液压泵和液压马达 精品

1、第四章 液压泵和液压马达,第五节 液压马达,第四节 柱塞泵,第三节 叶片泵,第二节 齿轮泵,第一节 概述,第六节 摆动液压马达,第四章 液压泵和液压马达,第九节 液压泵的选用,第八节 液压泵的噪声,第七节 液压泵的气穴现象,4.1 概述,液压泵和液压马达的作用,容积式液压泵工作原理:,4.1 概述,泵是靠密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的； 其排油量的大小取决于密封工作腔的容积变化值。,4.1 概述,液压泵（马达）,液压泵：低压、中压、高压 液压马达：高速、低速,液压泵图形符号,4.1 概述,液压泵和马达主要性能参数,4.1 概述压力、排量和流量,压力,几何排量V: 是指泵（马达）轴每转一

2、转，由其封闭容腔几何尺寸变化计算而得的排出（输入）的液体体积。 几何流量qt（不考虑泄漏）：是指泵（马达）在单位时间内由其封闭容腔几何尺寸变化计算而得的排出（输入）的液体体积。 qt=Vn 额定流量：额定转速和额定压力下由泵输出（或输入到马达中去）的实际流量。,4.1 概述压力、排量和流量,几何流量额定流量,（内泄漏）,4.1 概述功率和效率,不考虑能量转换损失，液压泵（马达）输出和输入功率相等，即为几何功率,实际存在能量转换损失（可分为容积损失和机械损失），输出功率小于输入功率,Tt为几何转矩,液压泵 液压马达,物理量：输入？ 输出？,4.1 概述,转矩T,转速n（角速度）,压力p,流量q,

3、液压泵,由于存在机械损失，TTt，机械效率为,由于存在容积损失， qtq，容积效率为,Tt,qt,总效率为,=kl p,4.1 概述,转矩T,转速n（角速度）,压力p,流量q,液压泵,Tt,qt,p,T, q,物理量：输入？ 输出？,4.1 概述,液压马达,由于存在机械损失， TtT，机械效率为,由于存在容积损失， qqt，容积效率为,总效率为,转矩T,转速n（角速度）,压力p,流量q,Tt,qt,4.1 概述,液压马达,转矩T,转速n（角速度）,压力p,流量q,Tt,qt,p,T, q,例1：某液压泵铭牌上的压力pH=6.3MPa，工作阻力F=45KN，液压缸的有效工作面积A=90cm2，管

4、路较短，压力损失p=0.5MPa。问该泵的输出压力为多少？所选的液压泵是否满足要求？,液压缸的工作压力：,液压泵的输出压力：,所以液压泵能满足系统的工作要求。,例2：某液压泵输出油压p=10MPa，转速n=1450r/min，泵的排量Vp=46.2ml/r，容积效率v=0.95，总效率=0.9。求驱动该泵所需电动机的功率P电和泵的输出功率P？,（1）求液压泵的输出功率,液压泵的实际输出流量q,液压泵的输出功率P,（2）求所需的电动机功率,例3：某液压泵的铭牌上标有额定压力PH=2.5MPa，额定流量qH=25l/min，泵的总效率=0.75，容积效率v=0.8。试求液压泵的泄漏损失量和所需要的

5、电动机功率？若要求液压泵的工作压力p=1.2MPa时，需要多大的电动机功率？,（1）液压泵的泄漏损失量,（2）计算所需的电动机功率,（3）计算所需的电动机功率,作业,4-1 4-3 4-8,4.2 齿轮泵,优点：齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，抗污染能力强，价格最便宜。 缺点：一般齿轮泵容积效率较低，轴承上不平衡力大，工作压力不高；齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大，运行时噪声较高，在高压下运行时尤为突出。 应用场合：齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵。,从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合两类，其中以外啮合齿轮泵应用更广泛。,4

6、.2 齿轮泵,外啮合齿轮泵的结构组成: 前、后端盖，壳体，一对齿数、 模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮。,4.2 齿轮泵,外啮合齿轮泵结构组成,4.2 齿轮泵,外啮合齿轮泵工作原理,密封容积形成,密封容积变化,吸压油口隔开,外啮合齿轮泵工作原理,4.2 齿轮泵,外啮合齿轮泵的排量 V=(1.061.115)2zm2b 式中z齿轮齿数；D分度圆直径(mz) m模数； hw工作齿高(2m)； b齿宽,排量计算,4.2 齿轮泵,4.2 齿轮泵,流量计算,理论流量： qt=Vn=(1.061.115)2zm2b 实际流量： q=qtv=(1.061.115)zm2b v,结论： 1、齿轮泵的qt

