液压与气压传动项目二单元二课件

1、 主编项 目 二液压传动系统的工作原理及组成单元二 液压动力装置在液压传动系统中,液压动力装置的作用是将电动机(或其他原动机)输出的机械能转换为液体的压力能,从而为系统提供动力。液压泵是液压系统的主要动力装置,本单元学习几种典型的(齿轮式、叶片式和柱塞式)液压泵。任务一液压泵工作原理及选用由上述可知,液压泵正常工作的必备条件是:(1)应具有一个或若干个能周期性变化的密封容积 (2)应有配流装置(3)吸油过程中,油箱必须与大气相通。一、液压泵的工作原理及种类1.液压泵的工作原理及必备条件图2-12所示是液压泵的工作原理,液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的,因此称为容积式液压泵。它的工作过

2、程就是吸油和压油的过程。图 2-12液压泵的工作原理1偏心轮2柱塞3缸体4弹簧5、6单向阀2.液压泵的常用种类和图形符号液压泵的种类很多,目前最常见的有齿轮泵、叶片泵及柱塞泵等。按泵的输油方向能否改变,可分为单向泵和双向泵;按其输出的流量能否调节,可分为定量泵和变量泵;按额定压力的高低,又可分为低压泵、中压泵和高压泵等三类。液压泵的图形符号见附表1。二、液压泵的主要性能参数1.液压泵的压力(1)工作压力P是指液压泵工作时输出油液的实际压力,其大小由工作负载决定。(2)额定压力Pn 是指液压泵在使用中允许达到的最高工作压力,2.液压泵的排量和流量(1)排量V 是指液压泵每转一转理论上应排出油液的

3、体积。常用单位为cm3/r或mL/r。排量的大小取决于液压泵的密封腔的几何尺寸。(2)流量 是指液压泵在单位时间内排出油液的体积。例2-3 某液压泵铭牌上标有转速n=1450r/min,额定流量qn=60L/min,额定压力Pn=80105Pa,该泵的总效率=0.8,试求:(1) 该泵应选配的电动机功率;(2) 若该泵使用在特定的液压系统中,该系统要求泵的工作压力p=40105Pa,该泵应选配的电动机功率。三、齿轮泵齿轮泵是液压系统中常用的液压泵,按其结构不同分外啮合式和内啮合式两大类,其中外啮合式齿轮泵应用较为广泛,下面重点介绍。1.外啮合式齿轮泵的工作原理图2-13a所示为外啮合式齿轮泵的

4、工作原理。图形符号如图2-13b所示。图2-13外啮合齿轮泵a)工作原理b)图形符号2.齿轮泵的结构CB-B型齿轮泵的结构如图2-14所示图2-14CB-B型齿轮泵的结构1滚针轴承2后端盖3键4主动齿轮5泵体6前端盖7螺钉8传动轴9泄油道10卸荷槽11圆柱销3.齿轮泵的困油现象齿轮泵要平稳工作,齿轮啮合的重合系数必须大于1,即前一对轮齿尚未脱离啮合时,后一对轮齿已经进入啮合,故在某一段时间内,应同时有两对轮齿啮合。此时,在这两对啮合的轮齿之间便形成了一个密闭的容积,称为困油区。如图2-15所示将会使齿轮泵引起振动和噪声,这就是齿轮泵的困油现象。图2-15齿轮泵的困油现象吸能力强(允许的吸油真空

5、度大),对油液污染不敏感,维护容易。但一些机件要承受不平衡径向力,磨损严重,泄漏大,使得工作压力的提高受到限制;此外,它的流量脉动大,因而压力脉动和噪声都较大。故外啮合齿轮泵主要用于低压或对噪声污染要求不高的场合。4.齿轮泵的特点及用途外啮合齿轮泵结构简单,尺寸小,重量轻,制造方便,价格低廉,工作可靠,自四、叶片泵叶片泵分双作用式和单作用式两大类,前者是定量泵,后者是变量泵。1.定量叶片泵的工作原理(1)双作用叶片泵 图2-17所示为双作用叶片泵的工作原理图2-17双作用叶片泵工作原理1定子2转子3叶片4配油盘5轴6泵体图2-18双联叶片泵a)工作原理b)图形符号(2)双联叶片泵 双联叶片泵相

