第3章 液压动力元件1

1、2022-3-20武汉理工大学机电学院1泵和马达结构基本相同，泵和马达结构基本相同，因此放在一章中介绍。因此放在一章中介绍。结构结构性能性能原理原理应用应用学习注意四个要点学习注意四个要点主要类型：齿轮式、叶片式、柱塞式主要类型：齿轮式、叶片式、柱塞式2022-3-20武汉理工大学机电学院23.1 3.1 概述概述3.2 3.2 齿轮泵齿轮泵3.3 3.3 叶片泵叶片泵3.4 3.4 柱塞泵柱塞泵3.5 3.5 其他液压泵其他液压泵2022-3-20武汉理工大学机电学院32022-3-20武汉理工大学机电学院4液压泵将机械能转换为液压能；液压泵将机械能转换为液压能；液压马达将液压能转换为机械能

2、液压马达将液压能转换为机械能 建立足够的压力以克服负载；建立足够的压力以克服负载；液压泵的作用液压泵的作用 提供稳定的流量以满足执行元件运动速度的要求。提供稳定的流量以满足执行元件运动速度的要求。 抓住密封容积的形成和变化是研究了解抓住密封容积的形成和变化是研究了解泵结构特点和泵工作原理的关键泵结构特点和泵工作原理的关键2022-3-20武汉理工大学机电学院5密封容积是密封容积是如何形成的？如何形成的？ 工作过程工作过程 密封容积密封容积是如何变化的？是如何变化的？ 密封容积逐渐增大密封容积逐渐增大形成真空形成真空吸油过程；吸油过程； 密封容积逐渐变小密封容积逐渐变小排出油液排出油液排油过程。

3、排油过程。 结论结论何谓配油？何谓配油？配油方式？配油方式？ 密封容积的形成是进行能量转换的必要条件；密封容积的形成是进行能量转换的必要条件； 密封容积的变化是吸油、排油的根本原因；密封容积的变化是吸油、排油的根本原因； 泵工作的两个条件：泵工作的两个条件： 油箱通大气或作用一定压力；油箱通大气或作用一定压力； 配油（配流）装置不可少。配油（配流）装置不可少。 泵输出压力取决于油液流动时所遇到的阻力大小；泵输出压力取决于油液流动时所遇到的阻力大小； 流量的建立靠密封容积的变化量和变化速率。流量的建立靠密封容积的变化量和变化速率。结构结构2022-3-20武汉理工大学机电学院6工作原理工作原理必

4、要条件必要条件密封容积的形成密封容积的形成充分条件充分条件密封容积的变化密封容积的变化吸油过程吸油过程: :密封容积增大密封容积增大排油过程排油过程: :密封容积减小密封容积减小两个条件两个条件: :油箱通大气油箱通大气配油装置配油装置泵和马达的结构分析基础泵和马达的结构分析基础2022-3-20武汉理工大学机电学院7液压泵液压泵压力压力液压泵的性能参数主要液压泵的性能参数主要有压力、转速、排量、有压力、转速、排量、流量、功率和效率流量、功率和效率 （常用单位为（常用单位为MPaMPa）额定压力额定压力p ps s 在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所在正常工作条件下，按试验标准规定连续

5、运转所允许的最高压力。允许的最高压力。 最高允许最高允许压力压力p pmaxmax 指泵短时间内所允许超载使用的极限压力，指泵短时间内所允许超载使用的极限压力，它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。 工作压力工作压力p p 液压泵在实际工作时的输出压力，亦即液压泵出口的液压泵在实际工作时的输出压力，亦即液压泵出口的压力，泵的输出压力由负载决定。压力，泵的输出压力由负载决定。 吸入压力吸入压力 当液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时，液压泵当液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时，液压泵的进口压力将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分，的进口压力将因低于

6、极限吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油腔产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的而在吸油腔产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构型式有关。结构型式有关。2022-3-20武汉理工大学机电学院8液压泵转速液压泵转速 额定转速额定转速n n 最高转速最高转速n nmaxmax 最低转速最低转速n nminmin 在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。行并保持较高运行效率的转速。在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速。的短暂运行的最高转速。 为保证液压泵可靠工作或

