液压与气压传动课件.ppt

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1、液压与气压传动,课件制作人：北京联合大学 田宏宇 刘建,液压与气压传动是以流体（液压油或气体）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。,课程内容,液压传动,流体力学基础,液压元件及辅件,基本回路,气压传动,气体基础知识,气动元件及辅件,基本回路,第一章 绪 论,目 录,第二章 液压流体力学基础,第三章 液压泵与液压马达,第四章 液压缸,第五章 液压控制阀,第六章 液压辅助装置,第七章 液压基本回路,第八章 液压系统实例,第九章 液压系统的设计计算,第十章 气动基础及元件,第十一章 气动基本回路及气动系统,1.1 液压与气压传动的应用与发展,1.2 液压与气压传动的工作原理,1.3 液压与气

2、压传动的组成,1.4 液压与气压传动的优缺点,第1章 绪论,液压与气压传动简介,第1章 绪论,研究对象：研究的是以有压流体（液压液或压缩空气）作为传动介质来实现机械传动和自动控制的一门学科。其实质研究的是能量转换。 即：机械能-压力能-机械能学习方法：类比电器设备：电子元件电路系统液压系统：液压和气动元件回路系统,制造设备常见的传动方式,机械传动：通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。 （最早出现在17世纪）电气传动：利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。 （出现在100年前）流体传动：（液压与气压传动大力发展于1945年，二战后期）液体传动：液

3、压传动利用液体静压力传递动力。液力传动利用液体流动动能传递动力。气体传动：气压传动、气力传动,液压传动的工作原理：利用液体压力能实现运动和动力的传动方式（动画）。,第1章 绪论,由帕斯卡原理可知，受力平衡时（动画）：,P,液压系统的压力,分析：当两液压缸活塞的面积不变时，负载F2变化，将引 起P 变化，即液压系统的压力取决于外负载。,第一个特征：液压系统的压力取决于外负载。,设：大、小液压缸活塞面积分别为A2和A1 大液压缸所受负载为F2，作用于小液压缸上的力为F1。,1动力传递,第1章 绪论,2运动的传递,若设：大、小液压缸活塞位移平均速度分别为 v2和v1 。,由于从小液压缸排出液体的体积

4、等于进入大液压缸液体的体积，则有:,q,分析：液压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运 动传递的，改变进入大液压缸的流量q ，即可改变 其活塞的运动速度v2。,第二个特征：液压传动的速度大小取决于流量。,流量,第1章 绪论,第1章 绪论,由上述分析可知：系统的工作压力取决于负载，而与流量大小无关。当A2 A1，只要施加很小的力F，就可举起很重的物体，这就是液压千斤顶的原理。压力和流量是液压系统中两个最基本的参数。,1.3 液压与气压传动的组成（以图示磨床工作台为例）,第1章 绪论,1.3 液压与气压系统组成,能源装置机械能转换成液压能（液压泵或空气压缩机）；执行元件压力能转换成机械能输出（

5、液压缸、马达）；控制元件对流体的压力、流量和流动方向进行控制和 调节(各种的阀)；辅助元件如油箱、管件等。,第1章 绪论,第1章 绪论,历史：1650年的帕斯卡原理 1795年第一台水压机（英国）,发展：第二次世界大战及战后,目前：液压技术与传感技术、微电子技术的结合，出现诸如电液比例 阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化的元器件， 从而使液压与气压传动在众多工业领域广泛应用，例如发达国 家95的工程机械、90的数控加工中心、95以上的自动 线。,未来：液压与计算机的结合，如CAD、CAT和计算机实时控制等。,液压与气压系统的应用及发展,液压系统的职能符号,“气动与液压”图形符号标准已

6、制定国家标准GB/T786-93,第1章 绪论,1.4 液压与气压传动的优缺点,优点：1）体积小、重量轻、结构紧凑（指液压传动）。2）冲击小。3）实现大范围无级调速。4）操纵方便、省力。5) 易实现过载保护。6）自润滑，寿命长。7）易实现标准化、系列化、通用化。,第1章 绪论,第1章 绪论,缺点：1）不能保证准确的传动比(泄漏和可压缩性引起）。2）传动效率低，不适合远距离传动。3）对温度敏感。4）制造精度高，价格贵。5) 要有单独的能源。6）易泄漏污染（指液压系统）。7）故障不易排除。,1.4 液压与气压传动的优缺点,液压气压传动的应用,工程机械,机器人,隧道工程,采矿,道路交通工程机械领域,

