液压及气动课题2液压系统的动力元件

1、液压系统的动力元件项目三 液压系统的动力元件 活动1 探讨容积式液压泵的工作原理 活动2 研究液压泵的主要性能参数 活动3 探讨齿轮泵的工作原理及结构 活动4 探讨叶片泵的工作原理及结构 活动5 探讨柱塞泵的工作原理及结构 活动6 选用液压泵项目三 液压系统的动力元件 学完本课题后，应具备以下能力：1）说出液压系统动力元件的基本原理。2）叙述液压泵的主要性能参数及符号。3）说出齿轮泵的结构特点及工作原理。4）说出叶片泵的结构特点及工作原理。5）说出柱塞泵的结构特点及工作原理。6）根据不同的压力选用液压泵。学习目标 下图所示为一台专用铣床，铣床的工作台采用单杆液压缸驱动。工作时，推动液压缸所需的

2、最高压力为2.64MPa，液压缸快进时所需的最大流量为4.58L/min，为了满足以上条件，我们应如何选择液压泵类型、规格和型号？如何确定驱动它的电动机功率？铣床工作台动力分析简图【任务提出】项目三 液压泵 液压泵是液压系统的动力装置最常见的形式，是将电动机输出的机械能转换成油液压力能的装置，其作用是向液压系统提供压力油。在选择液压泵时，我们根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格和型号。再通过计算应选配电动机的功率，来确定驱动它的电动机型号规格。 本项目的任务是通过各类泵工作原理、结构特点等相关知识的学习，掌握液压泵类型、

3、规格和型号的确定及电动机选配的方法。【任务分析】项目三 液压泵3.1.1 液压泵和液压马达的工作原理及分类液压泵和液压马达的工作原理及分类 液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压 力能，向系统供油。液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。 液压泵与液压马达关系： 功用上 相反； 结构上 相似； 原理上 互逆。 当偏心轮1由电机带动旋转时，柱塞2做往复运动。柱塞右移时，密封工作腔4的容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀5进入工作腔4，这是吸油过程。当柱塞左移时，工作腔4的容积逐渐减小，使腔内油液打开单向阀6进入系统，这是压油过程。偏心轮

4、不断旋转，泵就不断地吸油和压油。 容积泵的工作原理一、液压泵的工作原理 1 1、工作压力工作压力p ：是指泵（马达）实际工作时的压力。对泵来说，工：是指泵（马达）实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。 2 2、额定压力额定压力pn ：是指泵（马达）在正常工作条件下按试验标准是指泵（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。规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。 3 3、最大压力最大压力：在短时间内运行所允许的最高压力值，一般为额定压在短时间内运

5、行所允许的最高压力值，一般为额定压力的力的1.11.1倍。倍。液压泵基本工作条件1、形成密封容积2、密封容积周期性变化3、吸、压油腔隔开（配流装置）4、油箱与大气相通 液压泵输出的流量取决于密封工作腔容积变化的大小；泵的输出压力取决于外负载。3、实际流量q：是液压泵在工作时实际输出的流量。实际流量随工作压力增大而减小，这是由于压力增高、泄漏增大所致。4、额定流量qn ：是指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量。亦即在额定转速和额定压力下由泵输出（或输入到马达中去）的流量。因泵和马达存在内泄漏，所以额定流量的值和理论流量是不同的。2、理论流量qt ：是指泵（马达）在单位时间内由其密封油

6、腔几何尺寸变化计算而得出的输出（输入）的液体体积，亦即在无泄漏的情况下单位时间内所能输出（所需输入）的液体体积。泵（马达）的转速为n时，泵（马达）的理论流量为1 1、排量排量V ： 是指泵（马达）每转一转，由其密封油腔几何尺寸变化所是指泵（马达）每转一转，由其密封油腔几何尺寸变化所算得的输出（输算得的输出（输入入）液体的体积，亦即在无泄漏的情况下，其每转一转所）液体的体积，亦即在无泄漏的情况下，其每转一转所能输出（所需输入）的液体体积。能输出（所需输入）的液体体积。 Vnqt2、机械效率 ：由于液压泵存在机械摩擦（相对运动零件之间及液体粘性摩擦），因此它的输入转矩必然大于理论转矩，则理论转矩

