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1、第二章??????? 液壓動力元件 液壓動力元件起著向系統(tǒng)提供動力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動力元件，液壓泵將原動機（電動機或內(nèi)燃機）輸出的機械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。 第一節(jié) 液壓泵的概述 一、液壓泵的工作原理及特點 1.液壓泵的工作原理 圖3—1 液壓泵工作原理圖 液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進行工作的，故一般稱為容積式液壓泵，圖3-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅(qū)動偏

2、心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當a有小變大時就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進入油箱a而實現(xiàn)吸油；反之，當a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動機驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。 2.液壓泵的特點 單柱塞液壓泵具有一切容積式液壓泵的基本特點： (1)具有若干個密封且又可以周期性變化空間。液壓泵輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素無關(guān)。這是容積式液壓泵的一個重要特性。 (2)油箱內(nèi)液體的

3、絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。 (3)具有相應(yīng)的配流機構(gòu)，將吸油腔和排液腔隔開，保證液壓泵有規(guī)律地、連續(xù)地吸、排液體。液壓泵的結(jié)構(gòu)原理不同，其配油機構(gòu)也不相同。如圖3-1中的單向閥5、6就是配油機構(gòu)。 容積式液壓泵中的油腔處于吸油時稱為壓油腔。吸油腔的壓力決定于吸油高度和吸油管路的阻力吸油高度過高或吸油管路阻力太大，會使吸油腔真空度過高而影響液壓泵的自吸能力，壓油腔的壓力則取決于外負載和排油管路的壓力損失，從理論上講排油壓力與液壓泵的流量無關(guān)。 容積式液壓泵排油的理論流量

4、取決于液壓泵的有關(guān)幾何尺寸和轉(zhuǎn)速，而與排油壓力無關(guān)。但排油壓力會影響泵的內(nèi)泄露和油液的壓縮量，從而影響泵的實際輸出流量，所以液壓泵的實際輸出流量隨排油壓力的升高而降低。 液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出的油液的體積是否可調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。 二、液壓泵的主要性能參數(shù) 1.壓力 (1)工作壓力。液壓泵實際工作時的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力的大小取決于外負載的大小和排油管路上的壓力損失,而與液壓泵的流量無關(guān)。 (2)額定壓力。液壓泵在正常工作條件下,按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)

5、的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。 (3)最高允許壓力。在超過額定壓力的條件下,根據(jù)試驗標準規(guī)定,允許液壓泵短暫運行的最高壓力值,稱為液壓泵的最高允許壓力。 2.排量和流量 (1)排量V。液壓泵每轉(zhuǎn)一周,由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積叫液壓泵的排量。排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵;排量為常數(shù)的液壓泵則稱為定量泵。 (2)理論流量qi。理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的情況下,在單位時間內(nèi)所排出的液體體積的平均值。顯然,如果液壓泵的排量為V,其主軸轉(zhuǎn)速為n,則該液壓泵的理論流量qi為： (3-1) (3)實際流量q

6、。液壓泵在某一具體工況下,單位時間內(nèi)所排出的液體體積稱為實際流量,它等于理論流量qi減去泄漏流量Δq,即： (3-2) (4)額定流量qn。液壓泵在正常工作條件下,按試驗標準規(guī)定(如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下)必須保證的流量。 3.功率和效率 (1)液壓泵的功率損失。液壓泵的功率損失有容積損失和機械損失兩部分: ①容積損失。容積損失是指液壓泵流量上的損失,液壓泵的實際輸出流量總是小于其理論流量,其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)

7、致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來表示,它等于液壓泵的實際輸出流量q與其理論流量qi之比即： (3-3) 因此液壓泵的實際輸出流量q為 (3-4) 式中：V為液壓泵的排量(m3/r)；n為液壓泵的轉(zhuǎn)速(r/s)。 液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大而減小,且隨液壓泵的結(jié)構(gòu)類型不同而異,但恒小于1。 ②機械損失。機械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩T0總是大于理論上所需要的轉(zhuǎn)矩Ti,其主要原因是由于液壓泵體內(nèi)相對運動部件之間因機械摩擦而引起的摩

