液压传动技术爬模千斤顶课件

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第四章

液压泵和液压马达

2第四章

液压泵和液压马达2§4-1概述一、作用和分类〈一〉、液压泵的作用和分类

1、作用：

把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。2、工作原理

原理图如图4-1所示。

1〉、工程过程：3§4-1概述一、作用和分类344当凸轮旋转时→柱塞和弹簧右移→密封工作腔体积↗→产生真空→油液便通过吸油阀吸入；当凸轮旋转时→柱塞和弹簧左移

→密封工作腔体积↘→已吸入的油液通过压油阀输出到系统中去。2〉、泵输出流量的大小由密封工作腔体积变化量确定。5当凸轮旋转时→柱塞和弹簧右移→密封工作腔体积3、分类1〉、按流量是否可调分为：

定量泵变量泵2〉、按结构形式分为：齿轮泵叶片泵柱塞泵定量泵变量泵63、分类定量泵变量泵6〈二〉、液压马达1、作用：把输来油液的压力能转换成机械能，使主机的工作部件克服负载及阻力而产生运动。2、工作原理

从原理上说：向容积式泵中输入压力油，使其轴转动，就成为液压马达。大部分容积式泵都可作液压马达使用，但在结构细节上有一些不同。3、分类：按输入流量是否可调分为定量马达变量马达7〈二〉、液压马达7液压马达的职能符号定量马达变量马达8液压马达的职能符号定量马达变量马达8二、压力、排量和流量

1、压力1〉、液压泵的工作压力：是指泵实际工作时的输出压力。2〉、液压马达的工作压力：是指马达实际工作时的输入压力。3〉、液压泵（液压马达）的额定压力：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。9二、压力、排量和流量92、排量v：指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能输出（或所需输入）的油液体积。3、流量q

1〉、液压泵（液压马达）的油液流量qt:

指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内所能输出（或所需输入）的油液体积。

设液压泵（液压马达）的转速为nqt=vn102、排量v：指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能2〉、液压泵（液压马达）的额定流量：指在额定转速和额定压力下液压泵输出（或输入马达）的流量。注意

实际中液压泵和液压马达存在内泄漏，所以额定流量与理论流量不同。112〉、液压泵（液压马达）的额定流量：指在额定转速和额定压力下三、功率和效率

〈一〉、功率

液压泵由电机驱动，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量；马达则刚好相反。1、若不考虑能量损失：

输出功率=输入功率

Pt=pqt=pvn=TtΩ=2πTtn式中：Tt—理论转矩；Ω—液压泵（马达）的角速度。12三、功率和效率

〈一〉、功率122、若考虑能量损失

能量在转换过程中是有损失的。因此输出功率小于输入功率，两者之差称为功率损失。即：

功率损失ΔP=P入－P出

1〉、容积损失：因内泄漏而造成的流量上的损失。

2〉、机械损失：因摩擦而造成的转矩上的损失。132、若考虑能量损失13〈二〉、效率1、液压泵的效率

1〉、容积效率ηv

qηv=qt

式中：qt

--理论流量。2〉、机械效率ηm

Ttηm=T式中：Tt

--理论转矩。14〈二〉、效率14

2、液压马达的效率

1〉、容积效率ηv

qtηv

=q

2〉、机械效率ηm

Tηm=Tt3、液压泵（马达）的总效率

输出功率P出η===ηvηm

输入功率P入15

§4-2齿轮泵齿轮泵可分为内啮合式和外啮合式两类

一、外啮合式齿轮泵的工作原理

如图4-3所示外啮合齿轮泵的工作原理1、配油系统：存在配油盘（在端盖上）2、密封容积：壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成。16§4-2齿轮泵齿轮泵可分为内啮合式和外啮17173、密封容积是可变的