7、液压泵的机械效率是理论转矩和实际输入转矩的比值，即：qqqtttVqqqq1VmmTTTitiitmTTTT11、容积效率 ：由于液压泵工作时存在泄漏，因此实际流量总是小于理论流量，也就是 液压泵的容积效率为实际流量与理论流量的比值，即PiTnnTPii2nTPii2iPoPpqPomViionTpqPP2例 从产品样本上查看到某液压泵流量 ，额定压力 ，转速 ，泵的容积效率 ，驱动功率 。试求： （1）泵的总效率和机械效率； （2）泵的理论流量及在额定压力下泵的实际流量。min/32Lq Pap51025min/1450rn min/1450rn KWP65. 13.功率 ：液压泵输入的是机

8、械能，表现为输入转矩 和转速 ，输出的为液压能，表现为输出流量（实际流量）和压力。所以液压泵输入功率 为 液压泵输出功率 为4.总效率 ：液压泵的输出功率与输入功率的比值称为液压泵的总效率 即液压泵的总效率等于各自的容积效率和机械效率的乘积。二、二、 液压泵的功用、分类及图形符号液压泵的功用、分类及图形符号1 1、功、功 用用液压泵液压泵: :将电动机或其它原动机输入的机械能转换为将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能液体的压力能, ,向系统供油向系统供油。 2 2、图形符号：（见书本、图形符号：（见书本231231页附表页附表3 3）单向定量泵单向变量泵双向变量泵液压泵的图形符号

9、液压泵的图形符号双向定量泵3 3、液压泵分类、液压泵分类 齿轮泵齿轮泵叶片泵叶片泵液压泵液压泵柱塞泵柱塞泵粗分：粗分：细分：细分：齿轮泵齿轮泵叶片泵叶片泵柱塞泵柱塞泵外啮合式外啮合式内啮合式内啮合式定量式定量式变量式变量式液压泵液压泵斜轴式斜轴式径向式径向式斜盘式斜盘式轴向式轴向式 例：某液压泵的输出压力pMPa，泵转速n=1450r/min,排量v=46.2ml/r,容积效率v =0.95,总效率.。试求液压泵的输出功率和驱动泵的电动机的功率。 解（）求液压泵的输出功率 液压泵输出的实际流量为： 则液压泵的输出功率为： （）求电动机的功率 电动机的功率即泵的输入功率为：min/641.639

10、5. 014506 .42103LVnqvvtqkwpqP6.106.10641.6310101010336kwppi8 .119 . 0/6 .10/60项目三 液压系统的动力元件活动1 探讨容积式液压泵的工作原理 容积式液压泵是依靠密封容积变化的原理进行工作的，常用液压泵一般均为容积式液压泵。图3-1所示是一单柱塞液压泵的工作原理图。请仔细观察图片，结合注射器的工作原理，想一想容积式液压泵的工作原理是什么？活动1项目三 液压系统的动力元件活动1图3-1 液压泵工作原理1偏心轮 2柱塞 3缸体 4弹簧 5、6单向阀项目三 液压系统的动力元件 1液压泵的工作过程1）弹簧4使柱塞2始终 在偏心轮

11、1的外圆轮廓上。2）偏心轮1使单柱塞液压泵的密封工作腔产生 变化，从而实现 和 两动作。3）吸油时，油液在大气压作用下从油箱被往上吸，此时单向阀6的状态为 ，而单向阀5却是 ；反之，压油时，单向阀6也是关闭的，而单向阀5在油压作用下打开，油液被输送到液压系统。活动1项目三 液压系统的动力元件2容积泵必须具备的特征1）具有若干个交替变化的 容积。2）具有相应的配流装置。3）吸油过程中，油箱必须和 相通。3液压泵的常用种类和图形符号目前常用的液压泵有齿轮式液压泵、叶片式液压泵和柱塞式液压泵等。按照输油方向能否改变可分单向泵和双向泵；根据排量能否改变可分定量泵和变量泵；按额定压力的高低，又可以分为低

