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1、第四章 一、作用和分类 4.1 概述 定量泵(定量马达) 变量泵(变量马达) 液压泵和液压马达的种类按其排 量能否调节分为: 齿轮式 叶片式 柱塞式 螺杆式 按结构形式可分为: 液压泵的工作原理 液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的。 液压马达的工作原理 液压马达是产生连续旋转运动的执行元 件。从原理上讲,向容积式泵中输入压力 油,使其轴转动,输出转矩和转速,即成 为液压马达。 大部分容积式泵都可作液压马达使用, 但在结构细节有些不同。 二、压力、排量和流量 压力 排量 流量 因泵和马达存在内泄漏,故额定流量 和理论流量的值不同。 三、功率和效率 若不考虑液压泵(马达)在能量转换过程 中的损

2、失,则输出功率等于输入功率,即 它们的理论功率为: nTTpVnpqP tttt 2 式中,Tt 液压泵(马达)的理论转矩; 液压泵(马达)的角速度。 容积损失:因内泄漏、气穴 和油液的高压压缩(内泄漏 为主)引起的流量损失。 容积损失用容积效率来表示,是实际输 出流量与理论流量之比。 液压泵: Vn pk q q l t l V 11 式中,ql、kl流量损失及系数;p输出压力。 液压马达: q ql V 1 式中,q输入马达的实际流量。 机械损失:因摩擦而引起的转矩损失。 液压泵: t l t m T T T T 1 1 式中,Tl转矩损失。 液压马达: t l t m T T T T 1

3、 液压泵(马达)的总效率是其输出功率 和输入功率之比,等于容积效率和机械效 率的乘积,即: mV 液压泵(马 达)的各个参 数和压力之间 的关系曲线。 液 压 泵 的 特 性 曲 线 4.2 齿轮泵 一、外啮合齿轮泵的工作原理 1. 结构:齿轮、壳体、端盖等 2.工作原理 密封工作腔: 齿间槽、壳体、端盖组成 啮合线、吸油腔、排油腔 吸油过程:轮齿脱开啮合Vp吸油; 排油过程:轮齿进入啮合Vp排油。 二、流量计算和流量脉动 外啮合齿轮泵排量V可近似为它的两个齿 轮的齿间槽容积之总和, 即: bzmDhbV 2 2 事实上齿间槽容积比轮齿体积稍大, 故通常取: bzmCV 2 2 齿轮泵的实际输

4、出平均流量: vbnzmV 2 66. 6 齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率不均 匀,导致齿轮泵的瞬时流量产生脉动。 流量脉动率表示为: q qq minmax 式中,qmax、 qmin最大、最小瞬时流量。 v 外啮合齿轮泵的齿数越少,脉动率越大, 其值最高可达0.20以上; v 内啮合齿轮泵的流量脉动率小得多。 三、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点 1) 产生原因: 1,构成闭死容积Vb。 (图a至图b)Vb由大小,p 油液发热,轴承磨损。 (图b至图c)Vb由小大,p 汽蚀、噪声、振动、金属 表面剥蚀。 (一) 困油 2) 危害:影响工作、缩短寿命 3) 措施:两侧端板上开卸荷槽 原则:

5、v Vb由大小,与压油腔相通 v Vb由小大,与吸油腔相通 v 保证吸、压油腔始终不通 (二) 泄漏 1)泄漏途径: 端面间隙 80% 径向间隙 15% 啮合处间隙 5% 2)危害:V p 3)防泄措施: 首要问题是减小端面间隙。 (三)径向力不平衡 1)原因: 径向液压力分布不均 2)危害: 轴承磨损、刮壳。 3)措施: 缩小压油口,增加径向 间隙。 (四)优缺点 优点: 结构简单、尺寸小、重量轻、便于制造与维修、 价格低廉、工作可靠,自吸性能好(容许的吸油真 空度大),对油液污染不敏感。 缺点:磨损严重、效率低,流量脉动大,噪声高。 用途:工程机械、机床低压系统。 四、提高外啮合齿轮泵压力

6、的措施 (P66P67) 五、螺杆泵和内啮合齿轮泵 (一) 螺杆泵 螺杆泵实质是一种外啮合的摆线齿轮 泵,泵内的螺杆可有两个,也可有三个。 螺杆泵的结构示意及工作原理见P67图4-8。 优点:结构简单、紧凑,体积小,重量轻,运 转平稳,输油均匀,噪声小容许采用高转速,容 积效率高(90%95%),对油液污染不敏感。 缺点:螺杆形状复杂,加工较困难,不易保证精度。 (二) 内啮合齿轮泵 特点: q 结构紧凑,尺寸小, 重量轻; q流量脉动小,噪声小。 1. 渐开线齿轮泵 隔板将吸油腔和压油腔隔开 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 脉动小,噪声

7、小 齿形复杂,加工精度要 求高,造价高。 4.3 叶片泵 一、单作用叶片泵 (一) 工作原理 组成: v 转子 v 定子 v 叶片 v 配油盘 v 壳体 v 端盖 。 (二) 流量计算 单作用叶片泵的实际输出流量为: V beDnq2 式中,b叶片宽度; e转子与定子间的偏心; D定子内径。 单作用叶片泵的流量也有脉动,叶片数 越多,流量脉动率越小。 奇数叶片泵的脉动率比偶数的小,因此单作用 叶片泵的叶片数总取奇数,一般为13或15片。 q 改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心 反向时,吸油压油方向也相反; q 压油腔叶片顶部受到压力油的作用,该作用把叶 片推入转子槽内。为使叶片顶部可靠

