第3章 液压能源元件

1、 第第3 3章章 液压能源元件液压能源元件3.1 液压泵的基本工作原理与类型液压泵的基本工作原理与类型3.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数3.3 齿轮泵齿轮泵3.4 叶片泵叶片泵3.5 柱塞泵柱塞泵3.6 各类液压泵的性能比较及选择各类液压泵的性能比较及选择3.1 液压泵的基本工作原理与类型液压泵的基本工作原理与类型3.1.1 3.1.1 液压泵的工作原理液压泵的工作原理 液压泵：是液压系统中的能量转换装置液压泵：是液压系统中的能量转换装置,将机械能转换为液体的压力能。将机械能转换为液体的压力能。特点：这种利用密封工作容积的变化进行吸油和压油的泵称特点：这种利用密封工作容积的变化进

2、行吸油和压油的泵称为容积式泵，液压泵都是容积式的。为容积式泵，液压泵都是容积式的。 1.有定子、转子、挤子，泵的结构不同有不同的形式；有定子、转子、挤子，泵的结构不同有不同的形式；2.有一个或若干个周期变化的密封工作腔；有一个或若干个周期变化的密封工作腔；3.须有相应的配油机构，如图须有相应的配油机构，如图3-1中的单向阀中的单向阀6和和5；4.要保持油箱上的通气孔始终畅通，使油箱内为大气压力。要保持油箱上的通气孔始终畅通，使油箱内为大气压力。 从液压泵的工作原理可知其正常工作应具备以下条件从液压泵的工作原理可知其正常工作应具备以下条件:按单位时间内输出油液体积能否调节分：定量泵、变量泵按单位

3、时间内输出油液体积能否调节分：定量泵、变量泵两类。两类。按其结构型式分：齿轮式、叶片式和柱塞式按其结构型式分：齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。三大类。按输油方向分：单向泵、双向泵按输油方向分：单向泵、双向泵两类。两类。按使用压力按使用压力：低压、中压、中高压、高压。低压、中压、中高压、高压。3.1.2 3.1.2 液压泵分类及图形符号液压泵分类及图形符号(1) (1) 液压泵分类液压泵分类(2) (2) 液压泵图形符号液压泵图形符号 3.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 工作压力：工作压力：液压泵实际工作时的出口压力。液压泵实际工作时的出口压力。 是液压泵克服负载阻力所建立起来的压力

4、。是液压泵克服负载阻力所建立起来的压力。 额定压力：额定压力：液压泵可连续工作的最高压力，它反映了泵的能液压泵可连续工作的最高压力，它反映了泵的能力。力。 一般铭牌上标定额定压力。一般铭牌上标定额定压力。 最大压力：最大压力：按试验标准规定，液压泵在短暂过载时所允许的按试验标准规定，液压泵在短暂过载时所允许的最高压力。最高压力。（1 1） 压力压力 p p 排量：排量：在无泄漏的情况下，泵轴转动一转所排出的液体体在无泄漏的情况下，泵轴转动一转所排出的液体体积。它的大小取决于于泵的几何尺寸，故又称几何排量。积。它的大小取决于于泵的几何尺寸，故又称几何排量。 流量：流量：是指泵在单位时间内排出的液

5、体的体积是指泵在单位时间内排出的液体的体积。 1 1）理论流量）理论流量qt t 为泵的排量为泵的排量V V和转速和转速n n的乘积的乘积 (m3/s) 式中式中 V 液压泵的排量液压泵的排量 (m3/r) n液压泵转速液压泵转速 (r/s) （2 2）排量、流量和容积效率）排量、流量和容积效率nVqt 式中式中 泵的泄漏流量（内泄漏和外泄漏）泵的泄漏流量（内泄漏和外泄漏） 3) 3) 额定流量额定流量：指泵在：指泵在额定转速额定转速和和额定压力额定压力下的输出流下的输出流量量 pkVnqqqllt2) 2) 实际流量实际流量：液压泵实际输出的流量液压泵实际输出的流量sm3lq（3 3）功率和

