液压与气压传动课件第2章.pptx

液压与气压传动第4版,第二章 液压泵和液压马达,第一节 概述第二节 齿轮泵第三节 叶片泵第四节 柱塞泵第五节 液压泵的选用第六节 液压马达小结,第一节 概述,一、液压泵和液压马达的工作原理 液压泵是将电动机(或其它原动机)输出的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。在液压系统中，液压泵作为动力源，向液压系统提供压力油。 液压马达是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。从原理上，两者是互逆的。但由于功用的不同，结构上有差别。 1液压泵的工作原理,图2-1 简单单柱塞液压泵的工作原理图,1.液压泵的工作原理,图2-1所示为一个单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞2安装在泵体3内，柱塞在弹簧4的作用下与偏心轮1接触。当偏心轮不停地转动时，柱塞作左右往复运动。柱塞向右运动时，柱塞和泵体所形成的密封容积V增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀6进入泵体V腔，即液压泵吸油。柱塞向左运动时密封容积V减小，由于单向阀6封住了吸油口，于是V腔的油液打开单向阀5流向系统，即液压泵压油。偏心轮不停地转动，液压泵便不断地吸油和压油。液压马达是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。从原理上讲，液压马达和液压泵是可逆的。,从上述泵的工作过程可以看出： l)液压泵是依靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，利用这种原理做成的泵统称为容积式液压泵。 2)在吸油过程中，对于非封闭的油箱,必须使油箱与大气接通，这是吸油的必要条件。 3)单向阀5、6将吸油腔与压油腔隔开,保证吸油时使V腔与油箱接通，同时切断供油管道;压油时使V腔与油液流向系统的管道相通而与油箱切断。单向阀5、6又称为配油装置。,二、液压泵和液压马达的分类,液压泵和液压马达的类型很多。液压泵和液压马达按其排量V能否调节而分成定量泵和和定量马达，变量泵和变量马达两类，液压泵和液压马达按结构形式的不同，可分为齿轮式、叶片式和柱塞式等类型。液压泵和液压马达的图形符号如图2-2所示。,图2-2 液压泵和液压马达的图形符号,三、液压泵和液压马达的压力和流量,1.液压泵和液压马达的压力 1)工作压力p 液压泵的工作压力是指它输出油液的压力，其大小由负载决定。液压马达的工作压力是指它的输入压力。 2)公称（额定）压力 液压泵的公称（额定）压力是指液压泵在使用中允许到达的最大工作压力，超过此值就是过载。液压泵的公称压力应符合国家标准(GB2346-2003)的规定。 液压马达的公称压力是指液压马达在使用中允许达到的最大工作压力。超过此值就是过载。液压马达的公称压力应符合国家标准(GB2346-2003)的规定。 3)最高工作压力 液压泵和液压马达的最大工作压力是指液压泵或液压马达在短时间内过载时所允许到达的极限压力。,2.液压泵和液压马达的压力和流量,（1）排量V 液压泵的排量是指泵轴每转一转，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。公称排量应符合国家标准的规定。 液压马达的排量是指马达轴每转一转，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的吞入液体的体积。公称排量应符合国家标准的规定。 (2)流量q 1)理论流量 液压泵的理论流量是指泵在单位时间内由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积，理论流量等于排量与其转速的乘积。