7、运行效率不致过低所允为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速。许的最低转速。 r/minr/min2022-3-20武汉理工大学机电学院9排量排量V V排量和流量排量和流量 在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一周，所排出的液体的体积，在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一周，所排出的液体的体积，称为排量，又称为理论排量、几何排量。称为排量，又称为理论排量、几何排量。 V Vp，V VM；常用单位为常用单位为mLmLr r 理论流量理论流量q qt t 在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内所排出的在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内所排出的液体的体积，称为理论流量；工程上

8、又称空载流量。液体的体积，称为理论流量；工程上又称空载流量。 nVqtL/min 实际流量实际流量q q 实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量。实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量。 q qq qt tq q 液压泵的泄漏量液压泵的泄漏量 额定流量额定流量q qs s 在额定压力、额定转速下，按试验标准规定必须保证的输出在额定压力、额定转速下，按试验标准规定必须保证的输出流量流量 2022-3-20武汉理工大学机电学院10产生机械损失的原因产生机械损失的原因 机械摩擦、粘性摩擦，转矩有机械摩擦、粘性摩擦，转矩有损失，与损失，与p p、n np p有关有关 产生容积损失的原因产生容积

9、损失的原因 高压腔向低压腔的内泄漏，压高压腔向低压腔的内泄漏，压力越高，泄漏量越大，与力越高，泄漏量越大，与p p、n np p有关；空穴、吸空。有关；空穴、吸空。 pptpmTT输入转矩理论转矩ptppvqq理论流量输出流量pVpmp机械机械效率效率 容积容积效率效率 总效率总效率 2022-3-20武汉理工大学机电学院11MmMvM总效率总效率 MtMMmTT理论转矩输出转矩MMtMvqq输入流量理论流量机械机械效率效率 容积容积效率效率 2022-3-20武汉理工大学机电学院122MMMMtp Vn T液压功率机械功率2MMMtp VT液压参量与机械参量的关系液压参量与机械参量的关系2M

10、MMMmp VT实际输出转矩实际输出转矩2022-3-20武汉理工大学机电学院13马达输出速度为零，马达输出速度为零，泵的流量全部用于补泵的流量全部用于补偿泵和马达的泄漏，偿泵和马达的泄漏，此时，泵的压力不可此时，泵的压力不可能再提高了。能再提高了。 如何提高泵的压力？如何提高泵的压力？关键是提高密封性能关键是提高密封性能 工作原理、结构特点工作原理、结构特点密封容积；密封容积； 压力、排量和流量；压力、排量和流量； 效率计算效率计算 液压功率计算、液压转矩公式；液压功率计算、液压转矩公式； 提高密封性能是提高液压泵、马达工作压力的主要措施。提高密封性能是提高液压泵、马达工作压力的主要措施。小

11、结小结2022-3-20武汉理工大学机电学院14液压泵和马达的图形符号液压泵和马达的图形符号2022-3-20武汉理工大学机电学院15min/5 .139 . 0150010103LnVqVpp巳知液压泵输出油压巳知液压泵输出油压p pp p=10MPa=10MPa，泵的机械效率，泵的机械效率m m=0.95=0.95，容积效率容积效率V V=0.9=0.9，排量，排量V Vp p=10mL/r=10mL/r, ,转速转速n=1500r/minn=1500r/min；液压马达的排量液压马达的排量V VM M=10mL/r=10mL/r，机械效率，机械效率mMmM=0.95=0.95，容积，容积

12、效率效率vMvM=0.9=0.9，求：，求：液压泵的输出功率；液压泵的输出功率；驱动液压泵的电动机功率；驱动液压泵的电动机功率；液压马达输出转速；液压马达输出转速；液压马达输出转矩和功率。液压马达输出转矩和功率。解解: : 液压泵的输出功率液压泵的输出功率kWqpPpp25. 2100060105 .131010035 电动机功率电动机功率 kWPPmVi63. 295. 09 . 025. 2不计管路中的流量损失，不计管路中的流量损失，马达的理论流量马达的理论流量 min/15.129 . 05 .13LqqVMptM 马达的输出转速马达的输出转速min/1215101015.123rVqn

