《液压与气压传动》液压动力元件.doc

四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 备 课 用 纸 第3章 液压动力元件3.1 概述液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流。液压马达是液压泵的逆装置，是液压系统的执行元件，其作用是把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，从而推动负载做功。液压系统中使用的液压泵和液压马达都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积变化来完成吸油与排油。3.1.1 液压泵和液压马达的工作原理以容积式液压泵（单柱塞）为例讲解。容积式液压泵工作时所具备的必要条件：（1） 必须形成一个或多个密封空间。（2） 密封空间周期性地变化。当密封空间变大时，形成真空，油箱当中的油液在外部大气压力和密封工作腔中的真空作用下，被吸到密封工作腔中，完成吸油；当密封空间变小时，工作腔中的油液受到挤压，从而排到液压系统中去。（3） 吸压油腔要隔开，为了使密封空间变大时与吸油管相连，密封空间变小时与压油管相连，需要有相应的配流装置。（4） 液压泵正常工作的外部条件是油箱压力要与大气压相同。3.1.2 液体泵和液压马达的主要性能参数1、压力（1）额定压力：指泵（或马达）在正常条件下，按实际标准规定能够连续运转的最高压力。（2）工作压力：指泵（或马达）实际工作时输出（或输入）油液的压力。（3）最高允许压力：指泵（或马达）在短时间内允许超载使用的最高压力，一般为额定压力的1.1倍。2、排量和流量（1）排量：在没有泄漏的情况下，泵（或马达）每转所排出（或输入）的液体的体积。用V表示，单位ml/r.（2）理论流量：单位时间内液压泵所排出的液体的体积，等于排量与转速的乘积。用表示。（3）额定流量：指泵（或马达）在正常工作条件下，按实际标准规定必须保证的输出流量。（4）实际流量：指泵（或马达）工作时实际输出（或输入）的流量。3、效率和功率（1）液压泵的效率和功率1）容积效率：实际流量与理论流量之比值为液压泵的容积效率，用表示。2）机械效率：理论所需转矩与实际转矩之比值为液压泵的机械效率，用表示。3）功率。输入：为机械能，表现为输入实际转矩和转速，所以液压泵的输出功率为输出：为液压能，表现为输出实际流量和压力，所以液压泵的输出功率为4） 总效率。输出功率与输入功率之比值为液压泵的总效率，用表示。（2） 液压马达的效率和功率1） 容积效率：理论流量与实际流量之比值，用表示。2） 机械效率：实际输出转矩与理论所需转矩之比值，用表示。3） 功率。输入：为液压能，表现为输入实际流量和压力，所以液压马达输入功率为输出：为机械能，表现为输入实际转矩和转速，所以液压马达输出功率为4）总效率。输出功率与输入功率之比值为液压泵的总效率，用表示。3.1.3 液压泵和液压马达的分类1、液压泵的分类（1）按结构形式和运动部件运动方式分：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵及凸轮转子泵。【补充】（2）按泵的排量分：定量泵、变量泵。【补充】（3）按泵的输出油液方向分：单向泵、双向泵。2、液压马达的分类按转速及结构形式分：高转速液压马达、低速大转矩液压马达。（1） 高转速液压马达：齿轮式、叶片式、柱塞式（2） 低速大转矩液压马达：轴向式、径向式【补充】3、液压泵和液压马达的图形符号3.2 齿轮泵 分类：按结构形式分：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵 按齿形曲线分：渐开线齿形、非渐开线齿形优点：结构简单、体积小、质量轻、转速高且范围大、自吸性能好、对油液污染不敏感、工作可靠、维护方便和价格低廉等，在一般液压传动系统中应用广泛。缺点：流量脉动和压力脉动较大、泄漏损失大、容积效率低、噪声较大、容易发热、排量不可调节，只能做定量泵，适用范围受到一定限制。3.2.1 外啮合齿轮泵的结构3.2.2 外啮合齿轮泵的工作原理吸油：当原动机带动齿轮转动时，右侧的轮齿不断退出啮合，而左侧的轮齿不断进入啮合，因啮合点的啮合半径小于齿顶圆半径，右侧退出啮合的轮齿露出齿间，其密封工作腔容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下经泵的吸油口进入这个密封油腔。压油：随着齿轮的转动，吸入的油液被齿间转移到左侧的密封工作腔，左侧进入啮合的齿轮使密封油腔压油腔容积逐渐减小，把齿间的油液挤出，从压油口输出，压入液压系统。 