機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-圖文課件第3章

第3章1液壓動(dòng)力元件

目錄3.13.23.33.4液壓泵概述齒輪泵葉片泵柱塞泵3.5液壓泵的選用和常見故障排除3.1液壓泵概述柱塞安裝在缸體中形成一個(gè)密封腔a。柱塞在彈簧的作用下和偏心輪保持接觸，當(dāng)偏心輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞在彈簧的作用下在缸體中移動(dòng)，使密封腔a容積發(fā)生變化。柱塞右移時(shí),密封腔a容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓作用下頂開單向閥4中的鋼球進(jìn)入密封腔a中，實(shí)現(xiàn)吸油。此時(shí)，單向閥5封閉出油口，防止系統(tǒng)壓力使油液回流。柱塞左移時(shí)，密封腔a容積逐漸減小，已吸入的油液受擠壓而產(chǎn)生壓力，使單向閥4關(guān)閉，油液打開單向閥5而輸入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)排油。若偏心輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，泵就不停地吸油和排油。3.1.1液壓泵的工作原理和類型3.1液壓泵概述圖3-1單柱塞泵工作原理1—偏心輪；2—柱塞；3—缸體；4、5—單向閥；6—油箱3.1.1液壓泵的工作原理和類型3.1液壓泵概述由此可見，液壓泵是通過(guò)密封腔容積的變化來(lái)完成吸油和排油的，其排油量的多少取決于柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)和密封容積變化的大小，故稱為容積式液壓泵。單向閥4、5保證密封腔容積變化交替過(guò)程中吸、壓油腔不相通，起配油作用，因而稱為閥式配流機(jī)構(gòu)。液壓泵的結(jié)構(gòu)原理不同，其配流機(jī)構(gòu)也不相同。為了保證液壓泵吸油充分，油箱必須和大氣相通或采用封閉的充壓油箱。這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。3.1.1液壓泵的工作原理和類型3.1液壓泵概述通過(guò)以上分析可以得出液壓泵工作的基本條件如下：（1）在結(jié)構(gòu)上能形成密封的工作容積。密封的工作容積能實(shí)現(xiàn)周期性的變化，密封的工作容積由小變大時(shí)與吸油腔相通，由大變小時(shí)與排油腔相通。（2）具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)，將吸油腔與排油腔相互隔開。（3）油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或大于大氣壓力。3.1.1液壓泵的工作原理和類型3.1液壓泵概述圖3-2液壓泵的圖形符號(hào)3.1.1液壓泵的工作原理和類型液壓泵按其排出油液體積是否可以調(diào)節(jié)，可分為定量泵和變量泵；按輸油方式可分為單向泵和雙向泵；按結(jié)構(gòu)形式可分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等類型。3.1液壓泵概述（1）工作壓力。液壓泵的工作壓力是指輸出油液壓力，由系統(tǒng)負(fù)載決定。負(fù)載增加，泵的工作壓力升高；負(fù)載減小，泵的工作壓力降低。液壓泵的工作壓力是指泵實(shí)際工作時(shí)的壓力。（2）額定壓力。液壓泵的額定壓力是指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。超過(guò)此值就是過(guò)載。額定壓力受泵本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和泄漏制約。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)1.液壓泵的壓力3.1液壓泵概述3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)1.液壓泵的壓力3.1液壓泵概述（1）排量。液壓泵的排量指泵軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出液體的體積，用Vp表示，單位mL/r。（2）理論流量。液壓泵的理論流量指在不考慮泄漏的情況下，泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積，用qt表示。泵的理論流量等于泵的排量Vp與其輸入轉(zhuǎn)速np的乘積，即qt=Vpnp（3-1）（3）實(shí)際流量。液壓泵的實(shí)際流量指泵實(shí)際工作時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積,用qp表示。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)2.液壓泵的排量和流量3.1液壓泵概述這里需要指出的是，泵的排量和理論流量都是在不考慮泄漏的情況下由計(jì)算所得的量，其值與壓力無(wú)關(guān)。實(shí)際上，因?yàn)楸么嬖谥孤﹩?wèn)題，泵的實(shí)際流量qp總是小于理論流量qt的，即qt-qp=Δqp（3-2）式中，ΔqP為泵的泄漏量。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)2.液壓泵的排量和流量3.1液壓泵概述泵的泄漏量與壓力有關(guān)，它隨泵的工作壓力p的增高而增大，液壓泵的流量與壓力的關(guān)系如圖3-3所示。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)2.液壓泵的排量和流量圖3-3液壓泵的流量與壓力的關(guān)系3.1液壓泵概述輸出功率Po和輸入功率Pi分別為Po=pqp（3-3）Pi=ωpTi=2πnpTt（3-4）式中，p為泵的工作壓力；np為泵的輸入轉(zhuǎn)速；Ti為泵的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率（1）液壓泵的功率3.1液壓泵概述若忽略泵在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也即泵的理論功率為Pt=pqt=2πnpTt（3-5）式中，Tt為泵的理論輸入轉(zhuǎn)矩。將式（3-1）代入式（3-5）整理得（3-6）