6、效率）功率和效率1)1)功率功率ttpqP 泵的理论输出功率为泵的理论输出功率为: :泵的输入功率为泵的输入功率为: :ttinTTP2如不计各种损失，则：如不计各种损失，则：ttttnTTpVnpqP2实际液压泵和液压马达在能量转换过程中是有实际液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失，输出功率小于输入功率。损失，输出功率小于输入功率。 功率损失功率损失=容积损失容积损失+机械损失机械损失容积损失容积损失 是因泄漏是因泄漏 、气穴和油液被压缩等造、气穴和油液被压缩等造成的流量损失。成的流量损失。 机械损失机械损失 是指因摩擦而造成的转矩上的损失。是指因摩擦而造成的转矩上的损失。 功率损失的大

7、小用效率功率损失的大小用效率表示表示l 容积效率容积效率v v 液压泵的实际流量和理论流量之比称为液压泵的实际流量和理论流量之比称为容积效率容积效率VnpkqqqqqqqltltlttV112) 2) 效率效率l 机械效率机械效率m m 液压泵的理论转矩和实际输入转矩之比液压泵的理论转矩和实际输入转矩之比称为机械效率称为机械效率TTtml总效率总效率 泵的总效率应为泵的输出功率与驱动泵的输泵的总效率应为泵的输出功率与驱动泵的输入功率之比入功率之比mvinTpqPP20mv泵的总功率随负载压力泵的总功率随负载压力p变化曲线如图变化曲线如图TtTqvmqlTl液压泵的特性曲线液压马达的特性曲线pp

8、T，q，T，q，TtTqtqtqvm qT齿轮泵的分类齿轮泵的分类内啮合内啮合外啮合外啮合3.3 3.3 齿轮泵齿轮泵 组成组成: : 前、后泵盖，前、后泵盖，泵体，一对齿数、泵体，一对齿数、 模数、齿形完全相同模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮的渐开线外啮合齿轮。3.3.1 3.3.1 外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理齿轮泵的工作原理齿轮泵的工作原理 压油外啮合齿轮泵3.3.2 3.3.2 齿轮泵的排量和流量齿轮泵的排量和流量(1) (1) 排量排量 两个齿轮的齿间槽容积之和。近似地认为齿间两个齿轮的齿间槽容积之和。近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积，则槽的容积等于轮齿的体积

9、，则: (m3/r) 式中式中 D节圆直径（节圆直径（m） h齿高（齿高（m） b齿宽（齿宽（m） z齿数齿数 m齿轮模数齿轮模数bZmbZmDhbV2266. 62(2) (2) 流量流量 齿轮泵实际流量齿轮泵实际流量q为为 式中式中 n 齿轮泵的转速（齿轮泵的转速（r/s） V齿轮泵的容积效率齿轮泵的容积效率VVbnzmVnq266. 6a) a) 困油现象产生原因引起的危害困油现象产生原因引起的危害 为保证齿轮连续平稳啮合，又能使吸压油区隔开，为保证齿轮连续平稳啮合，又能使吸压油区隔开，需要两对轮齿同时进入啮合，那么两对轮齿间就形成需要两对轮齿同时进入啮合，那么两对轮齿间就形成了一个封闭

10、容积了一个封闭容积1 1）困油现象）困油现象(3) (3) 结构中的几个问题结构中的几个问题容积缩小容积缩小 p p 高压油从缝隙强行挤出高压油从缝隙强行挤出: :轴和轴承承受冲击载荷、产轴和轴承承受冲击载荷、产生振动、增加无功损耗、油液发热生振动、增加无功损耗、油液发热容积增大容积增大 p p 形成局部真空形成局部真空: :产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等b) b) 消除困油的方法消除困油的方法 方法：方法：在在泵盖上开卸荷槽泵盖上开卸荷槽 原则：原则：密封容积减小，使之密封容积减小，使之通压油口通压油口 密封容积增大，使之密封容积增大，使之通吸油口通吸油口2

