《液压泵及液压马达》PPT课件.ppt

第三章 液压泵及液压马达,3.1液压泵与液压马达作用 3.2液压泵与液压马达工作原理 3.3液压泵与液压马达分类 3.4液压泵与液压马达参数 3.5齿轮泵和齿轮马达 3.6叶片泵和叶片马达 3.7柱塞泵和柱塞马达 3.8液压泵的性能比较,3.1 液压泵及液压马达的作用,液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。,液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。,3.2 工作原理 液压泵必须具备周期性变化的密封容积和配流装置才能工作,属于容积式泵.,配流装置使密封容积轮流和油箱或负载相通。,液压马达的工作原理,液压系统中使用的液压马达也是容积式的，从原理上讲是把容积式泵逆用，即向泵中输入压力油，就可使泵轴转动，输出转矩和转速，成为液压马达。,液压泵正常工作的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大吸油，由大变小压油； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。,液压泵与马达结构上的区别,1.一般泵进口尺寸出口尺寸，马达则进出口尺寸相同。 2.泵结构上有自吸能力，而马达则无此能力。 3.马达需正反转，内部结构一般对称，泵一般无此要求。 4.马达结构及润滑要求要满足很宽的调速范围，泵高速而变化小。 5.马达需较大的启动扭矩，要求内部摩擦小。,液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为： 定量泵（定量马达） 变量泵（变量马达）,一、液压泵和液压马达的分类,3.3 液压泵和液压马达的分类,按结构形式可分为： 齿轮式 叶片式 柱塞式 螺杆式,二、 液压泵和液压马达的图形符号,a.单向定量液压泵 b.单向变量液压泵 c.单向定量马达 d.单向变量马达 e.双向变量液压泵 f.双向变量马达,3.4 液压泵和液压马达的性能参数,二、 流量与排量,二、排量V：不考虑泄漏情况下，泵（马达）每转一圈所排出液体的体积，一般由其结构尺寸计算得来。,三、流量q：单位时间内能排出的流体体积。,1）理论流量：不考虑泄露,额定压力、额定转速下泵输出的流量,qt=Vn/60,2）实际流量,3）额定流量qn,三、功率,理论输入功率,实际输入功率,理论输出功率,实际输出功率,泵,理论输入功率,实际输入功率,理论输出功率,实际输出功率,马达,容积效率：反映泄露的影响，影响液压泵的实际输出流量。,机械效率：反映液压泵的机械摩擦损失，影响驱动液压泵所需的转矩。,总效率为两个效率的乘积。,四、效率,容积效率：经过容积损失后实际输出功率（流量）与理论输出功率（流量）之比,泵,马达,机械效率：理论输入功率（转矩）与实际输入功率（转矩）之比,容积效率：经过容积损失后理论输入功率（流量）与实际输入 功率（流量）之比,机械效率：实际输出功率（转矩）与理论输出功率（转矩）之比,计算实例1,某液压系统，泵的排量V10m L/r，电机转速n1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa 泵容积效率v0.92，总效率0.84，求： 1） 泵的理论流量； 2）泵的实际流量； 3）泵的输出功率(实际）； 4）驱动电机功率。,解：1）泵的理论流量 qt=vn10-3=10120010-312 L/min 2) 泵的实际流量 q qtv120.9211.04 L/min 3)泵的输出功率 4）驱动电机功率,计算实例1,计算实例2,已知泵的排量为160mL/r，转速为1000r/min，机械效率为0.9，总效率为0.85；液压马达排量为140 mL/r ，机械效率0.9，总效率为0.8，系统压力为8.5MPa，不计管路损失，液压马达的转速是多少？其输出转矩是多少？驱动液压泵所需的转矩和功率是多少？,3.5 齿轮泵和齿轮马达,外啮合 内啮合,分类,按齿面,按齿形曲线,按啮合形式,直齿 斜齿 人字齿,渐开线 摆线,一、齿轮泵的分类,二、 外啮合齿轮泵原理和结构,1. 结构：,齿轮、壳体、端盖等,(一)外啮合齿轮泵的结构,典型结构,典型结构剖切图,CB齿轮泵 p = 2.5 MPa 卸荷槽 缩小压油口 减小端面间隙 0.030.04mm 增大吸油口 小槽 a (泄油） 小孔,(二)、工作原理,吸油过程：轮齿脱开啮合 V p 吸油； 排油过程：轮齿进入啮合V p 排油。,工作原理 （动画） 两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。