液压马达的理论流量是指马达在单位时间内为达到指定转速，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的吞入液体的体积。 2)实际流量 液压泵的实际流量是指泵工作时实际输出的流量，等于理论流量减去泄漏损失的流量。 液压马达的实际流量是指马达工作时实际输入的流量，等于理论流量加上因泄漏损失的流量。 3)公称流量 液压泵的公称流量，是指泵在公称转速和公称压力下的输出流量。 液压马达的公称流量是指马达在公称转速和公称压力下的输入流量。,四、液压泵和液压马达的功率和效率,1、液压泵的功率和效率,1)泵的输入功率Pm 驱动泵轴的机械功率叫泵的输入功率Pm 式中，T为泵轴上的实际输入转矩, n为泵轴的转速。2)泵的输出功率 泵输出的液压功率叫泵的输出功率 3）泵的总效率 由于泵在能量转换时有能量损失(机械摩擦损失、泄漏流量损失)，泵的输出功率 总是小于泵的输入功率Pm。其总效率为 泵的容积效率,泵的机械效率,2、液压马达的功率和效率,1)液压马达的输入功率 式中, 为马达的输入压力; 为马达的输入流量。 2)液压马达的输出功率 式中， 为马达的实际输出转矩 ； 为马达的实际转速。 3)马达的总效率 马达的输出功率 总是小于马达的输入功率 ，其总效率 为： 式中， 为马达的机械效率； 为马达的容积效率。 马达的容积效率 马达的转速 马达的机械效率 马达的输出转矩：,齿轮泵广泛地应用在各种液压机械上。一般齿轮泵分为外啮合和内啮合两种。外啮合齿轮泵结构简单、体积小，重量轻，转速高，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维修以及成本低等特点。它的缺点是，流量和压力脉动较大，噪声较大 。,第二节 齿轮泵,一、齿轮泵的工作原理和结构,1.齿轮泵的工作原理 如图2-3所示，由泵体、端盖和一对相互啮合的齿轮形成密封的工作容积。相互啮合的齿轮将密封的工作容积分隔成左右两个密封的空腔，即a腔和b腔，分别与吸油口和压油口相通。当主动轴带动齿轮按图示方向旋转时，在a腔中，啮合的两轮齿逐渐脱开，工作容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经吸油口进入吸油腔（a 腔）；然后，齿间的油液随齿轮转动沿带尾箭头所示的流向被带到b腔。在b腔中，两齿轮的轮齿逐渐啮合，使工作容积逐渐减小，被挤压的油液经压油口输出，故b腔为压油腔。齿轮不停地转动，吸油腔不断地从油箱中吸油，压油腔不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。,图2-3,2.齿轮泵的结构性能分析,图2-4 液压泵的困油现象,减轻困油现象的措施：,图2-6 齿轮泵的径向力分布图,2）不平衡的径向力,图2-7齿轮泵径向力平衡槽,齿轮泵的泄漏途径:齿轮泵内部从高压区向低压区泄漏有三条途径: 1.是通过齿轮端面与侧盖板之间轴向间隙的泄漏，约占总泄漏的75%80%，是目前影响齿轮泵压力提高的主要原因。 2.是通过齿顶和泵体内孔间径向间隙的泄漏，其泄漏约占总泄漏的15%20%； 3.是齿轮啮合处的泄漏，其泄漏很少，一般不予考虑。 在中、高压齿轮泵中，为了减小轴向间隙的泄漏，采用轴向间隙自动补偿装置，如图2-8所示。,3)泄漏途径,图2-8 轴向间隙补偿原理图,3、齿轮泵的典型结构,一对齿轮7、9装在泵体2中，由主动轴6带动回转。左、右端盖1、3装在泵体的两侧，用六个螺钉13连接，并用定位销10定位。带有保持架的滚针轴承12分别装在左、右端盖中，支承主动轴6和从动轴8。在左、右端盖上各铣有两个消除困油现象的矩形卸荷槽f和g， 泵体两端面上还铣有压力卸荷槽C。,图2-9 CB-B型低压齿轮泵,CB系列中、高压齿轮泵的结构,图2-10 CB系列中、高压齿轮泵,二、齿轮泵的常见故障及排除方法（表2-2）,第三节 叶片泵,叶片泵在机床液压系统中应用最广。