7、是齿轮几何参数和转速的函数。 2、因为转速等于常数，流量等于常数，所以齿轮泵是定量泵。 3、理论流量与出口压力无关。, 每一对轮齿啮合时，啮合点位置变化（容积变化率不均匀）引起瞬时流量变化 出现流量脉动 流量脉动结果：引起系统的压力脉动， 产生振动和噪声， 影响传动的平稳性。,4.2 齿轮泵,流量脉动,流量脉动率,外啮合齿轮泵结构特点,外啮合齿轮泵结构特点和优缺点,4.2 齿轮泵,1、困油,齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重合度必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合的瞬间，在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积。 一部分油液也就被困在这一封闭容积中见图(a)，齿轮连续旋转时,这一封闭容积便逐渐

8、减小,到两啮合点处于节点两侧的对称位置时见图(b)，封闭容积为最小，齿轮再继续转动时，封闭容积又逐渐增大，直到图(c)所示位置时,容积又变为最大。,4.2 齿轮泵,ab 容积缩小 p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。 bc 容积增大 p 形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。 总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。,4.2 齿轮泵,1、困油引起的结果,方法：齿轮泵的两侧盖板上铣出卸荷槽，如图中虚线所示。使封闭腔容积减小时通过右边的卸荷槽与压油腔相通(图a)，容积增大时通过左

9、边的卸荷槽与吸油腔相通(图c)。两卸荷槽之间的距离必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。,4.2 齿轮泵,1、消除困油的方法,在液压泵中，运动件间的密封是靠微小间隙密封的，这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，同时，高压腔的油液通过间隙向低压腔的泄漏是不可避免的；齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：,齿侧间隙通过齿轮啮合线处的间隙，约占齿轮泵总泄漏量的5%； 齿顶径向间隙通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙，约占齿轮泵总泄漏量的20%25%； 端面轴向间隙通过齿轮两端面和侧板间的间隙，约占齿轮泵总泄漏量的75%80%。,总之：泵压力愈高，泄漏愈大。,4.2 齿轮泵,2、泄漏,

10、径向不平衡力的产生：液压力 液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿降低。p，径向不平衡力增大，齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产生振动和噪声。,4.2 齿轮泵,3、径向不平衡力,改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用面积； 扩大泵体内腔高压区径向间隙； 开压力平衡槽，会使容积效率减小。,4.2 齿轮泵,3、径向不平衡力,结构简单，制造方便，价格低廉 结构紧凑，体积小，重量轻 自吸性能好，对油污不敏感 工作可靠，便于维护,（1）外啮合齿轮泵的优点：,（2）外啮合齿轮泵的缺点：,流量脉动大 压力脉动和噪声大 排量不可调,4.2 齿轮泵,4、外啮合齿轮泵的优缺点,提高外啮合齿轮泵压力

11、措施,齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力，因而限制了压力的提高。为使齿轮泵能在高压下工作，常采取的措施为：,对泄漏量最大的端面轴向间隙采用自动补偿的办法，如浮动轴套、浮动侧板或弹性侧板； 减小径向不平衡力； 提高轴与轴承的刚度。,4.2 齿轮泵,端面轴向间隙的补偿装置浮动轴套,利用泵的出口压力油，引入齿轮轴上的浮动轴套1的外侧A腔，在液体压力作用下，使轴套紧贴齿轮3的侧面，从而保证了两者之间的间隙值与工作压力相适应且长期适应。在泵起动时，靠弹簧4来产生预紧力，保证了轴向间隙的密封。,提高外啮合齿轮泵压力措施,4.2 齿轮泵,浮动轴套,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。

12、,端面轴向间隙的补偿装置弹性侧板,提高外啮合齿轮泵压力措施,4.2 齿轮泵,弹性侧板,螺杆泵,4.2 齿轮泵,渐开线内啮合齿轮泵,4.2 齿轮泵,4.2 齿轮泵,渐开线内啮合齿轮泵,摆线内啮合齿轮泵,4.2 齿轮泵,结构较齿轮泵复杂，但工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长。被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低压液压系统中，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。,4.3 叶片泵,分类,单作用叶片泵的工作原理,1.1 单作用叶片泵的结构组成,组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。,定子2具有圆柱形内表面，定子和转子1间有偏心距。叶片3装在转子槽

13、中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力或压力油的作用，使叶片紧靠在定子内壁，这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作腔。,4.3 叶片泵,密封容积的变化，转子逆时针转动时：,叶片伸出，v密，吸油,叶片缩回，v密，压油,吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片,4.3 叶片泵,1.2 单作用叶片泵的工作原理,转子每转一转，每个工作空间完成一次吸油和压油，因此称为单作用叶片泵。,单作用叶片泵的排量,两叶片处于定子最右边，v密max=V1,两叶片处于定子最左边，v密min =V2,（V1-V2）Z，即一转压出油液的体积，即等于一环形体积,V = (R+e)2-( R-e)2 b =

