液压与气压传动课件液压泵与液压马达2

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 液压泵与液压马达,第一节 液压泵和液压马达概述,第二节 齿轮式液压泵和齿轮式液压马达,第三节 叶片式液压泵和叶片式液压马达,第四节 柱塞式液压泵和柱塞式液压马达,1,1,、液压泵、液压马达的主要性能参数,；,2,、液压泵、液压马达的主要性能参数的计算,；,3,、液压泵和液压马达的结构,。,本 章 重 点,1,、,液压泵和液压马达的工作原理,；,2,、,液压泵、液压马达的主要性能参数及计算,；,3,、,液压泵和液压马达的结构特点以及图形符号,。,本 章 难 点,第二章,2,21,液压泵和液压马达概述,p38,液压泵,(,displacement pump,),是液压系统的动力元件。其,作用,是将原动机,(,电动机、柴油机等,),输入,的机械能,(,转矩和角速度,),转换为压力能,(,压力和流量,),输出,，供给系统压力油，即为执行元件提供压力油,。,液压马达,(,displacement motor,),是依靠,输入,的压力油使,输出轴,作,旋转运动,而作功的液压执行元件，其,作用,是将压力能转化为机械能。液压马达输出轴与工作机构连接。承受来自工作机构的负载扭矩,。,第二章,3,从工作原理上讲，液压传动中的液压泵和液压马达都是靠工作积的容积变化而工作的。因此说泵可以作马达用，马达可作泵用。实际上由于两者工作状态不一样，为了更好发挥各自工作性能，在结构上存在差别，所以不能通用,。,同学们把这一章学完了，液压泵和液压马达的结构弄清楚了，也就可以知道为什么液压泵和液压马达不能互逆通用 。,第二章,4,一、液压泵、液压马达的工作原理及分类：,偏心轮,1,柱塞,2,弹簧,3,缸体,4,单向阀,5,、,6,油箱,7,图,2,1,单柱塞泵的工作原理图,(,一,),工作原理,5,1,、,泵的工作原理,如图所示，单柱塞泵由,偏心轮,1,、柱塞,2,、弹簧,3,、缸体,4,和单向阀,5,、,6,等组成，柱塞与缸体孔之间形成密封容积。当原动机带动偏心轮顺时针方向旋转时，柱塞在弹簧的作用下向下运动，柱塞与缸体孔组成的密封容积增大，形成真空。油箱中的油液在大气压的作用下经单向阀,5,进入其内,(,此时,单向阀,6,关闭,),，这一过程称为,吸油,;,第二章,6,在偏心轮的几何中心转到最下点 时终止，吸油完成，偏心轮继续旋转，柱塞随偏心轮向上运动，密封容积由大变小，油液受压顶开单向阀,6,排出,(,单向阀,5,关闭,),这一过程称为,排油,。当偏心轮的几何中心转到最上点 时终止，实现排油（完成压油），偏心轮不断旋转，泵就不断,吸油,和,压油,。,第二章,7,液压泵的工作原理归纳如下：,（,1,）,密闭的容积发生变化是吸油,、,压油的根本原理,，,容积变大时形成真空，油箱中的油液在大气压,力下进入密闭的容积,(,吸油,),，容积减小时油液,受压排出,(,压油,),；,（,2,）,油箱的液面与大气相通是吸油的必要条件；,（,3,）,要有配流装置将吸油、压油的过程分开；,(,吸油口、排压口不能相通,),第二章,8,2,、,液压马达的工作原理：,液压马达是把输入液体的压力能转换成机械能输出的装置。就液压系统来说，液压马达是一个执行元件，,输出,的是,转速,和,转矩,，对于不同类型的液压马达其具体的工作原理有所不同，具体在后面说明。,第二章,9,（二）,分类,常用的液压泵及液压马达,按其结构形式可分为,三大类,：,齿轮式,叶片式,柱塞式,齿轮式液压泵,齿轮式液压马达,叶片式液压泵,叶片式液压马达,柱塞式液压泵,柱塞式液压马达,第二章,10,按输出、输入的流量是否可调又可分,两大类,：,定量液压泵,变量液压泵,定量,变量,定量液压马达,变量液压马达,按输出、输入液流的方向是否可调又分,两大类,：,单向液压泵,单向液压马达,单向,双向,双向液压泵,双向液压马达,11,齿轮式,液压泵,液压马达,一般是,定量泵,一般是,定量马达,叶片式,液压泵,液压马达,一般是,定量马达,定量泵,变量泵,柱塞式,液压泵,液压马达,定量泵,变量泵,变量马达,定量马达,第二章,在按结构形式分为,三大类,中：,12,额定转速,高于,500,r,min,的属于,高速,液压马达,，,额定转速,低于,500,r,min,的则属于,低速,液压马达,。,对于液压马达，又可分为,高速,和,低速,两大类。,一般认为：,而,高速液压马达,的基本形式有,齿轮马达、叶片马达,和,轴向柱塞马达,(,螺杆式马达,),，,低速液压马达,主要是,径向柱塞马达,。,第二章,13,高速,液压马达的,主要特点,是：,转速较高、转动惯量小、便于起动和制动，调节,(,调速和换向,),灵敏度高。通常高速马达的输出转矩不大，仅几十,Nm,到几百,Nm,，又称高速小转矩液压马达。,低速,液压马达的,特点,：,排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构连接，不需减速装置，使传动机构大大简化。低速马达输出转矩较大，可达几千,Nm,到几万,Nm,，又称低速大转矩马达。,第二章,14,二、液压泵、液压马达的主要性能参数：,(,一,),液压泵的主要性能参数,：,p40,工作压力,p,液压泵工作时的输出压力，其大小,决定于负载,；,额定压力,p,s,在正常工作条件下，按试验标准连,续运转的最高压力,。