是利用柱

17、塞在缸體的柱塞孔中作往復(fù)運動時產(chǎn)生的密封工作容積變化來實現(xiàn)泵吸油和壓油。它的主要優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)緊湊、壓力高、效率高及流量調(diào)節(jié)方便等。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高、對油液的污染敏感。它常用于高壓、大流量及流量需要調(diào)節(jié)的液壓機、工程機械、大功率機床等液壓系統(tǒng)中。柱塞泵按柱塞排列方向的不同分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩類。 一、徑向柱塞泵工作原理 1.組成：圖2-22所示為徑向柱塞泵的工作原理圖。泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、柱塞3、配油銅套4和配油軸5 主要零件組成。柱塞沿徑向均勻地安裝在轉(zhuǎn)子上。配油銅套和轉(zhuǎn)子緊密配合，并套裝在配油軸上。圖2-22 徑向柱塞泵工作原理圖 轉(zhuǎn)子連同柱塞由電動機帶動一起旋轉(zhuǎn)，配油軸固定不動。

18、柱塞在離心力的作用下緊壓在定子的內(nèi)壁面上。由于定子和轉(zhuǎn)子間有一偏心距e，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞在上半周內(nèi)向外伸出，其底部的密封容積逐漸增大，產(chǎn)生局部真空，于是通過固定在配油軸上的窗口a吸油。當(dāng)柱塞處于下半周時，柱塞底部的密封容積逐漸減小，通過配油軸上的窗口b把油液排出。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，每個柱塞各吸、壓油一次。若改變定子和轉(zhuǎn)子的偏距e ，則泵的輸出流量也改變，因此徑向柱塞泵可做變量泵。 2.工作原理 二、軸向柱塞泵 （一）軸向柱塞泵工作原理 1.組成：軸向柱塞泵的柱塞平行于缸體軸心線，并均布在缸體的圓周上。工作原理見圖2-23，它主要由柱塞5、缸體7、配油盤10和斜盤1等零件組成。斜盤法線

19、和缸體軸線間的交角為 。內(nèi)套筒4在彈簧6作用下通過壓板3而使柱塞頭部的滑履2和斜盤靠牢；同時，外套筒8則使缸體7和配油盤10緊密接觸，起密封作用。圖2-23 軸向柱塞泵工作原理圖 2.工作原理 當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動時，由于斜盤和壓板的作用，迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動，通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。當(dāng)缸孔自最低位置按圖示方向轉(zhuǎn)動時，柱塞轉(zhuǎn)角在0 范圍內(nèi)，柱塞向左運動，柱塞端部和缸體形成的密封容積增大，通過配油盤的吸油窗口進行吸油；柱塞轉(zhuǎn)角在 內(nèi)，柱塞被斜盤逐步壓入缸體，柱塞端部容積減小，泵通過配油盤排油窗口排油。若改變斜盤傾角的大小，則泵的輸出流量改變；若改變斜盤傾角的方向，則進油口和排油口互換，即

20、為雙向軸向柱塞變量泵。 （二）SCY14-1B型軸向柱塞泵圖2-24 SCY14-1B型軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)圖2-25 柱塞泵的配流盤 主要各元件的結(jié)構(gòu)及相對關(guān)系：柱塞5、缸體7、配油盤10、定心彈簧6、滑履2、斜盤1、變量機構(gòu)。 柱塞泵各零件的結(jié)構(gòu) 三、柱塞泵的常見故障及排除方法（表2-4） 第五節(jié) 液壓泵的選用 在液壓系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作壓力、流量、工作性能、工作環(huán)境來合理選擇液壓泵的類型和規(guī)格，同時還應(yīng)考慮功率的合理利用和系統(tǒng)發(fā)熱、經(jīng)濟性等要求。 一般從結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、自吸能力、抗油液污染能力和價格等方面看，齒輪泵為最好。 從結(jié)構(gòu)上看，柱塞泵最為復(fù)雜，對油液清潔度要求最高。 從工作精度和平

21、穩(wěn)性上來看，葉片泵最好。 從承載能力上來看，重載高壓系統(tǒng)常用柱塞泵、葉片泵。 從工作環(huán)境上來看，齒輪泵適合較差的工作環(huán)境，如野外作業(yè)。常用液壓泵的性能比較及應(yīng)用見表25。第六節(jié) 液壓馬達(dá) 液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。從原理上講，液壓馬達(dá)和液壓泵是可逆的，即液壓泵可以作為液壓馬達(dá)使用。在結(jié)構(gòu)上兩者也基本相同，但由于功用不同，它們的實際結(jié)構(gòu)有所差別，故一般液壓泵不作液壓馬達(dá)使用。 1、液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式也可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三種類型； 2、按其排量V能否調(diào)節(jié)而分成定量馬達(dá)和變量馬達(dá)兩類； 3、按其旋轉(zhuǎn)速度可分為高速馬達(dá)和低速馬達(dá)。 一、軸向柱塞式液壓馬達(dá) 1）組成：

22、圖2-26所示為軸向柱塞液壓馬達(dá)工作原理圖。主要組成：斜盤1、柱塞2、缸體3、 配油盤4 2）工作原理：斜盤1和配油盤4固定不動，缸體3可繞缸體的水平軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤進入柱塞底部時，柱塞在壓力油的作用下向外頂出，緊緊壓在斜盤上，這時斜盤對柱塞的反作用力為F，將F分解為軸向分力Fx和切向分力Fy，分力Fy對缸體軸線產(chǎn)生力矩，帶動缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過主軸(圖中未標(biāo)明)向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，成為液壓馬達(dá)。圖2-26 軸向柱塞泵液壓馬達(dá)的工作原理圖 二、葉片式液壓馬達(dá) 1）組成：圖2-27所示為葉片式液壓馬達(dá)的工作原理圖。主要組成：轉(zhuǎn)子、定子、葉片和配油盤 2）工作原理：當(dāng)壓力油進入壓油腔后，在葉片1、3上一側(cè)作用有壓力油，另一側(cè)為低壓回油。由于葉片3伸出的面積大于葉片1伸