（中职）液压与气压传动第2章教学课件

1、YCF正版可修改PPT（中职）液压与气压传动第2章教学课件 第2章液压传动能源元件2.1液压泵概述2.2齿轮式液压泵2.3叶片式液压泵2.4柱塞式液压泵2.5液压能源元件的选用2.1液压泵概述2.1.1液压泵工作原理 液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。 液压泵正常工作必备的条件是: .应具有密封容积，密封容积的大小能交替变化; .应有配流装置，配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路，压油时与供油管路相通而与油箱切断，配流装置的形式随着泵的结构差异而不同; .吸油过程中，油箱必须和大

2、气相通。下一页返回2.1液压泵概述2.1.2液压泵的分类和图形符号按流量是否可调节可分为:变量泵和定量泵。输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。 按液压系统中常用的泵结构分为:齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3种。 常用液压泵图形符号见表2-1。上一页返回下一页2.1液压泵概述2.1.3液压泵的性能参数1.压力 (1)工作压力Pp泵在工作时输出油液的实际压力，其大小由工作负载决定。单位N/m2 , Pa或M Pa 。(2)额定压力Pn泵在正常工作条件下，连续运转时所允许的最高压力。液压泵的额定压力受泵本身的泄漏和结构强度所制约，它反映了泵的能力，一般泵铭牌上所标的也是额定压力

3、。单位N/m2 , Pa或M Pa 。(3)最大压力Pmax二泵的最高压力可以看作泵的能力极限，它比额定压力稍高，一般不希望泵长期在最高压力下运行。单位N/m2,Pa或M Pa 。上一页返回下一页2.1液压泵概述2.流量 液压泵的流量有理论流量、实际流量和额定流量之分。 (1)理论流量qtp，在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出液体的体积，其大小为泵每转排出的液体体积量V(简称排量)和转速n的乘积，即 qtp =Vp nip (2-1)式中qtp泵的理论流量(m3/s) Vp泵的排量(m3/r) nip泵轴的转速(r/s ) 上一页返回下一页2.1液压泵概述(2)实际流量qp指泵在某一工作

4、压力下实际排出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵实际能提供的流量较理论流量小，单位为m3/s。 qp= qtp q1p =Vpnip K1 pp (2-2)式中K1泵的泄漏系数(m5/ ( Nm) Pp泵的实际工作压力(N/m2,Pa或MPa )。(3)额定流量qnp指泵在正常工作条件下，按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量，单位为m3/s。上一页返回下一页2.1液压泵概述3.液压泵的效率和功率 (1)容积效率 泵因泄漏而引起的流量损失，可用容积效率 表示，其大小为泵的实际流量和理论流量之比，即 (2-3)(2)机械效率 由机械运动副之间的摩擦而产生的转矩损失，可用机械效率 表

5、示。 由于驱动泵的实际转矩总是大于理论上需要的转矩，所以，机械效率为理论转矩(T理)与实际转矩(T实)之比，即 (2-4)上一页返回下一页2.1液压泵概述 (3)总效率 。泵的实际输出功率P出与驱动泵的输入功率P入之比，它也等于容积效率和机械效率之乘积，即 (2-5)(4)液压泵的输入功率Pip也就是驱动液压泵的电动机的功率，即 (2-6)式中。 液压泵轴转动角频率(S-1); Pip液压泵的输入转矩(Nm) nip液压泵轴的转速(r/s)。上一页返回下一页2.1液压泵概述(5)液压泵的输出功率Pop。液压泵的实际输出功率为泵的实际工作压力P和实际供油流量q的乘积，即 Pop =pp qp (

6、2-7) (6)液压泵的理论功率Ptp。液压泵的理论功率是指不考虑任何功率损失的计算功率，即 (2-8)上一页返回2.2齿轮式液压泵2.2.1外啮合齿轮泵1.工作原理 外啮合齿轮泵的工作原理和结构如图2-1所示。泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，