7、压路机,挖掘机,铲运车,液压气压传动的应用,第2章 液压流体力学基础,2.1 液压油液,本章重点： 流体的粘性的意义与度量、理解帕斯卡原理、连续性方程意义与应用、薄壁孔口流量压力关系。 本章难点： 管路液阻特性、动量方程、孔口流动。孔口是流体控制的基本单元，为了深入理解各种孔口的流量压力关系，安排液阻特性实验。,2.2 液压静力学,2.3 液体动力学,2.4 管道流动,2.5 孔口流动,2.6 缝隙流动,2.7 液压冲击和气穴现象,第2章 液压流体力学基础,各类液压泵适用的粘度范围,第2章 液压流体力学基础,2.2 液体静力学,静压力及其特性；静压力基本方程式；帕斯卡原理；静压力对固体壁面的作

8、用力。,主要内容,第2章 液压流体力学基础,1.静压力及其特性,1)液体的静压力,静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。 （A 0）若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静 压力可表示为： 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习 惯称为压力。,第2章 液压流体力学基础,2)液体静压力的特性液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。,第2章 液压流体力学基础,2. 静压力基本方程式,图2-2 静压力的分布规律,重力作用下静止液体压力分布特点：,静止液体中任一质点的总能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。,任意一点压力由两部分

9、组成：液面压力p0，自重形 成的压力gh。,离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所 有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为 水平面。,第2章 液压流体力学基础,液体内的压力与液体深度h成正比。,第2章 液压流体力学基础,3. 压力的表示法及单位,绝对压力：以绝对真空为基准进行度量。 相对压力或表压力：以大气压为基准进 行度量。 真空度：绝对压力不足于大气压力的压 力值。 绝对压力大气压力+表压力 表压力绝对压力-大气压力 真空度大气压力-绝对压力压力的单位： 帕 Pa ( N / m2)，兆帕 Mpa,第2章 液压流体力学基础,图示是应用帕斯卡原理的实例：作用在大活塞上的负载F1形

10、成液体压力： p = F1 / A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力： F2 = pA2 = F1A2 / A1,在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，也称为静压传递原理。,由此可得知：液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。液体内的压力是由负载决定的。,4. 帕斯卡原理,第2章 液压流体力学基础,当固体壁面为一平面时，液体压力在该平面的总作力等于液体压力与该平面面积的乘积，如液压缸受力：,5. 静压力对固体壁面的作用力,液体对固体壁面的作用力,当固体壁面为一曲面时，液体压力在该曲面某方向上的总作用力等于液体压力与曲面在该方向投影面积

11、的乘积。,例：求液压力作用在半圆筒内壁沿 x 方向作用力。解：过 取d 的一段微弧，沿圆筒长度方向 则可认为是矩形：,（半圆筒内壁在 x 方向上投影面积）,沿 x 方向力为：,第2章 液压流体力学基础,基本概念流量连续性方程伯努利方程动量方程,研究液体流动时流速和压力的变化规律。,2.3 液体动力学,第2章 液压流体力学基础,恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度 都不随时间而变化的流动，称为恒定流动。亦称为 定常流动或非时变流动。（恒定流动演示）,平均流速：假设通流截面上各点的流速均匀分布，则平均流速 为v =q / A。,理想液体: 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想液

12、体。,通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。,流 量：单位时间内流过某一通流截面的液体体积。 流量以q表示，单位为： m3 / s 或 L/min。,1. 液体动力学基本概念,2.流量连续性方程,流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。,任取1、2两个通流截面，根据质量守恒定律有：1v1 A1 = 2v2 A2不考虑液体的压缩性，则： 1 = 2 故得 ：q = v A = 常量,流量连续性方程说明了恒定流动中，流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。,假设：液体在管内作恒定流动,第2章 液压流体力学基础,第2章 液压流体力学基础,1)理想

