《液压泵和液压马达》PPT课件.ppt

第四章 液压泵和液压马达,1,4-1 概述,一 、作用和分类 一、液压泵的作用和分类 1、作用： 把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。 2 、工作原理 原理图如图4-1所示。 1、工程过程：,2,3,当凸轮旋转时 柱塞和弹簧右移 密封工作腔体积 产生真空 油液便通过吸油阀吸入； 当凸轮旋转时 柱塞和弹簧左移 密封工作腔体积已吸入的油液通过压油阀输出到系统中去。 2、泵输出流量的大小由密封工作腔体积变化量确定。,4,组成容积式泵的条件： 1.有密封的工作容积； 2.此密封的工作容积是可变化的； 3.吸压油腔要分开。,5,定量泵,变量泵,二、液压马达 1 、作用 ：把输来油液的压力能转换成机械能，使主机的工作部件克服负载及阻力而产生运动。 2 、工作原理 从原理上说 ：向容积式泵中输入压力油，使其轴转动，就成为液压马达。大部分容积式泵都可作液压马达使用，但在结构细节上有一些不同。 3 、分类 ：按输入流量是否可调分为 定量马达 变量马达,6,7,液压马达的图形符号,定量马达,变量马达,二 、压力、 排量和流量 1 、压力 1、液压泵的工作压力：是指泵实际工作时的输出压力。 2、液压马达的工作压力：是指马达实际工作时的输入压力。 3、液压泵（液压马达）的额定压力：是指泵（马达）在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。,8,2 、排量 v ：指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能输出（或所需输入）的油液体积。 3 、流量 q 1、液压泵（液压马达）的油液理论流量 qt : 指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内所能输出（或所需输入）的油液体积。 设液压泵（液压马达）的转速为n,9,qt = v n,2、液压泵（液压马达）的额定流量：指在额定转速和额定压力下液压泵实际输出（或输入马达）的流量。,10,注 意,实际中液压泵和液压马达存在内泄漏，所以额定流量与理论流量不同。,三 、 功率和效率,一、 功率 液压泵由电机驱动，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量；马达则刚好相反。 1 、 若不考虑能量损失 ： 输出功率 =输入功率 Pt = p qt = p v n = Tt = 2Tt n 式中 ：Tt 理论转矩； 液压泵（马达）的角速度。,11,2 、若考虑能量损失 能量在转换过程中是有损失的。因此输出功率小于输入功率，两者之差称为功率损失。 即： 功率损失 P = P入 P出 1、容积损失 ： 因内泄漏而造成的流量上的损失。 2、机械损失 ： 因摩擦而造成的转矩上的损失。,12,二、效率 1、 液压泵的效率 1、容积效率v q v = qt 式中 ：q t - 理论流量。 2、机械效率m Tt m = T 式中：Tt - 理论转矩。,13,2 、液压马达的效率 1、容积效率v qt v = q 2、机械效率m T m = Tt 3 、液压泵（马达）的总效率 输出功率 P出 = = =vm 输入功率 P入,14,4-2 齿轮泵,齿轮泵可分为内啮合式和外啮合式两类 一 、外啮合式齿轮泵的工作原理 如图4 - 3所示外啮合齿轮泵的工作原理 1 、配油系统 ：存在配油盘（在端盖上） 2 、密封容积 ：壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成。,15,16,3 、密封容积是可变的 1、当齿轮旋转时 相互啮合的齿轮逐渐脱开（右侧） 密封容积 形成部分真空 油箱中的油液被吸进来。 2、当齿轮旋转时 齿轮逐渐进入啮合 密封容积 油液被挤出去。 二 、流量计算和流量脉动 1 、 流量计算 排量的精确计算根据齿轮啮合原理。 近似计算可认为“排量=两个齿轮的齿间槽容积之和”，而“齿间槽的容积轮齿的体积”。,17,所以： v =D h b = 2zm2b 考虑齿间槽容积比轮齿的体积稍大些，通常取 v = 6.66zm2b 齿轮泵的实际输出流量：q = 6.66zm2bnv 式中：z 齿轮系数； D 节圆直径； h 齿高； m 模数； b 齿宽。,18,2 、 流量脉动 q max q min = q 1)、外啮合齿轮泵的 z ( max=0.2以上) 2)、内啮合齿轮泵的流量脉动小于外啮合的流量脉动 。,19,z,外啮合,内啮合,、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点 一、困油 现象 1、 齿轮泵的困油现象,20,齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的 重叠系数 1，于是总有两对轮齿同 时啮合，并有一部分油液被围困在两 对轮齿所形成的封闭空腔之间，如图 所示：,21,当齿轮旋转时 这个封 闭腔的容积 以后又逐 渐,1、封闭腔容积的减少会使被困油液受挤压并从缝隙中挤出而产生很高的压力，油液发热，并使机件（例如；轴承等）受到额外的负载； 2、封闭腔容积的增大又会造成局部真空使油液中溶解的气体分离，产生气穴现象。 