汽車機械基礎(chǔ)課件：液壓泵與液壓缸

液壓泵與液壓缸

認(rèn)識液壓傳動

液壓泵與液壓缸液壓閥汽車常用液壓回路液壓泵與液壓缸1.能敘述液壓泵的功用、工作原理、性能參數(shù)。2.能敘述液壓泵的分類，齒輪泵、葉片泵、柱塞泵的類型、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用特點。3.能敘述液壓缸的功用和工作原理，熟悉液壓缸類型、特點、應(yīng)用場合及圖形符號。4.能根據(jù)要求對液壓缸進行速度、推力的計算。5.能敘述液壓馬達的工作原理，掌握液壓馬達的結(jié)構(gòu)特點、功用及圖形符號。學(xué)習(xí)目標(biāo)液壓泵與液壓缸一、液壓泵的工作原理與分類引導(dǎo)問題：液壓泵的工作原理是什么？液壓泵有哪些類型？1.液壓泵的工作原理液壓泵是將電動機或其他原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能（液壓能）的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵都是靠密封工作腔的容積變化進行工作的，其輸出流量的大小由密封工作容積變化大小來決定，故一般稱為容積式液壓泵。如圖7-2-1所示是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在泵體3中形成一個密封工作腔，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。當(dāng)偏心輪1由原動機驅(qū)動按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞2做往復(fù)運動。當(dāng)柱塞2右移時，密封工作腔的容積逐漸增大，形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進入工作腔而實現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)柱塞左移時，工作腔容積逐漸減小，使腔內(nèi)油液的壓力升高，頂開單向閥5流入系統(tǒng)從而實現(xiàn)壓油。隨著偏心輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和壓油。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸2.液壓泵的工作特點1）必須具有一個由運動件和非運動件所構(gòu)成的密閉容積。2）密閉容積的大小隨運動件的運動做周期性變化，容積由小變大——吸油，由大變小——壓油。3）密閉容積增大到極限時，先要與吸油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時，先要與排油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。3.液壓泵的類型液壓泵按結(jié)構(gòu)形式分，可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等；按輸油方向能否改變，可分為單向泵和雙向泵；按排量能否改變，可分為定量泵和變量泵；按使用壓力不同，可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵。液壓泵的圖形符號見表7-2-1。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸二、常見液壓泵結(jié)構(gòu)與性能引導(dǎo)問題：常見液壓泵有哪些類型？具有什么樣的結(jié)構(gòu)特點與性能？1.齒輪泵（1）外嚙合齒輪泵外嚙合齒輪泵的工作原理如圖7-2-2所示，主要由泵體和兩個相互嚙合轉(zhuǎn)動的齒輪組成。齒輪的頂圓、端面和泵體及端蓋之間的間隙很小。泵體兩端在前后端蓋封閉的情況下，內(nèi)部形成了密封容腔，而這對齒輪把這個容腔分為兩部分：吸油腔和壓油腔。當(dāng)齒輪在電動機帶動下按圖7-2-2所示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，右邊容腔由于嚙合的齒輪逐漸脫開，把齒槽空間留出來，使得這一容腔的容積不斷增大，形成了部分真空，從而產(chǎn)生了吸油作用，外界油液在大氣壓的作用下被吸入泵內(nèi)。隨著齒輪轉(zhuǎn)動，油液填滿齒槽空間，并被帶到左邊容腔，左邊容腔內(nèi)由于齒輪不斷進入嚙合，輪齒逐漸進入齒槽空間，使得容腔容積不斷減少，齒槽內(nèi)的液壓油逐漸被擠出，形成壓油作用，把齒槽空間的油液相繼壓出泵外。齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，吸油腔不斷吸油，壓油腔不斷壓油。液壓泵與液壓缸外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、工作可靠，自吸能力強，對油液污染不敏感，目前應(yīng)用比較廣泛。但這種泵噪聲較大，且輸油量不均勻，有流量脈動現(xiàn)象。