6、当于由一大一小两个双作用叶片泵组合而成,其工作原理如图2-18a所示图形符号如图2-18b所示图2-19单作用式叶片泵工作原理1转子2定子3叶片4配油盘5泵体2.变量叶片泵的工作原理(1)单作用叶片泵 如图2-19所示,2.变量叶片泵的工作原理(1)单作用叶片泵如图2-19所示, 转子、定子、叶片和配油盘之间形成的密封容积只变化一次,完成一次吸油和压油,因此称为单作用式叶片泵。(2)限压式变量叶片泵 限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的,它有外反馈和内反馈两种形式。下面主要介绍外反馈限压式变量叶片泵。图2-20所示为外反馈限压式变量叶片泵的工作原理,如图2-21所示为泵的流量力

7、特性曲线。3.叶片泵的特点及用途与其他泵相比,叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声小等优点,但结构比较复杂、自吸能力差、对油液污染比较敏感。叶片泵广泛应用于机床的液压系统中和部分工程机械中。五、柱塞泵柱塞泵按柱塞排列方向不同,分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。由于径向柱塞泵径向尺寸大,结构复杂,自吸能力差,且受较大的径向不平衡力,易磨损,因而限制了压力和转速的提高,目前应用较少。这里着重介绍轴向柱塞泵。1.轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的柱塞平行于缸体中心线,其工作原理如图2-23所示。它主要由缸体7、配油盘10、柱塞5和斜盘1等构成。斜盘1和配油盘10固定不动,斜盘法线与缸体轴线有交角。缸体7

8、由轴9带动旋转,缸体上均布若干个轴向柱塞孔,孔内装有柱塞5,内套筒4在弹簧6的作用下,通过压板3而使柱塞头部的滑履2紧靠在斜盘1上,同时外套筒8在弹簧6的作用下,使缸体7与配油盘10紧密接触,起到密封作用。在配油盘10上开有两个腰形通孔,为吸、压油窗口。当传动轴带动缸体7按图示方向旋转时,在右半周内,柱塞5逐渐向外伸出,柱塞5与缸体7孔内的密封容积逐渐增大,形成局部真空,通过配油盘10的吸油窗口吸油;缸体7在左半周旋转时,柱塞5在斜盘1斜面作用下,逐渐被压入柱塞孔内,密封容积逐渐减小,通过配油盘10的压油窗口压油;缸体7每转一转,每个柱塞往复运动一次,吸、压油各一次。若改变斜盘1倾角的大小,就

9、能改变柱塞5的行程长度s,也就改变了泵的排量。如果改变斜盘1倾角的方向,就能改变吸、压油的方向,所以称为双向变量轴向柱塞泵。 图2-23轴向柱塞泵工作原理1斜盘2滑履3压板4、8套筒5柱塞6弹簧7缸体9轴10配油盘2. 柱塞泵的特点及用途柱塞泵是靠柱塞在缸体内作往复运动,使密封容积发生变化而吸油和压油的。由于构成密封容积的柱塞和缸体均为圆柱表面,加工方便,可得到较高的配合精度,故密封性能好,容积效率高;同时,柱塞在工作时处于受压状态,能充分发挥材料的强度性能;另外,只要改变柱塞的工作行程就能改变流量,因此,与齿轮泵和叶片泵相比,柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便等优点,故广泛应用

10、于需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合,如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械及船舶等。六、液压泵的选用在液压系统中,应根据液压设备的工作压力、流量、工作性能、工作环境等合理选用泵的类型和规格。同时,应考虑功率的合理利用、系统的发热及经济性等问题。任务二液压泵性能实验一、实验目的1.了解液压泵的主要性能。2.学会液压泵的测试方法,从而了解容积效率、总效率,输入功率与负载之间的关系。二、实验内容液压泵的主要性能包括额定压力、额定流量、容积效率、总效率、压力振摆值、噪声、寿命、温升和振动等项。其中前三项为主要性能,即主要测试项目。1.液压泵的流量-压力特性(q-p特性曲线

11、)。2.液压泵的容积效率-压力特性(v-p特性曲线)。3.液压泵的总效率-压力特性(-p特性曲线)。4.液压泵的输入效率-压力特性(Pi-p特性曲线)。三、实验装置液压泵性能实验液压系统原理图如图2-24所示。图2-24液压系统原理1过滤器2叶片泵3节流阀4安全阀5电磁换向阀6涡轮流量传感器7、8压力计9压力计开关10加热器11温度计12异步电动机13三相瓦特表四、实验方法1. q-p特性曲线测试测定液压泵在不同工作压力下的实际流量,画出流量-压力特性曲线q=f(p)。1)空载(零压)流量。在实际生产中,泵的理论流量qt并不是按液压泵设计时的几何参数和运动参数计算,通常在额定转速下是以空载时的