,1,、,压力,工作压力,p,额定压力,p,s,吸入压力,吸入压力 液压泵进口处的压力,；,第二章,15,国际单位,：,Pa,(,N/m,2,),工程单位,:,bar,(,kgf/cm,2,),换算关系,1,bar,(,kgf/cm,2,),=,10,5,Pa,(,N/m,2,),=,MPa,（,一般液压泵有一定的过载能力，允许的最大过载压力为额定压力的,1. 25,倍,）,压力的单位,:,16,排量,V,是指在没有泄漏的理想情况下，液压泵,每转所排出的油液体积,。,国际单位,：,m,3,/rad,工程单位,：,cm,3,/r,(mL/r),2,、,排量,V,排量的单位,:,换算关系,1,mL/r=,cm,3,/r,=,10,-6,m,3,/rad,第二章,17,3,、,流量,在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内理,论上,输出,的油液体积。即,液压泵工作时实际,输出,的油液体积，其值为理,论流量,q,t,减去泄漏量,q,即,(1),平均,理论流量,q,t,(2),实际流量,q,第二章,18,换算关系,L,/,min,=16.6710,-6,m,3,/,s,(3),瞬时,(,理论,),流量,q,sh,液压,泵任一瞬时理论输出的流量，一般它是,波动的，即,q,sh,q,(4),额定流量,q,s,液压泵在额定压力、额定转速下允许连续运行的流量。,流量的单位：,国际单位,：,m,3,/s,工程单位,：,L,/,min,第二章,19,液压泵的实际流量与理论流量的比值，称为泵的,容积效率,v,即,4,、,容积效率,v,液压泵,第二章,20,5,、,功率,（,1,）,输入功率,P,r,驱动,液压,泵轴的机械功率为,泵的,输入功率，若输入,转矩为,T,，,角速度为,，,则,第二章,21,（,2,）,输出功率,P,液压泵输出的液压功率，即实际流量,q,和工作压力,p,的乘积为输出功率,。,P = pq,国际单位、工程单位都为,KW,。,功率的单位,:,第二章,22,设,T,为实际输入转矩,，,T,t,为理论输入的转矩，则,6,、,机械效率,m,因为有摩擦消耗能量，则实际输入的转矩大于,理论输入的转矩,第二章,23,液压泵的,输出功率,与,输入功率,之比为泵的总效率。,7,、,总效率,第二章,24,8,、,转速,额定转速,n,s,指在额定压力下，能连续长时间,正常运转的最高转速。,(2),最高转速,n,max,指在额定压力下，超过额定转速,允许短时间运行的最高转速。,(3),最低转速,n,min,指正常运转所允许的液压泵的最,低转速。,(4),转速范围,最低转速与最高转速之间的转速为,其转速范围。,第二章,25,（二）、,液压马达的主要性能参数,p61,1,、,压力,额定压力,按试验标准规定，能使马达连续正常,运转的最高压力称额定压力 。,指在不考虑泄漏的情况下，马达每转一弧度,所需,输入,液体的体积。,工作压力,指马达输入油液的实际压力，其大小,取决马达的负载；,2,、,排量,V,第二章,26,3,、流量,理论流量是在不考虑泄漏的情况下，马达在单位时间内所需,输入,液体的体积。,实际流量是在考虑泄漏的情况下，马达在单位,时间内所需,输入,液体的体积,。,(1),理论流量,q,Mt,(2),实际流量,q,M,P,61,(31),第二章,27,4,、,容积效率,Mv,液压马达也有容积效率，与液压泵不同的是,马达的,实际流量,q,M,大于其理论的流量,q,Mt,(32) P,61,马达,的,理论流量,q,Mt,与,实际流量,q,M,之比为马达的容积效率,Mv,第二章,28,液压泵,液压马达,29,5,、,功率,（,1,）,输入功率,P,Mi,为马达的进出口的压差 ，,（,2,）,输出功率,P,Mo,(39),(38)P,62,第二章,30,6,、,机械效率,Mm,液压马达也有机械效率，与液压泵不同的是,实际输出的转矩,T,M,小于其理论转矩,T,Mt,(35)P,62,马达的,实际输出的转矩,T,M,与,理论转矩,T,Mt,之比称为,马达的机械效率,Mm,第二章,31,液压马达,液压泵,因为有摩擦消耗能量,32,马达输出功率,P,M,o,与输入功率,P,M,i,之比称马达的总,效,率,。,8,、,转矩和转速,7,、,总效率,M,(310)P,62,（,1,）,理论输出转矩,T,Mt,由能量守衡定理,：,(36)P,62,第二章,33,(2),实际输出转矩,T,M,（,3,）,转速,n,(33) P,62,第二章,34,常用的计算公式：,计算泵的输入功率,计算,泵,的输出流量,计算马达的实际输出转矩,计算马达的实际输出转速,第二章,35,例 题 讲 解,例,1,、,某液压泵的工作压力为,MPa,，,理论流量为,63,L,min,，,容积效率,为，,机械效率为,，,试求,（,1,）,液压,泵输出流量,；,（,2,）,液压,泵输出功率,；,（,3,）,液压,泵需输入功率,。,（,1,）,液压泵输出,流量,解：,根据公式,第二章,36,（,2,）,液压,泵输出功率,根据公式,（,3,）,液压泵,需,输入功率,根据公式,第二章,37,例,2,、,某液压马达排量为,250,mL,/,r,，,入口压力为,10,MPa,，,出口压力为,0.5,MPa,，,容积效率和机械效率均,为,，,若输入流量为,100,L,/,min,，,试求,(1),液压马达,的实际输出转矩,；,(2),液压马达,的实际输出转速,。,(1),液,压马达实际输出转矩,T,M,解,根据公式,38,(2),液,压马达实际输出转速,n,根据公式,答,：,(1),液压马达,的实际输出转矩,为,340,N,.,m,；,(2),液压马达,的实际输出转速,为,360,r,/,min,。