上述这些都将使泵产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象。,22,2 、 消除困油的方法 通常是在两侧盖板上开卸荷槽 使封闭腔容积减少时通过左边的卸荷槽与压油腔相通； 容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。 二、泄漏 高压腔的压力油通过如下三条途径泄 漏到低压腔中去： 1 、 通过齿轮啮合处的间隙；,23,2 、通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙； 3 、 通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。（通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的 75% - 80%。）,24,结 论,普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不易提高。要提高齿轮泵的压力，首要的问题是减小端面间隙。,三、径向不平衡力 齿轮与壳体内孔的径向间隙中，可认为压力由高压腔压力逐渐分级下降到吸油腔的压力，综合作用的结果，相当于给齿轮一个径向作用力，使齿轮和轴承受载。 1、径向不平衡力产生的后果 1）、使得齿轮与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。,25,解决的方法： 改为带保护架的滚针轴承（设计寿命为2000h）； 采用滑动轴承； 采用SF型复合材料作为润滑材料。 2）、 使轴弯曲。 2、减小F径的办法 1、缩小压油口； 2、增大径向间隙。,26,四、 优缺点 1、优点 结构简单、尺寸小、重量轻、制造方便、价格低、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感、维护容易，寿命较长（设计寿命5000h）。 2、缺点 一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制，流量脉动大。,27,28,四、 提高外啮合齿轮泵压力的措施,若想提高齿轮泵的压力，必须减小端面泄漏。,利用特制的通道将泵内压油腔的压力油引到轴套外侧作用在一定形状和大小的面积上，产生液压力，使轴套压向齿轮端面，这个力必须大于齿轮端面作用在轴套内侧的作用力，才能保证在各种压力下，轴套始终自动贴紧齿轮端面，减小泵的端面泄漏，达到提高压力的目的。,29,工作原理,43 叶片泵,叶片泵分为单作用叶片泵（变量泵）和 双作用叶片泵（定量泵）。在中高压系统中广泛使用。 优点：输出流量均匀，流量脉动小，噪声小。 缺点：结构较复杂，对油液污染较敏感等。 一、单作用叶片泵 1、工作原理,30,31,1）、结构特点 泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等部件组成； 定子的内表面是圆柱形孔； 转子和定子之间存在偏心； 叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通过叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上。,32,2）、工作原理 、配油盘 、密封的工作腔：由两相邻叶片、配油盘、定子和转子形成。 、密封的工作腔是可变的 当转子旋转时叶片向外伸密封的工作腔容积 产生局部真空 通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入； 当转子旋转时叶片缩进密封的工作腔容积油液进入配油盘另一个窗口和压油口被压出而输到系统中去。,33,2、流量计算 1）、流量 单作用叶片泵的实际输出流量： q = 2 b e D nv 式中：b 叶片宽度； e 转子与定子间的偏心； D 定子内径。,34,2）、流量脉动 、当叶片为奇数时： 1.25/z2 、当叶片为偶数时： 5/z2 式中：z 叶片数。,35,结 论,单作用叶片泵的叶片数总取奇数，一般为13或15。,3、特点 1）、改变定子和转子间的偏心距便可改变流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反； 2）、通过特殊结构，保证叶片与顶部相接触； 3）、不宜用于高压。（因为转子受不平衡径向力的 作用）,36,37,二、双作用叶片泵,1、工作原理 双作用叶片泵的工作原理与单作用叶片泵相似，不同之处在于：、定子内表面是由两段长半径园弧、两段短半径园弧和四段过渡曲线八部分组成；、定子和转子同心。 