液压与气动技术单元二 液压动力元件

《液压与气动技术》主讲人：第2章液压动力元件单元2液压动力元件时间：目录初识液压泵1常用液压泵的结构原理分析2液压泵和电动机的选用3CONTENTS图片PART01初识液压泵2.1初识液压泵2.1.1液压泵的工作原理1.液压泵：是一种能量转换装置，它将原动机（电动机或内燃机）的机械能转换为油液的压力能。2.容积式液压泵的工作原理

目前液压系统中使用的液压泵，其工作原理几乎都是一样的，就是靠液压密封的工作腔的容积变化来实现吸油和压油的，因此称为容积式液压泵。当偏心轮由原动机带动旋转时，柱塞便在偏心轮和弹簧的作用下在泵体内往复运动。图片2.1初识液压泵2.1.1液压泵的工作原理由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。吸油：偏心轮旋转时，当柱塞向右移动，密封容积逐渐增大，产生局部真空，油液便通过单向阀吸入。压油：当柱塞向左移动时，密封容积逐渐增小，压力增加，将已吸入的油液便通过单向阀排到系统中去。2.1初识液压泵2.1.1液压泵的工作原理3.容积式液压泵的基本工作条件如果偏心轮的转动中心在圆心上（e=0)会出现什么情况？为什么？工作条件1：有呈周期性变化的密封容积。密封工作容积大小是交替变化的，由小变大时吸油；由大变小压油。e2.1初识液压泵2.1.1液压泵的工作原理3.容积式液压泵的基本工作条件如果单向阀不装或少装会出现什么情况？为什么？工作条件2：有配油装置。

配油是以两个单向阀的开启在泵外面实现的，保证密封容积由小变大时，只与吸油管相通；密封容积由大变小，只与压油管相通。2.1初识液压泵2.1.1液压泵的工作原理3.容积式液压泵的基本工作条件如果各液压元件完好的情况下，液压泵吸不上油的原因可能有哪些？工作条件3：吸油外部条件。

油箱内液压油的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。2.1初识液压泵2.1.2液压泵的分类按输出流量是否可调定量泵变量泵按结构分类齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵2.1初识液压泵2.1.2液压泵的分类液压泵职能符号如下图：(a)单向定量液压泵(b)单向变量液压泵(c)双向定量液压泵(d)双向变量液压泵2.1初识液压泵2.1.3液压泵的主要性能参数

用p表示，单位MPa工作压力：实际工作时的输出压力取决于负载可变额定压力：连续运转的最高压力与生俱来不变最高允许压力：短时超载运行的最高压力压力排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值。如泵排量固定，则为定量泵；排量可变，则为变量泵。用V表示，单位mm3/r，或mL/r2.1初识液压泵2.1.3液压泵的主要性能参数

流量泵单位时间内排出的液体体积。用Q表示，单位m3/s，常用单位L/min理论流量Qth：泵单位时间内理论上能排出的液体体积。不变

Qth=Vn实际流量Qac：泵单位时间内实际排出的液体体积

随压力变化

Qac=Qth－ΔQ

2.1初识液压泵2.1.3液压泵的主要性能参数效率用η表示容积效率ηv：实际流量与理论流量的比值，随压力增大而减小。产生原因：泄漏表现为流量损失机械效率ηm：理论输入转矩和实际输入转矩的比值。产生原因：摩擦表现为转矩的损失

ηm=Tth/Tac

ηv=Qac/Qth2.1初识液压泵2.1.3液压泵的主要性能参数

总效率用η表示

泵的实际输出功率与输入功率的比值也等于容积效率与机械效率的乘积泵的实际输出功率Pac=pQac

η=ηvηm=

Pac/Pm图片PART02常用液压泵的结构原理分析2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵齿轮泵2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵1.外啮合齿轮泵（1）工作原理：

密封容积形成：齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成。密封容积变化：齿轮退出啮合,容积增大，吸油齿轮进入啮合,容积减小，压油吸压油口隔开：两齿轮啮合线及泵盖这里是学校LOGO和名称2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵(2)泄漏三种途径泄漏途径端面泄漏齿顶与泵体间的泄漏啮合处的泄漏约占齿轮泵总泄漏量的5%约占齿轮泵总泄漏量的20%～25%约占齿轮泵总泄漏量的75%～80%结论：泵工作压力愈高，泄漏量愈大。要提高齿轮泵的工作压力必须解决端面或轴向泄漏的问题。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