13、MtMMmNVpTnMMpM11.1595. 014. 32101010100265kWPPPVMmMMiMM92. 19 . 095. 025. 2 马达的输出转矩马达的输出转矩 和和功率功率2022-3-20武汉理工大学机电学院16CBB型齿轮泵结构型齿轮泵结构2022-3-20武汉理工大学机电学院17轮齿脱开啮合轮齿脱开啮合容积变大容积变大吸油腔吸油腔吸油；吸油；轮齿投入啮合轮齿投入啮合容积变小容积变小排油腔排油腔排油；排油；泵体、前后端盖、齿轮构成；泵体、前后端盖、齿轮构成； 齿顶与泵体内表面的间齿顶与泵体内表面的间隙密封和齿轮啮合线将密封容积隙密封和齿轮啮合线将密封容积分成吸油腔和排

14、油腔。分成吸油腔和排油腔。密封容积的变化密封容积的变化配油方式配油方式直接配油直接配油密封容积的形成密封容积的形成齿轮泵是利用齿轮啮合原理齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。齿轮泵。2022-3-20武汉理工大学机电学院18bZmbZmVp2266. 62%100)()(minmaxpshshpqqq流量脉动率流量脉动率 产生流量脉动的原因产生流量脉动的原因流量脉动造成压力脉动，影响执行元件的工作平稳性。流量脉动造成压力脉动，影响执行元件的工作平稳性。危害危害在轮齿不同的啮合点，密封容积的变化率不一样，

15、在轮齿不同的啮合点，密封容积的变化率不一样，因此，瞬时输出的流量是变化的。因此，瞬时输出的流量是变化的。2022-3-20武汉理工大学机电学院19围绕密封容积的形成围绕密封容积的形成和密封容积的变化和密封容积的变化径向间隙径向间隙泵体内表面与齿顶：泄漏量占泵体内表面与齿顶：泄漏量占15%15%35%35%端面间隙端面间隙齿轮表面与前、后盖：齿轮表面与前、后盖：泄漏量占泄漏量占70%70%75%75%要提高容积效率、工作压力，要提高容积效率、工作压力，关键是减少端面间隙！关键是减少端面间隙！啮合处间隙啮合处间隙泄漏量占泄漏量占5%5%采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增采用静压平衡措施：在齿轮和

16、盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。值由一层很薄的油膜承受。浮动轴套；压力反馈自动补偿。浮动轴套；压力反馈自动补偿。 2022-3-20武汉理工大学机电学院20原因、危害、措施原因、危害、措施 齿谷内的油液由吸油区的低压齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。逐步增压到压油区的高压。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。液压

17、径向力的平衡措施之一：通过在盖板上液压径向力的平衡措施之一：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通开设平衡槽，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。，产生一个与液压径向力平衡的作用。2022-3-20武汉理工大学机电学院21原因、过程、危害、措施原因、过程、危害、措施 困油现象产生的原因困油现象产生的原因 齿轮齿轮重迭系数重迭系数1 1，在两对轮齿同，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的封个与吸、压油腔均不相通的封闭容积，此封闭容积随齿轮转闭容积，此封闭容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变动其大小发生变化，

18、先由大变小，后由小变大。小，后由小变大。封闭容积由大变小时油液受挤封闭容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，压，导致压力冲击和油液发热，封闭容积由小变大时，会引起封闭容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。汽蚀和噪声。2022-3-20武汉理工大学机电学院22两槽间距两槽间距a a为最小封闭容积，而使封闭容积由大变为最小封闭容积，而使封闭容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通腔相通卸荷措施卸荷措施在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽开设卸荷槽的原则的原则2022-3-20武汉理工大学机电学院23内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵n工作原理工作原理 一对相互啮合的小一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。密闭容积减小，为压油腔。n特点特点n无困油现象无困油现象n流量脉动小，噪声低流量脉动小，噪声低