8、擦轉(zhuǎn)矩損失以及液體的粘性而引起的摩擦損失。液壓泵的機械損失用機械效率表示,它等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩Ti與實際輸入轉(zhuǎn)矩T0之比,設(shè)轉(zhuǎn)矩損失為ΔT,則液壓泵的機械效率為： (2)液壓泵的功率。 ①輸入功率Pi。液壓泵的輸入功率是指作用在液壓泵主軸上的機械功率,當輸入轉(zhuǎn)矩為T0，角速度為ω時,有： (3-6) ②輸出功率Po。液壓泵的輸出功率是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口間的壓差Δp和輸出流量q的乘積,即： (3-7) 圖3-2

9、 液壓泵的特性曲線 ? 式中：Δp為液壓泵吸、壓油口之間的壓力差(N/m2);q為液壓泵的實際輸出流量(m3/s);p為液壓泵的輸出功率(N·m/s或W)。 在實際的計算中,若油箱通大氣,液壓泵吸、壓油的壓力差往往用液壓泵出口壓力p代入。  (3)液壓泵的總效率。液壓泵的總效率是指液壓泵的實際輸出功率與其輸入功率的比值,即： (3-8) 其中Δpqi／ω為理論輸入轉(zhuǎn)矩Ti。 由式(3-8)可知，液壓泵的總效率等于其容積效率與機械效率的乘積，所以液壓泵的輸入功率也可寫成： (3-9)

10、 液壓泵的各個參數(shù)和壓力之間的關(guān)系如圖3-2所示。 第二節(jié) 齒輪泵 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結(jié)構(gòu)不同,齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵,而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。下面以外嚙合齒輪泵為例來剖析齒輪泵。 2.1齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu) 齒輪泵的工作原理如圖3-3所示，它是分離三片式結(jié)構(gòu)，三片是指泵蓋4，8和泵體7，泵體7內(nèi)裝有一對齒數(shù)相同、寬度和泵體接近而又互相嚙合的齒輪6，這對齒輪與兩端蓋和泵體形成一密封腔，并由齒輪的齒頂和嚙合線把密封腔劃分為兩部分，即吸油腔和壓油腔。兩齒輪分別

11、用鍵固定在由滾針軸承支承的主動軸12和從動軸15上，主動軸由電動機帶動旋轉(zhuǎn)。 圖3-3 外嚙合型齒輪泵工作原理 CB—B齒輪泵的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，當泵的主動齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，齒輪泵右側(cè)（吸油腔）齒輪脫開嚙合，齒輪的輪齒退出齒間，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管路、吸油腔進入齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入齒間的油液被帶到另一側(cè)，進入壓油腔。這時輪齒進入嚙合，使密封容積逐漸減小，齒輪間部分的油液被擠出，形成了齒輪泵的壓油過程。齒輪嚙合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開，起配油作用。當齒輪泵的主動齒輪由電動機帶動不斷旋轉(zhuǎn)時，輪齒脫開嚙合的一側(cè)，由于

12、密封容積變大則不斷從油箱中吸油，輪齒進入嚙合的一側(cè)，由于密封容積減小則不斷地排油，這就是齒輪泵的工作原理。泵的前后蓋和泵體由兩個定位銷17定位，用6只螺釘固緊如圖3-3。為了保證齒輪能靈活地轉(zhuǎn)動，同時又要保證泄露最小，在齒輪端面和泵蓋之間應(yīng)有適當間隙（軸向間隙），對小流量泵軸向間隙為0.025~0.04mm，大流量泵為0.04~0.06mm。齒頂和泵體內(nèi)表面間的間隙（徑向間隙），由于密封帶長，同時齒頂線速度形成的剪切流動又和油液泄露方向相反，故對泄露的影響較小，這里要考慮的問題是：當齒輪受到不平衡的徑向力后，應(yīng)避免齒頂和泵體內(nèi)壁相碰，所以徑向間隙就可稍大，一般取0.13~0.16mm。 為了