12、流量代替理论流量。但实验中p=0不易实现,本实验是将节流阀完全打开时的p值做为压力起点。此时因管路、节流阀、换向阀及涡轮流量计等所造成的压力损失为MPa,与此相应的流量值作为空载流量。2)额定流量。额定流量是指泵在额定压力和额定转速下测出的流量值。本实验由节流阀3进行加载。3)不同工作压力下的实际流量。不同的工作压力由节流阀调定,然后再读出相应压力下的流量。2. v-p特性曲线测试3. Pi-p特性曲线测试液压泵的输入量是转矩T和转速n,输出量是油液的压力p和流量q。显然随着工作压力p的升高,液压泵的输出功率加大,因此其输入功率Pi也必需加大。4. -p特性曲线测试液压泵的输出功率Po五、实验

13、步骤1.将节流阀3和安全阀4全部打开,起动液压泵电动机,再将加热旋钮转到加热位置,待油温升到505时,实验方可开始。2.关闭节流阀3,慢慢关小溢流阀,将压力p调整至7MPa,然后锁紧背母。3.全部打开节流阀3,使被测试液压泵的压力为最小,测出此时的流量,即为空载流量。再逐渐关小节流阀,使泵的压力依次为2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6.3MPa。分别测出流量q、转矩T和转速n或电动机的输入功率Pi。注意:节流阀每次调节后,须运转1min后,再测有关数据,上述各项参数的测试数据需在每测试点上重复测两次。4.测试完毕后,须将节流阀逐渐开大,使液压泵的压力下降到最小后,方可按下液压泵的停止按

14、钮,以防打断表针,最后再关上压力计开关。液压泵性能实验报告任务一液压缸工作原理及选用单元三 液压执行元件一、液压缸的类型及特点液压缸按结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式三类;按其作用方式的不同,可分为单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸液压力只能使活塞(或柱塞)单方向运动,反方向运动必须靠外力(如弹簧力或自重等)实现;双作用式液压缸可由液压力实现两个方向的运动。1.活塞式液压缸(1)双杆活塞式液压缸如图2-25所示为双杆活塞式液压缸,被活塞隔开的液压缸两腔中都有活塞杆伸出,且两活塞杆直径相等。当输入两腔的液压油流量相等时,活塞的往复运动速度和推力相等。因此,这种缸常用于要求往复运动速度和负

15、载相同的场合,如各种磨床等。图2-25双杆活塞式液压缸a)缸体固定式液压缸b)活塞杆固定式液压缸c)图形符号图2-26单杆活塞式液压缸a)工作原理b)图形符号1活塞2缸体3活塞杆4工作台1)单杆活塞式液压缸的特点,由于仅一侧有活塞杆,所以两腔的有效工作面积不同,当分别向缸两腔供油,且供油压力和流量相同时,活塞(或缸体)在两个方向产生的推力和运动速度不相等。当无杆腔进油,有杆腔回油时,如图2-27a所示,活塞推力F1和运动速度v1分别为图2-27单杆活塞式液压缸2)液压缸差动连接,如图2-27c所示,单杆活塞式液压缸在其左、右两腔互相接通并同时输入压力油时,称为差动连接。此时缸两腔的压力相同,由

16、于无杆腔工作面积大于有杆腔工作面积,故活塞向右的推力大于向左的推力,使其向右移动。同时使右腔排出的流量q也进入左腔,加大了流进左腔的流量(q+q),从而也就加快了活塞的移动速度。这时活塞的推力F3和运动速度v3分别为图2-28差动连接液压缸2.其他液压缸(1)柱塞式液压缸简称柱塞缸,如图2-29a所示,其主要特点是柱塞与缸体内壁不接触,所以缸体内孔只需粗加工甚至不加工,故工艺性好,适用于较长行程液压缸,如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等设备的液压系统。柱塞端面受压,为了能输出较大的推力,柱塞一般较粗、较重。水平安装时易产生单边磨损,故柱塞缸适于垂直安装使用。当其水平安装时,为防止柱塞因自重而下垂

17、,常制成空心柱塞并设置各种不同的辅助支承。柱塞缸是单作用液压缸,即靠液压力只能实现一个方向的运动,回程要靠自重(垂直安装时)或其他外力(如弹簧力)来实现。为了得到双向运动,柱塞缸常成对使用,如图2-29c所示,图形符号如图2-29b所示。图2-29柱塞式液压缸a)结构b)图形符号c)成对使用的柱塞缸图2-30摆动式液压缸a)单叶片式b)双叶片式c)图形符号1叶片轴2缸体3定子块4回转叶片图2-31增压式液压缸a)单作用增压缸b)双作用增压缸图2-32齿条式液压缸1双活塞缸2齿轮齿条传动机构图2-33想一想(1)图图2-34想一想(2)、(3)图二、液压缸的典型结构和组成1.液压缸的典型结构举例