14、 4beR = 2beD,4.3 叶片泵,1.3 单作用叶片泵的排量计算,单作用叶片泵的排量,4.3 叶片泵,1.3 单作用叶片泵的排量计算,理论流量： qt = Vn = 2beDn,实际流量： q = qtv = 2beDnv,结论：1） qt = f (几何参数， n，e),2） n =常量 e变化 q 常量 变量泵,当 e = 0 q = 0 当 e大小变化，流量大小变化 当 e方向变化，输油方向变化 故 单作用叶片泵可做双向变量泵,4.3 叶片泵,1.4 单作用叶片泵的流量计算,单作用叶片泵的流量,改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反。 处在压油腔的叶

15、片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内。为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通，这里的叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上。 由于转子受到不平衡的径向液压作用力，所以这种泵一般不宜用于高压。,4.3 叶片泵,1.5 单作用叶片泵的特点,双作用叶片泵的工作原理,组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等,4.3 叶片泵,2.1 双作用叶片泵的结构组成,为什么称为双作用叶片泵？ 又称平衡式叶片泵,4.3 叶片泵,2.2 双作用叶片泵的工作原理,密封容积的形成：定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成,吸

16、压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片,当两叶片从a，b转到c，d时，排出容积为M的油液； 从c，d转到e，f时，吸进容积为M的油液； 从e，f转到g，h时又排出了容积为M的油液； 再从g，h转回到a，b时又吸进了容积为M的油液。,4.3 叶片泵,2.2 双作用叶片泵的排量计算,当叶片数为Z时，转子转一周，所有叶片的排量为2Z个M容积，此值正好为环行体积的两倍。,排量计算原理图,双作用叶片泵的理论排量为,R 定子长半径； r 定子短半径； b 转子厚度。,4.3 叶片泵,2.2 双作用叶片泵的排量计算,一般双作用叶片泵，在叶片底部都通以压力油，叶片底部容积不参加泵的吸油和排油。因此在精确计算叶片泵的

17、排量时，还应该考虑叶片容积对排量的影响。 每转不参加排油的叶片总容积为:,s 叶片厚度； z 叶片数； 叶片相对于转子半径的倾角。,4.3 叶片泵,2.2 双作用叶片泵的排量计算,双作用叶片泵精确排量计算公式为,结论： q = f(几何参数，n) n = 常量即 q = 常量 双作用叶片泵为定量泵，双作用叶片泵仍存在微小流量脉动，当叶片数为4的整数倍、且大于8时的流量脉动较小，故通常取叶片数为12或16。,4.3 叶片泵,2.2 双作用叶片泵的排量计算,定子曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的。 过渡曲线应保证叶片贴紧在定子内表面上,保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的变化均匀,使叶片对

18、定子的内表面的冲击尽可能小。,1)定子曲线,4.3 叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,等加速等减速过渡曲线,1)定子曲线,4.3 叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,2)叶片的倾角,在双作用叶片泵中,将叶片顺着转子回转方向前倾一个角，使压力角减小=-,这样就可以减小侧向力和摩擦力，使叶片在压油腔的槽中容易缩回,不会卡住甚至折断，并可减少磨损。,叶片为什么不在转子中径向安装？,叶片泵叶片的前倾角一般1014,由于叶片的倾斜安装，只允许转子朝倾斜的方向旋转(即前倾)，不得随意反转，否则会将叶片折断。,4.3 叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,双作用叶片泵的配油盘上有两个吸油窗口和两

19、个压油窗口,窗口之间为封油区,通常应使封油区对应的中心角稍大于或等于两个叶片之间的夹角，否则会使吸油腔和压油腔连通，造成泄漏。,3)配油盘,4.3 叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,在配油盘的压油窗口靠叶片从封油区进入压油区的一边开有一个截面形状为三角形的三角槽(又称眉毛槽),使两叶片之间的封闭油液在未进入压油区之前就通过该三角槽与压力油相连,其压力逐渐上升,因而缓减了流量和压力脉动，并降低了噪声。,3)配油盘,4.3 叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,环形槽c与压油腔相通并与转子叶片槽底部相通,使叶片的底部作用有压力油，增加叶片对定子表面的压紧力，防止漏油。,3)配油盘,4.3

20、叶片泵,2.3 双作用叶片泵的结构特点,a）子母叶片 b）阶梯叶片 c）柱销叶片 d）双叶片,4.3 叶片泵,2.4 提高双作用叶片泵压力的措施,改善吸油腔的叶片受力状况,目的：减小压力油的作用面积,限压式变量叶片泵（属于单作用叶片泵）,作用：当压力升高到预调的限定压力后，流量自动减小。,限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实现保压和工作进给的执行元件来说是一种合适的油源；快速行程需要大的流量，负载压力较低；保压和工作进给时负载压力升高，需要流量减小。即按负载压力自动调节流量,限压式变量叶片泵的分类,限压式变量泵利用压力反馈作用实现变量,外反馈限压式变量叶片泵,内反馈限压式变量叶片泵,4.