13、防止壓力油從泵體和泵蓋間泄露到泵外，并減小壓緊螺釘?shù)睦?，在泵體兩側(cè)的端面上開有油封卸荷槽16，使?jié)B入泵體和泵蓋間的壓力油引入吸油腔。在泵蓋和從動軸上的小孔，其作用將泄露到軸承端部的壓力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同時也潤滑了滾針軸承。 圖3-4 CB—B齒輪泵的結(jié)構(gòu) 1-軸承外環(huán) 2-堵頭 3-滾子 4-后泵蓋 5-鍵 6-齒輪 7-泵體8-前泵蓋 9-螺釘 10-壓環(huán) 11-密封環(huán) 12-主動軸 13-鍵 14-瀉油孔15-從動軸 16-瀉油槽 17-定位銷 2.2齒輪泵存在的問題 1、 1、? 齒輪泵的困油問題 齒輪泵要能連續(xù)地供油,就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)ε

14、大于1,也就是當一對齒輪尚未脫開嚙合時,另一對齒輪已進入嚙合,這樣,就出現(xiàn)同時有兩對齒輪嚙合的瞬間,在兩對齒輪的齒向嚙合線之間形成了一個封閉容積,一部分油液也就被困在這一封閉容積中〔見圖3-5(a)〕,齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時,這一封閉容積便逐漸減小,到兩嚙合點處于節(jié)點兩側(cè)的對稱位置時〔見圖3-5(b)〕,封閉容積為最小,齒輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動時,封閉容積又逐漸增大,直到圖3-5(c)所示位置時,容積又變?yōu)樽畲蟆Ｔ诜忾]容積減小時,被困油液受到擠壓,壓力急劇上升,使軸承上突然受到很大的沖擊載荷,使泵劇烈振動,這時高壓油從一切可能泄漏的縫隙中擠出,造成功率損失,使油液發(fā)熱等。當封閉容積增大時,由于沒有油液補充,

15、因此形成局部真空,使原來溶解于油液中的空氣分離出來,形成了氣泡,油液中產(chǎn)生氣泡后,會引起噪聲、氣蝕等一系列惡果。以上情況就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。這種困油現(xiàn)象極為嚴重地影響著泵的工作平穩(wěn)性和使用壽命。 圖3-5齒輪泵的困油現(xiàn)象 為了消除困油現(xiàn)象,在CB—B型齒輪泵的泵蓋上銑出兩個困油卸荷凹槽,其幾何關(guān)系如圖3-6所示。卸荷槽的位置應(yīng)該使困油腔由大變小時,能通過卸荷槽與壓油腔相通,而當困油腔由小變大時,能通過另一卸荷槽與吸油腔相通。兩卸荷槽之間的距離為a,必須保證在任何時候都不能使壓油腔和吸油腔互通。 按上述對稱開的卸荷槽,當困油封閉腔由大變至最小時(圖3-6),由于油液不易從即將關(guān)閉的縫

16、隙中擠出,故封閉油壓仍將高于壓油腔壓力;齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當封閉腔和吸油腔相通的瞬間,高壓油又突然和吸油腔的低壓油相接觸,會引起沖擊和噪聲。于是CB—B型齒輪泵將卸荷槽的位置整個向吸油腔側(cè)平移了一個距離。這時封閉腔只有在由小變至最大時才和壓油腔斷開,油壓沒有突變,封閉腔和吸油腔接通時,封閉腔不會出現(xiàn)真空也沒有壓力沖擊,這樣改進后,使齒輪泵的振動和噪聲得到了進一步改善。 圖3-6齒輪泵的困油卸荷槽圖 圖3-7齒輪泵的徑向不平衡力 ? 2、 2、? 徑向不平衡力 三、齒輪泵的徑向不平衡力 齒輪泵工作時,在齒輪和軸承上承受徑向液壓力的作用。如圖3-7所示,泵的右側(cè)為吸油腔