1〉、当齿轮旋转时→相互啮合的齿轮逐渐脱开（右侧）→密封容积↗→形成部分真空→油箱中的油液被吸进来。2〉、当齿轮旋转时→齿轮逐渐进入啮合→密封容积↘→油液被挤出去。二、流量计算和流量脉动1

、

流量计算排量的精确计算根据齿轮啮合原理。近似计算可认为“排量=两个齿轮的齿间槽容积之和”，而“齿间槽的容积≈轮齿的体积”。183、密封容积是可变的18

所以：

v=πDhb=2πzm2b

考虑齿间槽容积比轮齿的体积稍大些，通常取

v=6.66zm2b

齿轮泵的实际输出流量：q=6.66zm2bnηv

式中：z—齿轮系数；

D—节圆直径；

h—齿高；

m—模数；

b—齿宽。19所以：v=πDhb=2π2、

流量脉动

qmax–qminσ=q1)、外啮合齿轮泵的z→σ

(σ

max=0.2以上)2)、内啮合齿轮泵的流量脉动小于外啮合的流量脉动。zσ外啮合内啮合202、流量脉动zσ外啮合内啮合20、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点〈一〉、困油现象1、齿轮泵的困油现象

齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数ε>1，于是总有两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭空腔之间，如图所示：21、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点齿轮泵要平稳当齿轮旋转时这个封闭腔的容积以后又逐渐22当齿轮旋转时221〉、封闭腔容积的减少会使被困油液受挤压并从缝隙中挤出而产生很高的压力，油液发热，并使机件（例如；轴承等）受到额外的负载；2〉、封闭腔容积的增大又会造成局部真空使油液中溶解的气体分离，产生气穴现象。

上述这些都将使泵产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象。231〉、封闭腔容积的减少会使被困油液受挤压并从缝隙中挤出而产生2、消除困油的方法

通常是在两侧盖板上开卸荷槽使封闭腔容积减少时通过左边的卸荷槽与压油腔相通；容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。〈二〉、泄漏

高压腔的压力油通过如下三条途径泄漏到低压腔中去：1、通过齿轮啮合处的间隙；242、消除困油的方法242、通过泵体内孔和齿顶园间的径向间隙；3、通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。（通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的75%-80%。）

结论普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不易提高。要提高齿轮泵的压力，首要的问题是减小端面间隙。252、通过泵体内孔和齿顶园间的径向间隙；结论〈三〉、径向不平衡力

齿轮与壳体内孔的径向间隙中，可认为压力由高压腔压力逐渐分级下降到吸油腔的压力，综合作用的结果，相当于给齿轮一个径向作用力，使齿轮和轴承受载。1、径向不平衡力产生的后果1）、使得齿轮与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。

26〈三〉、径向不平衡力26解决的方法：改为带保护架的滚针轴承（设计寿命为2000h）；采用滑动轴承；采用SF型复合材料作为润滑材料。2）、使轴弯曲。2、减小F径的办法

1〉、缩小压油口；2〉、增大径向间隙。27解决的方法：27

〈四〉、优缺点

1、优点

结构简单、尺寸小、重量轻、制造方便、价格低、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感、维护容易，寿命较长（设计寿命5000h）。2、缺点一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制，流量脉动大。28

四、提高外啮合齿轮泵压力的措施若想提高齿轮泵的压力，必须减小端面泄漏。29四、提高外啮合齿轮泵压力的措施若想提高齿轮泵的压力，必须减

利用特制的通道将泵内压油腔的压力油引到轴套外侧作用在一定形状和大小的面积上，产生液压力，使轴套压向齿轮端面，这个力必须大于齿轮端面作用在轴套内侧的作用力，才能保证在各种压力下，轴套始终自动贴紧齿轮端面，减小泵的端面泄漏，达到提高压力的目的。工作原理30工作原理30§4－3叶片泵

叶片泵分为单作用叶片泵（变量泵）和双作用叶片泵（定量泵）。在中高压系统中广泛使用。优点：输出流量均匀，流量脉动小，噪声小。缺点：结构较复杂，对油液污染较敏感等。一、单作用叶片泵1、工作原理31§4－3叶片泵