齿轮啮合点处的齿面接触线将吸油腔和压油腔分开，起到了配油（配流）作用，因此不需要单独设置配流装置，这种配流方式称为直接配流。3.2.3 齿轮泵的结构要点1、 齿轮泵的泄漏齿轮端面与泵盖间的轴向间隙泄漏；齿轮齿顶圆也泵体内孔间的径向间隙泄漏；两齿轮间的齿面啮合处泄漏。2、 径向作用力不平衡产生：由于液压力不平衡。吸油腔压力小，压油腔压力大。危害：压力升高，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。措施：缩小压油口，以减小压力油作用面积；增大泵体内表面和齿顶间隙开压力平衡槽，使容积效率减小。3.2.4 外啮合齿轮泵的排量与流量的计算齿轮泵的排量：齿轮泵的理论流量：齿轮泵的实际流量：齿轮泵流量和各参数的关系：（1） 输油量与齿轮模数的平方、转速都成正比（2） 在泵的体积一定时，齿数少模数就大，所以输油量增加，但流量脉动大；齿数增加时，模数就小，输油量减少，流量脉动也小。3.2.5 内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵分渐开线齿形内啮合齿轮泵和摆线齿形内啮合齿轮泵两种。内啮合齿轮泵的特点：结构紧凑，尺寸小，质量轻，由于齿轮转向相同，故磨损小、使用寿命长，并且运转平稳，噪声小，流量脉动小。但齿形复杂，加工精度高，所以加工困难，价格昂贵。3.3 叶片泵【补充】特点：叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低，体积小、质量轻等优点。但其抗污染能力较差，对油液的清洁度要求较高；此外，叶片泵的制造工艺也较复杂。分类：按结构形式分，单作用式叶片泵、双作用式叶片泵； 按压力等级分，中低压叶片泵（7MPa）、中高压叶片泵（16MPa）、高压叶片泵（2030MPa）。3.3.1 单作用式叶片泵1、单作用式叶片泵的工作原理单作用式叶片泵由转子、定子、叶片和端盖等组成。泵的转子每转一周，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各一次，所以称为单作用式叶片泵。由于转子上受到的径向液压力是不平衡的，故又称为非平衡式叶片泵。2、单作用式叶片泵的排量及流量计算理论排量实际流量为3.3.2 限压式变量叶片泵 如果改变叶片泵的偏心距e，则叶片泵的排量将发生变化，故将这种排量（或流量）可以改变的液压泵称为变量泵。限压式变量叶片泵是一种自动调节式变量泵，它能根据外负载的大小自动调节泵的排量，按其压力反馈作用的不同可分为外反馈和内反馈限压式变量叶片泵。1、外反馈限压式变量叶片泵【补充】内反馈限压式变量叶片泵2、限压式变量叶片泵的特点和用途限压式变量叶片泵能够按照压力自动调节流量，不仅减少功率损耗，还可以减少油液发热，但结构复杂，外形尺寸大，作相对运动机件多，泄漏较大，轴上受不平衡径向液压力作用，噪声较大，容积效率和机械效率都比较低，流量脉动和困油现象也较严重。3.3.3 双作用式叶片泵1、双作用式叶片泵的工作原理当转子每转一周，每个工作空间要完成两次吸油和压油，所以称之为双作用叶片泵。这种叶片泵由于有两个吸油腔和压油腔，并且各自的中心夹角是对称的，所以作用在转子上的油液压力相互平衡，因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵。【注】为了要使径向力完全平衡，密封空间数（即叶片数）应当是双数。2、双作用式叶片泵排量及流量的计算理论排量若考虑叶片的倾角和厚度，则理论排量实际流量3、叶片泵的优缺点及其应用优点：输出流量比齿轮泵均匀，运转平稳，噪声小； 工作压力较高，容积效率也较高； 单作用式叶片泵易于实现流量调节，双作用式叶片泵则因转子所受径向液压力平衡，使用寿命长； 结构紧凑，轮廓尺寸小而流量较大。缺点：自吸性能较齿轮泵差，对吸油条件要求较严格，其转速必须在5001500r/min范围内； 对油液污染较敏感，叶片容易被油液中杂质咬死，工作可靠性较差； 结构较复杂，零件制造精度要求较高，价格较高。叶片泵一般用于中压（6.3MPa）液压系统中，在机床控制中应用十分广泛。3.4 柱塞泵分类：按柱塞放置的不同，3.4.1 轴向柱塞泵组成：轴向柱塞泵主要由配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等组成。特点：缸体与传动轴同轴心线，通过倾斜盘使柱塞相对缸体做往复运动。1、轴向柱塞泵的工作原理2、轴向柱塞泵的排量及流量计算泵的理论排量泵的实际流量3、轴向柱塞泵的结构特点（1）柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高（2）缸体端面间隙的自动补偿（3）滑履结构（4）吸油辅助设备（5）变量机构4、典型轴向柱塞泵的结构举例3.4.2 径向柱塞泵组成：径向柱塞泵主要由柱塞、转子、定子、衬套和配流轴等组成。