,第二章,39,例,3,、,某液压马达的进油压力为,10,MPa,，,排量为,20010,-3,L,/,r,，,总效率为,，,机械效率为,，,试求,(1),该马达输出的理论转矩,；,(2),若马达的转速为,500,r,/,min,，,则输入马达的,流量为多少,?,(3),若外负载,为,200,Nm,（,n,=500,r,/,min,）,时马达,的输入功率和输出功率各为多少,?,解,:,(1),该马达输出的理论转矩,根据公式,由题意可知,40,(2),n,=500,r,/,min,时马达的理论流量,即输入马达的流量为,120,L,/,min,。,41,(3),当压力为,10,MPa,时,，,它输出的实际转矩为,当外负载为,200,Nm,，,压力差,(,即马达进口压力,),将,下降，不是,10,MPa,，,而是,马达的输入功率为,:,42,马达的输出功率,答,：,(1),该马达输出的理论转矩为,；,(2),若马达的转速为,500,r,/,min,，,则输入马达,的流量为,120,L,/,min,；,(3),若外负载为,200,Nm,（,n,=500,r,/,min,）,时马,达的输入功率为,14,KW,输出,功率,为,KW,。,43,三、液压泵的特性曲线,p41,液压泵的特性曲线由试验得到，它反映了液压泵的性能,。,曲线的横坐标为液压泵的工作压力,P,，,纵坐标分别为液压泵的流量,q,、,容积效率,v,、,总效率,等。,(,它是液压泵在特定的介质,、,转速和油温下试验而得,),。,第二章,44,液压泵的性能曲线,45,由图示曲线可知,1,、,液压泵的实际流量和容积效率随其工作压力,升高而降低,；,2,、,泵的总效率随着压力升高而增大，在泵的额定,压力下总效率,最高，到达最高值后下降,；,3,、,液压泵的输入功率随其工作压力升高而增加。,第二章,46,四、液压泵的图形符号,constant displacement pump,第二章,47,液压泵的图形符号,variable pump,第二章,48,五、液压马达的图形符号,单向变量马达,单向定量马达,constant displacement motor,第二章,49,液压马达的图形符号,双向定量马达,双向变量马达,第二章,50,高压齿轮泵,（,p,16,32,MPa,）,22,齿轮式液压泵与齿轮式液压马达,按结构分，齿轮泵可分为,内,啮合和,外,啮合,两种,，,外啮合齿轮泵,应用广泛，我们主要讲它，简称为,齿轮泵 。,齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为：,齿轮式,液压泵,低压齿轮泵,（,pMPa,）,中压齿轮泵,（,p,2.5,8,MPa,）,中高压齿轮泵,（,p,8,16,MPa,）,51,一、,齿轮泵,(,gear pump,),的工作原理,p54,齿轮泵的壳内装有一对相同的外啮合齿轮，齿轮两侧靠端盖封闭，壳体、端盖,(,上,、,下端盖,),和齿轮的各个齿间槽组成,若干密封的工作腔,，当齿轮按图示方向旋转时,，,吸油腔由于啮合着的轮齿退出啮合点,，,密封工作腔的容积逐渐增大，因而形成部分真空,。,油箱里的油液在大气压的作用下,，,经吸油管被吸入，充填所形成的部分真空，并随着齿轮旋转。当油液到达压油区时，由于齿轮逐渐进入啮合区，密封工作腔的容积不断减小，因而油液被压出去，液压泵不断地旋转，不断地完成吸油、压油过程。,第二章,52,齿轮泵的吸油,区和压油区是,由相互啮合的,轮齿,、,齿顶与,泵壳内壁的粘,合而隔开的，,相当于,配流机,构,。,53,二、,困油现象及消除措施,为保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密封，必须使齿轮重合系数,1,，一般取,，既总有两对齿轮同时啮合，因此就有一部分油液被困在两对齿轮所形成的密封腔之内，随着先困油区逐渐减小，后又逐渐增大，密封容积减小会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等机件也受到很大的额外负载作用，封闭容积增大又会造成局部真空，形成气穴，无论是前者还是后者，都会产生强烈的噪声，对泵工作不利，这就是齿轮泵的,困油现象,。,困油现象,第二章,54,第二章,55,第二章,56,57,在齿轮两端盖板上开卸荷槽,，即当封闭容积由大变小时，通过一个卸荷槽使其与压油腔相通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其与吸油腔相通。,注,:,消除困油现象的卸荷槽,非对称分布,，偏向吸油腔。,消除措施,困油现象动画,第二章,58,59,三、,泄漏及径向受力平衡问题,齿轮泵的泄漏比较大，其高压腔的压力油通过,三条途径,泄漏到低压腔,：,一是,通过齿顶圆和泵内孔间的径向间隙；,二是,通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙；,三是,轮齿啮合线处的接触间隙，,第二章,60,其中对泄漏影响最大的是途径二,，,即齿轮端面与端盖之间的轴向间隙,，,通过轴向间隙的泄漏量可占总泄漏量的,75,80,。,因为这里泄漏途径短,，,泄漏面积大,。,轴向间隙过大,、,泄漏量多,，,会使容积效率降低,；,但间隙过小,，,齿轮端面和端盖之间的机械摩擦损失增加,，,会使泵的机械效率降低,。,一般,，,普通齿轮泵的容积效率降低，输出压力也不易提高,。,在高压齿轮泵中,，,一般都使用轴向间隙补偿装置以减少轴向泄漏,，,提高其容积效率。,第二章,61,齿轮泵的一侧是压油腔，另一侧是吸油腔。两腔的压力是不平衡，因此齿轮受到了来自压油腔高压油的压力作用,，,使齿轮泵的上,、,下齿轮及其轴承都受到一个径向不平衡力的作用,。