其主要优点是:结构紧凑、外形尺寸小、运转平稳、 流量均匀以及噪声小等。其缺点是:结构复杂、吸油特性差、对油液的污染较敏感。 叶片泵按其排量是否可变分为定量叶片泵和变量叶片泵，按其转子转一周吸、排油的次数可分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。,一、双作用叶片泵 1)双作用叶片泵的组成:主要由转子1、定子2、叶片3、泵体4及配油盘5等组成。转子和定子同心安放。定子内表面是一个近似椭圆，由两段长半径R圆弧、两段短半径r 圆弧以及四段过渡曲线所组成。转子上开有均布槽，矩形叶片安装在转子槽内，并可在槽内滑动。,图2-11双作用叶片泵的工作原理,2) 双作用叶片泵的工作原理,如图2-11所示,当转子旋转时，叶片在自身离心力和根部压力油的作用下，紧贴定子内表面。在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。当相邻两叶片由短半径处向长半径处转动时，两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空而吸油，当相邻两叶片由长半径处向短半径处转动时，两叶片间的工作容积逐渐减小而压油。转子转一周，两相邻叶片间的工作容积完成两次吸油和压油，所以称为双作用叶片泵。,YB1 型叶片泵的结构 图2-12所示为YB1 型叶片泵的结构图，由前、后泵体7、6，左、右配油盘1、5，定子4、转子12等组成。 结构特点： 定子的组成;八段曲线组成（二段大圆弧、二段小圆弧和四段过渡曲线）。,图2-12 YB1型叶片泵的结构,配油盘的组成：如图2-13所示 配油盘与定子的相对关系:为了便于装配和使用，两个配油盘与定子、转子和叶片组装成一个部件。两个长螺钉13为组件的紧固螺钉，其头部作为定位销插入后泵体的定位孔内，以保证配油盘上吸、压油窗口的位置能与定子内表面的过渡曲线相对应。 其它:转子上开有12条狭槽，叶片11安装在槽内，并可在槽内自由滑动。转子通过内花键与主动轴相配合，主动轴由两个滚珠轴承2和8支承。骨架式密封圈9安装在盖板10上，用来防止油液泄漏和空气渗入。 叶片的倾角,图2-13叶片泵配油盘,4)双联叶片泵 YB1 系列叶片泵除单泵外，还有双联叶片泵，如图2-14所示,它是由两个单级叶片泵组成，其主要工作部件装在一个泵体内，由同一根传动轴带动旋转。泵体有一个共同的吸油口，两个各自独立的出油口。,图2-14 双联叶片泵的结构,高压叶片泵 高压叶片泵存在最主要的问题就是低压 区叶片对定子压紧力过大。措施；减小叶片对定子的压紧力。,二、单作用叶片泵 1）单作用叶片泵的组成:如图2-18所示,主要由转子3、定子4、叶片5、配油盘1、传动轴2及泵体等组成。转子和定子偏心安放，偏心距为，定子具有圆柱形的内表面。转子上开有均布槽，矩形叶片安放在转子槽内，并可在槽内滑动。,图2-18 单作用叶片泵的工作原理图,2）单作用叶片泵的工作原理 如图2-18所示，转子旋转时，叶片在自身离心力的作用下，紧贴定子内表面起密封作用。在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。当转子按图示方向旋转时，右边的叶片逐渐伸出，相邻两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空，从配油盘上的吸油窗口吸油；左边的叶片被定子的内表面逐渐压进槽内，两相邻叶片间的工作容积逐渐减小，将工作油液从配油盘上的压油窗口压出；在吸油窗口和压油窗口之间有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开，转子转一周两叶片间的工作容积完成一次吸油和压油，所以称为单作用式叶片泵。