7、油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。返回下一页2.2齿轮式液压泵2.排量和流量计算(1)排量VP的计算假想将齿轮展开成如图2-2的齿条，计算各齿槽容积之和即为所求排量VP 。 (2-9)式中V-一任意工作腔容积(m3 ); A齿槽端面积(m2); b齿宽(m); z齿数; h齿高，h=2m(m); t齿距(m); m模数。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵考虑到简化的误差，以3. 33-3. 5代替 ，齿数少的取大值，通常按下式计算 Vp=6.66m2bz(2)理论流量qtp qtp =Vp nip =6.66m2bz nip (2-10)外啮合齿轮泵实际输出流量仍有一定的脉

8、动。流量脉动越大。流量脉动率用 表示。 (2-11)式中qmax,qmin分别为最大、最小的瞬时流量; q平均流量。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵3.外啮合齿轮泵结构特征 为了满足液压系统对不同流量的要求，外啮合齿轮泵结构上还有双联泵和多联泵可供选择。如图2-3所示。4.外啮合齿轮泵结构上的常见问题 (1)困油现象液压齿轮泵是由一对互相啮合的齿轮组成，通过齿轮在旋转时齿的啮合与分离形成容积的变化而吸油和压油。当齿轮啮合后，啮合的两齿间的液压油由于齿的封闭无法排出而形成困油现象。被困住的油会产生高压，对轴产生侧压力，容易使轴弯曲，轴承过早损坏，同时也消耗电机的功率。 解决的办法是在齿轮啮合处

9、的侧面向排油腔开一道卸油槽，使困于两齿间的油可以被排出以消除困油现象。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵 (2)径向力不平衡问题在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，径向不平衡力很大时，能使泵轴弯曲，导致齿顶压向定子的低压端，使定子偏磨，同时也加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。 为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时，适当增大径向间隙，使齿顶不与定子内表面产生金属接触，并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。上

10、一页返回下一页2.2齿轮式液压泵(3)泄漏问题及其解决措施齿轮泵工作压力难以提高的主要原因是泄漏途径多，而且不易通过密封措施解决。解决泄漏问题的措施是选用合适的间隙来控制。通常径向间隙控制在0. 13 - 0. 16 mm;轴向间隙控制在0. 03-0. 04 mm。高压级以上的齿轮泵还采用轴向压力补偿，或轴向、径向联合压力补偿措施控制间隙。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵2.2.2内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种。两种泵的最大特点是比外啮合齿轮泵体积小，质量小，结构紧凑，噪声小。缺点是内齿轮加工困难。 1.渐开线齿形内啮合齿轮泵 这种泵的两个齿轮作同向转动。外齿轮为主动轮

11、，内齿轮为从动轮，两齿轮偏心安装。未啮合的部分用月牙板隔开。当主动轮以图示方向转动时，左侧脱开啮合，容积增大，从A窗口吸油;右侧进入啮合，容积减小，从B窗口排油。渐开线内啮合齿轮泵结构上也有单泵和双联泵，工程应用也较多。 图2-4是渐开线齿形内啮合齿轮泵的原理图。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵2.摆线式转子泵工作原理 图2-5所示为摆线式转子泵的原理图。转子泵主要工作部件由内转子(外齿轮)1、外转子(内齿轮)2、壳体、泵盖、传动轴等组成。内转子比外转子少一个齿，两转子的回转中心有偏心距e。内转子与主动轴相连，是主动轮，外转子为从动轮。转子泵的工作腔是由内转子和外转子齿形轮廓面、壳体、盖组成