11、 2）泄漏）泄漏 外啮合齿轮泵中有三个产生泄漏部位：外啮合齿轮泵中有三个产生泄漏部位： a) 轴向间隙轴向间隙:齿轮端面与端盖之间齿轮端面与端盖之间 b) b) 径向径向间隙间隙:齿轮外圆与泵体配合处齿轮外圆与泵体配合处 c) c) 啮合处啮合处: :通过两个齿轮的啮合处通过两个齿轮的啮合处其中，其中，轴向间隙泄漏最严重轴向间隙泄漏最严重3 3）径向不平衡力）径向不平衡力 液压作用力不平衡液压作用力不平衡 a)a)产生的原因：产生的原因： 压力分布规律：压力分布规律：从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿降低，齿降低，pp，径向不平衡力增大，齿轮和轴承受，径向不

12、平衡力增大，齿轮和轴承受到很大的冲击载荷。到很大的冲击载荷。b)b)危害：危害： 产生振动、噪声；加速轴承磨损；严重时轴变形，齿产生振动、噪声；加速轴承磨损；严重时轴变形，齿顶磨泵体顶磨泵体. .c)c)减小径向不平衡力措施减小径向不平衡力措施： 增大吸油口，减小压油口增大吸油口，减小压油口 开压力平衡槽开压力平衡槽4 4）提高外啮合齿轮泵压力的措施）提高外啮合齿轮泵压力的措施问题：问题：齿轮泵存在间隙，齿轮泵存在间隙， p p 泄漏泄漏 v v 径向不平衡力径向不平衡力p p， p p 径向力径向力 因此因此, ,齿轮泵为低压泵齿轮泵为低压泵提高齿轮泵压力的方法：提高齿轮泵压力的方法： 泄漏

13、是齿轮泵压力和容积效率低的根本因素泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因素采用浮动轴套补偿：采用浮动轴套补偿：将压力油引入轴套背面，将压力油引入轴套背面， 使轴套紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。使轴套紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。优点：优点： 结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、使用结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、使用维护方便维护方便 自吸性能好自吸性能好 对油液污染不敏感对油液污染不敏感缺点：缺点： 流量和压力的脉动较大，噪音大流量和压力的脉动较大，噪音大 排量不可改变，效率较低排量不可改变，效率较低 压力低（泄漏、径向不平衡力）压力低（泄漏、径向不平衡力） (4)

14、(4) 性能特点性能特点 (1)(1)组成：组成：定子、转子、叶片、可变的密闭工作腔、配油盘等定子、转子、叶片、可变的密闭工作腔、配油盘等3.4.1 3.4.1 单作用叶片泵工作原理单作用叶片泵工作原理 (2)(2)原理：原理： 动画演示动画演示3.4 3.4 叶片泵叶片泵(3) (3) 流量计算流量计算VVDeBnVnq2式中式中 D D 定子内表面直径定子内表面直径 e e 偏心距偏心距 B B 叶片宽度叶片宽度 n n 泵的转速泵的转速 V V 泵的容积效率泵的容积效率(4) (4) 单作用叶片泵的特点单作用叶片泵的特点1 1）转子转一转，吸压油各一次，称单作用式；）转子转一转，吸压油各

15、一次，称单作用式； 2 2）有径向力不平衡，称非卸荷式；）有径向力不平衡，称非卸荷式；3 3）有流量脉动，叶片应取奇数，一般）有流量脉动，叶片应取奇数，一般13151315。3.4.2 3.4.2 双作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵工作原理组成组成(1)(1)工作原理工作原理动画演示动画演示(2)(2)流量计算流量计算VvnZrRrRbVnqcos)()(2式中式中 叶片厚度叶片厚度 叶片相对于转子径向倾角叶片相对于转子径向倾角R 定子内表面长圆弧半径定子内表面长圆弧半径 r 定子内表面短圆弧半径定子内表面短圆弧半径(3)(3)双作用叶片泵特点双作用叶片泵特点1 1）转子转一转，吸、压油各两