17、,左側(cè)為壓油腔。在壓油腔內(nèi)有液壓力作用于齒輪上,沿著齒頂?shù)男孤┯?具有大小不等的壓力,就是齒輪和軸承受到的徑向不平衡力。液壓力越高,這個不平衡力就越大,其結(jié)果不僅加速了軸承的磨損,降低了軸承的壽命,甚至使軸變形,造成齒頂和泵體內(nèi)壁的摩擦等。為了解決徑向力不平衡問題,在有些齒輪泵上,采用開壓力平衡槽的辦法來消除徑向不平衡力,但這將使泄漏增大,容積效率降低等。CB—B型齒輪泵則采用縮小壓油腔,以減少液壓力對齒頂部分的作用面積來減小徑向不平衡力,所以泵的壓油口孔徑比吸油口孔徑要小。 四、齒輪泵的流量計算 齒輪泵的排量V相當于一對齒輪所有齒谷容積之和,假如齒谷容積大致等于輪齒的體積,那么齒輪泵的排

18、量等于一個齒輪的齒谷容積和輪齒容積體積的總和,即相當于以有效齒高(h=2m)和齒寬構(gòu)成的平面所掃過的環(huán)形體積,即： (3-10) ? 式中：D為齒輪分度圓直徑，D=mz(cm);h為有效齒高,h=2m(cm)；B為齒輪寬(cm);m為齒輪模數(shù)(cm)；z為齒數(shù)。 實際上齒谷的容積要比輪齒的體積稍大,故上式中的π常以3.33代替,則式(3-10)可寫成： (3-11) 齒輪泵的流量q(1/min)為： (3-12) 式中：n為齒輪泵轉(zhuǎn)速(rpm);ηv為齒輪泵

19、的容積效率。 實際上齒輪泵的輸油量是有脈動的,故式(3-12)所表示的是泵的平均輸油量。 從上面公式可以看出流量和幾個主要參數(shù)的關(guān)系為: (1)輸油量與齒輪模數(shù)m的平方成正比。 (2)在泵的體積一定時,齒數(shù)少，模數(shù)就大,故輸油量增加,但流量脈動大;齒數(shù)增加時，模數(shù)就小,輸油量減少,流量脈動也小。用于機床上的低壓齒輪泵,取z=13～19,而中高壓齒輪泵,取z=6～14,齒數(shù)z＜14時,要進行修正。 (3)輸油量和齒寬B、轉(zhuǎn)速n成正比。一般齒寬B=(6～10)m;轉(zhuǎn)速n為750r/min：1000 r/min、1500r/min,轉(zhuǎn)速過高，會造成吸油不足,轉(zhuǎn)速過低，泵也不能正常工作。一般

20、齒輪的最大圓周速度不應(yīng)大于5～6m/s。 五、高壓齒輪泵的特點 上述齒輪泵由于泄漏大(主要是端面泄漏,約占總泄漏量的70%～80%),且存在徑向不平衡力,故壓力不易提高。高壓齒輪泵主要是針對上述問題采取了一些措施,如盡量減小徑向不平衡力和提高軸與軸承的剛度;對泄漏量最大處的端面間隙,采用了自動補償裝置等。下面對端面間隙的補償裝置作簡單介紹。 1.浮動軸套式 圖3-8(a)是浮動軸套式的間隙補償裝置。它利用泵的出口壓力油,引入齒輪軸上的浮動軸套1的外側(cè)A腔,在液體壓力作用下,使軸套緊貼齒輪3的側(cè)面,因而可以消除間隙并可補償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵起動時,靠彈簧4來產(chǎn)生預(yù)緊力, 保

21、證了軸向間隙的密封。 ? 圖3-8端面間隙補償裝置示意圖 2.浮動側(cè)板式 浮動側(cè)板式補償裝置的工作原理與浮動軸套式基本相似,它也是利用泵的出口壓力油引到浮動側(cè)板1的背面〔見圖3-8(b)〕,使之緊貼于齒輪2的端面來補償間隙。起動時,浮動側(cè)板靠密封圈來產(chǎn)生預(yù)緊力。 3.撓性側(cè)板式 圖3-8(c)是撓性側(cè)板式間隙補償裝置,它是利用泵的出口壓力油引到側(cè)板的背面后,靠側(cè)板自身的變形來補償端面間隙的,側(cè)板的厚度較薄,內(nèi)側(cè)面要耐磨(如燒結(jié)有0.5～0.7mm的磷青銅),這種結(jié)構(gòu)采取一定措施后,易使側(cè)板外側(cè)面的壓力分布大體上和齒輪側(cè)面的壓力分布相適應(yīng)。 圖3-9內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理

