第3章液压动力元件ppt课件.ppt

第3章 液压动力元件,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,第3章 液压动力元件,3.1 概述 ( Introduction)3.2 齿轮泵 (Gear Pumps)3.3 叶片泵 (Vane Pumps)3.4 柱塞泵 (Piston Pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,液压泵是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是 液压系统的动力源。,3.1 概述(Introduction),液压泵的基本工作原理及分类,液压泵的主要性能参数,液压泵的图形符号,3.1 概述,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),液压泵的工作原理 Operating principle,液压泵工作原理图,液压千斤顶原理图,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,1. 液压泵的工作原理,组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体之间形成密封容积。,原理：偏心轮旋转一周，柱塞左右往返运动一次，向右运动密封容积增大吸油，向左运动密封容积变小压油。泵每转一转排出油液的体积称为排量，其大小只与泵的结构参数有关。,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,液压泵正常工作的基本条件: 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积； 当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，完成排油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。 具有相应的配流装置，将吸油过程与排油过程分开； 满足必要的外部条件，如油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,按液压泵排量是否可调节分为：,2. 液压泵分类,定量泵,变量泵,单位时间内输出的油液的体积不能调节,单位时间内输出的油液的体积可以调节,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,按液压泵的结构形式可分为,斜盘式,齿轮泵,叶片泵,柱塞泵,单作用叶片泵,双作用叶片泵,液压泵,斜轴式,轴配流式,阀配流式,其他,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),外啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵,轴向柱塞泵,径向柱塞泵,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3. 液压泵的图形符号,泵的输入参量 转矩 T 角速度 ,输出参量 流量q 压力 p,T,p,q,3.1.1 液压泵的工作原理及分类 (Operating principle and classification),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,工作压力pp：指泵实际工作时的输出压力。也即泵的出口压力。实际工作压力取决于相应外负载。,3.1.2 液压泵的主要性能参数(Main performance parameters in hydraulic pumps),3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),1. 压力 (Pressure),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),额定压力pn：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力，即泵工作时允许达到的最高压力。,最高允许压力pmax：液压泵在短时间内允许超载使用的极限压力。,Pn的大小由泵本身的泄漏和结构强度决定。 当Pp Pn时，泵过载。,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,额定流量qn：在额定转速和额定压力下泵输出的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量。由于泵存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。,理论流量qt: 无内外泄漏时，单位时间内泵排出液体的体积。泵的流量为其转速与排量的乘积，即 。,实际流量q：泵工作时实际输出的流量。,2、排量和流量 (Delivery and flow),排量V：是泵主轴每转一转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。常用单位为mL/r。,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3. 功率、效率,输入功率Pi：作用在液压泵主轴上的机械功率，设实际输入转矩为Ti ，输入的角速度为：则,1）液压泵的功率,输出功率Po：液压泵在工作过程中的实际输出压力p和输出流量q的乘积。,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。即P0Pi。就有效率问题。,功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：,机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。,2）液压泵的效率,容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,机械效率,总效率,（3-7）,(3-6),（3-5）,容积效率,：泵的实际流量与理论流量之比。,：泵所需要的理论转矩Tt与实际转矩Ti的比值称为机械效率。,：是泵输出功率与输入功率之比。,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,目前对一定型号的液压泵，用试验测出的效率曲线来评价泵的性能质量，确定泵的合理使用范围。试验测出的效率曲线称为特性曲线。通常所提供的特性曲线主要是负载特性曲线和转速特性曲线。 负载特性曲线是指在一定转速（通常是额定转速）下，容积效率和总效率随工作压力而变化的曲线。 转速特性曲线是指在一定压力（通常是额定压力）下，容积效率随转速而变化的曲线。,4 液压泵的特性曲线 (Performance curves),3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,（n一定时）,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,例3.1 某液压系统，泵的排量V10m L/r，电机转速n1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa，泵容积效率pv0.92，总效率p0.84，求 1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率； 4）驱动电机功率。,解：1）泵的理论流量,L/min,2) 泵的实际流量,3)泵的输出功率,4）驱动电机功率,L/min,3.1.2 液压泵的性能参数 (Main performance parameters in hydraulic pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,齿轮泵的主要优点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性好、对油液污染不敏感、工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大、噪声大、排量不可调。,齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。,齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。,3.2 齿轮泵 (Gear Pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,泵体内相互啮合的主、从动齿轮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，密封腔容积不断增大，构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。,3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理 (Operating principle of external mesh gear pumps),外啮合齿轮泵,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,泵体内相互啮合的主、从动齿轮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。,左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统。,3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理 (Operating principle of external mesh gear pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.2.2 排量和流量,相当于一对啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿体积的总和。即：,1. 外啮合齿轮泵的排量,（3-8）,式中：D-齿轮分度圆直径，D=mz； z-齿数；h-有效齿高，h=2m； b-齿轮宽； m-齿轮模数,实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，故在实际计算中用3.33来代替上式中值。,（3-9）,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,由此得齿轮泵的输出流量为,3.2.2 排量和流量,（3-10）,实际上齿轮泵的流量是脉动的，故上式所表示的是外啮合齿轮泵的平均流量。,若用 、 来表示最大、最小瞬时流量， 表示平均流量，则流量脉动率为,（3-11）,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而周期性变化，形成困油现象。,1. 困油的现象及其消除措施,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,容积减小时压油侧相通,容积增大时与吸油侧相通,卸荷槽,消除困油现象的措施： 在齿轮泵的侧板上或浮动轴套上开卸荷槽。,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,2. 径向不平衡力,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。,压力越高，径向不平衡力越大，它能使泵轴弯曲， 使壳体偏磨，加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,（1）缩小压油口的直径，使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；,（2）适当增大径向间隙；,（3）开压力平衡槽。,减小径向不平衡力措施：,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3 泄漏及端面间隙的自动补偿,泄漏途经：,在这三类间 隙中，端面间隙 的泄漏量最大， 压力越高，由间 隙泄漏的液压油 就愈多。,（3）齿轮两端面和侧板间的间隙端面间隙。,（2）齿轮啮合线处的间隙齿侧间隙；,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。,通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和 弹性侧板式两种 。,原理： 引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。,3.2.2 齿轮泵的常见问题及解决办法,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意 图见图2.6。,图3.9 内啮合齿轮泵 1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板，吸油腔，压油腔,内啮合渐开线齿轮泵图,内啮合摆线齿轮泵图,3.2.4 内啮合齿轮泵 (Inner mesh gear pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,内啮合齿轮泵的结构紧凑、尺寸小、重量轻、运转平 稳、噪声低； 但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低； 一般用于中、低压系统，或作为补油泵。 内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较 贵，且不适合高压工况。,3.2.4 内啮合齿轮泵 (Inner mesh gear pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.3 叶片泵 (Vane pumps),优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长。 缺点：吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高。,叶片泵特点：,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.3 叶片泵 (Vane pumps),叶片泵分单作用和双作用式。,单作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各一次。双作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各二次。,单作用叶片泵排量可调节。故一般为变量泵。双作用叶片泵排量不可调节，故一般为定量泵；,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,1. 组成 定子、转子、叶片、配流盘、传动轴、壳体等,叶片泵结构,转子和定子同心；,定子内表面的曲线由两段大半径圆弧（R），两段小半径圆弧（r）及两段过渡曲线所组成；,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。,图3.15 双作用叶片泵工作原理 1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口,2. 工作原理,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,泵的实际输出流量为,排量,3 双作用叶片泵的排量和流量,由于存在制造工业误差，定子大小圆弧不同心，造成了少量流量脉动。但脉动率比较小，为减小脉动，叶片数应为4的整数倍，且大于8时最小，故通常取叶片数为12或16片。,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,组成：,4. 双作用式叶片泵的结构特点,（1）定子工作表面曲线,两段大半径为R的圆弧,两段小半径为r的圆弧,圆弧间四段过渡曲线,过渡曲线应保证叶片紧贴在定子内表面上，叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的变化均匀，使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。常用定子内表面过渡曲线有：等加速-等减速曲线，高次曲线等。,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,c)叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上。