,油压力越大，这个径向不平衡力越大。,其结果会加速轴承的磨损，降低轴承的寿命,，,甚至使轴承弯曲变形，造成齿顶与泵体内孔的摩擦。,为解决此问题，可采用开压力平衡槽的办法或采用缩小压油腔的办法减小径向不平衡力。,第二章,62,四、,齿轮泵的结构特点,1,、,吸油腔,、,压油腔是,固定,的，,吸油口,(,孔,),大，压油口,(,孔,),小；,2,、,消除困油现象的卸荷槽向吸油腔偏移,(,非对称分布,),；,3,、,泵体两端面上的卸荷槽，消除油液外卸，,减小螺钉拉力；,4,、,齿轮端面泄漏有润滑轴承后回吸油腔；,（,3,和,4,同属于,内泄,结构特点）,第二章,63,五、,齿轮泵的排量、流量及流量脉动,1,、,排量,(,泵轴每转所排出的液体体积,),外啮合齿轮泵的理论排量应为两齿轮间槽工作容积之总和，若近似认为齿间容积等于轮齿的体积，设齿轮齿数为,Z,，,模数为,m,，,齿宽为,B,，,节圆直径为,D,，,(,D=mZ,),，,齿高为,h,(,h,=2,m,),，,则齿轮泵的排量,V,为,：,第二章,64,实际上齿间容积比轮齿体积稍大一点，工程上也用下面式 计算排量：,（,28,）,P,55,B,齿宽,。,式中,m,齿轮模数,；,Z,齿数,；,第二章,65,常用转速,750,r/min,1500,r/min,或（,75,150,rad,/,s,）,2,、,理论平均流量,(,泵在单位时间内的排油体积,),可见：,理论平均流量与泵的结构尺寸和转速有关；,转速过高,，,产生空吸现象,，,会下降，,需限定在额定转速内工作。转速过低，,流量减小，泄漏与流量的比值增加， 也,降低。,第二章,66,用上式计算的实际流量是平均流量，实际上随着啮合点位置的改变，吸,、,排油腔的每一瞬时的容积变化率是不均匀的，因此瞬时流量是脉动的。,3,、,实际流量,q,或,4,、,流量脉动,第二章,67,研究表明：,外啮合齿轮泵其脉动功率随齿数增多而减小，其值最高可达,20,以上，内啮合齿轮泵的流量脉动功率要小得多。,评价瞬时流量的品质通常用,流量脉动率,表示,。,即,式中,瞬时最大流量；,瞬时最小流量；,实际（平均）流量。,第二章,68,六、,齿轮泵的优缺点及应用,结构简单,，,体积小,(,尺寸小,),，,重量轻,，,工艺性好,，,制造方便，价格低廉，自吸能力强,(,容许的吸油真空度大,),，,对油液污染不敏感,，,转速范围大,，,维修方便,，,工作可靠。,径向不平衡力大,，,摩擦严重,，,泄漏大,，,流量脉动大,，,工作压力的提高受到限制,，,噪声较大,，,不能作变量泵使用。,齿轮泵,(,外啮合,),的主要优点：,缺点：,第二章,69,七、,齿轮液压马达,(,简称齿轮马达,gear motor,),当,压力油,进入其进油腔后，由于啮合点的半径,x,、,y,小于,齿顶圆的半径,，,因此在齿,1,和,2,的齿面上变形成如图所示不平衡液压力,，,该液压力相对于轴产生转矩。齿轮在此转矩作用下,，,使齿轮马达按图示方向旋转,，,拖动外负载作功,，,当,改变进压力油的方向,时,，,马达,反向,旋转。,1,、,工作原理,70,齿轮马达,工作原理,动画,第二章,71,4,）端面漏油润滑轴承，有专门设置的回油口,；,(,外泄,),2,、,结构特点,1,）进油口,(,孔,),与回油口,(,孔,),相同,(,因为马达要正反转,),；,2,）消除困油的卸荷槽,对称分布,；,3,）用,O,型密封圈,防止油液外漏，减小螺钉拉力；,第二章,72,3,、,齿轮马达输出的转速、转矩、功率,与一般齿轮泵一样，齿轮马达由于密封性差，容积效率低，所以输入的油压不能过高，因而不能产生较大的转矩，且它的转速和转矩都随着齿轮啮合情况而脉动，,齿轮马达多用于高速低转矩的液压系统中。,第二章,73,23,叶片液压泵及叶片液压马达,叶片泵,(,sliding vane pump,),是各类泵中，应用较大、生产量较大的一种泵，在中、低压液压系统，尤其在机床行业中应用最多。,与齿轮泵相比，叶片泵的,优点,:,1,、,流量均匀、运转平衡、噪声小；,2,、,寿命长、轮廓尺寸较小，结构较紧凑等。,故在精密机床中应用较多，,缺点,：,1,、,自吸能力差,、,调速范围小,、,最高转数较低,、,叶片容易死、,2,、,工作可靠性较差,、,结构较复杂、对油液污染较敏感等。 故在工作环境较污秽,、,速度范围变化大的机械上应用相对较少,，,在工作可靠性要求很高的地方,，,如飞机上,，,也很少应用。,74,叶片泵按其每个密封工作腔在泵每转一周时吸油排油的次数，分为,单作用式,和,双作用式,两大类,。,双作用式,只能作,定量泵,使用，其额定压力可达,14,21,MPa,。,在各类机床,(,尤其是精密机床,),设备中，,如：注塑机、运输装卸机械及工程机械等中压系统中得到广泛应用。,单作用式,常作,变量泵,使用，其额定压力较低,(,MPa,),常用于组合机床、压力机械等。,叶片液压马达只有双作用式结构。,75,一、,单作用非卸荷式叶片泵,p51,单作用叶片泵的工作原理图,1,、,工作原理,1,配流盘,2,轴,3,转子,4,定子,5,叶片,76,如图所示,，,叶片泵由,转子,、,定子,、,叶片和端盖,、,配油盘,等件组成,。,定子的内表面是个圆柱面，,转子与定子,偏心,地安装在轴上,，,转子上开有槽,，,叶片装在槽内并可在槽中滑落,。,转子旋转时,，,在离心力作用下,，,叶片从槽中伸出,，,其顶部紧贴在定子的内表面,。,这样,，,在定子的内表面,、,转子的外圆柱表面,，,相邻的两个叶片表面及两侧配油盘表面之间就形成了若干个密封的工作腔,。