22、 六、內(nèi)嚙合齒輪泵 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理也是利用齒間密封容積的變化來實現(xiàn)吸油壓油的。圖3-9所示是內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖。它是由配油盤(前、后蓋)、外轉(zhuǎn)子(從動輪)和偏心安置在泵體內(nèi)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(主動輪)等組成。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子相差一齒,圖中內(nèi)轉(zhuǎn)子為六齒,外轉(zhuǎn)子為七齒,由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子是多齒嚙合,這就形成了若干密封容積。當內(nèi)轉(zhuǎn)子圍繞中心O1旋轉(zhuǎn)時,帶動外轉(zhuǎn)子繞外轉(zhuǎn)子中心O2作同向旋轉(zhuǎn)。這時,由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂A1和外轉(zhuǎn)子齒谷A2間形成的密封容積C(圖中陰線部分),隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動密封容積就逐漸擴大,于是就形成局部真空,油液從配油窗口b被吸入密封腔,至A1′、A2′位置時封閉容積最大,這時吸油

23、完畢。當轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時,充滿油液的密封容積便逐漸減小,油液受擠壓,于是通過另一配油窗口a將油排出,至內(nèi)轉(zhuǎn)子的另一齒全部和外轉(zhuǎn)子的齒凹A2全部嚙合時,壓油完畢,內(nèi)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂和外轉(zhuǎn)子齒谷所構(gòu)成的每個密封容積,完成吸、壓油各一次,當內(nèi)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動時,即完成了液壓 泵的吸排油工作。 內(nèi)嚙合齒輪泵的外轉(zhuǎn)子齒形是圓弧,內(nèi)轉(zhuǎn)子齒形為短幅外擺線的等距線,故又稱為內(nèi)嚙合擺線齒輪泵,也叫轉(zhuǎn)子泵。 內(nèi)嚙合齒輪泵有許多優(yōu)點,如結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,零件少,轉(zhuǎn)速可高達10000r/mim,運動平穩(wěn),噪聲低,容積效率較高等。缺點是流量脈動大,轉(zhuǎn)子的制造工藝復(fù)雜等,目前已采用粉末冶金壓制成型。隨著工業(yè)技術(shù)

24、的發(fā)展,擺線齒輪泵的應(yīng)用將會 愈來愈廣泛內(nèi)嚙合齒輪泵可正、反轉(zhuǎn),可作液壓馬達用。 圖3-9所示是內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖 ? 第四節(jié) 柱塞泵 柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運動造成密封容積的變化來實現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點。首先，構(gòu)成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實現(xiàn)變量；第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量調(diào)節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率

25、的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。 4.1徑向柱塞泵 1. 1.????????????? 徑向柱塞泵的工作原理 徑向柱塞泵的工作原理如圖3—22所示，柱塞1徑向排 列裝在缸體2中，缸體由原動機帶動連同柱塞1一起旋轉(zhuǎn)，所以缸體2一般稱為轉(zhuǎn)子，柱塞1在離心力的（或在低壓油）作用下抵緊定子4的內(nèi)壁，當轉(zhuǎn)子按圖示方向回轉(zhuǎn)時，由于定子和轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，柱塞繞經(jīng)上半周時向外伸出，柱塞底部的容積逐漸增大，形成部分真空，因此便經(jīng)過襯套3（襯套3是壓緊在轉(zhuǎn)子內(nèi)，

26、并和轉(zhuǎn)子一起回轉(zhuǎn)）上的油孔從配油孔5和吸油口b吸油；當柱塞轉(zhuǎn)到下半周時，定子內(nèi)壁將柱塞向里推，柱塞底部的容積逐漸減小，向配油軸的壓油口c壓油，當轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周時，每個柱塞底部的密封容積完成一次吸壓油，轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成壓吸油工作。配油軸固定不動，油液從配油軸上半部的兩個孔a流入，從下半部兩個油孔d壓出，為了進行配油，配油軸在和襯套3接觸的一段加工出上下兩個缺口，形成吸油口b和壓油口c，留下的部分形成封油區(qū)。封油區(qū)的寬度應(yīng)能封住襯套上的吸壓油孔，以防吸油口和壓油口相連通，但尺寸也不能大得太多，以免產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 圖3—22 徑向柱塞泵的工作原理 1—柱塞 2—缸體 3—襯套 4—定