12、压泵、中压泵和高压泵三类。活动1项目三 液压系统的动力元件活动1图2-3 液压泵的图形符号a）单向定量泵 b）单向变量泵 c）双向定量泵 d）双向变量泵项目三 液压系统的动力元件活动2 研究液压泵的主要性能参数 将下列元件按图2-4所示顺序分别连接，并连接好油箱，起动液压泵仔细观察压力表的示值，然后完成相应题目。1）请为上图2-4的三个图选择适合的工作状态。A正常工作（p=F/A） B过载（p不断增大直到溢流阀打开） C卸载（p=0）2）通过实验可知，工作压力的大小取决于 的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。活动2项目三 液压系统的动力元件活动2图2-4 液压泵三种工作状态项目三

13、 液压系统的动力元件1压力（1）工作压力 液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。（2）额定压力 液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。在正常的工作环境下，应设置液压泵的 压力 压力（填 或 ）。活动2项目三 液压系统的动力元件2排量与流量（1）排量V 液压泵每转一周排出液体的体积称为液压泵的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵；排量为常数的液压泵则称为定量泵。（2）流量Q 液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。下例可说明液压泵的流量Q与排量V的关系。某液压泵的排量V为20mL3/r，泵的主轴转速n为500r/min，则每分钟的流

14、量Q为Q =Vn = 20mL3/r500r/min = 104mL3/min若要把一只容积为0.05m3的水桶装满，需要 min。活动2项目三 液压系统的动力元件活动3 探讨齿轮泵的工作原理及结构齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它是利用齿轮的啮合原理，使其密封工作腔产生容积变化，从而实现吸油和压油。齿轮泵一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，其中外啮合齿轮泵应用最广泛。齿轮泵具有结构简单、体积小、自吸性能好、对油污不敏感、可靠和维护方便等优点，因而获得广泛应用。其缺点是流量脉动大、流量不可调、泄漏大等。由于泄露的问题，齿轮泵一般只用作低压泵。活动3项目三

15、液压系统的动力元件拆装外啮合齿轮泵，如图2-5和图2-6所示，探讨齿轮泵的工作原理及结构特征。活动3图2-5 齿轮泵及其主要零件项目三 液压系统的动力元件活动3图2-6 齿轮泵的工作原理项目三 液压系统的动力元件齿轮泵的工作原理：1）吸油：吸油腔中的轮齿脱开，工作腔容积 ，由此产生瞬间真空，液压油在大气压力下被 吸油腔，工作腔转动，油液被带到密封工作腔中再转移到另一侧的 中。2）压油：当油液被带到压油腔中时，轮齿啮合，工作腔容积 ，油液受挤压被 压油腔中，而此时又有新的油液被带到压油腔，油液由此从压油口压出。活动3项目三 液压系统的动力元件活动4 探讨叶片泵的工作原理及结构叶片泵是利用叶片之间

16、的密封工作腔产生容积变化来实现吸油和压油的。根据各密闭工作容积在转子旋转一周吸、压油液次数的不同，叶片泵分为两类，即旋转一周完成一次吸、压油的单作用叶片泵和完成两次吸、压油的双作用叶片泵。叶片泵的优点是流量均匀、脉动小、运转平稳、噪声小等。叶片泵的缺点是吸油能力差、结构复杂、对油液的污染比较敏感等。活动4项目三 液压系统的动力元件拆装双作用叶片泵，如图2-7所示。探讨叶片泵的工作原理及结构特征，如图2-8所示。活动4图2-7 双作用叶片泵及其主要零件项目三 液压系统的动力元件活动4图2-8 双作用叶片泵的工作原理项目三 液压系统的动力元件1双作用叶片泵1）转子如图2-8所示，顺时针转动，因为存