,当转子按图示方向回转时,(,定子,、,配油盘不动,),，,右半部分叶片逐渐从槽中伸出,，,密封工作腔的容积逐渐变大,，,产生局部真空,，,油箱中的油液在大气压的作用下,，,由泵的吸油口进入这些密封腔，这就是,吸油过程,。,77,与此同时,，,左半部的叶片随着转子的回转被定子内表面逐渐推入转子槽内,，,密封工作腔的容积逐渐减少,，,腔内油液经配油盘的压油窗口压出泵外,，,这就是,压油过程,。,这种泵的转子每转一周，泵的每个密封的工作腔吸油和压油各一次，,所以称,单作用叶片泵,(,single action vane pump,),，,这种泵的压油区和吸油区的油压力不平衡，其转子受到,单向径向不平衡力,的作用，故又称这种泵为,非平衡式,或,非卸荷式叶片泵。,单作用叶片泵工作原理动画,第二章,78,2,、,结构特点,5,）径向液压力,不平衡,。,1,）定子为圆柱面，且与转子,偏心,安置；,2,）叶片在转子中安放有一定的倾角，,叶片后倾,，,防止叶片被卡住，改善叶片运动；,3,）,压油腔的叶片根部通压力油,，以利叶片在压油,腔其顶端与定子内表面相接触，,吸油腔的叶片,根部通低压油,(,与吸油口通,),；,4,）采用,内泄结构,；,这种泵不宜用于高压，其额定压力,7,MPa,第二章,79,3,、,排量和流量,单作用叶片泵的,排量,为各工作容积在转子旋转一周时所排出的液体总和。,即,或,请同学注意,：这与教材中,P52(26),式不同，应按,此式计算,排量,，,而不按,(26),式。,第二章,80,理论平均流量,或,或,实际流量,第二章,81,单作用叶片泵的流量是有脉动的，理论分析表明，,1,）泵内叶片数越少,，,流量脉动率越小；,2,）奇数叶片的泵其脉动率比偶数的小；,单作用叶片泵的叶片数均为奇数，一般为,13,或,15,片。,式中,D,定子内圆直径,；,B,叶片宽度,；,e,定子与转子的偏心,距。,第二章,82,二、,限压式变量叶片泵,p52,（,pressure-limiting variable displacement vane,pump,）,对于单作用叶片泵,改变偏心,量,e,可改变流量。,变量泵的分类：,单向变量泵,双向变量泵,第二章,83,时间有限，主要讲限压式变量叶片泵。,（实验室看到的为,YBN,型内反馈限压式变量叶片泵）,单向变量泵,：,只改变,泵的流量,大小,不改变,供油的,方向,。,单向变量泵,手调式,限压式,稳流量式,内反馈,外反馈,双向变量泵,：,除改变,泵的流量,大小,还改变,供油的,方向,。,（,改变,e,的,方向,可达到）,第二章,84,1,、,限压式变量泵的工作原理,P52,如图所示,，,YBN,型内反馈限压式变量叶片泵由,定子、转子、叶片、压力调节螺钉、调压弹簧,(,限,),和流量调节螺钉,等组成。工作特性是将泵,(,出口,),工作压力与一个调定的压力相比较，当工作压力小于调定压力时，泵的流量为最大，且不变；当工作压力超过调定压力时，偏心量,e,就减小，工作压力越高，偏心量,e,就越小，即泵的输出流量越小，直到为零。,工作原理动画,第二章,85,1,压力调节螺钉,2,弹簧,3,叶片,4,定子,5,转子,6,流量调节螺钉,内反馈限压式变量叶片泵,的工作原理图,86,1,）,进出油口在配油盘上,非对称分布,，,(,配油盘上压油,窗口的位置偏向限压弹簧一边,，,所以压油腔中作,用于定子内表面的合力,S,不对称,，,分力,S,x,推动定子,向左移动,，,变,e,),；,2,、,YBN,型内反馈限压式变量泵的,结构特点,2,）,流量调节螺钉,可调节泵的最大流量为要求值,，,压力,调节螺钉,可调节限定压力的大小,，,有限压弹簧,(,定,子不定,，,能滑动,，,所以可调节,e,),；,3,）,压油腔,叶片底部,(,根部,),通,压力油,，,吸油腔,叶片底,部为,低压油,；,第二章,87,4,）,叶片后倾,，,其转子叶片槽相对旋转方向往后倾斜,一个角度，有利叶片抛出,；,5,）,内泄,结构。,88,3,、,偏心量与工作压力的关系,如图所示，压油腔中作用于定子内表面的液压力,S,的,水平分力,为,；,式中,p,泵的工作压力,；,F,指在,x,方向的投影面积,；,弹簧调定,(,限定,),压力,为,：,式中,K,弹簧刚度（弹性系数）,N,/,m,；,x,o,最大偏心量的弹簧压缩量,，,p,t,预调的限定压力,；,第二章,89,泵能维持调定的偏心量,e,o,，即能得到需要的最大流量；,设,x,为弹簧增加的压缩量，则偏心距变为,e =e,o,-,x,即输出流量减小，列定子受力平衡方程：,1,）当,S,x,P,t,F,即,P,P,t,(,Kx,o,),时；,2,）当,S,x,P,t,F,即,P,P,t,时,第二章,90,由此可见，,e,与,P,的关系：,当,P,P,t,的某一值，,如,K,增加，,e,变化小,，,流量变小的速度慢些；,如,K,减小，,e,变化大,，,流量变小的速度快些。,第二章,92,4,、,限压式变量泵的特性曲线,1,）当 ，,不变,，,不变，但,增加,，,增加，流量,减小,，,(,AB,段,),p,t,对应与原始偏心距,e,o,的最大工作压力,第二章,93,2,）当 ， 不变,(,B,点,),AB,段,相当于一个定量泵。当 时，限压弹簧把定子压紧在流量调节螺钉,上，泵输出流量不变，若,改变流量调节螺钉，可改,变其输油量，即曲线,AB,上,下平移。,3,）,当,pp,t,时,限压弹簧被压缩,，,e,减小,、,q,减小,(,BC,段,),C,点,的压力为泵的,“,极限工作压力,”,（或,截止压力,）,。