27、子 5—配油軸 2.徑向柱塞泵的排量和流量計算：當轉(zhuǎn)子和定子之間的偏心距為e時，柱塞在缸體孔中的行程為2e，設(shè)柱塞個數(shù)為z，直徑為d時，泵的排量為： V=d22ez （3—27） 設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n，容積效率為V，則泵的實際輸出流量為： q=d22eznV =d2﹒eznV （3—28） 4.2軸向柱塞泵 1.軸向柱塞泵的工作原理 軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有兩種形式,直軸式(斜盤式)和斜軸式(擺缸式),如圖3-2

28、3所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上(圖中為彈簧),配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn),當原動機通過傳動軸使缸體轉(zhuǎn)動時,由于斜盤的作用,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動,并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。如圖3-23中所示回轉(zhuǎn)方向,當缸體轉(zhuǎn)角在π～2π范圍內(nèi),柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容積增大,通過配油盤的吸油窗口吸油;在0～π范圍內(nèi),柱塞被斜盤推入缸體,使缸孔容積減小,通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周,每個柱塞各完成吸、壓油一次,如改變斜盤

29、傾角,就能改變柱塞行程的長度,即改變液壓泵的排量,改變斜盤傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,即成為雙向變量泵。 圖3—23軸向柱塞泵的工作原理 1—缸體2—配油盤3—柱塞4—斜盤5—傳動軸6—彈簧 配油盤上吸油窗口和壓油窗口之間的密封區(qū)寬度l應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度l1。但不能相差太大,否則會發(fā)生困油現(xiàn)象。一般在兩配油窗口的兩端部開有小三角槽,以減小沖擊和噪聲。 斜軸式軸向柱塞泵的缸體軸線相對傳動軸軸線成一傾角,傳動軸端部用萬向鉸鏈、連桿與缸體中的每個柱塞相聯(lián)結(jié),當傳動軸轉(zhuǎn)動時,通過萬向鉸鏈、連桿使柱塞和缸體一起轉(zhuǎn)動,并迫使柱塞在缸體中作往復(fù)運動,借助配油盤進行吸油和

30、壓油。這類泵的優(yōu)點是變量范圍大,泵的強度較高,但和上述直軸式相比,其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,外形尺寸和重量均較大。 軸向柱塞泵的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小,慣性小,容積效率高,目前最高壓力可達40.0MPa,甚至更高,一般用于工程機械、壓力機等高壓系統(tǒng)中,但其軸向尺寸較大,軸向作用力也較大,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 2.軸向柱塞泵的排量和流量計算 見圖3-23,柱塞的直徑為d,柱塞分布圓直徑為D,斜盤傾角為γ時,柱塞的行程為s=Dtanγ,所以當柱塞數(shù)為z時,軸向柱塞泵的排量為： V=πd2Dtanγz/4 (3-29) 設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)

31、為n,容積效率為ηv則泵的實際輸出流量為： V=πd2Dtanγz nηv/4 (3-30) 實際上,由于柱塞在缸體孔中運動的速度不是恒速的,因而輸出流量是有脈動的,當柱塞數(shù)為奇數(shù)時,脈動較小,且柱塞數(shù)多脈動也較小,因而一般常用的柱塞泵的柱塞個數(shù)為7、9或11。 3.軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點 (1)典型結(jié)構(gòu)。圖3-24所示為一種直軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)。柱塞的球狀頭部裝在滑履4內(nèi)，以缸體作為支撐的彈簧9通過鋼球推壓回程盤3，回程盤和柱塞滑履一同轉(zhuǎn)動。在排油過程中借助斜盤2推動柱塞作軸向運動；在吸油時依靠回程盤、鋼球和彈簧組成的