18、图2-35所示为双作用单杆活塞式液压缸,它主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等构成。缸筒一端与缸体焊接在一起,另一端与缸盖采用螺纹联接,活塞与活塞杆采用半环连接。为了保证液压缸的可靠密封,在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。 图2-35双作用单杆活塞式液压缸1缸底2半环3、5、9、11密封圈4活塞6缸筒7活塞杆8导向套10缸盖12防尘圈13耳轴2.液压缸的组成从上述液压缸典型结构中可以看到,液压缸的结构基本上可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五个部分。图2-36缸体组件连接形式a)法兰式b)卡环式c)外螺纹式d)内螺纹式e)拉杆式

19、f)焊接式1)法兰式连接结构简单、加工方便、连接可靠、易装卸,但重量和外形尺寸较大,缸筒端部一般用铸造、墩粗或焊接法兰盘,用螺钉与端盖紧固。它是常用的一种连接形式。2)卡环式连接分内卡环式和外卡环式两种。卡环式连接工艺性好、连接可靠、结构紧凑、外形尺寸小、重量较轻、易装卸,但缸筒开槽后削弱了缸壁强度,需加厚缸筒,常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。3)螺纹式连接有外螺纹式和内螺纹式两种。其特点是体积小、重量轻,结构紧凑,但缸筒端部结构复杂,装卸时需用专门工具。一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。4)拉杆式连接是前、后端盖装在缸筒两头,用四根拉杆(螺栓)将其紧固。其特点是结构简单、工艺性好、零件

20、通用性好,但径向尺寸和重量较大,拉杆受力后变长,影响密封效果,只适用于长度短的中、低压液压缸。5)焊接式连接的结构简单、尺寸小,但缸筒焊接易产生变形,缸底内径不易加工。焊接连接只能用于缸筒的一端,另一端必须采用其他结构。(2)活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等构成。活塞在缸筒内受油压作用实现往复直线运动,必须具有良好的耐磨性和一定的强度,一般用耐磨铸铁制造,有整体式和组合式两种。活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件,必须有足够的强度和刚度,通常都用钢料制造。其外圆表面应耐磨并有防锈能力,活塞杆外圆表面有时需镀铬。活塞杆头部有耳环式、球头式和螺纹式等几种。图2-37活塞与活塞杆连接形式a)

21、整体式b)焊接式c)锥销式d)螺纹式e)卡环式图2-38液压缸的缓冲装置a)圆环状间隙式b)可调节流式c)可变节流槽式1节流阀2单向阀1)圆环状间隙式(固定节流式)缓冲装置,当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔后,活塞和缸盖间形成缓冲油腔,油腔中的油液只能从环形间隙排出(回油),产生缓冲压力,从而实现减速制动,如图2-38a所示,在缓冲过程中,由于通流截面面积不变,因此随着活塞运动速度的降低,其缓冲作用逐渐减弱,缓冲效果较差(若采用圆锥形缓冲柱塞,可克服此缺点),因其结构简单、便于制造,故广泛应用于成品液压缸。2)可调节流式缓冲装置,当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔后,油腔内的油液必须经过节流阀1才能排出,调

22、节节流阀口的开度大小可控制缓冲压力的大小,以适应液压缸不同负载和速度工况对缓冲的要求,但仍不能解决速度降低后缓冲作用减弱的缺点,如图2-38b所示。单向阀2用于反向启动。3)可变节流槽式缓冲装置,在缓冲柱塞上开有由浅入深的三角节流槽,其通流截面面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小,缓冲压力变化平缓,克服了在行程最后阶段缓冲作用减弱的问题,如图2-38c所示。(5)排气装置液压系统混入空气后会使其工作不稳定,产生振动、噪声,爬行和起动时突然前冲等现象,严重时会使液压系统不能正常工作。为此,液压缸需设排气装置。图2-39液压缸的排气装置任务二液压马达工作原理及选用液压马达的作用是将液体的压力能转化为连

23、续回转的机械能。一 、叶片式液压马达1.工作原理图2-40a所示为叶片式液压马达的工作原理。当压力油进入压油腔后,在叶片1、3(或5、7)上,一面作用有压力油,另一面则为低压回油。由于叶片1、5受力面积大于叶片3、7,所以液体作用于叶片1、5上的作用力大于作用于叶片3、7上的作用力,从而由叶片受力差构成的力矩推动转子和叶片作顺时方向旋转。其图形符号如图2-40b所示。图2-40叶片式液压马达a)工作原理b)图形符号1、2、3、4、5、6、7、8叶片2.结构特点及应用与叶片泵相比,叶片式液压马达在结构上的一个主要特点是叶片除靠压力油作用外,还要靠弹簧的作用力使叶片压紧在定子内表面上,因为在起动时