,94,讨 论,：,*,调节流量调节螺钉,可改变,e,o,大小,使,AB,段上下平移,；,*,改变压力调节螺钉,可改变,p,t,的大小,使,BC,段左右平移,；,*,改变弹簧刚度,K,，,可,改变,BC,的斜率,；,K,增加（,弹簧变硬,）,，,e,变化小，流量下降得,慢,些，即,BC,段变化平坦,；,K,减小（,弹簧变软,）,，,e,变化大，流量下降得,快,些，即,BC,段变化变陡,。,第二章,95,p,t,对应与原始偏心距,e,o,的最大工作压力,第二章,96,三、,双作用,(,卸荷式,),叶片泵,p,48,双作用叶片泵,(,double action vane pump,),由,定子、转子、叶片、左右配油盘,等组成，定子与转子中心重合,(,同心,),。定子内表面为近似椭圆柱形，由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线所组成。,1,、,工作原理,（,如图,）,当转子转动时，叶片在离心力和叶片根部压力油,的作用下，在转子槽内向外移动而压向定子内表面，,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油,盘间就形成,若干个密封容积,。,第二章,97,当叶片由小半径处向大半径移动时，两叶片间密,封容积逐渐增大，产生局部真空，使油液在大气压作用下通过吸油口从油箱吸入泵内；当叶片从大半径向小半径移动时，叶片后缩，容积逐渐减小，压力上升，将油从压油口压出，泵连续转动，不断吸油、压油而连续供油。,双作用泵有两个吸油腔，两个压油腔，转子每转一转，吸油、压油两次，故称作双作用,，,且两对吸、压油腔是对称于转子分布，所以径向液压力平衡，故又称此泵为卸荷,(,平衡,),式叶片泵。,此泵流量,(,排量,),不可调,，,所以为定量泵。,98,双作用叶片泵,工作原理,99,1,）定子的内表面为,椭圆柱面,，转子与定子,同心,；,2,）叶片,前倾安装,，以减小压力角，防止叶片卡住,或折断；,3,）,叶片底部,(,根部,),全通压力油,，在压油区作用,与单作用叶片泵相同，而在吸油区造成叶片顶,部与定子内表面的摩擦增大，可定期换面；,4,）,内泄,结构。,2,、,结构特点,第二章,100,式中,R,、,r,定子圆弧段的大、小半径,；,B,转子和叶片的宽度,；,S,叶片的厚度,；,z,叶片数,；,叶片的倾斜角,。,3,、,排量和流量,考虑叶片厚度及倾角时，双作用叶片泵的排量为：,P49,(24),或,第二章,101,双作用叶片泵的流量脉动很小，其脉动率较其它形式,(,螺杆泵除外,),小得多。且在叶片数为,4,的整数倍时最小。,故一般该泵的叶片数为,12,或,16,。,若不考虑叶片,厚度,及,倾角,时，排量为：,或,理论平均流量,实际流量,第二章,102,例,1,某变量叶片泵转子半径,r,=41.5,mm,，,定子半径,R,=44.5,mm,，,叶片宽度,B,=30,mm,，,转子与定子间,的最小间隙,=0.5,mm,，试求：,（,1,）,排量为 时，其偏心量为多少,？,（,2,）,泵的最大排量是多少,？,解：,（,1,）偏心量 由公式,:,103,（,2,）,最大的偏心距为,：,最大排量,答（,1,）排量为,16,10,-3,L,/,r,时,，,其偏心量为,mm,。,（,2,）泵的最大排量是,10,-3,L,/,r.,第二章,104,例,2,齿轮泵转速为,1200,rpm,，,理论流量为,16.286,L,/,min,，,齿,数,z,=8,，,齿宽,B,=30,mm,，,机械效率和容积效率均为,，,工作压力为,5010,5,Pa,，,试求,：,（,1,）,模数,m,；（,2,）,输出功率,；（,3,）,输入功率,。,解：,（,1,）求,模数,m,根据公式：,105,（,2,）,求,输出功率,根据公式,：,（,3,）,求,输入功率,根据公式,：,第二章,106,四、,叶片液压马达,p,63,1,、,工作原理,如图所示,，,当高压油,p,从右边进入时，叶片,5,两侧均受压力油,p,作用不产生转矩，叶片,1,和,4,一侧受高压油的作用，另一侧受低压油的作用。而叶片,1,伸出面积大于叶片,4,伸出面积，故产生使转子,顺时针方向转动的转矩,。同理，叶片,3,和,2,之间也产生,顺时针方向的转矩,。,如,改变进油方向，高压油,p,进入,叶片,3,和,4,之间容积,及,1,和,2,之间容积,时,，,叶片带动转子,逆时针方向,转动,。,第二章,107,1,）叶片,径向安装,（以便马达,双向,旋转）；,2,）叶片底部有,燕尾弹簧,，启动前叶片在弹簧力作,用下紧贴定子内表面，以保证马达有足够起动,的转矩输出；,3,）壳体中装有,两个单向阀,，以使马达,正反转动,时,叶片底部都通压力油；,4,）,外泄,结构。,2,、,结构特点,第二章,108,3,、,输出的,转矩,和,转速,注,：,式中排量,V,要用,双作用泵,的排量,V,公式求。,第二章,109,叶片马达一般是双作用式的定量马达,，,其最大特点是体积小，惯性小，动作灵敏，允许换向频率很高，甚至可在几毫秒内换向。其最大弱点是泄漏较大，机械特性较软，不能在低速下工作，调速范围不能很大。,因此适用于低转矩、高转速以及对惯性要求较小，对机械特性要不严的场合。,第二章,110,24,柱塞液压泵、柱塞液压马达,柱塞泵是依靠柱塞在其缸体内做往复直线运动时所造成的密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的。由于构成密封工作腔的构件,柱塞和缸体内孔均为圆柱表面，加工方便，容易得到较高的配合精度，密封性能好，容积效率高。