13、流体的伯努利方程,伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。,3.伯努利方程,说明压力能，势能和动能可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。,第2章 液压流体力学基础,2)实际流体的伯努利方程,实际流体存在粘性，流动时存在能量损失hw ;用平均流速替代实际流速，为动能修正系数，在紊流时取=1.1，在层流时取=2。实际计算时常取=1。,第2章 液压流体力学基础,例1.如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？,解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/

14、2g 欲将热水吸入则有： p1 +gh= pa 又 p2=pa v1A1=v2A2 代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1,3) 伯努利方程应用举例,第2章 液压流体力学基础,列出11，22面伯努利方程,式中p1为大气压pa，v1液面流速为零，v2吸油管流速，hw吸油管损失。,例2 应用伯努利方程分析油泵正常吸油条件,则：,第2章 液压流体力学基础,泵吸油口真空度由三部分组成：1）提升H高度所需压力；2）达到速度v所需压力；3）吸油管的压力损失。,为减少泵口真空度措施：1）增大吸油管径，降低v；

15、2）缩短吸油管长度，减少弯头，降低p； 3）降低安装高度，降低H。,第2章 液压流体力学基础,作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。 应用动量方程注意：F、u 是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。,动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。,4.动量方程,F = q（v2 cos2 - v1cos1） 2 90 F =qv1cos1 【阀芯对液体】F =-F =qv1cos1 【液体对阀芯】,例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。,第2章 液

16、压流体力学基础,显然，液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。,第2章 液压流体力学基础,研究液体在管道流动时的能量损失问题。,主要内容：,流态与雷诺数沿程压力损失局部压力损失,2.4 液体流动中的压力损失,第2章 液压流体力学基础,1. 流态、雷诺数（动画）,第2章 液压流体力学基础,1) 流态 通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。层流流速较低、粘性力起主导作用紊流流速较高、惯性力起主导作用液体的流动状态用雷诺数Re来判断。,第2章 液压流体力学基础,2)雷诺数 实验表明： 雷诺数为无量纲数, 如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。3)临界雷诺数 一般以液体由紊流转变

17、为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。 当ReRecr，为层流； 当ReRecr，为紊流。4)常见液流管道的临界雷诺数（见表21）,第2章 液压流体力学基础,2.沿程压力损失p,液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿程压力损失。因液体的流动状态不同，沿程压力损失的计算有所区别。,第2章 液压流体力学基础,1)层流时的沿程压力损失,1. 通流截面上的流速分布规律,第2章 液压流体力学基础,2. 通过管道的流量,第2章 液压流体力学基础,3. 管道内的平均流速,4. 沿程压力损失,第2章 液压流体力学基础,沿程压力损失也可写成：,第2章 液压流体力学基础,沿

18、程阻力系数除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有关。 即, 为管壁的绝对粗糙度，/d 为相对粗糙度。紊流时的沿程阻力系数 的具体数值，可查相关手册。,2）紊流时的沿程压力损失,第2章 液压流体力学基础,3.局部压力损失p,液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失p 。,局部压力损失表达式:,式中: 为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。,第2章 液压流体力学基础,整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和。,2.5 液体流经小孔及缝隙的流量,“孔口流动”主要介绍孔口的流量公式及液阻

19、特性。,第2章 液压流体力学基础,一般孔口边缘都做成刃口形式。,当液流经过管道由小孔流出时，由于液体惯性作用，使通过小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再扩散，这一收缩和扩散过程产生很大的能量损失,1.薄壁小孔,第2章 液压流体力学基础,完全收缩: D/d7,液流收缩不受孔前通道的影响,称完全收缩.不完全收缩:D/d7,孔前通道对液流进入小孔起导向作用,称不完全收缩.,第2章 液压流体力学基础,对孔前、孔后通道断面11、22列伯努利方程，并设=1,1)流经薄壁小孔流量,其中的压力损失包括突然收缩和突然扩大两项损失。,第2章 液压流体力学基础,A0小孔截面积；Cd流量系数；Cd=0.60 0.61