补偿措施（主要是减少端面泄漏）1）浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。2）弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

（3）外啮合齿轮泵的优缺点优点：1）结构简单，制造方便，价格低廉；2）结构紧凑，体积小，重量轻；3）自吸性能好，对油污不敏感；4）工作可靠，便于维护。缺点：1）流量脉动大；2）噪声大；3）排量不可调。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

2.内啮合齿轮泵（1）渐开线齿形组成:小齿轮、内齿环、月牙形隔板等。工作原理:小齿轮带动内齿环同向异速旋转，右半部分轮齿退出啮合，形成真空吸油。左半部分轮齿退出啮合，容积减小，压油。月牙板同两齿轮将吸压油口隔开。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

（2）摆线齿形内啮合齿轮泵（摆线转子泵）组成:

内外转子相差一齿且有一偏心距，因而不需设置月牙板。工作原理：

吸油—左半部分，轮齿脱开啮合容积增大；压油—右半部分，轮齿进入啮合容积减小2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.1齿轮泵

内啮合齿轮泵的优缺点优点：无困油现象；结构紧凑，尺寸小，重量轻；流量脉动小，运转平稳，噪声小。缺点：不宜低速下工作，齿形复杂，加工困难，价格昂贵。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.2螺杆泵

液压油沿螺旋方向前进，转轴径向负载各处均相等，脉动少，运动时噪声低，可高速运转，适合作大容量泵；但压缩量小，不适合具有高压的场合。一般用作燃油、润滑油泵、气泵，较少用作液压泵。

2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.3叶片泵

双作用叶片泵单作用叶片泵叶片泵2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.3叶片泵

1.双作用叶片泵（1）组成和结构特点1）定子内腔由两段长圆弧、两段短圆弧和四段过度曲线组成;

2）转子、定子同心安装;

3）吸油区和压油区间有一段封油区把它们隔开。

4）叶片前倾13°;

5）叶片顶部靠离心力和其底部高压油的作用紧贴定子内表面。

2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.3叶片泵

（2）工作原理密封工作腔V密形成：定子、转子和相邻两叶片、配流

盘围成。

V密变化：转子逆转，右上及左下，叶片伸出，V密增大吸油；左上及右下，叶

片缩回，V密减小压油。

吸压油口隔开：由配油盘上封油区及叶片实现2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.3叶片泵

（3）性能特点1）∵

转子转一圈，吸、压油各两次，输油量均匀，脉动小，运动平稳，噪声低。

∴称双作用式

2）∵

吸、压油口对称，径向力平衡，磨损小。

∴又称卸荷式

3）叶片前倾转子旋转方向13°按装。

4）叶片靠根部油压和离心力紧贴定子内壁。

5）吸油区与压油区之间有一段封油区将它们隔开。（4）应用场合：一般用于要求运动平稳、噪声小，工作环境较好的中等压液压系统。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.3叶片泵

2、单作用叶片泵（1）组成转子

定子叶片配油盘

传动轴壳体（2）工作原理密封工作腔v密形成：

定子、转子、叶片、配流盘围成。

密封工作腔v密变化：

转子顺转，左半周，叶片伸出，密封容积增大，吸油；右半周，叶片缩回，密封容积减小，压油吸、压油腔隔开：

配油盘上封油区和叶片

2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵

1、分类按柱塞排列方式分轴向柱塞泵斜盘式斜轴式径向柱塞泵2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵

2.工作原理：通过柱塞在液压缸内做往复运动来实现吸油和压油。2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵

3.特点∵圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好,

主要零件处于受压状态，材料强度性能得以充分利用。∴有如下特点：（1）工作压力高，效率高。（2）易于变量和换向。（3）流量范围大。缸体和配油盘柱塞滑履组2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵

4、

径向柱塞泵组成：定子、转子、柱塞、配油铜套（随转子旋转）、配油轴（不旋转）2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵

4、

径向柱塞泵密封工作腔V密的形成—柱塞、缸体、配油轴增大，上半周，V密增大，吸油下半周，V密减小，压油吸压油口隔开—配油轴和配油铜套2.2常用液压泵的结构原理分析2.2.4柱塞泵5、轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵工作密封腔V密的形成——柱塞、缸体、配油盘组成。右半周，V密增大，a吸油，左半周，V密减小，b压油。吸压油口隔开——配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔2.3液压泵和电动机的选用

选择泵的类型根据设备工况、功率和性能要求选择选择泵的型号根据系统要求的压力、流量选择选择电动机根据液压泵的功率和转速配套选择顺序2.3液压泵和电动机的选用2.3.1液压泵的选择

1、液压泵类型的选用齿轮泵外啮合：自吸性能好，对油污染不敏感，结构简单，造价低；但脉动大，噪声大，泄漏大，效率低；输出低压。内啮合：对油不敏感，结构紧凑，体积小，运动平稳，噪声小；但低速效率低，造价高；输出低压。叶片泵双作用：径向力平衡，运动平稳，脉动很小，噪声小，结构紧凑，效率较高；但自吸性能较差，对油污染敏感，不可变量；输出中压。单作用：运动较平稳，噪声一般，可变量，效率较高；但自吸性能较差，对油污染敏感，径向力不平衡，脉动较大；输出中压。柱塞泵轴向式：受力性能好，效率高，可变量变向，脉动一般；但自吸能力差，对油污染敏感，噪声较大，尺寸大，结构复杂；输出高压。径向式：受力性能好，效率高，可变量变向；但脉动较大，自吸能力差，对油污染敏感，噪声较大，尺寸大，结构复杂，定子磨损大，寿命短，逐渐被轴向柱塞泵代替；输出高压2.3液压泵和电动机的选用2.3.1液压泵的选择

类

型项

目外啮合齿轮泵双作用叶片泵单作用叶片泵轴向柱塞泵螺杆泵工作压力（MPa）＜206.3～21≤720～35＜10转速（r/min）500～3

500500～4

000500～2

000750～3

000500～4

000排量（cm3）12～2505～3005～160100～8004～630流量调节不能不能能能不能容积效率0.70～0.950.80～0.950.80～0.900.90～0.980.75～0.95总效率0.60～0.850.75～0.850.70～0.850.85～0.950.70～0.85流量稳定性差好中中很好噪声大小中大很小价格最低中较高高较高寿命较短较长较短长很长功率/重量中中小大中2.3液压泵和电动机的选用2.3.1液压泵的选择

负载小、功率小的液压系统，可用齿轮泵、双作用叶片泵；精度较高的机械设备（磨床），可用双作用叶片泵、螺杆泵；负载大又有快，慢工作行程的机械设备，可选用限压变量泵和双联泵；负载大、功率大的设备（刨床、拉床、压力机）可选用柱塞泵；机械设备厂的辅助装置（送料、夹紧等不重要的场合，可选用价格低廉的齿轮泵。2.3液压泵和电动机的选用2.3.1液压泵的选择

2、液压泵规格的选用（1）压力根据执行元件的最大工作压力来确定P泵=Kpp缸P泵为液压泵所需要提供的压力；Kp为系统中压力损失系数，一般取1.3～1.5；

p缸为液压缸中所需的最大工作压力。2.3液压泵和电动机的选用2.3.1液压泵的选择

2、液压泵规格的选用（2）流量根据执行元件所需的最大流量来确定Q泵=KQQ缸Q泵为液压泵所需输出的流量；KQ为系统的泄漏系数，一般取1.1～1.3；

Q缸为液压缸中所需提供的最大流量。2.3液压泵和电动机的选用2.3.2电动机参数的选择

根据液压泵的功率计算出电动机所需要的功率，再考虑液压泵的转速，然后从电动机样本中合理地选定标准的电动机。Pm=P泵×

Q泵/η

式中：Pm为电动机所需的功率；

P泵为泵所需的最大工作压力；

Q泵为泵所需输出的最大流量；

η为泵的总效率。2.3液压泵和电动机的选用2.3.2电动机参数的选择

【例2-2】已知某液压系统工作时，活塞上所受的外载荷为F=9

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N，活塞有效工作面积为A=0.008m2，活塞运动速度为υ=0.04m