32、回程裝置將滑履緊緊壓在斜盤表面上滑動,彈簧9一般稱之為回程彈簧,這樣的泵具有自吸能力。在滑履與斜盤相接觸的部分有一油室,它通過柱塞中間的小孔與缸體中的工作腔相連,壓力油進入油室后在滑履與斜盤的接觸面間形成了一層油膜,起著靜壓支承的作用,使滑履作用在斜盤上的力大大減小,因而磨損也減小。傳動軸8通過左邊的花鍵帶動缸體6旋轉(zhuǎn),由于滑履4貼緊在斜盤表面上,柱塞在隨缸體旋轉(zhuǎn)的同時在缸體中作往復(fù)運動。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過配油盤7與泵的進出口相通的。隨著傳動軸的轉(zhuǎn)動,液壓泵就連續(xù)地吸油和排油。 (2)變量機構(gòu)。由式(3-32)可知,若要改變軸向柱塞泵的輸出流量,只要改變斜盤的傾角,即可改變軸

33、向柱塞泵的排量和輸出流量,下面介紹常用的軸向柱塞泵的手動變量和伺服變量機構(gòu)的工作原理。 ①手動變量機構(gòu)。如圖3-24所示,轉(zhuǎn)動手輪1,使絲杠12轉(zhuǎn)動,帶動變量活塞11作軸向移動(因?qū)蜴I的作用,變量活塞只能作軸向移動,不能轉(zhuǎn)動)。通過軸銷10使斜盤2繞變量機構(gòu)殼體上的圓弧導(dǎo)軌面的中心(即鋼球中心)旋轉(zhuǎn)。從而使斜盤傾角改變,達到變量的目的。當流量達到要求時,可用鎖緊螺母13鎖緊。這種變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,但操縱不輕便,且不能在工作過程中變量。 圖3-24直軸式向柱塞泵結(jié)構(gòu) 1—轉(zhuǎn)動手輪2—斜盤3—回程盤4—滑履5—柱塞6—缸體7—配油盤8—傳動軸 圖3-25伺服變量機構(gòu) 1—閥芯2

34、—鉸鏈3—斜盤4—活塞5—殼體 ? ②伺服變量機構(gòu)。圖3-25所示為軸向柱塞泵的伺服變量機構(gòu),以此機構(gòu)代替圖3-24所示軸向柱塞泵中的手動變量機構(gòu)，就成為手動伺服變量泵。其工作原理為：泵輸出的壓力油由通道經(jīng)單向閥α進入變量機構(gòu)殼體的下腔d,液壓力作用在變量活塞4的下端。當與伺服閥閥芯1相連結(jié)的拉桿不動時(圖示狀態(tài)),變量活塞4的上腔g處于封閉狀態(tài),變量活塞不動,斜盤3在某一相應(yīng)的位置上。當使拉桿向下移動時,推動閥芯1一起向下移動,d腔的壓力油經(jīng)通道e進入上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積,向下的液壓力大于向上的液壓,故變量活塞4也隨之向下移動,直到將通道e的油口封閉為止。

35、變量活塞的移動量等于拉桿的位移量、當變量活塞向下移動時,通過軸銷帶動斜盤3擺動,斜盤傾斜角增加,泵的輸出流入隨之增加;當拉桿帶動伺服閥閥芯向上運動時,閥芯將通道f打開,上腔g通過卸壓通道接通油箱而壓,變量活塞向上移動, 直到閥芯將卸壓通道關(guān)閉為止。它的移動量也等于拉桿的移動量。這時斜盤也被帶動作相應(yīng)的擺動,使傾斜角減小,泵的流量也隨之相應(yīng)地減小。由上述可知,伺服變量機構(gòu)是通過操作液壓伺服閥動作,利用泵輸出的壓力油推動變量活塞來實現(xiàn)變量的。故加在拉桿上的力很小,控制靈敏。拉桿可用手動方式或機械方式操作,斜盤可以傾斜±18°,故在工作過程中泵的吸壓油方向可以變換,因而這種泵就成為雙向變量液壓泵。除