叶片泵分为单作32321）、结构特点泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等部件组成；定子的内表面是园柱形孔；转子和定子之间存在偏心；叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通过叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上。331）、结构特点332）、工作原理⑴、配油盘⑵、密封的工作腔：由两相邻叶片、配油盘、定子和转子形成。⑶、密封的工作腔是可变的当转子旋转时→叶片向外伸→密封的工作腔容积↑→产生局部真空→通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入；当转子旋转时→叶片缩进→密封的工作腔容积↓→油液进入配油盘另一个窗口和压油口被压出而输到系统中去。342）、工作原理342、流量计算1）、流量

单作用叶片泵的实际输出流量：

q=2πbeDnηv式中：b—叶片宽度；e—转子与定子间的偏心；D—定子内径。352、流量计算352）、流量脉动⑴、当叶片为奇数时：σ≈1.25/z2⑵、当叶片为偶数时：σ≈5/z2式中：z—叶片数。

结论单作用叶片泵的叶片数总取奇数，一般为13或15。362）、流量脉动结论单作用叶片泵的叶片数总取奇数，一3、特点1）、改变定子和转子间的偏心距便可改变流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反；2）、通过特殊结构，保证叶片与顶部相接触；3）、不宜用于高压。（因为转子受不平衡径向力的作用）373、特点37二、双作用叶片泵38二、双作用叶片泵381、工作原理

双作用叶片泵的工作原理与单作用叶片泵相似，不同之处在于：①、定子内表面是由两段长半径园弧、两段短半径园弧和四段过渡曲线八部分组成；②、定子和转子同心。1）、配油盘；2）、密封的工作腔：由两相邻的叶片、定子、转子、配油盘形成；391、工作原理393）、密封的工作腔容积是可改变的当转子旋转时→密封工作腔的容积（在左上角和右下角处）↑→吸油；当转子旋转时→密封工作腔的容积（在左下角和右上角处）↓→压油。403）、密封的工作腔容积是可改变的402、流量计算1）、流量：双作用叶片泵的实际输出流量计算：

q=2b[π(R2-r2)–sz(R-r)/cosθ]nηv式中：R和r—定子圆弧的长短半径；θ—叶片的倾角；

s—叶片的厚度；z—叶片数。412、流量计算412）、流量脉动：

双作用叶片泵若不考虑叶片的厚度，则瞬时流量是均匀的。但实际上叶片是有厚度的，且R和r也不可能完全同心，尤其叶片底部槽设计成与压油腔相通时，泵的瞬时流量仍将出现微小的脉动。但脉动率较其他泵（螺杆泵除外）小得多，且在叶片数为4得倍数时最小，一般取12和16片。422）、流量脉动：42§4－4柱塞泵

依靠柱赛在其缸体内往复运动时密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的。工作原理特点泄漏小、容积效率ηv高，可在高压下工作。43§4－4柱塞泵一、轴向柱塞泵44一、轴向柱塞泵441、工作原理1）、工作原理：①、配油盘②、密封容积：由缸体内孔与柱塞形成。③、密封容积可变的：当传动轴旋转时→缸体和柱塞旋转→下柱塞从下向上的半周内逐渐向外伸出→密封容积↑→从a口吸油；当传动轴旋转时→缸体和柱塞旋转→上柱塞从上向下的半周内逐渐向里推入→密封容积↓→从b油口压油。451、工作原理452）、为何为变量泵：改变斜盘的倾角δ，可以改变柱塞往复行程的大小，因而改变流量q。2、流量的计算1）、流量：

轴向柱塞泵的实际输出流量：

q=π/4d2Dtgδznηv式中：z—柱塞数；d—柱塞直径；D—柱塞分布园直径；δ—斜盘与缸体轴线间的夹角。462）、为何为变量泵：改变斜盘的倾角δ，可以改变柱塞往复行程的2）、流量脉动：