12、。吸、排油窗口A,B左右对称分布。当转子按图示方向旋转时，每个工作腔由正上方转到正下方时，脱开啮合，容积增大，从A窗口吸油。从正下方转到正上方时，进入啮合，容积减小，从B窗口排油。周而复始连续地在左侧吸油口吸油，在右侧排油口排油。上一页返回下一页2.2齿轮式液压泵2.2.3螺杆泵 螺杆泵有单螺杆式、双螺杆式、三螺杆式和五螺杆式等。其螺杆的螺旋线外廓又有不同形状之分。从螺杆横截面看去又像特殊齿形的齿轮啮合，所以也把螺杆泵列为齿轮泵类中。 螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。图2-6是三螺杆泵的结构图，图中1是泵体，2是主动杆，3是从动杆，4是轴承。螺杆泵有一对从动杆与主动杆啮合。当主动螺杆2转动

13、时，从动杆被啮合转动，充满螺杆与泵体间空腔的液体就像螺母一样，源源不断地从左端运行到右端排出。上一页返回2.3叶片式液压泵2.3.1单作用式叶片泵(1)在径向不平衡力作用下，轴及轴承磨损严重。故最高压力在16MPa以下。 (2)转子和定子偏心装配，偏心距为e。当e不可调时为定量泵，当e可以调节时即为变量泵。 (3)叶片径向力采用了压力平衡措施。叶片处在吸油区时，其根部与吸油区油液连通;叶片处在排油区时，其根部与排油区油液连通。结构上，随转子转动叶片根部与配油盘上的油槽相对应。这样，不论叶片处在哪个位置，其顶部和根部所受的液压力基本平衡。 (4)为了叶片顺利伸出，转子上的叶片槽均后倾24角开出。

14、返回下一页2.3叶片式液压泵2.3.2双作用式叶片泵随泵轴转一周，每个工作腔进行两次吸油和两次排油的泵称为双作用式叶片泵。 1.双作用式叶片泵工作原理 图2-8是双作用式叶片泵工作原理图。其主要工作部件是由转子1、叶片2、定子3、前后配油盘和泵体等组成。当电机带动转子沿转动时，叶片在离心力和叶片底部压力油的双重作用下向外伸出，其顶部紧贴在定子内表面上。处于四段同心圆弧上的四个叶片分别与转子外表面、定子内表面及两个配流盘组成四个密封工作油腔。上一页返回下一页2.3叶片式液压泵2.排量和流量计算(1)排量VPVp=2(V大-V小)z=2(A大-A小)Bz=2*1/2(R-re)2-(r-re)2

15、Bz=2 (R2-r2) (2-14)(2)理论流量qtp 式(2-15)中理论流量并未考虑叶片所占的容积。其实，叶片厚度 =1.8-4 mm。当考虑叶片所占容积时，qtp应为上一页返回下一页2.3叶片式液压泵2.3.3变量叶片泵1.内反馈限压式变量叶片泵 图2-9是内反馈限压式变量叶片泵工作原理图。 泵在工作时，其内部压力油作用在定子内表面上并产生一个合力F。 F将分解成垂直分力Fy和水平分力Fx。垂直分力Fy将由定子上方的滚针滑块抵消。水平分力Fx与调压弹簧力Fs=ksx0平衡。当外负载较小，Fx Fs时，定子克服弹簧力向右移动x，直到Fx = Fs达到新的平衡才停止移动。此时，Fx =

16、Fs=ks(xo+x)，输出流量自动减小到当外负载达到无限大，FxFs时，定子向右移动x = eo，直至Fx = Fs为止。此时，Fx -Fs =ks(xo +eo)，输出流量尽管外负载无穷大，由于输出流量为零，油液不再受到压缩，压力不会增到无穷大，这就是内反馈限压式变量泵的工作原理。上一页返回下一页2.3叶片式液压泵2.外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵主要工作部件与内反馈限压式变量叶片泵基本相同，只是在流量调节螺钉一侧增加了一个变量反馈控制缸，利用排油口压力油作用在变量活塞上产生的作用力，与调压弹簧相平衡而工作。如图2-10所示。限压式变量泵的输出流量是根据负载大小自动调节的。一