20、流量系数Cd的大小一般由实验确定.具体见相关手册。,2）流经薄壁小孔流量公式:,薄壁小孔因沿程阻力损失小，q 对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。,第2章 液压流体力学基础,1)短孔流经短孔的流量Cd=0.82，短孔常用作固定节流器。,2.短孔和细长孔,第2章 液压流体力学基础,液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘度成反比。流量受液体温度影响较大。,2）细长孔,流经细长孔的流量：,第2章 液压流体力学基础,3.平板缝隙,存在压差流动和剪切流动。,通过平板缝隙的流量可由下式计算：,在压差作用下，流量q 与 缝隙值h 的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响

21、非常大。,第2章 液压流体力学基础,4.环形缝隙,注意：当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相反时取负号。,同心圆柱环形间隙偏心环形间隙,通过同心圆柱环形缝隙的流量公式：,第2章 液压流体力学基础,流经偏心圆柱环形缝隙的流量公式：,当偏心量e=ho， 即1 时（最大偏心状态），其通过的流量是同心环形间隙流量的2.5 倍。因此在液压元件中应尽量使配合零件同心。,为相对偏心率： e / ho e为偏心量，h0= R - r,第2章 液压流体力学基础,5.圆锥环形间隙,顺锥：阀芯小端为高压，液流由小端流向大端。,倒锥：阀芯大端为高压，液流由大端流向小端。,阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，

22、而且影响缝隙中的 压力分布。 如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大 于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。,第2章 液压流体力学基础,6.液压卡紧现象（动画）倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为0.31.0mm。,第2章 液压流体力学基础,2.6 液压冲击和气穴现象,1.液压冲击 液压冲击的类型： 管道阀门突然关闭时的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击,

23、第2章 液压流体力学基础,减少液压冲击的措施：延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间;限制管道流速及运动部件的速度;适当增大管径，以减小冲击波的传播速度;尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间；用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量。,第2章 液压流体力学基础,2.气穴现象,气穴现象的产生 气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口 气穴现象的危害,减少气穴现象的措施：1、减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p23.5。2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。3、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。,第3章 液压泵和液压马达,3.1 概述,3.2 齿轮泵与齿轮

24、马达,3.3 叶片泵与叶片马达,3.4 柱塞泵与柱塞马达,本章介绍液压泵和液压马达原理、结构及在液压系统中的作用。本章重点： 液压泵和液压马达功率和效率计算的基本方法。液压泵和液压马达工作原理、结构、参数以及选用。,3.5 柱塞式液压泵的合理使用,第3章 液压泵和液压马达,液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为液压能输出，为液压系统提供足够流量的压力油。而液压马达是液压系统中的执行元件，是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。,3.1 液压泵概述,1）以单柱塞泵为例（动画） 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。 泵每转一转排出的油液体积

25、称为排量。,第3章 液压泵和液压马达,1.液压泵基本工作原理,第3章 液压泵和液压马达,2）液压泵正常工作的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，实现吸油和压油；吸油腔与排油腔隔开。,第3章 液压泵和液压马达,1）液压泵和液压马达的压力工作压力：液压泵实际工作时的出口压力pp或液压马达的进口压力pm 额定压力 ps ：正常工作条件下连续运转的最高压力。,2）液压泵和液压马达的排量液压泵排量Vp：油泵每转所排出的油液体积；液压马达排量Vm： 马达每转所需油液体积；常用单位为 cm3/r (ml/r)。,2.液压泵的基本参数,第3

26、章 液压泵和液压马达,3）液压泵和液压马达理论流量： 液 压 泵q pt ：单位时间内理论上排出的油液体积； 液压马达q mt ：空载无流量损失下运转所需流量； q t= n v ，单位为 m3/s 或 L/min 。,4）液压泵和液压马达实际流量 q ：液 压 泵qp：单位时间内实际排出的油液体积； 若泄漏流量为qp，则：,第3章 液压泵和液压马达,液压马达qm：液压马达实际运转所需输入的流量； 若泄漏流量为 ，则:,第3章 液压泵和液压马达,5）液压泵或液压马达的转速：额定转速 n s： 额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。最高转速 n max： 额定压力下允许短时间运行的最高转速。