3.4.3 柱塞泵的特点优点：由于柱塞泵的柱塞与缸体内孔均是圆柱表面，因此加工方便，配合精度高，密封性好，所以柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高及流量易于调节等优点。缺点：自吸性差，对油液污染敏感，结构复杂，成本高。应用：常用于高压、大流量和变量的液压系统中，如拉床、液压机、起重设备等液压系统。3.5 螺杆泵优点：螺杆泵流量均匀，理论上无脉动，噪声低，自吸性能好，并且对油液的污染不敏感。缺点：螺杆的结构复杂，加工精度高，且加工困难。应用：螺杆泵主要是用于对流量、压力的均匀性和工作平稳性有较高要求的精密机床液压系统中。3.6 液压泵的选用3.6.1 液压泵的选择原则看是否要求变量。如果要求使用变量泵则径向柱塞泵、轴向柱塞泵和单作用式叶片泵可作为首选对象。看工作压力。一般低压系统或辅助装置选用低压齿轮泵，中压系统多选用叶片泵，高压系统多选用柱塞泵。看实际的工作环境。齿轮泵的抗污染环境是最好的。对比噪声指数。低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和楼干蹦的瞬时流量最均匀。对比各种泵的效率 轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高，统一排量的泵在额定工况下总效率最高。3.6.2 液压泵的工作压力3.6.3 液压泵的流量3.6.4 配套电动机的选用【注】在液压泵产品样本中，往往附有配套电动机功率数值，这个数值是在额定压力和流量下所需的功率，实际应用中可能达不到，故可根据实际情况计算选用合适的电动机。3.7 液压泵常见故障及维修3.7.1 不出油、输油量不足及压力跟不上1、 故障分析1） 电动机转向不对2） 吸油管或过滤器被堵塞3） 轴向间隙或径向间隙过大4） 连接处泄露或是系统中混入了空气5） 油液粘度太大或油液的油温升得太高2、 解决方法1） 检查电动机的转向是否正确2） 疏通管道，清洗过滤器，更换新的油液3） 检查相关零件，并及时更换有关零件4） 紧固各连接处螺钉，避免泄露，防止空气混入系统中5） 正确选用油液，控制油液的温度3.7.2 噪声严重、压力波动厉害1、 故障分析1） 吸油管及过滤器堵塞或过滤器容量小造成的2） 吸油管密封处漏气或油液中有气泡造成的3） 泵与联轴节不同心造成的4） 油位低造成的5） 油温低或粘度高造成的6） 泵轴承受到了损坏造成的2、 解决方法1） 正确选用过滤器并经常清洗过滤器，使吸油管畅通2） 在连接部位或密封处加油可以减小噪声，还可以拧紧接头或更换密封圈3） 当泵与联轴节不同心时，则需调整，使其同心4） 当油位低时，则需及时加油5） 当油温低时，则把油液加热到适当的温度6） 检查泵轴承部分油液的温度3.7.3 泵轴颈油封漏油1、 故障分析2、 解决方法3.8 液压马达液压马达是液压系统的执行装置，其作用是将液体的压力能转换为机械能从而对负载做功，液压马达与液压泵的区别在于作用上相反，结构上相似，原理上互逆。3.8.1 液压马达的分类1）按转速分。高转速液压马达：齿轮式、叶片式、柱塞式低速大转矩液压马达：轴向式、径向式2） 按排量是否可调分。定量液压马达变量液压马达3.8.2 叶片式液压马达3.8.3 径向柱塞马达 切向力FT对缸体产生一力矩，使缸体旋转并通过传动轴输出转矩。压油区内各个柱塞在不同位置产生的切向力不同；各柱塞所产生的转矩之和即为液压马达的输出转矩。3.8.4 液压马达与液压泵的结构差异1） 液压马达是依靠输入压力油来起动的，密封容腔必须有可靠的密封。2） 液压马达往往要求能正、反转，因此它的配流机构应对称，进、出油口的大小相等。3） 液压马达是依靠泵输出压力来进行工作的，不需要具备自吸能力。4） 液压马达要实现双向转动，高、低压油口要能相互变换，故采用外泄式结构。5） 液压马达应有较大的起动转矩，为使起动转矩尽可能接近工作状态下的转矩，要求马达的转矩脉动小，内部摩擦小，齿数、叶片数、柱塞数比泵多一些。同时，马达轴向间隙补偿装置的压紧力系数也比泵小，以减小摩擦。本章小结1、 流体的密度。2、 流体的粘性。3、 流体的可压缩性。4、 空气的基本性质和空气质量对传动的影响。5、 液压油的性能要求与选用。课后作业教材P29，1、2、4、51、压力的定义是什么？它有哪几种表示方式？液压系统的工作压力与外界负载有什么关系？答：静压力在液压传动中简称压力，在物理学中称为压强。液体压力通常有绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种表示方法。2、。答：4、？答：5、？答：