故可以达到很高的工作压力。,第二章,111,同时，这种泵只要改变柱塞的工作行程就可以很方便地改变其流量，易于实现变量。因此，在高压、大流,量、大功率的液压系统中和流量需要调节的场合，如在龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山机械、船舶机械等等上面得到广泛应用。,柱塞泵,(,马达,),按其柱塞的排列方式和运动方向的不同，可分为轴向柱塞泵,(,马达,),和径向柱塞泵,(,马达,),两大类,。,柱塞泵,(,马达,),轴向柱塞泵,(,马达,),径向柱塞泵,(,马达,),斜盘式,斜轴式,112,一、,斜盘式轴向柱塞泵,p,44,1,、,工作原理动画,该泵由传动轴、斜盘、柱塞、缸体、配油盘等零件组成,。,传动轴和缸体固连在一起，缸体上在直径为,D,的圆周上均匀地排列着若干个轴向孔，柱塞沿,轴向,均匀布置，可在孔内滑动。,斜盘的轴线与转动轴呈 角。,第二章,113,斜盘式轴向柱塞泵工作原理,斜盘,柱塞,缸体,配油盘,传动轴,柱塞泵结构,第二章,114,柱塞靠弹簧或底部的低压油作用，使其球形端部紧压在斜盘上，当传动轴按图示方向带动缸体一起回转时,(,斜盘和配油盘不动,),，柱塞会从缸体孔中逐渐向外伸出，柱塞密封工作腔,(,由柱塞端面与缸体内孔围成的容腔,),的容积不断扩大，形成部分真空，将液压油从油箱经油管、进油窗口,a,吸进来，随着旋转柱塞又会向缸体孔内逐渐缩回，使密封工作腔的容积不断减小，压力增大，油液从配油窗口,b,向外压出，缸体每转一周，每个柱塞吸油、压油一次，当缸体连续旋转时，就不断输出压力油。,115,改变,斜盘倾角,，可改变柱塞往复行程的大小，也就改变了排量，改变斜盘倾角的,倾斜方向,(,泵的转向不变,),，可使泵的进、出油口互换，成为,双向,变量泵。,第二章,116,1,）有一,斜盘,，,斜盘轴线与转轴有一倾角,(,夹角,),；,2,）,柱塞轴向排列,，,保持柱塞顶部与斜盘面接触；,3,）,配油盘不动,，,其配油口相应与吸,、,压油管相通。,2,、,结构特点,第二章,117,3,、,排量和流量,排量,（,22,）,理论流量,实际流量,第二章,118,柱塞泵也有流量波动，,奇数柱塞比偶数柱塞脉动较小,，,所以一般柱塞泵的柱塞数取,7,、,9,或,11,，,工作压力高,(,常用压力,2040,MPa,，,最高可达,80,MPa,),。,柱塞泵的优点,：,在结构上容易实现流量调节；,主要零件承受压应力,，,能充分发挥材料的强度,。,柱塞泵的缺点,：,结构复杂、价格昂贵、自吸能力差、,使用与维护要求高。,第二章,119,例,1,某轴向柱塞泵有,7,个柱塞，柱塞直径为,23,mm,，,柱塞分布圆直径为,71.5,mm,，,当斜盘倾角为,20,时，,液压泵的排量为多少？当转速为,1500,rpm,时，容,积效率为,，试,求,液压泵的流量,为多少？,解：,求排量，根据公式,120,求流量，根据公式,答：液压泵的排量为,10,-6,m,3,/,r,10,-3,L,/,r,),当转速为,1500,rpm,时，容积效率,为，,液压泵,的流量为,10,-3,m,3,/,s,(105.5,L,/,min,),.,第二章,121,二、,轴向柱塞液压马达,p64,1,、,工作原理,轴向柱塞液压马达结构与轴向柱塞泵基本相同，斜盘和配油盘固定不动，缸体,(,转子,),和马达传动轴用键相连，并一起转动。,当压力油通过配油盘窗口输入到缸体柱塞孔中时,，压力油对柱塞产生,作用力,，将柱塞顶出，紧紧顶在斜盘端面上，斜盘给每个柱塞的反作用力,F,是垂直于斜盘端面的，压力分解为,轴向分力,F,x,和,径向分力,F,y,。,第二章,122,1,斜盘,2,缸体,3,柱塞,4,配油盘,5,马达轴,第二章,123,轴向分力,F,x,与柱塞上液压推力相平衡，而,径向分力,F,y,与柱塞轴线垂直，且,对缸体中心产生转矩,，从而驱动马达轴旋转，输出,转矩,和,转速,。,改变进油方向，可改变其转向；改变倾角,(,斜盘与转轴的夹角,),就可以改变排量，成为,变量马达,。,124,2,、,马达输出的转矩,、,转速,式中排量,径向柱塞泵动画,（自阅）,螺杆泵动画,单作用,连杆型径向柱塞马达动画,多作用,内曲线径向柱塞马达动画,第二章,125,例,2,有一轴向柱塞马达，其输出转矩为,25,Nm,，,工作,压力为,50,10,5,Pa,，,最小转速,2,rpm,，,最大转速,300,rpm,，,其总效率为,，,试求所需,最大流量,和,最小流量,为多少,？,解：,由功率关系,由题意,，,所需最小流量为,：,126,所需最大流量为,：,作业： 教材,p,280,，,3-1,，,3-2,，,3-3,第二章,127,第二章 小 结,1,、,液压泵的分类,液压泵,定量泵,变量泵,齿轮泵,叶片泵,柱塞泵,螺杆泵,轴向柱塞泵,径向柱塞泵,单作用叶片泵,内啮合齿轮泵,外啮合齿轮泵,单作用叶片泵,双作用叶片泵,轴向柱塞泵,径向柱塞泵,斜盘式轴向柱塞泵,斜轴式轴向柱塞泵,第二章,128,2,、,液压马达的种类,液压马达,齿轮马达,叶片马达,柱塞马达,内啮合齿轮马达,外啮合齿轮马达,双作用叶泵马达,轴向柱塞马达,径向柱塞马达,斜盘式,斜轴式,(,定量,),(,定量,),(,定量，变量,),(,低速大转矩马达,),第二章,129,3,、,液压泵与液压马达的异同,各种液压泵和液压马达均是利用,“,密封容积,(,腔,),”,的,周期性变化来工作的,。,工作中均需要有配流盘等,装置辅助,，,而且,，,“,密封容积,”,分为高 压区和低压,区两个独立部分。