36、了以上介紹的兩種變量機構(gòu)以外,軸向柱塞泵還有很多種變量機構(gòu)。如:恒功率變量機構(gòu)、恒壓變量機構(gòu)、恒流量變量機構(gòu)等,這些變量機構(gòu)與軸向柱塞泵的泵體部分組合就成為各種不同變量方式的軸向柱塞泵,在此不一一介紹。 第五節(jié) 液 壓 泵 的 噪 聲 噪聲對人們的健康十分有害,隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,工業(yè)噪聲對人們的影響越來越嚴重,已引起人們的關(guān)注。目前液壓技術(shù)向著高壓、大流量和高功率的方向發(fā)展,產(chǎn)生的噪聲也隨之增加,而在液壓系統(tǒng)中的噪聲,液壓泵的噪聲占有很大的比重。因此,研究減小液壓系統(tǒng)的噪聲,特別是液壓泵的噪聲,已引起液壓界廣大工程技術(shù)人員、專家學(xué)者的重視。 液壓泵的噪聲大小和液壓泵的種類、結(jié)構(gòu)、大小

37、、轉(zhuǎn)速以及工作壓力等很多因素有關(guān)。 一、產(chǎn)生噪聲的原因 (1)泵的流量脈動和壓力脈動,造成泵構(gòu)件的振動。這種振動有時還可產(chǎn)生諧振。諧振頻率可以是流量脈動頻率的2倍、3倍或更大,泵的基本頻率及其諧振頻率若和機械的或液壓的自然頻率相一致,則噪聲便大大增加。研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)速增加對噪聲的影響一般比壓力增加還要大。 (2)泵的工作腔從吸油腔突然和壓油腔相通,或從壓油腔突然和吸油腔相通時,產(chǎn)生的油液流量和壓力突變,對噪聲的影響甚大。 (3)空穴現(xiàn)象。當泵吸油腔中的壓力小于油液所在溫度下的空氣分離壓時,溶解在油液中的空氣要析出而變成氣泡,這種帶有氣泡的油液進入高壓腔時,氣泡被擊破,形成局部的高頻壓

38、力沖擊,從而引起噪聲。 (4)泵內(nèi)流道具有截面突然擴大和收縮、急拐彎,通道截面過小而導(dǎo)致液體紊流、旋渦及噴流,使噪聲加大。 (5)由于機械原因,如轉(zhuǎn)動部分不平衡、軸承不良、泵軸的彎曲等機械振動引起的機械噪聲。 二、降低噪聲的措施 (1)消除液壓泵內(nèi)部油液壓力的急劇變化。 (2)為吸收液壓泵流量及壓力脈動,可在液壓泵的出口裝置消音器。 (3)裝在油箱上的泵應(yīng)使用橡膠墊減振。 (4)壓油管的一段用橡膠軟管,對泵和管路的連接進行隔振。 (5)防止泵產(chǎn)生空穴現(xiàn)象,可采用直徑較大的吸油管,減小管道局部阻力;采用大容量的吸油濾油器,防止油液中混入空氣;合理設(shè)計液壓泵,提高零件剛度。 第六

39、節(jié) 液 壓 泵 的 選 用 液壓泵是液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對于降低液壓系統(tǒng)的能耗、提高系統(tǒng)的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要。 選擇液壓泵的原則是:根據(jù)主機工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求,首先確定液壓泵的類型,然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。 表3-1列出了液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的主要性能。 表3-1 液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的性能比較 性能 外嚙合輪泵 雙作用葉片泵 限壓式變量葉片泵 徑向柱塞泵 軸向柱塞泵 螺桿泵 輸

40、出壓力 低壓 中壓 中壓 高壓 高壓 低壓 流量調(diào)節(jié) 不能 不能 能 能 能 不能 效率 低 較高 較高 高 高 較高 輸出流量脈動 很大 很小 一般 一般 一般 最小 自吸特性 好 較差 較差 差 差 好 對油的污染敏感性 不敏感 較敏感 較敏感 很敏感 很敏感 不敏感 噪聲 大 小 較大 大 大 最小 一般來說,由于各類液壓泵各自突出的特點,其結(jié)構(gòu)、功用和動轉(zhuǎn)方式各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在機床液壓系統(tǒng)中,往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵;而在筑路機械、港口機械以及小型工程機械中往往選擇抗污染能力較強的齒輪泵;在負載大、功率大的場合往往選擇柱塞泵。