轴向柱塞泵的输出流量是脉动，当柱塞数为单数时流量脉动较小，一般取7、9或11。3、优缺点1）、优点：结构紧凑、径向尺寸小、易实现变量，压力可以很高（可达30Mpa以上）。2）、缺点：对油液污染较敏感。472）、流量脉动：47二、径向柱塞泵48二、径向柱塞泵481、工作原理1）、工作原理：

衬套紧配在转子孔内，随着转子一起旋转，而配油轴不动。①、配油系统②、密封容积：柱塞和转子（缸体）组成。③、密封容积可变的：当转子旋转时→柱塞和转子一起旋转→上半周柱塞向外伸出→密闭容积↑

→从a腔吸油；当转子旋转时→柱塞和转子一起旋转→下半周柱塞向里推入→密闭容积↓→从b腔压油。491、工作原理492）、为何为变量泵：改变偏心距e时，就可改变流量q。2、流量计算径向柱塞泵的实际输出流量：q=π/2d2eznηv注意：流量脉动情况与轴向柱塞泵相近（也选单数）3、结构特点

径向尺寸大，结构复杂，自吸能力强。但配油轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，故限制了它的转速和压力的提高。502）、为何为变量泵：改变偏心距e时，就可改变流量q。50§4－5液压马达

功能：把液压能机械能。分类：按结构可以分为齿轮式；叶片式；柱塞式。51§4－5液压马达

功能：把液压能一、工作原理以轴向柱塞式液压马达为例说明：52一、工作原理52当压力油输入时→柱塞（处在高压腔）被顶出→压在斜盘上→斜盘作用在柱塞上的反作用力为FN（FN分为轴向力F和切向力FT）→F与液压力平衡，FT使缸体产生转矩→缸体旋转。二、主要参数设液压马达的进、回油腔的压差为Δp，输入的流量为q，排量为V。则液压马达产生的理论转矩：Tt=（1/2π）Δpv实际转矩：T=（1/2π）Δpvηm液压马达的转速：n=qηv/v53当压力油输入时→柱塞（处在高压腔）被顶出→压在斜盘上→斜盘作4-1、某机床液压系统采用一限压式变量泵，泵的流量－压力特性曲线如图所示。泵的总效率为0.7。如机床在工作进给时泵的压力p=45×105Pa，输出流量q=2.5L/min；在快速移动时泵的压力P=20×105Pa，输出流量q＝20L/min，问限压式变量泵的流量－压力特性曲线应调成何种图形？泵所需的最大驱动功率为多少？544-1、某机床液压系统采用一限压式变量泵，泵的流量－压力特性解：⑴、如上图⑵、拐点时功率最大：pq32.5×105×19.5×10-3Pmax＝==1.5kwη60×0.710305070P(105Pa)51525q(L/min)63ABC32.519.555解：⑴、如上图10305070P(105Pa)51525q(4-2、图示一变量泵和液压马达组成的液压系统，低压辅助泵使泵的吸油管和马达的出油管压力保持为4×105Pa，变量泵的最大排量Vp=100mL/r，泵的转速np=1000r/min,ηvp＝0.94，ηmp=0.85，液压马达排量Vm＝50mL/r，ηvm=0.95，ηmm=0.82，管路损失忽略不计，当马达输出转距为40Nm，输出转速为60r/min时，试求变量泵的输出流量、输出压力及泵的输入功率？564-2、图示一变量泵和液压马达组成的液压系统，低压辅助泵使泵解：1）、qm入=Vmnm/ηvm=50×60/0.95=3158mL/min∴qp=qm入=3158mL/min2)、Pm出=2πnmTm=2×3.14×60×40/60=251.2w∴Pm入=Pm出/ηm=251.2/0.95×0.82=322.5w∵△pm=pm入-pm出