27、最低转速 n min： 正常运转允许的最低转速。转速范围： 最低转速和最高转速之间的转速。,第3章 液压泵和液压马达,液压泵：输入功率 ：P pi= Tpp输出功率 ：Ppo = ppqp 若不考虑能量损失： 2npTpt = ppVpnp 则TptppVp/2液压马达：输入功率 ：P mi = pmqm 输出功率 ：Pmo = Tmm若不考虑能量损失： pmVmnm = 2nmTmt 则TmtpmVm/2,6）液压泵和液压马达的功率,7) 液压泵和液压马达的效率：,第3章 液压泵和液压马达,容积效率v： 用以衡量液压泵或液压马达的泄漏大小。,液 压 泵：泵的实际流量qp与理论流量qpt之比。

28、,液压马达：液压马达的理论流量qmt与实际输入流量qm之比。,机械效率m： 用以衡量液压泵或液压马达因摩擦引起的扭矩损失。,第3章 液压泵和液压马达,液 压 泵：理论扭矩与实际输入扭矩之比。,液压马达：实际输出扭矩与理论扭矩之比。,第3章 液压泵和液压马达,总效率 ： 液压泵或液压马达均为输出功率 P o与输入功率 P i之比,液 压 泵：,液压马达：,第3章 液压泵和液压马达,液压泵的特性曲线,第3章 液压泵和液压马达,3.液压泵的分类和选用,1)分类,外啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵,双作用叶片泵,单作用叶片泵,轴向柱塞泵,径向柱塞泵,单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵,第3章 液

29、压泵和液压马达,2)选用原则：是否要求变量： 要求变量选用变量泵。工 作 压 力: 柱塞泵的额定压力最高。工 作 环 境: 齿轮泵的抗污能力最好。噪 声 指 标: 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。效 率: 轴向柱塞泵的总效率最高。,第3章 液压泵和液压马达,3.2 齿轮泵,齿轮泵根据啮合形式不同分为两种：,外啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵,第3章 液压泵和液压马达,1. 外啮合齿轮泵,1)结构组成一对齿轮泵体前后盖板长短轴,第3章 液压泵和液压马达,2）工作原理（动画）,第3章 液压泵和液压马达,3）外啮合齿轮泵的排量公式,近似计算时可认为其排量等于它的两个齿轮的齿槽容积之和。 假设齿槽容积等于轮齿

30、体积，则： V =2dhb2zm2b 考虑到，齿槽容积略大于轮齿体积通常按下式计算 V =6.66zm2b,思考一下，流量如何计算？,第3章 液压泵和液压马达,齿轮啮合过程中，压油腔容积变化率是不均匀的，齿轮泵的瞬时理论流量呈脉动现象。脉动的大小由流量脉动率p来衡量。,由图可见，外啮合齿轮泵齿数越多，脉动越小，且从该指标看内啮合优于外啮合。,4）流量脉动,5）外啮合齿轮泵的结构特点,第3章 液压泵和液压马达,泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏；径向泄漏；轮齿啮合处泄漏。端面泄漏占8085。,由于端面泄漏占8085，因此端面泄漏限制了齿轮泵压力的提高，一方面工艺限制，使间隙不可能很小，另一方面

31、，由于磨损，间隙会越来越大，如何解决这一问题，成为提高齿轮泵压力的重要课题之一。,第3章 液压泵和液压马达,6)间隙补偿措施（提高压力的措施）采用静压平衡措施： 在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。,第3章 液压泵和液压马达,7）液压径向力及平衡措施,解决措施：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。,产生原因：液压径向力见左图,第3章 液压泵和液压马达,8）困油现象与卸荷措施,困油现象产生的原

