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1、第三章 液壓泵及液壓馬達,3.1液壓泵與液壓馬達作用 3.2液壓泵與液壓馬達工作原理 3.3液壓泵與液壓馬達分類 3.4液壓泵與液壓馬達參數(shù) 3.5齒輪泵和齒輪馬達 3.6葉片泵和與葉片馬達 3.7柱塞泵和柱塞馬達 3.8液壓泵的性能比較,3.1 液壓泵及液壓馬達的作用,液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機輸入的機械能轉換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。 液壓馬達是將液體壓力能轉換為機械能的裝置,輸出轉矩和轉速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。,3.2 工作原理 液壓傳動系統(tǒng)中使用的液壓泵都是容積式的，其工作原理如圖所示.,液壓馬達的工作原理,液壓系統(tǒng)中使用的液壓馬達也是容積式的， 從原理上講是把
2、容積式泵逆用，即向泵中輸入壓 力油，就可使泵軸轉動，輸出轉矩和轉速，成為 液壓馬達。,液壓泵正常工作的三個必備條件,必須具有一個由運動件和非運動件所構成的密閉容積； 密閉容積的大小隨運動件的運動作周期性的變化，容積由小變大吸油，由大變小壓油； 密閉容積增大到極限時，先要與吸油腔隔開，然后才轉為排油；密閉容積減小到極限時，先要與排油腔隔開，然后才轉為吸油。單柱塞泵是通過兩個單向閥來實現(xiàn)這一要求的。,液壓泵與馬達結構上的區(qū)別,1.一般泵進口尺寸出口尺寸，馬達則進出口尺寸相同。 2.泵結構上有自吸能力，而馬達則無此能力。 3.馬達需正反轉，內部結構一般對稱，泵一般無此要求。 4.馬達結構及潤滑要求要
3、滿足很寬的調速范圍，泵高速而變化小。 5.馬達需較大的啟動扭矩，要求內部摩擦小。,液壓泵和液壓馬達的種類按其排量能否調節(jié)分為： 定量泵（定量馬達） 變量泵（變量馬達） 按結構形式可分為： 齒輪式 葉片式 柱塞式 螺桿式,,一、液壓泵和液壓馬達的分類,3.3 液壓泵和液壓馬達的分類,二、 液壓泵和液壓馬達的圖形符號,a.單向定量液壓泵 b.單向變量液壓泵 c.單向定量馬達 d.單向變量馬達 e.雙向變量液壓泵 f.雙向變量馬達,a b c d e f,3.4 液壓泵和液壓馬達的性能參數(shù),流量與排量,二、排量：不考慮泄漏情況下，泵（馬達）每轉一圈所排出液體的體積，一
4、般由其結構尺寸計算得來。,三、流量：單位時間內流體流過任意截面的流體的體積。,1）理論流量： 2）實際流量 3）額定流量,額定壓力、額定轉速下泵輸出的流量,四、轉速,公稱轉速：nn:泵（馬達）不產(chǎn)生空穴及氣蝕下連續(xù)運轉的速度。,最大轉速：nmax:泵（馬達）有零件磨擦限制的短期最高運轉的速度。,最小轉速：nmin:馬達不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的最低穩(wěn)定運轉速度。,五、功率,理論輸入功率,實際輸入功率,理論輸出功率,實際輸出功率,泵,理論輸入功率,實際輸入功率,理論輸出功率,實際輸出功率,馬達,六、效率,容積效率：經(jīng)過容積損失后實際輸出功率（流量）與理論輸出功率（流量）之比,泵,馬達,機械效率：理論輸入功
5、率（轉矩）與實際輸入功率（轉矩）之比,容積效率：經(jīng)過容積損失后理論輸入功率（流量）與實際輸入 功率（流量）之比,機械效率：實際輸出功率（轉矩）與理論輸出功率（轉矩）之比,,,,,,,,,,,,計算實例1,例題21 某液壓系統(tǒng)，泵的排量V10m L/r，電機轉速n1200rpm，泵的輸出壓力p=5Mpa 泵容積效率v0.92，總效率0.84，求： 1） 泵的理論流量； 2）泵的實際流量； 3）泵的輸出功率(實際）； 4）驅動電機功率。,,,,,,,,,,解：1）泵的理論流量 qt=vn10-3=10120010-312 L/min 2) 泵的實際流量 q qtv120.9211.04
6、L/min 3)泵的輸出功率 4）驅動電機功率,計算實例1,,,,,,,,,,,,計算實例2,已知泵的排量為160mL/r，轉速為1000r/min，機械效率為0.9，總效率為0.85；液壓馬達排量為140 mL/r ，機械效率0.9，總效率為0.8，系統(tǒng)壓力為8.5MPa，不計管路損失，液壓馬達的轉速是多少？其輸出轉矩是多少？驅動液壓泵所需的轉矩和功率是多少？,3.5 齒輪泵和齒輪馬達,外嚙合 內嚙合,分類,按齒面,按齒形曲線,按嚙合形式,直齒 斜齒 人字齒,漸開線 擺線,一、齒輪泵的分類,二、 外嚙合齒輪泵原理和結構,1. 結構：,齒輪、殼體、端蓋等,(一)外嚙合齒輪泵的結構
