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1、第三章 液壓泵與液壓馬達(dá),液壓泵--動(dòng)力元件: 將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能,供液壓系統(tǒng)使用,它是液壓系統(tǒng)的能源。,泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的,而輸出流量的大小是由密封工作腔的容積變化大小和變化頻率來(lái)決定的。,動(dòng)畫,3-1概 述,一、液壓泵的工作原理,吸油:密封容積增大,形成局部真空; 壓油:密封容積減小,壓力增加。 容積式泵: 依靠密封容積的變化來(lái)吸油、壓油。 三個(gè)特征: (1)有一個(gè)或者多個(gè)密封油腔。 (2)密封容積能產(chǎn)生由小到大和由大到小的周期性變化。 密封容積由小變大時(shí)吸油;由大變小時(shí)壓油。 (3)有配油機(jī)構(gòu)。 保證密封容積由小變大時(shí),只與吸油管相通;密封容積
2、由大變小時(shí),只與壓油管相通(如兩個(gè)單向閥)。,二、液壓泵的主要性能參數(shù),(一)壓力 1、額定壓力pn 指泵在正常工作條件下可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的最高壓力,超過(guò)此值就是過(guò)載。 2、最高允許壓力pmax 指泵在短時(shí)間所允許超載使用的極限壓力。 3、工作壓力pp 液壓泵的工作壓力是指它的輸出壓力。 4、吸入壓力 指液壓泵進(jìn)口處的壓力。,(二)液壓泵的轉(zhuǎn)速(r/min),1.額定轉(zhuǎn)速n 在額定壓力下,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)行效率的轉(zhuǎn)速。 2.最高轉(zhuǎn)速nmax 在額定壓力下,為保證使用壽命和性能所允許的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。 3.最低轉(zhuǎn)速nmin 為保證液壓泵可靠工作或
3、運(yùn)行效率不至過(guò)低所允許的最低轉(zhuǎn)速。,(三)液壓泵排量和流量,1.排量Vp (m3/r) 是指在不考慮泄漏的情況下,液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。 2.理論流量qt (m3/s) 是指在不考慮泄漏的情況下,單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積。 qt =Vn 3.實(shí)際流量qp 指液壓泵工作時(shí)的輸出流量。 qp= qt - q 4.額定流量qn 指在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的流量。,1.輸入功率: Pi=2nT 2.輸出功率: Po=ppqp 3.容積效率: pv =qp /qt 4.總效率: p =Po /Pi= ppqp/2nT=pm pv 5.機(jī)械效率: pm = /pv,(四)功率
4、與效率,三、液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù),(一)壓力 液壓馬達(dá)的額定壓力、最高壓力、工作壓力的定義與液壓泵相同,其差別是指液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力,而液壓馬達(dá)的出口壓力則稱為背壓。為保證液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性,一般取液壓馬達(dá)的背壓為0.5MPa-1MPa。,(二)排量和流量,液壓馬達(dá)的排量、理論流量、實(shí)際流量、額定流量及泄漏量的定義與液壓泵類似,所不同的是進(jìn)入液壓馬達(dá)的液體體積,且實(shí)際流量qM大于理論流量qMt,即qM- qMt=ql,理論轉(zhuǎn)速:nt= qM /VM 容積效率: Mv qMt / qM ( qM -ql )/ qM 1 ql / qM 輸出轉(zhuǎn)速nM= (qM -ql )/VM= qM /
5、VM Mv,(三)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和容積效率,(四)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械效率,實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩 TMTMt-T 理論輸出轉(zhuǎn)矩 TMtp VM/ 2 機(jī)械效率MmTM/TMt,(五)功率與總效率,1.輸入功率:PMi=pMqM 2.輸出功率:PMo=2nMTM 3.總效率: M=PMo/PMi=2nMTM/pMqM=Mm Mv,1、某泵轉(zhuǎn)速n=950轉(zhuǎn)/分,空載流量為160升/分,在壓力為29.5Mpa時(shí),相同轉(zhuǎn)速下的實(shí)際流量為150升/分,泵的總效率為=0.87, 求:(1)容積效率 ?(2)機(jī)械效率 ? (3)驅(qū)動(dòng)泵的電機(jī)功率N ? 2、液壓泵進(jìn)口壓力 , 出口壓力 ,實(shí)際輸出流
6、量 ,泵輸入轉(zhuǎn)矩 ,輸入轉(zhuǎn)速 ,容積效率 。試求: (1)泵的輸入功率 ,(2)泵的輸出功率 ,(3)泵的總效率 ,(4) 泵的機(jī)械效率,,,,,,,,,,四、液壓泵和液壓馬達(dá)的分類, 按運(yùn)動(dòng)部件的形狀和運(yùn)動(dòng)方式分為齒輪泵,葉片泵,柱塞泵,螺桿泵。 齒輪泵又分外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵 葉片泵又分雙作用葉片泵,單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵 柱塞泵又分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵 按排量能否變量分定量泵和變量泵。 單作用葉片泵,徑向柱塞泵和軸向柱塞泵可以作變量泵,1.液壓泵的分類,ns500r/min 為高速液壓馬達(dá):齒輪馬達(dá),葉片馬達(dá),軸向柱塞馬達(dá) ns 500r