32、因: 当齿轮重迭系数1，在两 对轮齿同时啮合时，它们之 间将形成一个与吸、压油腔 均不相通的闭死容积，称为 “困油容积”。此“困油容 积”随齿轮转动其大小发生 变化，先由大变小，后由小 变大，形成困油。,(困油现象动画),第3章 液压泵和液压马达,困油现象的危害 困油容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，困油 容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则 困油容积由大变小时，与压油腔相通；困油容积由小变大时，与吸油腔相通；困油容积最小时，与吸、压油腔都不相通。,第3章 液压泵和液压马达,2.内啮合齿轮泵,1)工作原理（动画） 2)特点无

33、困油现象。流量脉动小，噪声低。,第3章 液压泵和液压马达,3.3 叶片泵,双作用叶片泵 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，每个工作容积完成吸油和压油各两次，并且只能做定量泵用。单作用叶片泵 单作用叶片泵转子每转一周，每个工作容积完成吸、压油各一次，故称为单作用泵，且既可做定量泵，由可做变量泵用。,第3章 液压泵和液压马达,叶片泵与齿轮泵相比,优点：1）噪音低、流量均匀、体积小； 2）压力脉动小、密封性好、容积效率高； 3）工作寿命长。缺点：对油液污染敏感、自吸性较差。用途：机床设备、中小型工程机械、冶金机械。,第3章 液压泵和液压马达,1)结构组成,定子、转子、叶片、左（

34、右）配流盘、传动轴,1.双作用叶片泵,第3章 液压泵和液压马达,2)双作用叶片泵工作原理（动画）,第3章 液压泵和液压马达,3)作用叶片泵的定子曲线,组成： 两段大小半径R、r的圆弧及四段过渡曲线。 过渡曲线作用： 产生密闭工作容积变化。,对过渡曲线的要求：(1)在该段上叶片与定子表面只发生“柔性冲击”，减小磨损；(2)使叶片外伸时的最小离心加速度 所需外伸加速度，不产生叶片“ 脱空”。(3)一般都使用综合性能较好的等加速等减速曲线作为过渡曲线，为了 获得更好的性能，有些泵采用了三次以上的高次曲线。,第3章 液压泵和液压马达,4)排量公式 为叶片倾角；z为叶片数；b为叶片宽；S为叶片厚。,一般

35、在双作用叶片泵中,叶片底部全部接通压力油腔,因而叶片在槽中作往复运动时,叶片槽底部的吸油和压油不能补偿由于叶片厚度所造成的排量减小 ,所以排量公式中的第二项反映了这一影响。,第3章 液压泵和液压马达,5)双作用叶片泵的结构特点,径向力平衡：这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自对称布置，所以作用在转子上的液体压力相互平衡 。为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通压力油。合理设计过渡曲线形状和叶片数（z8，一般为12或16片），可使理论流量均匀，噪声低。定子曲线圆弧段圆心角 配流窗口的间距角 叶片间夹角（= 2/ z ）。为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力

36、突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。,第3章 液压泵和液压马达,第3章 液压泵和液压马达,由于一般双作用叶片泵的叶片底部通压力油，使得处于吸油区的叶片顶部和底部的液压作用力不平衡，叶片顶部以很大的压紧力抵在定子吸油区的内表面上,，使磨损加剧，影响叶片泵的使用寿命，尤其是工作压力较高时，磨损更严重，因此吸油区叶片两端压力不平衡,限制了双作用叶片泵工作压力的提高。所以在高压叶片泵的结构上必须采取措施，使叶片压向定子的作用力减小。,叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用：,第3章 液压泵和液压马达,6)提高双作用叶片泵额定压力的措施,采用浮动配流盘实现端面间隙补偿减小通往吸油区叶

37、片根部的油液压力（p）减小吸油区叶片根部的有效作用面积阶梯式叶片（s ）子母叶片（b ）柱销式叶片（b ）,第3章 液压泵和液压马达,2.单作用叶片泵,1）组成：定子转子 叶片 左、右配流盘 传动轴,第3章 液压泵和液压马达,2)单作用叶片泵工作原理（动画） 叶片泵在转子每转一周，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。转子不停地旋转，泵就不断地吸油和排油。,3.排量公式,第3章 液压泵和液压马达,4.单作用叶片泵的特点,可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量。叶片槽根部分别通油，在高压区通高压油，低压区通低压油，减小了叶片磨损。转子受有不平衡的液压径向力，所以一般不