由于壓油腔大于吸油腔的壓力，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用，工作壓力越高，徑向不平衡力越大，徑向不平衡力很大時，能使泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂壓向定子的低壓端，使定子偏磨，同時也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。齒輪泵上的兩個油口，通常大的為吸油口，小的為壓油口，這樣設(shè)計的目的是為了減小壓力油的作用面積，從而減小齒輪泵的徑向不平衡力。液壓泵與液壓缸（2）內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵按齒形可分為漸開線齒形和擺線齒形兩種，它們的工作原理和主要特點與外嚙合齒輪泵完全相同。圖7-2-3所示為漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵，小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)同向旋轉(zhuǎn)，上半部分輪齒退出嚙合，形成真空吸油。下半部分輪齒進入嚙合，容積減小，壓油。月牙板同兩齒輪將吸壓油腔隔開。內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、流量脈動小、噪聲小，無困油現(xiàn)象，在高速下工作的容積效率高，但制造工藝較復(fù)雜，價格較貴。液壓泵與液壓缸2.葉片泵葉片泵按其每個工作腔在泵每轉(zhuǎn)一周時吸油、排油的次數(shù)，可分為單作用式和雙作用式兩類。單作用式常作變量泵使用，雙作用式只能作為定量泵使用。葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動平穩(wěn)、噪聲小、輸油均勻、壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。（1）單作用式葉片泵單作用式葉片泵的工作原理如圖7-2-4所示。泵由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤和端蓋（圖中未顯示）等部件組成。定子內(nèi)表面是圓柱形孔。轉(zhuǎn)子和定子偏心安裝，具有一定的偏心距。葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可以靈活滑動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的離心力，以及通入葉片根部壓力油的作用下，葉片頂部緊貼在定子內(nèi)表面上，于是相鄰兩葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子之間就形成了一個密封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，于是通過進油口和配油盤上的窗口將油吸入。液壓泵與液壓缸而在左側(cè)，葉片逐漸往里縮進，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油經(jīng)配油盤另一窗口和排油口而輸出到液壓系統(tǒng)中去。單作用式葉片泵是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈時，液壓泵每一工作容積吸、排油各一次，故稱單作用式葉片泵。改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心量，便可改變泵的排量，所以這種泵可用作變量泵。液壓泵與液壓缸（2）雙作用式葉片泵如圖7-2-5所示，雙作用式葉片泵的工作原理和單作用式葉片泵相似，不同之處只在定子內(nèi)表面由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線八個部分組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同軸的。在圖示轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)時，在4、6兩個吸油區(qū)內(nèi)，密封工作腔的容積逐漸增大，形成部分真空，油從吸油口進入泵內(nèi)；而在5、7兩個排油區(qū)內(nèi)，密封工作腔的容積逐漸減少，形成壓力油，從壓油口排出。吸油區(qū)和排油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作腔完成吸油和排油動作各兩次，所以稱為雙作用式葉片泵。泵的兩個吸油區(qū)和兩個排油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，有利于作用在轉(zhuǎn)子上的液壓徑向力平衡。雙作用式葉片泵通常是定量泵。3.柱塞泵柱塞式液壓泵是利用柱塞在柱塞孔中作往復(fù)運動時產(chǎn)生的容積變化來進行工作的。根據(jù)柱塞的分布的方向不同，柱塞分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。