3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率（1）液壓泵的功率3.1液壓泵概述①容積效率。（3-7）3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率（2）液壓泵的效率3.1液壓泵概述衡量機(jī)械損失的指標(biāo)是機(jī)械效率，它是泵的理論扭矩Tt與實(shí)際輸入扭矩Ti的比值，用ηpm表示。

（3-8）將式（3-6）帶入式（3-8）得

（3-9）3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率（2）液壓泵的效率3.1液壓泵概述式說(shuō)明：泵的總效率等于容積效率和機(jī)械效率的乘積。液壓泵的容積效率、機(jī)械效率和總效率的關(guān)系曲線如圖3-4所示?？衫眠@個(gè)曲線來(lái)評(píng)定液壓泵的性能質(zhì)量，并確定其合理的使用范圍。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率（3）總效率3.1液壓泵概述圖3-4液壓泵的容積效率、機(jī)械效率和總效率的關(guān)系曲線3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.液壓泵的功率與效率3.2齒輪泵在泵體內(nèi)有一對(duì)大小一樣、齒數(shù)相同、模數(shù)相等的外嚙合齒輪，齒輪的兩端由端蓋罩?。▓D中未畫出），泵體、兩個(gè)齒輪和前后端蓋組成一個(gè)密封容積，并由齒輪的齒面接觸線將其分成左、右互不相通的兩部分，即吸油腔和壓油腔。當(dāng)齒輪按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，泵左側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒相繼脫開嚙合，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下進(jìn)入吸油口，填滿吸油腔齒間槽，并被轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪帶入右側(cè)壓油腔；而壓油腔的輪齒則相繼進(jìn)入嚙合，使密封容積減小，齒間的油液被擠出來(lái)，通過(guò)壓油口排出。齒輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油腔就不斷地吸油，壓油腔則不斷地排油，泵就連續(xù)不斷地吸入油液和壓出油液。3.2.1外嚙合齒輪泵1.外嚙合齒輪泵的工作原理3.2齒輪泵圖3-5外嚙合齒輪泵的工作原理3.2.1外嚙合齒輪泵1.外嚙合齒輪泵的工作原理3.2齒輪泵經(jīng)理論推導(dǎo)，外嚙合齒輪泵的實(shí)際排量Vp為Vp=2πzm2b（3-11）式中，z為齒數(shù)；m為齒輪模數(shù)；b為齒寬?？紤]到實(shí)際齒槽容積比輪齒體積稍大，故常用3.33代替上式中的π，即Vp=6.66zm2b（3-12）3.2.1外嚙合齒輪泵2.外嚙合齒輪泵的排量和流量3.2齒輪泵泵的實(shí)際流量qp為qp=6.66zm2bnpηpv（3-13）式中，np為泵的轉(zhuǎn)速；ηpv為泵的容積效率。式（3-13）所表示的是泵的平均流量。當(dāng)泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)z、m確定后，轉(zhuǎn)速np一定時(shí)，泵的實(shí)際輸出流量為一定值，故齒輪泵為定量泵。又因齒輪嚙合過(guò)程中壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。3.2.1外嚙合齒輪泵2.