,工作原理：图2-19所示为YBX型限压式变量叶片泵工作原理图。转子l的中心01 是固定的，定子2可以左右移动，在右端限压弹簧3的作用下，定子被推向左端，靠紧在活塞6的右端面上，使定子中心O2 和转子中心01之间有一原始偏心距e。泵出口的压力油经泵体内通道作用于活塞6的左端面上，当泵的工作压力p小于限定压力（即活塞对定子的作用力小于限压弹簧3的预紧力）时，定子不能移动，最大偏心量保持不变，泵的输出流量为最大。当泵的工作压力大于限定压力时，限压弹簧被压缩，定子右移，偏心量减小，泵输出流量也减小。图中螺钉7用来调节泵的最大流量，螺钉4用来调节限定压力。,图2-19 YBX型限压式变量叶片泵工作原理图,3）限压式变量叶片泵工作原理：,流量压力特性曲线 限压式变量叶片泵的流量与压力特性曲线如图2-20所示。图中AB段表示工作压力p小于限定压力pB 时，流量最大而且基本保持不变。B点为拐点，表示泵输出最大流量时可达到的最高工作压力。 图2-20 限压式变量叶片泵的p-q特性曲线,YBX型限压式变量叶片泵的结构,图2-21 YBX型限压式变量叶片泵结构图,第四节 柱塞泵,柱塞泵是利用柱塞在缸体的柱塞孔中作往复运动时产生的密封工作容积变化来实现泵吸油和压油。它的主要优点是:结构紧凑、压力高、效率高及流量调节方便等。但结构复杂、价格高、对油液的污染敏感。它常用于高压、大流量及流量需要调节的液压机、工程机械、大功率机床等液压系统中。柱塞泵按柱塞排列方向的不同分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。,一、径向柱塞泵工作原理,1.组成：图2-22所示为径向柱塞泵的工作原理图。泵由转子1、定子2、柱塞3、配油铜套4和配油轴5 主要零件组成。柱塞沿径向均匀地安装在转子上。配油铜套和转子紧密配合，并套装在配油轴上。,图2-22 径向柱塞泵工作原理图,转子连同柱塞由电动机带动一起旋转，配油轴固定不动。柱塞在离心力的作用下紧压在定子的内壁面上。由于定子和转子间有一偏心距e，所以当转子按图示方向旋转时，柱塞在上半周内向外伸出，其底部的密封容积逐渐增大，产生局部真空，于是通过固定在配油轴上的窗口a吸油。当柱塞处于下半周时，柱塞底部的密封容积逐渐减小，通过配油轴上的窗口b把油液排出。转子转一周，每个柱塞各吸、压油一次。若改变定子和转子的偏距e ，则泵的输出流量也改变，因此径向柱塞泵可做变量泵。,2.工作原理,二、轴向柱塞泵 （一）轴向柱塞泵工作原理,1.组成：轴向柱塞泵的柱塞平行于缸体轴心线，并均布在缸体的圆周上。工作原理见图2-23，它主要由柱塞5、缸体7、配油盘10和斜盘1等零件组成。斜盘法线和缸体轴线间的交角为 。内套筒4在弹簧6作用下通过压板3而使柱塞头部的滑履2和斜盘靠牢；同时，外套筒8则使缸体7和配油盘10紧密接触，起密封作用。,图2-23 轴向柱塞泵工作原理图,2.工作原理,当缸体转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。当缸孔自最低位置按图示方向转动时，柱塞转角在0 范围内，柱塞向左运动，柱塞端部和缸体形成的密封容积增大，通过配油盘的吸油窗口进行吸油；柱塞转角在 内，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部容积减小，泵通过配油盘排油窗口排油。若改变斜盘倾角的大小，则泵的输出流量改变；若改变斜盘倾角的方向，则进油口和排油口互换，即为双向轴向柱塞变量泵。,（二）SCY14-1B型轴向柱塞泵,图2-24 SCY14-1B型轴向柱塞泵的结构,图2-25 柱塞泵的配流盘,主要各元件的结构及相对关系：柱塞5、缸体7、配油盘10、定心弹簧6、滑履2、斜盘1、变量机构。,柱塞泵各零件的结构,三、柱塞泵的常见故障及排除方法（表2-4）,第五节 液压泵的选用,在液压系统中，应根据设备的工作压力、流量、工作性能、工作环境来合理选择液压泵的类型和规格，同时还应考虑功率的合理利用和系统发热、经济性等要求。 