液压泵及液压马达.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 叶片泵和与叶片马达 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 液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的，其工作原理如图所示.,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） 按结构形式可分为： 齿轮式 叶片式 柱塞式 螺杆式,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,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,a b c d e f,3.4 液压泵和液压马达的性能参数,流量与排量,二、排量：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：单位时间内流体流过任意截面的流体的体积。,1）理论流量： 2）实际流量 3）额定流量,额定压力、额定转速下泵输出的流量,四、转速,公称转速：nn:泵（马达）不产生空穴及气蚀下连续运转的速度。,最大转速：nmax:泵（马达）有零件磨擦限制的短期最高运转的速度。,最小转速：nmin:马达不产生爬行现象的最低稳定运转速度。,五、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,六、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,例题21 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 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。,外啮合齿轮泵的排量公式,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。,齿轮泵的流量q(1/min)为：,v=dhb=2zm 2b z 主动齿数，m 齿轮模数， b 齿宽,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) 合理选择齿宽及齿顶圆直径。 （2) 缩小压油腔尺寸。 （3) 延伸压油腔或吸油腔。,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：轴向间隙 80% ql 径向间隙 15% ql 啮合处 5% ql 2) 危害：v 3) 防泄措施： a) 减小轴向间隙 b) 轴向间隙补偿装置 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,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,五、齿轮泵的常见故障及排除方法,六 、齿轮马达,1.结构特点： 两个油口一样大， 有单独的泄油口。,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,结构特点： 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。,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：,1）. 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。,4. 结构特点,2）. 叶片倾角,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,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,q = 4re b,q= 4re bnv,流量公式,排量公式,3、限压式变量叶片泵,1）.结构特点: 弹簧、反馈柱塞、 限位螺钉。,2）.工作原理：靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小， 来改变流量。,转子中心固定， 定子可以水平移动 外反馈、限压,下图左中表示限压式变量叶片泵的原理，下图右为其特性曲线。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。,限压式变量叶片泵的特性曲线,段：当工作压力p小于预先调定的限定压力pc,段：泵的供油压力p超过预先调整的压力pb,4. 优缺点及应用,优点：功率利用合理，简化液压系统 缺点：结构复杂，泄漏增加，m，v 应用：要求执行元件有快速、慢速和保压的场合,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） 叶片根部加扭力弹簧 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，有自吸能力。 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。,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