外嚙合齒輪泵的排量和流量3.2齒輪泵圖3-6外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)1—圓柱銷；2—泄油槽；3—短軸；4—泄油通道；5—鍵；6—長(zhǎng)軸；7—密封環(huán)；8—密封座；9—螺釘；10—前蓋；11—泵體；12—齒輪；13—齒輪上的鍵；14—后蓋；15—滾針軸承；16—壓蓋；17—彈簧擋圈3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施3.2齒輪泵3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施（1）困油現(xiàn)象及其改善措施。消除困油現(xiàn)象的方法是在齒輪的兩側(cè)端蓋上開卸荷槽［見圖3-7（d）中雙點(diǎn)畫線］。卸荷槽的位置和尺寸能使封閉容積減小時(shí)，通過(guò)右邊的卸荷槽與壓油腔相通，封閉容積增大時(shí)，通過(guò)左邊的卸荷槽與吸油腔相通，并保證在任何時(shí)候都不使壓油腔與吸油腔相通。在很多齒輪泵中，兩卸荷槽并不對(duì)稱于齒輪中心線分布，而是整個(gè)向吸油腔側(cè)平移一段距離，這樣能取得更好的效果。卸荷槽是任何齒輪泵都必須具備的結(jié)構(gòu)，否則齒輪泵就不能正常工作。3.2齒輪泵3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施圖3-7齒輪泵的困油現(xiàn)象3.2齒輪泵3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施（2）泄漏及其改善措施。因通常采用浮動(dòng)軸套或彈性側(cè)板對(duì)端面間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)霓k法減小泄漏。圖3-8所示為采用浮動(dòng)軸套的一種典型的結(jié)構(gòu)。圖中軸套1和2是浮動(dòng)安裝的，軸套的左側(cè)容腔用特制的通道與泵的壓油腔相通。當(dāng)泵工作時(shí)，軸套1和2受左側(cè)油壓的作用右移，貼靠在齒輪的端面上，壓力越高，貼得越緊，從而可以減小間隙并自動(dòng)補(bǔ)償端面磨損量。實(shí)踐證明，這樣能取得較好的效果。3.2齒輪泵3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施圖3-8采用浮動(dòng)軸套的一種典型的結(jié)構(gòu)1、2—軸套3.2齒輪泵3.2.1外嚙合齒輪泵3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)缺陷及改善措施（3）徑向力不平衡及其改善措施。泵的壓油口徑比吸油口徑要小。也常有采用擴(kuò)大壓油區(qū)，只保留1～2個(gè)齒密封的方法，實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)徑向力的平衡，但這種方法會(huì)增大泵體的徑向載荷及端蓋的軸向載荷。3.2齒輪泵3.2.2內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，由于嚙合的重合度大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，流量脈動(dòng)小，但齒形加工復(fù)雜，價(jià)格較高。圖3-9內(nèi)嚙合齒輪泵1—吸油腔；2—壓油腔3.3葉片泵3.3.1單作用葉片泵圖3-10單作用葉片泵的工作原理1—轉(zhuǎn)子；2—定子；3—葉片1.單作用葉片泵的工作原理3.3葉片泵3.3.1單作用葉片泵經(jīng)理論推導(dǎo)，單作用葉片泵的排量Vp為Vp=2πbeD（3-14）實(shí)際流量qp為qp=2πbeDnpηpv