一般从结构复杂程度、自吸能力、抗油液污染能力和价格等方面看，齿轮泵为最好。 从结构上看，柱塞泵最为复杂，对油液清洁度要求最高。 从工作精度和平稳性上来看，叶片泵最好。 从承载能力上来看，重载高压系统常用柱塞泵、叶片泵。 从工作环境上来看，齿轮泵适合较差的工作环境，如野外作业。常用液压泵的性能比较及应用见表25。,第六节 液压马达,液压马达是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。从原理上讲，液压马达和液压泵是可逆的，即液压泵可以作为液压马达使用。在结构上两者也基本相同，但由于功用不同，它们的实际结构有所差别，故一般液压泵不作液压马达使用。 1、液压马达按结构形式也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三种类型； 2、按其排量V能否调节而分成定量马达和变量马达两类； 3、按其旋转速度可分为高速马达和低速马达。,一、轴向柱塞式液压马达,1）组成：图2-26所示为轴向柱塞液压马达工作原理图。主要组成：斜盘1、柱塞2、缸体3、 配油盘4 2）工作原理：斜盘1和配油盘4固定不动，缸体3可绕缸体的水平轴线旋转。当压力油经配油盘进入柱塞底部时，柱塞在压力油的作用下向外顶出，紧紧压在斜盘上，这时斜盘对柱塞的反作用力为F，将F分解为轴向分力Fx和切向分力Fy，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(图中未标明)向外输出转矩和转速，成为液压马达。,图2-26 轴向柱塞泵液压马达的工作原理图,二、叶片式液压马达,1）组成：图2-27所示为叶片式液压马达的工作原理图。主要组成：转子、定子、叶片和配油盘 2）工作原理：当压力油进入压油腔后，在叶片1、3上一侧作用有压力油，另一侧为低压回油。由于叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，所以液体作用于叶片3上的作用力大于作用于叶片1上的作用力，从而由于作用力不等而使叶片带动转子作逆时针方向旋转。与此同时，液体作用于叶片7上的作用力也大于作用于叶片5上的作用力，也使叶片带动转子作逆时针方向旋转。故液压马达逆时针方向旋转。,图2-27 叶片泵液压马达的工作原理,3）叶片式液压马达和叶片泵的区别,为了液压马达能正、反转，叶片式液压马达的叶片径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通入叶片根部的通路上设置有单向阀。为了确保叶片式液压马达在通入压力油时能正常起动，在叶片根部设置有预紧弹簧。,叶片泵,液压马达,三、摆动马达,摆动马达有单叶片和双叶片两种形式。图2-28所示为单叶片摆动马达的工作原理图。 1组成：主要由 叶片1、输出轴2 、封油隔板3组成，叶片1和封油隔板3将内部空间分成两腔，叶片1装在输出轴2上。 2）工作原理：当摆动马达的一个油口接压力油，而另一油口接油箱时，叶片在油压作用下产生转矩，带动轴2摆动一定的角度。这种摆动马达一般用于驱动回转工作部件，如机床回转夹具、送料装置等。,图2-28 单叶片摆动液压马达,小结,1）液压泵必须具有可变的密封容积和配油装置。 2）排量只与密封容积的变化量有关，与转速无关。 3）额定压力是泵在连续运转时可承受的压力和可实现的压力；实际压力随外负载变化。 4）泵的总效率=Vm ，马达与泵的转矩、流量、理论流量易混淆。 5）齿轮式、叶片式和柱塞式三类泵的密封容积的构成、容积变化方式和配油方式各具有的特点、性能和应用范围各不相同。 6）变量叶片泵的叶片倾向、定子内表面曲线与定量泵不同， 7）液压泵主要根据系统工作压力、流量、工作性能、环境要求进行选择。液压泵的应用趋势是各种变量泵和高压泵。,