38、用于高压。单作用叶片泵瞬时理论流量是脉动的，可以证明叶片数越多并取奇数时流量脉动小，因此单作用叶片泵叶片数取为奇数，以减小流量的脉动，叶片数多为13或15片。,第3章 液压泵和液压马达,5.限压式变量叶片泵（以外反馈式为例）,第3章 液压泵和液压马达,1）变量原理,若负载增大，使p升高，但只要F Ft，泵的输出流量就不变化。,右侧为调压弹簧，弹簧力Ft=kx0 左侧为控制活塞，油压力F=pA,当F Ft时，定子处于右极限位置 且：e=emax，泵输出最大流量；,第3章 液压泵和液压马达,泵的出口 压力越高，定子的偏心越小，泵的输出流量越小。,若负载继续增大，使p继续升高至F Ft时，定子将向偏

39、心减小的方向移动，泵的输出流量减小，由于弹簧受到进一步的压缩，弹簧力也增大为Ft=k (x0+x)，当液压力和弹簧力相等时，定子 在新的平衡位置。（e=emaxx）下工作，泵输出流量为该位置所确定的流量。,第3章 液压泵和液压马达,2) 特性曲线,调节弹簧的预压縮量，即改变特性曲线中拐点B 的压力大小 pB，曲线 BC段沿水平方向平移。调节定子右边柱塞处的最大流量调节螺钉，可以改变定子的最大偏心距emax，即改变泵的最大流量，曲线 AB段上下移动。,第3章 液压泵和液压马达,更换不同刚度的弹簧，即改变了BC 的斜率，泵的最高压力 pc也就不同。 当泵的出口压力升至c点的压力pc时，泵的流量等于

40、零，压 力不在增加，把泵的压力限定为pc ，因此此泵命名为限压 式变量泵。,第3章 液压泵和液压马达,3.4 柱塞泵,按柱塞排列方向的不同进行分类： 轴向柱塞泵 径向柱塞泵,分类：,柱塞泵是靠柱塞在缸体内作往复运动，使密封容积交替变化来实现吸油和压油的。,第3章 液压泵和液压马达,优点：结构紧凑、单位功率体积小，压力高、效率高（容积 效率可达99、总效率可达97以上）、易于实现变 量。 目前产品额定压力已达35MPa, 排量已达500ml/r。应用：广泛应用于高压、大流量、大功率和流量需要调节的 场合，如龙门刨、工程机械、矿山机械等。,特点及应用,第3章 液压泵和液压马达,1.斜盘式轴向柱塞泵

41、,1)结构及组成(动画)缸体 在直径为D园上均布Z 个柱塞孔。柱塞滑履组 柱塞直径为d，在缸体内均匀分布。斜盘 相对传动轴倾角为配流盘传动轴,2）工作原理3）排量公式,第3章 液压泵和液压马达,变量方式：通过改变斜盘倾角实现，有手动和伺服两种方式。,第3章 液压泵和液压马达,4）结构特点,（1）三对磨擦副 柱塞与缸体孔 缸体与配流盘 滑履与斜盘,（2）柱塞数为奇数为减小瞬时流量的脉动，通常柱塞个数取为奇数，一般为：5、7、9,第3章 液压泵和液压马达,（3）开减振槽或减振孔 为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。只适用于单向旋转。,第

42、3章 液压泵和液压马达,2.斜盘式轴向柱塞泵（通轴式）,第3章 液压泵和液压马达,3.斜轴式无铰轴向柱塞泵,第3章 液压泵和液压马达,4.径向柱塞泵(配流轴式动画),第3章 液压泵和液压马达,5.选择液压泵的原则,1）是否要求变量 径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。2）工作压力 柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa，高压化以后 可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa3）工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好。,第3章 液压泵和液压马达,3）噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双 作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。4）效率 轴向柱塞

43、泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵 总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,6.各类液压泵性能及应用,第3章 液压泵和液压马达,3.5 液压马达,马达与泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。马达的分类：ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达ns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）,第3章 液压泵和液压马达,1.齿轮马达,1）齿轮马达工作原理（动画）,2）结构特点进出油口相等，有单独的泄油口；为减