液壓泵與液壓缸（1）徑向柱塞泵如圖7-2-6所示，徑向柱塞泵主要由定子4、多個徑向均勻分布的柱塞1、缸體2和配油軸5等組成。密封容積由柱塞、缸體、配油軸圍成。定子和缸體偏心安裝，當(dāng)缸體在原動機帶動下如圖示方向旋轉(zhuǎn)時，在離心力（或低壓油）的作用下，柱塞經(jīng)過上半周時，向外伸出，與定子的內(nèi)表面貼合，柱塞泵密封容積逐漸增大形成局部真空。此時，經(jīng)過襯套3上的油孔和缸體一起旋轉(zhuǎn)和固定的配流軸5上的吸油口從油箱吸油。當(dāng)柱塞轉(zhuǎn)到下半周時，定子內(nèi)壁把柱塞向里推，缸內(nèi)密封容積逐漸減小，油液經(jīng)配流軸的壓油口壓出。缸體旋轉(zhuǎn)一周，完成一次吸壓油。如果改變定子與轉(zhuǎn)子偏心距的大小，泵的排量也改變，故可做成變量泵。若偏心距方向改變，則排量方向也改變，就可做成雙向泵。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸（2）軸向柱塞泵如圖7-2-7所示，軸向柱塞泵主要由柱塞3、缸體2、配油盤4和斜盤1等零件組成。柱塞安裝在缸體的柱塞孔中，平行于傳動軸，并沿圓周均勻分布。在機械裝置或低壓油的作用下（圖中為彈簧），柱塞的一端頂在斜盤1上，配油盤和斜盤都固定不動。當(dāng)原動機通過傳動軸帶動缸體旋轉(zhuǎn)時，在低壓油及斜盤的作用下，柱塞就在柱塞孔中往復(fù)直線運動。當(dāng)柱塞伸出，柱塞孔中密封容積增大，形成局部真空，此時吸油；當(dāng)柱塞被斜盤壓入柱塞孔中時，密封容積減小，油液壓力增高，油液經(jīng)過配油盤上的壓油窗口壓出。如改變斜盤傾角的大小，就能改變柱塞的行程長度，也就改變了泵的排量，如改變斜盤傾角的方向，就能改變泵的吸、壓油的方向，這就成為雙向變量泵。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸三、液壓缸的工作原理與分類引導(dǎo)問題：液壓缸是如何工作的？有哪些常見類型？1.液壓缸的工作原理液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分。典型的液壓缸結(jié)構(gòu)如圖7-2-8所示。液壓缸一般有兩個油腔，每個油腔中都通有液壓油，液壓缸工作依靠帕斯卡原理（靜壓傳遞原理：在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳遞到液體各點）。當(dāng)液壓缸兩腔通有不同壓力的液壓油時，其活塞兩個受壓面承受的液體壓力總和（矢量和）輸出一個力，這個力克服負(fù)載力使液壓缸活塞桿伸出或縮回。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸2.液壓缸的分類液壓缸的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其分類方法也有多種，常見的分類有：按運動方式的不同可分為直線往復(fù)運動式和回轉(zhuǎn)擺動式；按受液壓力作用情況的不同可分為單作用式、雙作用式；按結(jié)構(gòu)形式不同可分為活塞式、柱塞式、伸縮式。單作用式液壓缸是指液壓力只能使活塞（或柱塞）單方向運動，反方向運動必須靠外力（如彈簧力或自重等）實現(xiàn)；雙作用式液壓缸則可由液壓力實現(xiàn)兩個方向的運動。液壓泵與液壓缸四、典型液壓缸的結(jié)構(gòu)與性能引導(dǎo)問題：不同液壓缸的結(jié)構(gòu)特點有何不同？分別具有哪些性能特點？1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸是指缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件為活塞的液壓缸，主要由缸體、活塞、活塞桿等組成。根據(jù)活塞桿的數(shù)量分為雙桿活塞液壓缸和單桿活塞液壓缸。（1）雙桿活塞液壓缸雙桿液壓缸是活塞的兩側(cè)都有活塞桿的液壓缸，兩活塞桿直徑相等，當(dāng)輸入兩腔的液壓油流量相等時，活塞的往復(fù)運動速度和推力相等。一般為雙向液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)等速往復(fù)運動，如圖7-2-10所示。雙桿活塞液壓缸有缸體固定式和活塞桿固定式兩種。液壓泵與液壓缸缸體固定式如圖7-2-11所示，當(dāng)缸左腔進油，右腔回油時，活塞帶動工作臺向右移動；右腔進油，左腔回油時，工作臺向左移動。工作臺的運動范圍約為活塞有效行程的三倍，占地面積較大。常用于小型設(shè)備的液壓系統(tǒng)。液壓泵與液壓缸活塞桿固定式如圖7-2-12所示，當(dāng)壓力油經(jīng)活塞桿的中心孔及活塞處的徑向孔進入缸的左腔，右腔回油時，推動缸體帶動工作臺向左移動；右腔進壓力油，左腔回油時，工作臺向右移動。工作臺的運動范圍約為缸筒有效行程的兩倍，占地面積較小。常用于大、中型設(shè)備的液壓系統(tǒng)。液壓泵與液壓缸（2）單桿活塞液壓缸單桿活塞液壓缸是指在活塞的一側(cè)有伸出桿，如圖7-2-13所示，活塞將液壓缸分開為兩個腔，有桿腔和無桿腔，兩腔的有效工作面積不等，進油和回流的流量也不相等。