液压与气压传动第二版姜继海第3章 液压动力元件lfppt课件.ppt
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1、第3章 液压传动动力元件,2022年12月23日星期五,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。,液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。,2022年12月23日星期五,本章 学习内容,3.1 概述,3.3 叶片泵,3.4 柱塞泵,3.5 液压泵的性能比较及其应用,3.2 齿轮泵,2022年12月23日星期五,3.1 概述,液压泵的基本工作原理,液压泵的主要性能参数,液压泵的图形符号,2022年12月23日星期五,泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。,3
2、.1.1 液压泵的工作原理,31液压泵工作原理图.swf,2022年12月23日星期五,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;, 具有相应的配油机构,将吸油过程与排油过程分开;, 油箱液体的压力须恒等于或大于大气压力。,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。,2022年12月23日星期五,液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵 变量泵按结构形式分为齿轮泵 叶片泵 柱塞泵,液压泵分类,2022年12月23日星期五,指泵实
3、际工作时的压力。泵指输出压力。实际工作压力取决于相应外负载。,3.1.2 液压泵的性能参数,液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等。,3.1.2 液压泵的性能参数,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,超过此值就是过载。,一.压力,在短时间内允许超载使用的极限压力。,液压泵的吸入口处压力。,工作压力p:,吸入压力:,最高允许压力pmax:,额定压力pn:,2022年12月23日星期五,在额定转速和额定压力下泵输出的流量,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不同。,无内外泄漏时,单位时间内泵排出液
4、体的体积。泵的流量为其转速与排量的乘积,即 。,理论流量 :,额定流量 :,是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值,如泵排量固定,为定量泵;排量可变则为变量泵。常用单位为mL/r。,泵工作时实际输出的流量。,实际流量 :,二、排量和流量,排量V:,2022年12月23日星期五,液压泵由原动机驱动,输入量是转矩 和角速度 ,输出量是液体的压力 和流量 ;如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失,则输出功率等于输入功率,也就是它们的理论功率是:,(3.6),三.功率,理论功率 :,式中:, 液压泵的压力和理论 流量。, 液压泵的理论转矩 (N.m)和转速(r/min)。,2022年12月23日星期五
5、,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。,输入功率 :,输出功率 :,2022年12月23日星期五,四、效率,总效率 :是泵输出功率与输入功率之比。,(3-11),(3-10),机械效率 :泵所需要的理论转矩Tt与实际转矩T的比值称为机械效率。,(3-7),容积效率 :泵的实际流量与理论流量之比。,(3-8),2022年12月23日星期五,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
6、压力(通常是额定压力)下,容积效率随转速而变化的曲线。,五.液压泵的特性曲线,2022年12月23日星期五,液压泵的特性曲线,pm,q,p,Pi,q,p,O,(n一定时),Pi,qt,2022年12月23日星期五,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,2022年12月23日星期五,液压泵的图形符号,3.1.3 液
7、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,2022年12月23日星期五,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,2022年12月23日星期五,3.2.1 齿轮泵的基本结构,2022年12月23日星期五,外啮合齿轮泵的组成,分离三片式,前后泵盖,泵体,一对齿数、模数、齿形完全相同的齿轮装在泵体内。,2022年12月23日星期五,图3.4 外啮合齿轮泵的工作原理 1泵体;2 主动齿轮;3 从动齿轮,泵体内相
8、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。,3.2.2 齿轮泵的工作原理,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。,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。,32外啮合齿轮泵.SWF,2022年12月23日星期五,由此得齿轮泵的输出流量为,3.2.3 齿轮泵的排量和流量,(3.14),以上计算的是外啮合齿轮泵的平均流量。,2022年12月23日星期五,实际上,齿谷容积比轮齿体积稍大一些,并且齿数越少误差越大,因此,在实际计算中用
9、3.33来代替上式中值,齿数少时取大值。,由此得齿轮泵的输出流量为,(3.14),(3.13),以上计算的是外啮合齿轮泵的平均流量。,2022年12月23日星期五,齿轮泵的流量脉动,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,上式是齿轮泵的平均流量。实际上,在齿轮啮合过程中,排量是转角的周期函数,因此瞬时流量是脉动的。脉动的大小用脉动率表示。,流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。,(3.15),齿轮泵的齿数越少, 就越大,2022年12月23日星期五,一.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
10、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。,3.2.4 齿轮泵的3个问题,2022年12月23日星期五,(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。,2022年12月23日星期五,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 齿轮转动而变化,形成困油。,二. 困油的现象,2022年12月23日星期五,困油现象原因 轮齿间密封容积周期性的增大减小。,受困油液
11、受到挤压而产生瞬间高压,密封容腔的受困油液若 无油道与排油口相通,油液将从缝隙中被挤出,导致油液发 热,轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用; 若密封容积增大时,无油液的补充,又会造成局部真空,使 溶于油液中的气体分离出来,产生气穴。,困油现象危害,2022年12月23日星期五,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。,2022年12月23日星期五,三、泄漏及端面间隙的自动补偿,齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去:,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.是通过齿轮两端面和侧板间的间隙端面间隙。,1.通过齿轮啮合
12、线处的间隙齿侧间隙;,2022年12月23日星期五,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。,浮动轴套式,2022年12月23日星期五,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3.11 内啮合齿轮泵 1 吸油腔,2 压油腔,3 隔板,吸油腔,压油腔,3.2.5 内啮合齿轮泵,4内啮合渐开线齿轮泵图,5内啮合摆线齿轮泵图,2022
13、年12月23日星期五,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。,2022年12月23日星期五,3.2.6 齿轮泵小结,2022年12月23日星期五,3.3 叶片泵,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。,2022年12月23日星期五,一、工作原理,双作用叶片泵的原理和单作用叶片泵相似,不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成,且
14、定子和转子是同心的。,36双作用叶片泵.SWF,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,3.3.1 双作用叶片泵,2022年12月23日星期五,2.泵的实际输出流量为,1.排量,二、双作用叶片泵排量和流量,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。,2022年12月23日星期五,三、结构,2022年12月23日星期五,结构组成:定子、转子、叶片、配流盘和传动轴。,2022年12月23日星期五,组成: 定子、转子、叶片、配油盘、传动轴
15、、壳体等,叶片泵结构,2022年12月23日星期五,常用定子内表面曲线有:阿基米德曲线,等加速-等减速曲线,高次曲线等。我国YB型叶片泵采用等加速等减速曲线作为过渡曲线 。,要求: a)叶片不发生脱空。 b)获得尽量大的理论排量。 c)减小冲击,以降低噪声,减少磨损。 d)提高叶片泵流量的均匀性,减小流量脉动。,四、双作用式叶片泵的结构特点,1.定子工作表面曲线,2022年12月23日星期五,c) 在配油盘上开卸荷三角槽。,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) 叶片根部与高压油腔相通,保证叶片紧压在定子内表面上。,2022年12月23日星期五,压力角:
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