,一、外齿轮 齿轮基本尺寸的名称和符号,齿顶圆 da、ra,齿根圆 df、rf,齿厚 sk 任意圆上的弧长,齿槽宽 ek 弧长,齿距 （周节） pk= sk +ek 同侧齿廓弧长,齿顶高ha,齿根高 hf,齿全高 h= ha+hf,齿宽 B,分度圆人为规定的计算基准圆,表示符号： d、r、s、e，p= s+e,法向齿距 （周节） pn,= pb,此圆上具有标准的模数和压力角,基圆 db、rb,标准直齿圆柱齿轮各部分名称 和尺寸,外啮合齿轮泵的排量公式,V=DhB=2zm 2B z 主动齿数，m 齿轮模数， B 齿宽,齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积。,实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式 中常加以系数进行修正,则上式可写成：,齿轮泵的流量q(1/min)为：,v = 2kz m 2 B,q= 2kz m 2 Bnv,三、齿轮泵结构特点,1. 困油现象,困油现象产生的原因 齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。 困油现象描述,困油现象解决方法,困油现象的危害:闭死容积由大变小时油液受挤压， 导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。 卸荷措施:在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽,2. 径向力不平衡,齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力 F 即为齿轮泵的径向力,减小径向力措施,（1) 减小齿宽,增大齿顶圆直径。 （2) 缩小压油腔尺寸,使压力油作用在较少的齿范围内。 （3) 延伸压油腔或吸油腔,在工作过程中只有很少的齿起密封作用。,减小径向力措施,（4) 通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相 通，产生一个与液压径向力平衡的作用。 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。,3. 泄漏问题,1) 泄漏途径：端面间隙 80% ql 径向间隙 15% ql 啮合处 5% ql 2) 危害：v 3) 防泄措施： a) 减小端面间隙 b) 端面间隙补偿装置 浮动侧板 浮动轴套,防泄措施,b) 轴向间隙补偿装置 浮动侧板 浮动轴套,a) 减小轴向间隙 小流量：间隙0.025-0.04 mm 大流量：间隙0.04-0.06 mm,F1稍大于F2,四、齿轮泵优缺点和用途,优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠， 自吸性能好，对油液污染不敏感，便于 制造、维修。 缺点：效率低，流量脉动大，噪声高。 用途：工程机械、机床低压系统。,五、内啮合齿轮泵,1. 渐开线齿轮泵,特点: 结构紧凑，尺寸小，重量轻 流量脉动小，噪声小。,2. 摆线齿轮泵（转子泵）,特点: 结构简单，体积小 重叠系数大，传动平稳 吸油条件好 齿形复杂，加工精度要 求高，造价高。 应用：机床低压系统,摆线齿轮泵实物结构,五、齿轮泵的常见故障及排除方法,结构特点,两个油口一样大， 结构对称, 调速范围宽 启动扭矩大,例一,齿轮泵转速为1200r/min,理论流量为12.286L/min,齿数Z=8,齿宽B=30mm,机械效率和容积效率均为90%,工作压力为5.0106Pa.试求该齿轮泵的齿轮模数m,输出功率和输入功率.,课后练习题,1容积式液压泵是靠_来实现吸油和排油的。 2.液压泵的额定流量是指泵在额定转速和_下的 输出流量。 3.液压泵的机械损失是指液压泵在_上的损失。 4.液压泵是把_能转变为液体_能的 转换装置。 5.齿轮泵的泄漏一般有三个渠道：_;_;_。 其中以_最为严重。,密封容积的变化,额定压力,克服相对运动件表面的摩擦,机械，压力,径向间隙，端面间隙，啮合处；端面间隙,3.6 叶片泵与叶片马达,一、叶片泵分类,优点：输出流量 均匀、脉动小、噪声低、 体积小。 缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结 构较复杂。,分类,单作用,双作用,每转排油一次,每转排油两次,二. 双作用叶片泵,工作原理 旋转一周，完成二次吸油，二 次排油双作用泵 径向力平衡平衡式叶片泵 （两个吸油区，两个排油区),2、结构形式,定子和转子同心； 定子内曲线由四段圆弧 和四段过渡曲线组成； 配油盘上有四个月牙形 窗口。