44、少摩擦力矩，采用滚动轴承；为减少转矩脉动，齿数较泵齿数多,3）应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。,第3章 液压泵和液压马达,2.叶片马达,2）结构特点 进出油口相等，有单独的 泄油口； 叶片无倾角，叶片底部设 置有燕式弹簧；在高低压油腔通入叶片底 部的通路上装有梭阀。,3）应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。,1）工作原理（动画）,第3章 液压泵和液压马达,3. 轴向柱塞马达,

45、2）结构特点配流盘为对称结构。轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。,3）应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。,1）工作原理（动画）,第3章 液压泵和液压马达,4. 低速大扭矩马达-多作用内曲线径向柱塞马达,第4章 液压缸,4.1 液压缸的类型和特点,4.2 液压缸的结构,本章介绍常见液压缸的原理、结构及在液压系统中的作用。 本章重点：单、双杆活塞缸和柱塞缸的基本输出、输入计算。 本章难点：液压缸典型结构。,4.3 液压缸的设计与计算,4.4 液压缸常见故障及分析,第4章 液压缸,4.1 液压缸的类型和特点,1.液压缸

46、的分类按结构形式分：活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸柱塞缸摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸按作用方式分：单作用液压缸 双作用液压缸复合式缸,第4章 液压缸,第4章 液压缸,2. 双杆活塞缸,缸筒固定式： 运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍，该安装方式站地面积大，仅适用于小型机床。活塞杆固定： 运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍站地面积小，适用于大中型型机床。,第4章 液压缸,特点：,两腔面积相等， A1 = A2当输入流量相同时，v1 = v2当输入压力相同时，F1 = F2,第4章 液压缸,推力特性：,缸在左右两个方向上输出的推力相等，m为缸的机械效率。,缸在左右两个方向上输出的

47、速度相等，v为缸的容积效。,速度特性:,第4章 液压缸,特点：,安装方式： 单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。,3.单杆活塞缸,两腔面积不等，A1 A2当输入流量相同时，v1 v2当输入压力相同时，F1 F2,第4章 液压缸,1）单杆活塞缸速度推力特性,无杆腔进油：,第4章 液压缸,有杆腔进油：,第4章 液压缸,工程上将速度v2 与v1的比值称为往返速比，用v表示,由上式可知，已知D和v 可求得d,2)往返速比,第4章 液压缸,3）单杆活塞缸的差动连接,单杆活塞缸的一种联接方式。它把右 腔的回油管和左腔的进油管

48、接通。这 种联接方式称为差动联接。,故：,活塞前进的速度：,第4章 液压缸,显然，差动联接时活塞运动速度较快，产生的推力较小。所以差动联接常用于空载快进场合。,推力为：,如果要求： 快进差动v3无差动快退v2 ，则 ：,第4章 液压缸,4. 其它液压缸,1）柱塞缸 柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。 为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。,柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。 柱塞缸能承受一定的径向力。,第4章 液压缸,柱塞缸的速度推力特性：柱塞运动速度： 柱塞推力：,第4章 液压缸,2）伸缩液压缸,由两个或多个活塞式缸套装而成。

49、各级活塞依次伸出可获得很长的 行程，当依次缩回时缸的轴向尺 寸很小。,各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。,除双作用伸缩缸（动画）外，还有单作用伸缩缸（动画） ，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作 用力。,第4章 液压缸,3）齿条活塞缸,齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。,4）增压缸（动画）,增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，不是能量转换装置，只是一个增压器件,分为单作用和双作用。,在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增

50、压缸与低压大流量泵配合作用，增大压力关系为：,第4章 液压缸,第4章 液压缸,5）摆动式液压缸(动画),分为双叶片式和单叶片式，双叶片式摆动角度一般小于150，单叶片式可达300。在相同条件下，双叶片式输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度则是单叶片缸的一半。,摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。,第4章 液压缸,4.2 液压缸的结构,第4章 液压缸,1）缸筒：主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra0.08um，以减少密封件的摩擦。2）盖板：通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