24、,如果叶片未贴紧定子内表面,进油腔和排油腔相通,就不能形成油压,也不能输出转矩。因此,在叶片根部应设置预紧弹簧。另外,叶片在转子中是径向放置的,因为马达要求正反转。此外,为了使叶片的底部始终都通压力油,不受液压马达回转方向的影响,在吸、压油腔通入叶片根部的通路上应设置单向阀(图2-40中未示出)。二、轴向柱塞式液压马达图2-41所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘1和配油盘4固定不动,缸体3及其上的柱塞2可绕缸体的水平轴线旋转。当压力油经配油盘通入缸孔、进入柱塞底部时,柱塞受油压作用而向外紧紧压在斜盘上,这时斜盘对柱塞产生一反作用力F。由于斜盘有一倾斜角,所以F可分解为两个分力:一个是轴向

25、分力Fx,平行于柱塞轴线,并与作用在柱塞上的液压力平衡;另一个分力Fy垂直于柱塞轴线。分力Fy对缸体轴线产生力矩,带动缸体旋转。缸体再通过主轴(图2-41中未标明)向外输出转矩和转速。图2-41轴向柱塞液压马达工作原理1斜盘2柱塞3缸体4配油盘三、液压马达的主要性能参数从液压马达的功用来看,其主要性能参数为转速nM、转矩TM和效率M。1.转速nM和容积效率MV在没有泄漏的情况下,马达每旋转一周所需要输入的液体的体积,称为马达的排量。若液压马达的排量为VM,以转速nM旋转时,马达达到要求转速需要的流量为qtM=VMnM(理论流量),即真正转换成输出转速所需的流量。但由于液压马达存在泄漏,故实际所

26、需流量应大于理论流量。设液压马达的泄漏量为q,则实际供给液压马达的流量应为2.转矩TM和机械效率Mm因液压马达存在机械摩擦,使得液压马达输出的实际转矩TM小于理论转矩TtM,设由摩擦造成的转矩损失为TM,则TM=TtM-TM,液压马达的机械效率为实际转矩与理论转矩之比,即3.液压马达的总效率M液压马达的总效率为液压马达的输出功率PM和输入功率PiM之比,即活动液压缸和液压马达拆装实训1.实训目的(1)通过对液压缸和液压马达的拆装,分析、了解其结构、组成和特点。2.实训要求(1)实训前要认真复习有关液压缸和液压马达的工作原理及特性。3.实训内容(1)液压缸的拆装。4.实训方法本实训采用教师重点讲

27、解,学生自己动手拆装为主的方法。学生以小组为单位边拆装、边讨论分析结构原理及特点。为了便于思考,针对各液压缸和液压马达的结构提出以下思考题:1)液压缸由哪些部分组成?2)活塞与缸体、端盖与缸体、活塞杆与端盖间的密封形式有哪些?3)液压缸中各类零件的材料及缸体的结构特点是什么?(2)轴向柱塞马达1)为什么其柱塞可以做得短些?2)缸体受颠覆力矩作用吗?为什么?缸体在轴上的安装为什么必须要有好的自位性?3)缸体与配油盘表面之间的磨损是均匀的吗?磨损后可以自动补偿吗?4)鼓轮里的三个弹簧起什么作用?5)此马达可当泵使用吗?此时有无自吸能力吗?(3)叶片马达1)叶片为什么是径向安装的?2)马达既可正转又

28、可反转,是采用什么方法使各叶片根部总是通压力油的?3)燕式弹簧起什么作用?它为什么同时作用在互成90的两个叶片上?4)液压马达和液压泵都是一种能量转换装置,但是它们的功能有何不同?从原理上讲它们是可逆的,但并不是所有的泵都能当马达使用。它们的结构有何不同?思考题和习题1. 填空(1)液压系统中的工作压力决定于;液压缸的运动速度决定于。2.选择(1)当液压缸的有效工作面积一定时,活塞的运动速度只决定于。A系统的流量B系统的压力C进入液压缸的流量(2)液压缸的有效面积为5105mm2,工作压力为2.5MPa,则液压缸产生的推力为。A12.5105N B1.25105N C12.5N(3)液压缸的有效工作面积为50cm2,要使活塞移动速度达到5m/min时,输入缸的流量为L/min。A25 B250 C2.53. 什么叫液压执行元件?有哪些类型?用途如何?4. 液压缸有哪些类型?各有什么特点?适用于什么场合?5. 双出杆活