,动画,(1)过渡曲线:影响泵工作性能（如流量脉动、噪声和寿命）的主要因素,结构特点,一般采用等加速等减速曲线、阿基米德曲线等。长、短半径的比越大，泵的排量越大，但比值过大，会引起叶片卡死、折断和脱空。,(2)径向力平衡:吸、压油口是对称设置的，径向液压力平衡。,配油盘上的三角槽,原因： pV 油液倒流。 影响：流量脉动，噪声。 措施：开三角槽，减小困油。 作用：缓冲，避免压力突变， 减小流量脉动和噪声。,(3) 困油现象,封油区的包角大于或等于相邻两叶片间的间距角。,4）. 叶片与定子内表面的良好接触,叶片底部通压油腔。,吸油时，叶片与定子之间的接触面磨损严重。,受力分析： N,T P,T = N sin 压力角 T sin , , sin, T 危害：叶片难以回槽，叶片和槽磨损，卡死。 措施：沿旋转方向前倾角,叶片倾角,在过渡曲线上，法线与转子的径向力不重合,作用：减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。 一般取 = 1014 O YB 型叶片泵取 =13 O 叶片倾斜放置的泵不能反转,典型结构及结构特征,典型结构剖切图,3. 流量计算,其中：B - 叶片宽度 R - 定子长轴半径 r - 定子短轴半径 叶片倾角 叶片厚度,2) 流量：,1）排量：,三、单作用叶片泵,1. 结构：,转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。,特点： 定子和转子偏心； 定子内曲线是圆； 配油盘有二个月牙形窗口。 叶片靠离心力伸出。,2. 工作原理,密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成） 吸油过程：叶片伸出V p 吸油； 排油过程：叶片缩回V p 排油。 旋转一周，完成一次吸油，一次排油 径向力不平衡非平衡式叶片泵,V = 4Re B,q= 4Re Bnv,流量公式,排量公式,控制方式：手动控制，机械控制，液压控制等。,3. 单作用变量叶片泵,转子固定不动，定子中心也相对于转子中心作水平移动，调节偏心距e的大小和方向，从而实现排量大小和排油方向的改变。,调节性能：限压式、恒功率式，恒流量式等。,其中限压式应用最广泛。,外反馈限压式变量叶片泵,1）.结构特点: 弹簧、控制活塞、 限位螺钉。,2）.工作原理：改变e，改变流量； 调节弹簧力的大小，改变压力。,转子中心固定， 定子可以水平移动 外反馈、限压,泵的输出压力作用在定子右侧的活塞 1上。当压力作用在活塞上的力不超过弹簧2的预紧力时，泵的输出流量基本不变。当泵的工作压力增加，作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时，定子向左移动，偏心量减小，泵的输出流量减小。当 泵压力到达某一 数值时，偏心量接近零，泵没有流量输出。,四、双作用叶片马达,1）结构特点 叶片沿转子径向放置（正反转） 进、出油口大小相同 有外泄口 2）工作原理 F = p A = p ( R - r0 ) b - p ( r - r0 ) b = p ( R - r ) b 3）应用：高速、低扭矩及要求 动作灵敏的场合。,五、叶片泵的常见故障及排除方法,3.7 柱塞泵和柱塞马达,轴向式,径向式,一、 轴向柱塞泵,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞沿轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵,1 .工作原理,工作原理 缸体： 均布Z 个柱塞孔，分布圆直径为D 柱塞滑履组： 柱塞直径为d 斜盘： 相对传动轴倾角为 配流盘 传动轴,* 缸体转动 * 斜盘、配油盘不动,缸体、柱塞、配油盘、斜盘,* 柱塞伸出,低压油 机械装置,2.典型结构,3. 流量计算,排量:,一个密封空间:,流量:,式中： d - 柱塞直径 D - 柱塞分布圆直径 - 斜盘倾角 z - 柱塞数,q tg , q ; q 。 改变 的大小变量泵； 改变 的方向双向泵。,流量脉动率：,z为奇数,z为偶数,结论：柱塞数为奇数时流量脉动小， 柱塞数越多，脉动越小。 一般取 z = 7、9、11,4.特点及应用,特点： 容积效率高，压力高。（v=0.98, p = 32 Mpa） （柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小） 结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小; 易于实现变量； 构造复杂,成本高； 对油液污染敏感。 应用： 用于高压、高转速的场合。