1）、配油盘； 2）、密封的工作腔：由两相邻的叶片、定子、转子、配油盘形成；,38,3）、密封的工作腔容积是可改变的 当转子旋转时密封工作腔的容积（在左上角和右下角处） 吸油； 当转子旋转时密封工作腔的容积（在左下角和右上角处）压油。,39,2、流量计算 1）、流量： 双作用叶片泵的实际输出流量计算： q = 2 b (R2-r2) sz(R-r)/cos nv 式中：R和r 定子圆弧的长短半径； 叶片的倾角； s 叶片的厚度； z 叶片数。,40,2）、流量脉动： 双作用叶片泵若不考虑叶片的厚度，则瞬时流量是均匀的。但实际上叶片是有厚度的，且R和r也不可能完全同心，尤其叶片底部槽设计成与压油腔相通时，泵的瞬时流量仍将出现微小的脉动。但脉动率较其他泵（螺杆泵除外）小得多，且在叶片数为4得倍数时最小，一般取12和16片。,41,四、外反馈限压式变量叶片泵,动画,限压式变量泵的静态特性,44 柱塞泵,依靠柱赛在其缸体内 往复运动时密封工作腔的 容积变化来实现吸油和压 油的。,44,工作原理,特 点,泄漏小、容积效率v高，可在高压下工作。,一、斜盘式轴向柱塞泵,45,1、工作原理 1）、工作原理： 、配油盘 、密封容积：由缸体内孔与柱塞形成。 、密封容积可变的： 当传动轴旋转时缸体和柱塞旋转下柱塞从下向上的半周内逐渐向外伸出密封容积从a口吸油； 当传动轴旋转时缸体和柱塞旋转上柱塞从上向下的半周内逐渐向里推入密封容积从b油口压油。,46,2）、为何为变量泵：改变斜盘的倾角，可以改变柱塞往复行程的大小，因而改变流量q。 2、流量的计算 1）、流量： 轴向柱塞泵的实际输出流量： q = /4 d2 D tg z nv 式中：z 柱塞数； d 柱塞直径； D 柱塞分布园直径； 斜盘与缸体轴线间的夹角。,47,2）、流量脉动： 轴向柱塞泵的输出流量是脉动，当柱塞数为单数时流量脉动较小，一般取7、9或11。 3、优缺点 1）、优点：结构紧凑、径向尺寸小、易实现变量，压力可以很高（可达30Mpa以上）。 2）、缺点：对油液污染较敏感。,48,手动变量机构： 1.手把 2.锁紧螺母 3.螺杆 4.移动活塞 5.销轴 6.斜盘,手动伺服 变量机构,1-阀芯 2-球铰 3-斜盘 4-活塞 5-壳体,斜轴式轴向柱塞泵和径向柱塞泵,52,二、径向柱塞泵,1、工作原理 1）、工作原理： 衬套紧配在转子孔内，随着转子一起旋转，而配油轴不动。 、配油系统 、密封容积：柱塞和转子（缸体）组成。 、密封容积可变的： 当转子旋转时柱塞和转子一起旋转上半周柱塞向外伸出密闭容积 从a腔吸油； 当转子旋转时柱塞和转子一起旋转下半周柱塞向里推入密闭容积从b腔压油。,53,2）、为何为变量泵：改变偏心距e 时，就可改变流量q 。 2、流量计算 径向柱塞泵的实际输出流量： q = /2 d2 e z nv 注意：流量脉动情况与轴向柱塞泵相近（也选单数） 3、结构特点 径向尺寸大，结构复杂，自吸能力强。但配油轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，故限制了它的转速和压力的提高。,54,45 液压马达,功 能：把液压能 机械能。 分 类：按结构可以分为 齿轮式； 叶片式； 柱塞式。,55,一、工作原理 以轴向柱塞式液压马达为例说明：,56,当压力油输入时柱塞（处在高压腔）被顶出压在斜盘上斜盘作用在柱塞上的反作用力为FN（FN分为轴向力F和切向力FT）F与液压力平衡，FT使缸体产生转矩缸体旋转。 二、主要参数 设液压马达的进、回油腔的压差为p，输入的流量为q，排量为V。则液压马达产生的理论转矩： Tt =（1/2）p v 实际转矩：T= （1/2）p vm 液压马达的转速：n = qv / v,57,5 摆动马达,实现往复摆动的执行元件，输入为压力和流量，输出为转矩和角速度。,59,6 液压泵的选用,表4-2 液压系统常用液压泵的性能比较,4-1、某机床液压系统采用一限压式变量泵，泵的流量压力特性曲线如图所示。泵的总效率为0.7。如机床在工作进给时泵的压力p=45105Pa，输出流量q =2.5L/min；在快速移动时泵的压力P=20 105Pa，输出流量q20L/min，问限压式变量泵的流量压力特性曲线应调成何种图形？泵所需的最大驱动功率为多少？,61,解：、如上图 、拐点时功率最大： p q 32.5105 19.5 10-3 Pmax = =1.5kw 60 0.7,62,10,30,50,70,P(105Pa),5,15,25,q(L/min),63,A,B,C,32.5,19.5,4-2、图示一变量泵和液压马达组成的液压系统，低压辅助泵使泵的吸油管和马达的出油管压力保持为4 105Pa，变量泵的最大排量Vp = 100mL/r，泵的转速np = 1000r/min,vp0.94，mp=0.85，液压马达排量Vm50mL/r，vm=0.95，mm=0.82，管路损失忽略不计，当马达输出转距为40Nm，输出转速为60r/min时，试求变量泵的输出流量、输出压力及泵的输入功率？,63,解：1）、qm入=Vmnm/ vm=5060/0.95=3158mL/min qp= qm入=3158mL/min 2)、Pm出=2nmTm=2 3.14 60 40/6