兩端的油口都可以通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，屬于雙作用缸。這種缸無論是缸體固定還是活塞桿固定，工作臺的運動范圍都等于有效行程的兩倍，故結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用廣泛。液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸液壓泵與液壓缸2.柱塞式液壓缸雖然活塞式液壓缸的應(yīng)用非常廣泛，但這種液壓缸由于缸孔加工精度要求很高，當(dāng)行程較長時，加工難度大，使得制造成本增加。在生產(chǎn)實踐中，某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制，柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。柱塞式液壓缸是指在缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件是柱塞的液壓缸，如圖7-2-15所示。當(dāng)油口進油時，柱塞向左運動，柱塞的回程要通過彈簧、自重等其他外力來實現(xiàn)。液壓泵與液壓缸3.擺動式液壓缸它是輸出轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)往復(fù)擺動的液壓執(zhí)行元件，又稱擺動式液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。單葉片式擺動缸如圖7-2-17所示，由葉片軸3、缸體2、定子塊1和回轉(zhuǎn)葉片4等零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和葉片軸連接在一起，當(dāng)兩個油口交替輸入壓力油時，葉片兩側(cè)所受油壓不同，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，葉片帶動葉片軸做往復(fù)擺動，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。單葉片缸輸出軸的擺角小于280°。液壓泵與液壓缸雙葉片式擺動缸的原理如圖7-2-18所示，當(dāng)輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動缸擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片式擺動缸的一半。雙葉片缸輸出軸的擺角小于150°。擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般用于機床和工夾具的夾緊裝置、送料裝置、轉(zhuǎn)位裝置、周期性進給機構(gòu)等中低壓系統(tǒng)，以及工程機械中。液壓泵與液壓缸五、液壓馬達引導(dǎo)問題：油液馬達是如何在液壓力的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)做功的？有哪些類型？液壓馬達是液壓系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件，它將液壓泵提供的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S的機械能（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速）。液體是傳遞力和運動的介質(zhì)。液壓馬達按結(jié)構(gòu)可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類；按排量能否改變可分為定量馬達和變量馬達；按轉(zhuǎn)速分為高速液壓馬達和低速液壓馬達。從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況；反之，當(dāng)液壓馬達的主軸由外力矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。但是，由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣。所以，同類型的液壓馬達和液壓泵之間，仍存在許多差別。因此在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)液壓泵能做液壓馬達使用。液壓泵與液壓缸1.葉片式液壓馬達如圖7-2-19所示，葉片式液壓馬達在結(jié)構(gòu)上與葉片泵相似，如圖所示右側(cè)油口通高壓油，左側(cè)油口接油箱。當(dāng)壓力油從配油窗口進入油腔后，葉片2、6在進油腔，4、8在回油腔，葉片兩邊所受作用力相等，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。而葉片3、7和1、5處在封油區(qū)，一面是高壓油作用，另一面為低壓油作用，兩邊壓力不同，從而產(chǎn)出轉(zhuǎn)矩。葉片3、7