17、在半径差，在 、 象限内密封腔容积由小增大，形成 。当转子转到 、 象限时，密封腔容积减小，油液变为压力油，形成 。2）叶片能在叶片槽内自由的伸缩，槽中不设弹簧，只是靠转子的旋转，使叶片在 力作用下紧贴定子内壁。3）观察图2-8可知，此泵的转子在旋转一周内完成 次吸油和压油，故称为双作用叶片泵。由于泵的密封腔的变化量不能改变，以及压力流动方向不能改变，所以双作用叶片泵为 泵。活动4项目三 液压系统的动力元件2单作用叶片泵如图2-9所示，单作用叶片泵与双作用叶片泵显著不同的是，单作用叶片泵的定子内表面是圆形，转子与定子间有一偏心量e，两端的配流盘上只开有一个吸油窗口和一个压油窗口。观察图2-9所

18、示的工作原理图，由于 的减小，泵的流量也相应减小。由此可知，改变 的大小，就可以改变泵的排量，所以单作用叶片泵可以作为 泵。一般情况下，单作用叶片泵只作为单向泵用。活动4项目三 液压系统的动力元件活动4图2-9 单作用叶片泵的工作原理项目三 液压系统的动力元件活动5 探讨柱塞泵的工作原理及结构柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动，使密封容积变化来实现吸油与压油的液压泵。与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有以下特点。优点：密封性能好、适合高压、有较高的容积效率、易于实现变量等。缺点：结构复杂，成本较高。活动5项目三 液压系统的动力元件1轴向柱塞泵柱塞在泵体内以平行轴向排列的柱塞泵称为轴向柱塞泵。轴向柱塞泵

19、可分为斜盘式和斜轴式两大类。下面以图2-10所示斜盘式轴向柱塞泵为例来说明其工作原理。活动5图2-10 斜盘式轴向柱塞泵1配油盘 2卡簧 3密封圈 4轴承 5缸体 6柱塞 7保持架 8传动轴 9可调斜盘项目三 液压系统的动力元件1）泵体在转动轴的带动下旋转，柱塞在斜盘的作用下在槽内作往复运动，从而使封闭的工作腔产生变化。由此可知，只需要改变 的大小，即可改变封闭容积的变化大小，即改变排量。2）若改变倾斜角的方向，即可使配流盘的 方向改变。3）从上述可知，轴向柱塞泵为 泵。活动5项目三 液压系统的动力元件2径向柱塞泵柱塞在泵体内径向排列的柱塞泵称为径向柱塞泵。径向柱塞泵的结构和工作原理与单作用叶

20、片泵很类似。试比较图2-8和图2-11，然后完成下面的问题。活动5图2-11 径向柱塞泵的工作原理项目三 液压系统的动力元件1）叶片泵的两叶片之间形成工作腔，而径向柱塞泵的工作腔则是由 和 之间形成。2）由于密封性的问题，柱塞不能靠转子的转动惯性来自由伸缩，必须要靠槽内的 来使柱塞紧贴定子内壁。3）与单作用叶片泵比较可知，径向柱塞只要改变 的大小，则可改变其排量。另外，改变 的正负，则可改变油口的方向，所以此泵可以做成单向泵也可做成 。活动5项目三 液压系统的动力元件活动6 选用液压泵1完成下列选择请根据表2-1，在不同环境下选择适合的液压泵（可多选）。系统需要变化的流量，可以选择（ ）；在筑

21、路机械、港口机械，以及小型工程机械等工况较差的液压系统，则选（ ）；能源有限，需要效率在90%以上的液压可选（ ）；中低压液压系统的机床适宜用（ ）；大型、重型机械应选用（ ）。A齿轮泵 B单作用叶片泵C双作用叶片泵D轴向柱塞泵E径向柱塞泵活动6项目三 液压系统的动力元件1）液压泵是系统的动力元件，它把机械能转化为液压能。容积式液压泵是利用密封容积的变化来实现吸油和压油的。2）工作压力为液压泵实际工作时的输出压力，其大小取决于负载的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵流量无关。排量是液压泵的重要参数，排量V与流量Q，以及液压泵主轴转速的关系为Q =Vn。3）根据构件形状及运动形式，液压泵可分齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。其中单作用叶片泵、轴向和径向柱塞泵都可作为变量泵，常用的双向泵有柱塞泵。4）必须根据是否要求变量、工作压力、工作环境、噪声指数和效率等来选择适合的液压泵。如在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。课题内容小结项目三 液压系统的动力元件一、液压泵的分类知识拓展容积式：工