, 二者在工作中均会产生困油现象和径向力不平衡,，,液压冲击,、,流量脉动和液体泄漏等一些共同的物,理现象。,（,1,）相同点,第二章,130,液压泵和马达是机械能和压力能互相转换的动力,装置,，,转换过程中均有能量损失,，,所以均有容积,效率,、,机械效率和总效率,，,三者效率之间关系也相,同,，,计算效率时,，,要清楚输入量与输出量的关系。,液压泵和马达工作原理是可逆的,，,理论上输入与,输出量有相同的数学关系；,液压泵,液压马达,131,液压泵和液压马达最,重要的结构参数都是排量,，,排量的大小反映了液压泵和液压马达的性能。,液压泵,液压马达,第二章,132,动力不同,液压马达是靠输入液体压力来启动工作的,，,而液压泵是由电动机等其他动力装置直接带动的，因此,结构上有所不同,。,马达容积密封必须可靠,，,为此，叶片式马达叶片根部装有,燕尾弹簧,，,使其始终贴紧定子,，,以便马达顺利起动,。,（,2,）,差异,配流机构进出油口的不同,液压马达有正,、,反转要求，所以,配流机构是对称,的,，,进出油口,孔径相同,；,而液压泵一般为单向旋转,，,其配流机构及卸荷槽,不对称,，,进出油口,孔径不同,。,第二章,133,自吸性的差异,液压马达依靠压力油工作,，,不需要有自吸性,；,而液压,泵必须有自吸能力,。,防止泄漏形式不同,液压泵采用,内泄漏,形式,，,内部泄漏口直接与液压泵吸油口相通,；,而马达是双向运转,，,高低压油口互相变换,，,所以采用,外泄漏,式结构,。,(,故泵,、,马达不能互逆通用,),液压马达容积效率比泵低,由,可知,，,越小,，,越小,，,液压马达的转速不宜过低，即供油的流量不能太低,。,134,液压马达起动转矩大,，,为使起动转矩与工作状态尽量接近,，,要求其转矩脉动要小,，,内部摩擦要小,，,齿数,、,叶片数,、,柱塞数应比液压泵多,，,马达的轴向间隙补偿装置的压紧力比泵小,，,以减小摩擦。,第二章,135,液压泵的选用要根据液压设备的工作性能,、,系统工作压力和流量的需要来确定泵的类型,、,输出流量和出口压力,，,即,先确定泵的类型,(,由系统对工作性能的要求、功率大小,、,主机工况决定,),，,再由压力、流量确定其规格型号,。,流量取决于执行元件所需要的速度,，,出口压力决定于负载,，,除此还要计算电动机的规格。,4,、,液压泵的选用,第二章,136,液压泵的输出流量,(,L,/,min,),，应大于或等于液压系统中同时工作的各个执行元件所需的最大流量之和，即：,确定输出流量,k,1,流量泄漏损失系数，一般取,。,第二章,137,液压泵的工作压力大于或等于液压系统中执行元件所允许的最大工作压力，即：,确定工作压力,式中,:,k,2,压力损失系数，取,。,第二章,138,液压泵拖动电动机的选择,拖动功率：,式中,p,泵实际工作压力,(,MPa,);,Q,额定流量,(,实际输出流量,),L/min,;,液压泵的总效率,。,第二章,139,液压泵产品说明书中，附有液压泵拖动电动机的功率数值，此值是指液压泵在额定流量及额定压力下的值，大多数情况下液压泵的实际工作压力比额定工作压力小，最好按实际工作压力计算和选取拖动电动机功率，可避免能源浪费，应用中可通过减速器来实现转速的匹配。,第二章,140,一般为获得连续回转和转矩，尽量采用电动机,。原因是液压马达成本高，结构复杂。若结构要求特别紧凑和大范围的,无级调速,，更适合选用,液压马达,。 一般精度差、价格低、效率低的场合可选用齿轮马达；而高速、小转矩及要求动作灵敏的工作场合，应采用叶片式液压马达，如磨床液压系统；低速大扭矩、大功率的场合应采用径向柱塞液压马达。,5,、,液压马达的选用,第二章,141,液压马达在选择时应尽量与液压泵匹配，减少损失，提高效率，,同时要注意以下几点,：,液压马达的起动性能,不同类型液压马达，内部受力部件的力平衡性不同，摩擦力也不同，所以起动机械效率不同，有,的差别较大，如齿轮式起动机械效率只有左右，而高性能低速大转矩的马达可达左右,。,液压马达转速及低速稳定性,液压马达转速决定于供油的流量及马达本身的排量，所以要提高容积效率，必须注意密封性要好，泄漏太多，低速时转速、转矩不稳定。所以要选用高性能的液压马达，如低速大转矩马达,。,142,调速范围,负载从低速到高速在很宽的范围内工作时，其调速范围越大越好，否则还需加装变速机构，使传,动机构复杂化，调速范围为允许的最大和最低转速之比值。,调速范围宽的液压马达不但有好的低速稳定性，还有好的高速性能,。,第二章,143,4,、,大负荷,、,大功率的系统用柱塞泵,；,总而言之，对于液压泵的选用,1,、,一般在负荷小,、,功率小的液压系统,，,可选用齿,轮泵,(,优先,),或双作用叶片泵,；,2,、,对运动部件运动精度要求较高时,，,用螺杆泵,(,优先,),或双作用叶片泵,；,3,、,在负荷较大,，,并有,快,、,慢速运动,要求时,，,用限压式,变量叶片泵,；,5,、,只要求运动,，,而运动速度要求不严格时,，,用齿轮泵,。,第二章,144,145,146,液压泵用油液的粘度,147,液压油液的种类及用途,148,(,单向,.,双向,.,定量,.,变量,根据运动部件的运动要求而定,),1,、,高速、低转矩时用,齿轮马达,，,(,v,低、转矩脉动性较大,),；,2,、,正反向转动变化频率较高，要求动作灵敏,、,高,速,、,低转矩的场合，一般用,叶片马达,，,（其转动惯量小）,；,3,、,在低速下，功率和转矩变化范围较大时，,用,轴向柱塞马达,；,4,、,低速,、,大转矩，一般用,径向柱塞马达,。,对于液压马达的选用,第二章,149,思 考 题,1,、,液压泵的,工作原理,是什么？,2,、液压