,5. 结构分析,SCY14-1型轴向柱塞泵 （p = 32 MPa）,缸体,柱塞滑履组,配流盘,结构特点,滑靴：降低接触应力，减小磨损。 柱塞的伸出： 由弹簧压紧压盘 变量机构：手动变量机构。,配流盘,由于存在困油问题，为减少困油，因此在配油盘的槽I、II的起始点开上条小三角槽，且在二配流槽的两端都开有小三角槽。见下图：,变量机构类型 为了节约能量，希望泵的流量能自动改变。常用的自动变量泵有恒功率式、恒压力式和恒流量式等。图中为实现恒功率控制的压力补偿变量机构，以此机构代替上图手动变量泵左端的手动变量机构，就成为恒功率变量泵。图中滑阀5和活塞6则形成一个液压伺服机构。,其中AG为斜盘倾角最大时，泵的最大流量。而GF则表示当泵压力升高，斜盘倾角减小，泵流量减少。当泵压力进一步升高时，流量按图中FE线改变。最后倾角不再变化，则流量不再变化， 如图中ED线。因此，泵 的输出流量根据使用压力 自动按折线GFED变化。 折线GFED与等功率线 HK接近。泵的流量压力 特性可在图中阴影的范围 内调节。,恒功率变量泵特性曲线如下图所示：,6、斜轴式无铰轴向柱塞泵,工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角，特点：柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。,图中为斜轴式轴向柱塞泵外形,7.轴向柱塞泵的常见故障及排除方法,二、轴向柱塞马达,1. 结构,2.工作原理,输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上。斜盘给柱塞的反作用力的径向分力，使缸体产生转矩。通过输出轴带动负载做功。,改变供油方向马达反转。双向马达 改变斜盘倾角排量变，转速变。变量马达 应用：高转速、较大扭矩的场合。,三、径向柱塞泵,1.结构特点： 定子不动 缸体（转子）转动 偏心距e 配油轴（不动） 衬套（与缸体紧配合）,2. 工作原理,调节e的大小变量泵 改变e的方向双向泵,密封工作腔 柱塞伸出：离心力,3. 流量计算,例题,某轴向柱塞泵的柱塞直径 d20mm，柱塞分布圆直径 D60mm，柱塞数 z7。当斜盘倾角20，转速n=1450rmin，输出压力p=28Mpa，容积效率v=0.95，机械效率=0.9时，试求泵的理论流量、实际流量和所需电动机功率。如泵其它参数不变，斜盘倾角由20变为12 ，求上述参数。,四、低速大扭矩马达,1.单作用连杆型径向柱塞马达,结构组成（动画）,排量公式 v =d 2e z / 2 d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。 特点：结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转，但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。,2.多作用内曲线径向柱塞马达,结构组成（动画）,结构原理,结构原理 壳体内环由x 个导轨曲面组成，每个曲面分为a、b两个区段； 缸体径向均布有z 个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内滑动 ；,柱塞、滚轮组组成柱塞组件， a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩； 配流轴圆周均布2x 个配流窗口，其中x 个窗口对应于a段，通高压油，x 个窗口对应于b段，通回油（xz )； 输出轴 ，缸体与输出轴连成一体。,放大,排量公式 v =（d 2/4）Hxyz H为柱塞行程； x 为作用次数； y 为柱塞排数； z 为每排柱塞数 应用: 转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。,能否变量,压力,脉动率,油液要求,效率,噪声,外啮合齿轮泵,双作用叶片泵,单作用叶片泵,轴向柱塞泵,能,不能,能,不能,低压,高压,低压,低压,大,小,中等,中等,较低,中等,中等,高,低,中等,中等,高,大,小,中等,中等,3.8 液压泵的性能比较与选用,3.9 液压泵的选用原则,选用原则： 是否要求变量 要求变量选用变量泵。 额定压力 满足系统（如液压缸）压力要求。 额定流量 满足执行元件的速度要求。 工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。 噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低 噪声泵。 效率 轴向柱塞泵的总效率最高。 其它,