16、次。）转子转一转，吸、压油各两次。 故称双作用式故称双作用式2 2）吸、压油口对称，径向力平衡。）吸、压油口对称，径向力平衡。 故称卸荷式故称卸荷式u结构特点：结构特点： 在单作用式叶片泵的基础上加一套变量机构在单作用式叶片泵的基础上加一套变量机构u变量原理：变量原理： 改变偏心距的大小和方向来改变排量改变偏心距的大小和方向来改变排量3.4.3 3.4.3 变量叶片泵变量叶片泵u类型：类型： 根据改变偏心的形式不同：手动式、限压式、稳流量式。根据改变偏心的形式不同：手动式、限压式、稳流量式。本节介绍限压式变量叶片泵本节介绍限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种。限压式变量叶片泵有

17、内反馈和外反馈两种。(1) (1) 外反馈限压式变量叶片泵组成：外反馈限压式变量叶片泵组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸动画演示动画演示Fs12345A6FfFfo1oxee0p q当当pA kpA kpA ks sx x0 0时，定子右移，时，定子右移， e e ，qq (2) (2) 外反馈限压式变量叶片泵工作原理：外反馈限压式变量叶片泵工作原理：Opqpbpmaxq t泄漏量(3) (3) 限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的特性曲线当当p pp pb b时，时，pA kpA pp pb b时，时，pA =

18、kpA = ks s（x x0 0+x+x） 变量泵变量泵(4) (4) 限压式变量叶片泵的调节过程限压式变量叶片泵的调节过程 调节螺钉调节螺钉6 6，可改变，可改变q qmaxmax，使，使ABAB段上下平移段上下平移 调节弹簧预压缩量，可改变调节弹簧预压缩量，可改变p pB B ，使，使BCBC段左右平移段左右平移 更换弹簧，可改变弹簧刚度，使更换弹簧，可改变弹簧刚度，使BCBC段段斜率变化斜率变化 k k大，曲线平缓；大，曲线平缓； k k小，曲线较陡小，曲线较陡Fs12345A6FfFfo1oxee0p q讨论：讨论：OpqpbpmaxBACD欲使特性曲线的拐点从欲使特性曲线的拐点从B

19、 B调到调到D D点点, ,应如何调整应如何调整? ?(5) (5) 限压式变量叶片泵的特点：限压式变量叶片泵的特点：优点：优点： 减小了减小了P P，减少了发热，简化了液压系统。，减少了发热，简化了液压系统。缺点：缺点： 泵的结构复杂泵的结构复杂 3.5 3.5 柱塞泵柱塞泵 特点特点: :压力高、容积效率高、流量容易调节压力高、容积效率高、流量容易调节 适用范围适用范围: :高压大功率的液压系统高压大功率的液压系统 分类分类: :轴向柱塞式和径向柱塞式轴向柱塞式和径向柱塞式3.5.1 3.5.1 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 (1) (1) 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 12345-

20、图图3-14轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 缸体每旋转一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次缸体每旋转一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和排油过程吸油和排油过程动画演示动画演示(2) (2) 轴向柱塞泵的结构轴向柱塞泵的结构 式中式中 zz柱塞数柱塞数; ; d d柱塞直径柱塞直径; ; h h柱塞行程；柱塞行程； DD柱塞中心分布圆直径柱塞中心分布圆直径; ; r r斜盘倾角。斜盘倾角。实际流量实际流量 ZDtgdhZdV224141vvnZDtgdVnq241（3 3）流量计算）流量计算 斜盘式轴向柱塞泵的排量斜盘式轴向柱塞泵的排量V（4 4）轴向柱塞泵的变量）轴向柱塞泵的变量 轴向柱塞式液压泵只要改变斜盘（缸体）的斜角轴向柱塞式液压泵只要改变斜盘（缸体）的斜角就就可以实现变量，其变量方式可以实现变量，其变量方式也较多：也较多： 1) 手动变量手动变量 2) 液控变量液控变量 3) 压力补偿式变量压力补偿式变量3.5.2 3.5.2 径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的工作原理图图3-18 径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理的工作原理动画演示动画演示项目项目齿