,（2）配流盘,a) 封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角。,b)在配油盘上开卸荷三角槽。,作用：给泵配油。,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,压力角：定子对叶片的法向反力FN与径向方向的夹角。倾角：叶片与径向半径的夹角。将叶片顺着转子转动方向前倾一个角度 ，这样就可以减小侧向力FT，使叶片在槽中移动灵活，并可减少磨损。 液压泵的叶片倾角一般取为1014。,(3) 叶片前倾角,3.3.1 双作用叶片泵(Double-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,结构：,特点： 定子和转子偏心； 定子内曲线是圆； 配油盘有二个月牙形窗口。 叶片靠离心力伸出。,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。,单作用叶片泵工作原理,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,2 单作用叶片泵的排量和流量,eDb,b,e,R,e,R,V,p,p,2,),(,),(,2,2,=,-,-,+,=,单作用叶片泵排量为,b,e,R,e,R,V,Z,V,2,2,),(,),(,Z,-,-,+,=,D,=,p,个叶片时,当泵有,b,e,R,Z,b,e,R,Z,V,2,2,),)(,(,),)(,(,-,-,+,=,D,p,p,的油液,一个叶片密封容积排出,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,流量为, 改变转子和定子的偏心距，即可改变排量，故可做变量泵，但其容积变化不均匀，故有流量脉动，叶片应取奇数，一般为13或15。, 单作用叶片泵定、转子偏心安装。,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3 单作用叶片泵的结构要点,单作用叶片泵通常作为一种变量泵来使用。,（1）变量,由于轴和轴承存在不平衡力的负荷，这种泵的工作压力受到一定限制。,（2）径向力不平衡,单作用变量泵的分类,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,(3) 叶片后倾, 叶片底部分别通吸压油 叶片顶、底受力平衡 故叶片向外运动主要靠旋转时的惯性力与离心力等的合力，其应尽量与转子中叶片槽方向一致，为此叶片槽应向后倾20 30。,3.3.2 单作用叶片泵(Single-acting vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.3.3 单作用变量叶片泵(Single-acting variable vane pumps),4 限压式变量叶片泵,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,4 限压式变量叶片泵,3.3.3 单作用变量叶片泵(Single-acting variable vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸,3.3.3 单作用变量叶片泵(Single-acting variable vane pumps),工作原理,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,调节过程：调节螺钉1，可改变最大流量，使AB段上下平移 调节螺钉2，可改变限定压力，使BC段左右平移,3.3.3 单作用变量叶片泵(Single-acting variable vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,（ 3） 限压式变量叶片泵的应用 常用于执行机构需要有快、慢速运动的场合，,限压式变量叶片泵的特点： 功率损耗小，减小发热，简化系统，但结构复杂。,3.3.3 单作用变量叶片泵(Single-acting variable vane pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容积发生变化来实现吸油和压油的。,与齿轮泵和叶片泵相比它有以下优点；,(1)工作压力高,(2)易于变量,(3)流量范围大,缺点：,对油污染敏感，滤油精度要求高，结构复杂，加工精度高价格较昂贵等。,3.4 柱塞泵 (Piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,轴向式柱塞泵,径向式柱塞泵,柱塞泵的种类,3.4 柱塞泵 (Piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,分类:斜盘式和斜轴式。,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),特点:结构紧凑、泄漏小、工作压力高、易变量等。,斜盘式：缸体轴线与传动轴轴线重合,斜轴式：缸体轴线与传动轴轴线成一个夹角 。,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,（1）斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 (Operating principle),1 斜盘式轴向柱塞泵 (Swashplate axial piston pumps),3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),斜盘式柱塞泵原理,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,2 轴向柱塞泵的排量和流量,如图3.34，若柱塞数目为Z，柱塞直径为d，柱塞孔分布圆 直径为D，斜盘倾角为，则柱塞行程为：,泵的输出流量为 ：,泵的排量为 ：,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,实际上，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。,表3-1 柱塞泵不同柱塞数时的脉动率,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.4.1 轴向柱塞泵,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.4.2 轴向柱塞泵,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),静压支撑,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,柱塞中心线与缸体旋转轴线平行，且都与传动轴轴线倾斜一个角度,2 斜轴式轴向柱塞泵,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,2 斜轴式轴向柱塞泵,斜轴式轴向柱塞泵工作原理,缸体的中心线与传动主轴成一角度，故此泵称为斜轴泵。传动轴转动时,通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动,并迫使柱塞在缸体中作往复运动,借助配油盘进行吸油和压油。,3.4.1 轴向柱塞泵 (Axial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,3.4.2 径向柱塞泵(Radial piston pumps),3.4.2 径向柱塞泵(Radial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,2 径向泵的排量和流量,泵的排量为：,泵的输出流量：,由于柱塞在缸体中径向移动速度是变化的，而各个柱塞在同一瞬时径向移动速度也不一样，所以径向柱塞泵的瞬时流量是脉动的，由于奇数柱塞要比偶数柱塞的瞬时流量脉动小得多，所以径向柱塞泵采用奇数柱塞。,3.4.2 径向柱塞泵(Radial piston pumps),2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,各类液压泵的性能比较及应用表3-2。,3.5 液压泵的应用,2022年11月19日星期六,湖南工程学院液压与气压传动,1、齿轮泵的径向力不平衡是怎样产生的?2、什么是困油现象？,3-93-103-11,