（3-15）式中，b為葉片寬度；e為定子與轉(zhuǎn)子之間的偏心距；D為定子內(nèi)徑；np為泵的轉(zhuǎn)速；ηpv為泵的容積效率。2.單作用葉片泵的排量和流量3.3葉片泵3.3.1單作用葉片泵（1）定子和轉(zhuǎn)子相互偏置。改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心距，可以調(diào)節(jié)泵的流量。（2）徑向液壓力不平衡。單作用葉片泵的這一特點(diǎn)使泵的工作壓力受到限制，因此這種泵不適于高壓。（3）葉片后傾。根據(jù)力學(xué)分析，葉片后傾一個(gè)角度有利于葉片在慣性力的作用下向外甩出。通常后傾角為24°。3.單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3葉片泵3.3.2雙作用葉片泵圖3-11雙作用葉片泵的工作原理1—定子；2—轉(zhuǎn)子；3—葉片1.雙作用葉片泵的工作原理3.3葉片泵3.3.2雙作用葉片泵經(jīng)理論推導(dǎo)，雙作用葉片泵排量的Vp為Vp=2π(R2－r2)b（3-16）實(shí)際流量qp為qp=2π(R2－r2)bnpηpv（3-17）式中，R為定子的長(zhǎng)半徑；r為定子的短半徑；b為葉片寬度；np為泵的轉(zhuǎn)速；ηpv為泵的容積效率。雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量理論上是均勻的，但由于葉片厚度等原因，實(shí)際瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。當(dāng)葉片數(shù)為4的倍數(shù)時(shí)實(shí)際瞬時(shí)流量的脈動(dòng)率較小，為此，雙作用葉片泵的葉片數(shù)一般都取12或16。2.雙作用葉片泵的排量和流量3.3葉片泵3.3.2雙作用葉片泵圖3-12雙作用葉片泵的典型結(jié)構(gòu)1—左泵體；2—左配流盤；3—轉(zhuǎn)子；4—定子；5—葉片；6—右配流盤；7—右泵體；8—泵蓋；9—主軸；3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3葉片泵3.3.2雙作用葉片泵3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）定子過(guò)渡曲線（2）徑向液壓力平衡特點(diǎn)3）端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3葉片泵3.3.2雙作用葉片泵為了提高泵的工作壓力，減小吸油區(qū)葉片壓向定子內(nèi)表面的作用力，常用的方法是使用雙葉片結(jié)構(gòu)和子母葉片（又稱復(fù)合葉片）結(jié)構(gòu)。圖3-13雙葉片結(jié)構(gòu)圖3-14子母葉片結(jié)構(gòu)1—葉片；2—轉(zhuǎn)子；3—定子1—定子；2—母葉片；3—子葉片；4—轉(zhuǎn)子4.提高雙作用葉片泵工作壓力的措施3.3葉片泵3.3.3限壓式變量葉片泵限壓式變量葉片泵是利用負(fù)載壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量的，根據(jù)控制方式有內(nèi)反饋限壓式變量葉片泵和外反饋限壓式變量葉片泵兩種。3.3葉片泵3.3.3限壓式變量葉片泵圖3-15外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理1—壓力調(diào)節(jié)螺釘；2—葉片；3—轉(zhuǎn)子；4—定子；5—流量調(diào)節(jié)螺釘；6—反饋柱塞3.3葉片泵3.3.3限壓式變量葉片泵圖3-16外反饋限壓式變量葉片泵的壓力-流量特性曲線3.4柱塞泵斜盤和配流盤固定不動(dòng)，在缸體上開有若干個(gè)圓周均布的軸向柱塞孔，孔內(nèi)裝有柱塞，柱塞在底部彈簧和油壓力的作用下，其頭部始終保持與斜盤緊密接觸。當(dāng)缸體由傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在斜盤、彈簧和油壓力的共同作用下，柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣各柱塞與缸體間的密封容積便會(huì)發(fā)生變化。3.4.1斜盤式軸向柱塞泵1.斜盤式軸向柱塞泵的工作原理3.4柱塞泵圖3-17斜盤式軸向柱塞泵的工作原理1—斜盤；2—柱塞；3—缸體；4—配流盤3.4柱塞泵密封容積增大時(shí)，形成真空，通過(guò)配流窗口a吸油；密封容積減小時(shí)，通過(guò)配流窗口b壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞各完成一次吸油和壓油的過(guò)程，缸體連續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞則不斷地吸油和壓油。如果改變斜盤傾角γ的大小，就改變了柱塞的行程，也就改變了泵的排量；如果改變斜盤傾角的方向，就能改變吸油、壓油的方向，這就成為雙向變量泵。3.4.1斜盤式軸向柱塞泵1.斜盤式軸向柱塞泵的工作原理3.4柱塞泵柱塞泵每轉(zhuǎn)的排量為（3-18）流量為

（3-19）式中，d為柱塞直徑；L為柱塞行程；D為缸體上柱塞分布圓直徑；γ為斜盤傾角；z為柱塞數(shù)；np為泵的轉(zhuǎn)速；ηpv為泵的容積效率。3.4.1斜盤式軸向柱塞泵2.斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量3.4柱塞泵圖3-18斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)1—滑履；2—回程盤；3—銷軸；4—斜盤；5—變量活塞；6—螺桿；7—手輪；8—鋼球；9—大軸承；10—缸體；11—中心彈簧；12—傳動(dòng)軸；13—配流盤；14—前軸承；15—前泵體；16—中間泵體；17—柱塞3.4.1斜盤式軸向柱塞泵3.斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.4柱塞泵圖3-19徑向柱塞泵的工作原理1—柱塞；2—轉(zhuǎn)子（缸體）；3—襯套；4—定子；5—配流軸3.4.2徑向柱