21、3 叶片泵,3.1 限压式变量叶片泵作用与分类,主要组成部件：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸,4.3 叶片泵,3.2 外反馈限压式变量叶片泵的组成,3.3 外反馈限压式变量叶片泵的工作原理,柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。,4.4 柱塞泵,1.1 柱塞泵工作原理:,1.2 柱塞泵分类 轴向柱塞泵：柱塞轴向布置 直轴式（又称斜盘式） 斜轴式 径向柱塞泵：柱塞沿径向放置,4.4 柱塞泵,与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有以下特点：,工作压力高。构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有

22、较高的容积效率，工作压力一般是2040MPa； 流量范围较大。因为只要适当地加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量便增大。 易于实现变量:只需改变柱塞的工作行程就能改变流量。 柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用，寿命长。,4.4 柱塞泵,1.3 柱塞泵特点,结构组成：泵由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4、传动轴5等主要零件组成。传动轴中心线与缸体中心线重合。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式（直轴式）轴向柱塞泵,缸体,柱塞滑履组,配流盘,工作原理：缸体旋转，斜盘迫使柱塞做往复运动，使密封容积增大或减小，实现吸油或压油。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,排量计算,若柱

23、塞数为z，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为D ，斜盘倾角为，则柱塞的行程为：,故缸体转一转，泵的排量为：,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,理论流量：qt=Vn,实际流量：,柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的，就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,流量计算,1) 柱塞头部结构,球形头部：和斜盘接触为点接触，接触应大，易磨损。,滑靴结构：滑靴是按静压支撑原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴

24、和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况，和斜盘接触为面接触，大大降低了磨损。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,结构特点,通过改变斜盘倾角的大小就可调节泵的排量，从而达到改变泵的输出流量。,活塞2的内腔构成了伺服阀的阀体，并有c、d和e三个孔道分别沟通缸筒1下腔a、上腔b和油箱。泵上的斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角 。,2) 变量机构,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,结构特点,当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的阀口打开，a腔中的压力油经孔道c通向b腔，活塞因上腔有效面积大于下腔的有效面积而移动，活塞2移动时又使伺服阀上

25、的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。 当手柄使伺服阀芯3向上移动时，下面的阀口打开，b和e接通油箱，活塞2在a腔压力油的作用下向上移动，并在该阀口关闭时自行停止运动。变量控制机构就是这样依照伺服阀的动作来实现其控制的。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,2) 变量机构,结构特点,使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。,4.4 柱塞泵,2.1 斜盘式轴向柱塞泵,3) 端面间隙的自动补偿,结构特点,4.4 柱塞

26、泵,2.2 斜轴式轴向柱塞泵,结构组成,配油盘,缸体,柱塞,连杆,传动轴,圆盘,4.4 柱塞泵,2.2 斜轴式轴向柱塞泵,工作原理,柱塞侧向力小，摩擦损失小； 可增大摆角来增大流量，变量范围大； 连杆球头和主轴盘连接比较牢靠，自吸能力强； 转动惯量小，起动特性好，起动效率高。,4.4 柱塞泵,2.2 斜轴式轴向柱塞泵,与直轴式轴向柱塞泵相比：,4.4 柱塞泵,2.3 轴向柱塞泵的变量控制机构,手动控制 液压控制 电气控制,按控制方式可分为：,恒压控制 恒流量控制 恒功率控制,按控制目的可分为：,4.4 柱塞泵,2.4 阀配油式径向柱塞泵,阀配油式径向柱塞泵（单柱塞）,阀配油式径向柱塞泵（多柱塞

27、）,转子/缸体2（转动） 柱塞5（相对缸体往复运动） 定子1（不动） 配流轴3（不动）,4.4 柱塞泵,结构组成,2.5 轴配油式径向柱塞泵,4.4 柱塞泵,工作原理,当转子2旋转时，柱塞5在离心力及机械回程力作用下，它的头部与定子1的内表面紧紧接触，由于转子2与定子1存在偏心，所以柱塞5在随转子转动时，又在柱塞孔内作径向往复滑动，当转子2按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，柱塞孔的密封容积增大，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，柱塞孔内的密封工作容积缩小，通过配流盘向外排油。,2.5 轴配油式径向柱塞泵,转子每转一转，柱塞在缸孔内吸油、压油各一次； 通过变量机构改变定子和转子间的偏心距，可改变泵的排量和工作方向，因此径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵； 为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。,4.4 柱塞泵,特点,2.5 轴配油式径向柱塞泵,泵的平均排量为,泵的输出流量,4.4 柱塞泵,排量和流量计算,2.5 轴配油式径向柱塞泵,d柱塞直径 e 转子和定子的偏心距 z 柱塞数,4.5 液压马达,高速小转矩 ：500r/