7、/min 為低速液壓馬達(dá):徑向柱塞馬達(dá)(單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá),多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)),2.馬達(dá)的分類:,a.單向定量液壓泵 b.雙向定量液壓泵 c.單向變量液壓泵 d.雙向變量液壓泵,3.液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號(hào):,a.單向定量液壓馬達(dá) b.雙向定量液壓馬達(dá) c.單向變量液壓馬達(dá) d.雙向變量液壓馬達(dá),3.2 齒輪泵和齒輪馬達(dá),齒輪泵的分類,外嚙合 內(nèi)嚙合,分類,按齒形曲線,按嚙合形式,漸開線 擺線,一、齒輪泵原理和結(jié)構(gòu),1. 結(jié)構(gòu):齒輪、殼體、端蓋等,動(dòng)畫演示,2. 工作原理,密封工作腔:泵體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成了若干個(gè)密封工作容積。 齒輪嚙合線將吸油區(qū)和壓油區(qū)隔開,起
8、配流作用。,吸油過(guò)程:輪齒脫開嚙合V p 吸油; 排油過(guò)程:輪齒進(jìn)入嚙合V p 排油。,動(dòng)畫演示,二、排量和平均流量的計(jì)算,排量:V=Dhb =2zm2b z 齒數(shù);m 齒輪模數(shù);b 齒寬;h 有效齒高;h=2zm. 實(shí)際流量: q=Vnv =Dhbnv =2zm2bn v,1、泄漏問(wèn)題,泄漏 齒輪泵存在端面泄漏、徑向泄漏和輪齒嚙合處泄漏。其中端面泄漏占8085。,三、齒輪泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn),減少泄露的措施:間隙補(bǔ)償 其中端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡 在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件,如浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板,在浮動(dòng)零件的背面引入壓力油,讓作用在背面的液壓
9、力稍大于正面的液壓力,其差值由一層很薄的油膜承受。,1) 產(chǎn)生原因: 1,構(gòu)成閉死容積Vb 2)危害: Vb由大小,p, 油液發(fā)熱,軸承磨損。 Vb由小大,p , 汽蝕、噪聲、振動(dòng)、金屬表面剝蝕。,2. 困油現(xiàn)象,動(dòng)畫演示,卸荷措施 在前后蓋板或浮動(dòng)軸套上開卸荷槽 原則: Vb由大小,與壓油腔相通 Vb由小大,與吸油腔相通 保證吸、壓油腔始終不通,3. 徑向力不平衡,1)原因:齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。 2)危害:軸承磨損、刮殼。,3)液壓徑向力的平衡措施之一: 通過(guò)在蓋板上開設(shè)平衡槽,使它們分別與低、高壓腔相通,產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。
10、,四、內(nèi)嚙合齒輪泵,與外嚙合齒輪泵相比,內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵具有流量脈動(dòng)小,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,噪音小,效率高,無(wú)困油現(xiàn)象等一系列優(yōu)點(diǎn)。,1. 漸開線齒輪泵,動(dòng)畫,內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,零件少,工作容積大,轉(zhuǎn)速高,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),噪音低。 缺點(diǎn)是流量脈動(dòng)比較大,嚙合處間隙泄漏大,工作壓力較低,通常作為潤(rùn)滑補(bǔ)油等輔助泵使用。,2. 擺線齒輪泵(轉(zhuǎn)子泵),3-3 葉片泵,分類,單作用,雙作用,每轉(zhuǎn)排油一次,每轉(zhuǎn)排油兩次,變量泵,定量泵,單作用葉片泵,雙作用葉片泵,(1)組成: 轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤、殼體、端蓋等,一、單作用葉片泵,(2)特點(diǎn): 定子和轉(zhuǎn)子偏心,定子與轉(zhuǎn)子不同心,存在一個(gè)偏心
11、距e; 定子內(nèi)曲線是圓; 配油盤有二個(gè)月牙形窗口。 葉片靠離心力伸出。,1.工作原理,圖2.7單作用葉片泵工作原理 1壓油口;2 轉(zhuǎn)子;3 定子;4 葉片;5 吸油口,(3)工作原理,密封工作腔(轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤組成) 吸油過(guò)程:葉片伸出V p 吸油; 排油過(guò)程:葉片縮回V p 排油。 旋轉(zhuǎn)一周,完成一次吸油,一次排油單作用泵 徑向力不平衡非平衡式葉片泵 (一個(gè)吸油區(qū),一個(gè)排油區(qū)),動(dòng)畫,2. 流量計(jì)算和流量脈動(dòng),1) 流量計(jì)算:,式中:B- 葉片寬度 e 偏心距 D - 定子內(nèi)徑,排量:,流量:,3、單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)要點(diǎn) (1)為了調(diào)節(jié)泵的輸出流量,需要移動(dòng)定子的位置,以