8、地和定子内表 面接触,压油腔一侧的叶片底部要通过特殊沟槽和 压油腔相通。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相 通,此处叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上; q 转子受到不平衡的径向液压作用力,该泵一般不 宜用于高压。 (三) 特点 二、双作用叶片泵 (一) 工作原理 结构特点: q 定子和转子同心; q 定子内曲线由四段 圆弧和四段过渡曲 线组成; q 配油盘上有四个月 牙形窗口。 (二) 流量计算 双作用叶片泵的实际输出流量为: V nsz rR rRbq cos )(2 22 式中, R、r定子圆弧部分的长短半径; 叶片倾角;z叶片数;s叶片厚度。 若不考虑叶片厚度,双作用叶片泵的瞬时流 量

9、应是均匀的。但实际叶片是有厚度的,瞬时流 量会出现微小脉动,但较其它形式的泵(螺杆泵 除外)小得多,且叶片数为4的倍数时最小,因此 双作用叶片泵的叶片数一般取12或16片。 (三) 提高双作用叶片泵压力的措施 q 减小作用在叶片底部的油液压力; q 减小叶片底部承受压力油作用的面积。 三、限压式变量叶片泵 重要结构:弹簧、反馈柱塞、限位螺钉。 q 转子中 心 固 定 , 定 子 可 以 水平移动 q 外反馈、 限压 e oo 调节限位螺钉,qmax 变; 改变弹簧刚度,pmax变,BC斜率变。 外反馈限压式变量叶片泵的流量压力特性曲线 优缺点及应用: v 优点:功率利用合理,简化液压系统 v

10、缺点:结构复杂,泄漏增加, m, v v 应用:要求执行元件有快速、慢速和保压 的场合。 4.4 柱塞泵 轴向式 径向式 一、轴向柱塞泵 (一) 工作原理 主要组成:缸体、柱塞、配油盘、斜盘 (二) 流量计算 轴向柱塞泵的实际输出流量为: V znDtgdq 2 4 式中,斜盘轴线与缸体轴线间的夹角; D柱塞分布圆直径; z柱塞数;d柱塞直径。 柱塞数为奇数时流量脉动小,柱塞数越多, 流量脉动越小。一般取 z = 7、9、11。 轴向柱塞泵结构紧凑、径向尺寸小、重量轻、 转动惯量小、易于实现变量、压力可以很高、对油 液污染敏感。 (三) 斜盘式轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵的传动轴中心线与 缸体

11、中心线重合。 前述柱塞头部和斜盘为点接触,因接触应力大, 一般限用于小流量和中高压(p10MPa)场合。 (四) 斜轴式轴向柱塞泵 (五) 变量控制机构 该泵的传动轴相对于缸体中心线倾斜 一个角度。原理见P75图4-17。 轴向柱塞泵可安装各种变量控制机构 来变更斜盘或斜轴相对于缸体轴线的夹角, 以调节流量。 控制方式:手动控制、液压控制、电 气控制等多种方式。具体见P75。 二、径向柱塞泵 (一) 工作原理 (二) 流量计算 径向柱塞泵的实际输出流量为: VV ezn d ezndq 2 2 4 2 2 式中,e转子和定子间的偏心矩。 径向柱塞泵的流量脉动情况与轴向柱 塞泵类似。 该泵上也可

12、安装各种变量控制机构。 4.5 液压马达 一、工作原理 n改变供油方向马达反转(双向马达) n改变斜盘倾角排量及转速变(变量马达) 应用:高转速、较大扭矩的场合。 二、主要参数 液压马达能产生的理论转矩: pVT t 2 1 实际转矩: m pVT 2 1 V q n V 液压马达的转速: 4.6 摆动液压马达 主要结构: 叶片、缸体、输出轴、密封装置。 摆动液压马达重要的结构要素是密封 装置,它是保持压力、传递动力的保证。 单叶片式:摆角300o,输出转矩和角速度为: )( 2 2 2 1 2 2 RRb q n V 职能符号: 摆动马达 m ppRR b T)( 2 21 2 1 2 2

13、双叶片式:摆角150o,转矩是单叶片的 两倍,角速度是单叶片的一半。 4.7 液压泵中的气穴现象 若液压系统中: q 液压泵离油面很高(吸入高度大); q 吸油口处滤油器和管道阻力大; q 油液的粘度过大; 则液压泵吸油腔中的压力就很容易低于油 液的空气分离压,出现气穴。 气穴现象会引起局部冲击、产生噪声、 使零件(配油盘等)腐蚀损坏。 可根据P81图4-24所示的液压泵吸入管路, 计算液压泵产生气穴的条件。 为避免气穴所应满足的条件为: g p NSPH 液压泵的NSPH值可由P81图4-25求出; 泵是否产生气穴可由P82图4-26判定,据 该图可判定泵的运转件不产生严重气蚀时的 速度极限。 4.8 液压泵的噪声 一、产生噪声的原因 q 泵的流量及压力脉动,造成泵构件的振动; q 泵的吸、压油腔突然相通时,产生的油液流量和压 力突变,极易引起噪声; q 空穴现象。带有气泡的油液进入高压腔时,气泡被 击破,形成局部的高频压力冲击, 引起噪声; q 泵内流道截面突然扩大和收缩、

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