17、般工况下，执行元件以高压低速或低压高速运行，采用限压式变量泵能够很好地满足这种负载要求，从而比使用定量泵节能。原因是，若采用定量泵，在高压低速工况时，需要从溢流阀高压溢流掉大部分流量而浪费能量。图2-11 (a)是常见的一种外反馈限压式变量泵结构图。图2-11 (b)是配油盘，由锡青铜材料制成。上一页返回2.4柱塞式液压泵2.4.1斜盘式轴向柱塞泵 1.工作原理 图2-12所示为斜盘式轴向柱塞泵原理图。斜盘与传动轴倾斜Y角度，柱塞平行于传动轴，配油盘上有吸油窗口a和排油窗口b。当泵在原动机带动下工作时，柱塞一边随缸体作旋转运动，一边作伸缩运动。由于斜盘的作用，每个柱塞从最下端位置沿箭头方向转向

18、正上方时作伸出运动，柱塞根部的工作腔容积增大而吸油。继续从正上方转向正下方时，柱塞被压缩回去，工作腔容积减小而排油。返回下一页2.4柱塞式液压泵2.排量和流量计算(1)排量VP (2-17) (2)理论流量qtp (2-18)式中d工作柱塞直径(m); D工作柱塞在缸体上的分布圆直径(m); 斜盘与传动轴的夹角()。 轴向柱塞泵的输出流量也具有一定的脉动。经过计算和实践证明，具有奇数柱塞比具有偶数柱塞的泵脉动量小，通常柱塞数为:z=7-9。上一页返回下一页2.4柱塞式液压泵2.4.2斜轴式轴向柱塞泵 图2-13为斜轴式轴向柱塞泵原理图。由于泵轴和缸体轴线倾斜 角，故称为斜轴泵或斜缸泵，当 不可

19、调节时即为定量泵， 可调节时即为变量泵。斜轴式轴向柱塞泵的额定压力为16 MPa，在工程机械液压系统中应用较为普遍。上一页返回下一页2.4柱塞式液压泵2.4.3径向柱塞泵 径向柱塞泵是活塞或柱塞的往复运动方向与驱动轴垂直的柱塞泵。根据配油机构形式分为轴配油式和阀配油式两大类。 驱动扭矩由驱动轴通过十字联轴器传递给星形的液压缸体转子，定子不受其他横向作用力。转子装在配流轴上。位于转子中的径向布置的柱塞，通过静压平衡的滑靴紧贴着偏心行程定子。柱塞与滑靴球铰相连，并通过卡簧锁定。两个保持环将滑靴卡在行程定子上。 泵转动时，它依靠离心力和液压力压在定子内表面上。当转子转动时，由于定子的偏心作用，柱塞将

20、作往复运动，它的行程为定子偏心距的2倍。上一页返回下一页2.4柱塞式液压泵油液的进出通过泵体和配流轴上的流道，并由配流轴上吸油口控制，泵体内产生的液压力被静压平衡的表面所吸收。摩擦副的静压平衡采取了过平衡压力补偿方法，形成了开环控制。支承驱动轴的轴承只起支承作用，不受其他外力的作用。 图2-14所示为轴配油式径向柱塞泵原理图。1.排量VP (2-19)式中d工作柱塞直径(m); R定子半径(m); e偏心量(m); z-工作柱塞数。上一页返回下一页2.4柱塞式液压泵2.理论流量qtp (2-20)图2-14所示的是泵的一个截面。实际上沿转子轴线布置有5个同样截面的柱塞。因此，这种泵流量大。但因径向不平衡力的作用和配油轴与转子间的泄漏，其工作压力小于20MPa。上一页返回2.5液压能源元件的选用1.根据系统运行工况选择单执行元件，恒速或接近恒速运行的系统，可选择定量泵。如果系统具有高低速的多变速运行工况，可考虑选择双联泵或多联泵。2.根据系统工作压力和流量选择高压以上大流量系统，可考虑选择柱塞式泵;中低压系统，可考虑选择齿轮式或叶片式泵。3.根据