12、改變偏心距e。 (2)徑向液壓力不平衡,故限制了工作壓力的提高。單作用葉片泵的額定壓力不超過(guò)7MPa。 (3)葉片數(shù)越多,流量脈動(dòng)率越小,奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小。,二、雙作用葉片泵,1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 組成:定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配流盤、泵軸、泵體等。,定子和轉(zhuǎn)子同心; 定子內(nèi)曲線由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成; 配油盤上有四個(gè)月牙形窗口。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn):,旋轉(zhuǎn)一周,完成二次吸油,二次排油雙作用泵 徑向力平衡平衡式葉片泵(兩個(gè)吸油區(qū),兩個(gè)排油區(qū)),2、工作原理:,(動(dòng)畫),(動(dòng)畫),V=2(R2-r2)B q=Vnv = 2(R2-r2)Bn v,其中:B - 葉片寬度 R - 定子長(zhǎng)
13、軸半徑 r - 定子短軸半徑 葉片傾角 b 葉片厚度 Z-葉片數(shù)目,忽略葉片厚度:,V=2(R2-r2)B -2BbZ(R-r)/cos q=Vnv = 2(R2-r2)Bn v -2BbZ(R-r)/cos nv,如考慮葉片厚度:,3、 流量計(jì)算,1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 彈簧、反饋柱塞、 限位螺釘。,2.工作原理: 靠反饋力和彈簧力平衡,控制偏心距 的大小來(lái)改變流量。,轉(zhuǎn)子中心固定, 定子可以水平移動(dòng) 外反饋、限壓,三、限壓式變量葉片泵(動(dòng)畫),3.限壓式變量泵的流量壓力特性,(1)調(diào)節(jié)Fs,可調(diào)節(jié)pc,pmax,使BC段左右平移。 (2)若更換彈簧,可改變BC段斜率 (3
14、)調(diào)節(jié)偏心距,可使AB段上下平移, BC段斜率不變。,軸向式,徑向式,3-4 柱塞泵,一 、徑向柱塞泵,(1)組成: 定子不動(dòng) 缸體(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動(dòng) 偏心距e 配油軸(不動(dòng)) 襯套(與缸體緊配合),(2)工作原理,密封工作腔 柱塞伸出:離心力,1、工作原理,動(dòng)畫,2、流量計(jì)算,(1)徑向尺寸大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,自吸能力差, (2)配油軸受到徑向不平衡液壓力的作用,易于磨損,限制了它轉(zhuǎn)速和壓力的提高。 (3)可作成單向或雙向變量泵 (4)存在困油現(xiàn)象,,,3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),二、軸向柱塞泵,1、工作原理,,錄像,* 缸體轉(zhuǎn)動(dòng) * 斜盤、配油盤不動(dòng),缸體、柱塞、配油盤、斜盤,(1)組成:,,密封工作腔
15、(缸體孔、柱塞底部) 由于斜盤傾斜放置,使得柱塞隨缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿軸線作往復(fù)運(yùn)動(dòng),底部密封容積變化,實(shí)現(xiàn)吸油、排油。 吸油過(guò)程:柱塞伸出Vp吸油; 排油過(guò)程:柱塞縮回vp排油。,(2)工作原理,2. 流量計(jì)算,排量:,一個(gè)密封空間:,流量:,式中: d - 柱塞直徑 D - 柱塞分布圓直徑 - 斜盤傾角 z - 柱塞數(shù),q tg , q ; q 。 改變 的大小變量泵; 改變 的方向雙向泵。,流量脈動(dòng)率:,z為奇數(shù),z為偶數(shù),結(jié)論:柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小,柱塞數(shù)越多,脈動(dòng)越小。 一般取 z = 7、9、11,,,3、結(jié)構(gòu)要點(diǎn) (1)缸體端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償。 (2)滑履結(jié)構(gòu):柱塞與滑履為球面接
16、觸,滑履與斜盤為平面接觸,改善了受力狀態(tài)。 (3)變量機(jī)構(gòu):改變斜盤傾角可以改變其排量。,4.特點(diǎn)及應(yīng)用,特點(diǎn): 容積效率高,壓力高。(v=0.98, p = 32 Mpa) 柱塞和缸體均為圓柱表面,易加工,精度高,內(nèi)泄小 結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小; 易于實(shí)現(xiàn)變量; 構(gòu)造復(fù)雜,成本高; 對(duì)油液污染敏感。 應(yīng)用: 用于高壓、高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。,5. 典型結(jié)構(gòu),SCY14-1型軸向柱塞泵 (p = 32 MPa),結(jié)構(gòu)特點(diǎn),滑靴:降低接觸應(yīng)力,減小磨損。 柱塞的伸出:由彈簧壓緊壓盤,有自吸能力。 變量機(jī)構(gòu):手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)。,工作原理動(dòng)畫演示,3.6 液壓馬達(dá),3.6.1 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù) 1液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩 2液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,,,,3.6.2 葉片馬達(dá),葉片馬達(dá)的工作原理,3.6.3 軸向柱塞馬達(dá),1軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理,,,