7、,典型結構,典型結構剖切圖,CB齒輪泵 p = 2.5 MPa 卸荷槽 縮小壓油口 減小端面間隙 0.030.04mm 增大吸油口 小槽 a (泄油） 小孔,(二)、工作原理,吸油過程：輪齒脫開嚙合 V p 吸油； 排油過程：輪齒進入嚙合V p 排油。,工作原理 兩嚙合的輪齒將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，輪齒進入嚙合的一側密閉容積減小，經(jīng)壓油口排油，退出嚙合的一側密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。,外嚙合齒輪泵的排量公式,齒輪泵的排量V相當于一對齒輪所有齒谷容積之和,假如齒谷容積大致等于輪齒的體積,那么齒輪泵的排量等于一個齒輪的齒谷容積和輪齒容積體積的總和,即相當于以有效齒高(
8、h=2m)和齒寬構成的平面所掃過的環(huán)形體積。,,齒輪泵的流量q(1/min)為：,,V=DhB=2zm 2B z 主動齒數(shù)，m 齒輪模數(shù)， B 齒寬,三、齒輪泵結構特點,1. 困油現(xiàn)象,困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 齒輪重迭系數(shù)1，在兩對輪齒同時嚙合時，它們之間將形成一個與吸、壓油腔均不相通的閉死容積，此閉死容積隨齒輪轉動其大小發(fā)生變化，先由大變小，后由小變大。,困油現(xiàn)象解決方法,困油現(xiàn)象的危害:閉死容積由大變小時油液受擠壓， 導致壓力沖擊和油液發(fā)熱，閉死容積由小變大時，會引起汽蝕和噪聲。 卸荷措施:在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽,2. 徑向力不平衡,齒谷內的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。作
9、用在齒輪軸上液壓徑向力和輪齒嚙合力的合力 F 即為齒輪泵的徑向力,減小徑向力措施,（1) 合理選擇齒寬及齒頂圓直徑。 （2) 縮小壓油腔尺寸。 （3) 延伸壓油腔或吸油腔。,減小徑向力措施,（4) 通過在蓋板上開設平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相 通，產(chǎn)生一個與液壓徑向力平衡的作用。 平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價。,3. 泄漏問題,1) 泄漏途徑：軸向間隙 80% ql 徑向間隙 15% ql 嚙合處 5% ql 2) 危害：v 3) 防泄措施： a) 減小軸向間隙 b) 軸向間隙補償裝置 浮動側板 浮動軸套,防泄措施,b) 軸向間
10、隙補償裝置 浮動側板 浮動軸套,a) 減小軸向間隙 小流量：間隙0.025-0.04 mm 大流量：間隙0.04-0.06 mm,四、齒輪泵優(yōu)缺點和用途,優(yōu)點：體積小，重量輕，結構緊湊，工作可靠， 自吸性能好，對油液污染不敏感，便于 制造、維修。 缺點：效率低，流量脈動大，噪聲高。 用途：工程機械、機床低壓系統(tǒng)。,五、內嚙合齒輪泵,1. 漸開線齒輪泵,特點: 結構緊湊，尺寸小，重量輕 流量脈動小，噪聲小。,2. 擺線齒輪泵（轉子泵）,特點: 結構簡單，體積小 重疊系數(shù)大，傳動平穩(wěn) 吸油條件好 齒形復雜，加工精度要 求高，造價高。 應用：機床低壓系統(tǒng),五、齒輪泵的常見故障及排除方法,六
11、 、齒輪馬達,1.結構特點： 兩個油口一樣大， 有單獨的泄油口。,3.6 葉片泵與葉片馬達,一、葉片泵分類,優(yōu)點：輸出流量 均勻、脈動小、噪聲低、 體積小。 缺點：自吸性能差、對油液污染敏感、結 構較復雜。,分類,單作用,雙作用,每轉排油一次,每轉排油兩次,二. 雙作用葉片泵,工作原理 旋轉一周，完成二次吸油，二 次排油雙作用泵 徑向力平衡平衡式葉片泵 （兩個吸油區(qū)，兩個排油區(qū)),2、結構形式,結構特點： 定子和轉子同心； 定子內曲線由四段圓弧 和四段過渡曲線組成； 配油盤上有四個月牙形 窗口。,典型結構及結構特征,典型結構剖切圖,3. 流量計算,其中：B - 葉片
12、寬度 R - 定子長軸半徑 r - 定子短軸半徑 葉片傾角 葉片厚度,2) 流量：,1）排量：,1）. 配油盤上的三角槽,原因： pV 油液倒流。 影響：流量脈動，噪聲。 措施：開三角槽，減小困油。 作用：緩沖，避免壓力突變， 減小流量脈動和噪聲。,4. 結構特點,2）. 葉片傾角,作用：減小切向分力，減輕葉片和槽的磨損，避免卡死。 一般取 = 1014 O YB 型葉片泵取 =13 O 葉片傾斜放置的泵不能反轉,三、單作用葉片泵,1. 結構：,轉子、定子、葉片、配油盤、殼體、端蓋等。,特點： 定子和轉子偏心； 定子內曲線是圓； 配油盤有二個月牙形窗口。 葉片
13、靠離心力伸出。,2. 工作原理,密封工作腔（轉子、定子、葉片、配油盤組成） 吸油過程：葉片伸出V p 吸油； 排油過程：葉片縮回V p 排油。 旋轉一周，完成一次吸油，一次排油 徑向力不平衡非平衡式葉片泵,q = 4Re B,Q= 4Re Bnv,流量公式,排量公式,3、限壓式變量葉片泵,1）.結構特點: 彈簧、反饋柱塞、 限位螺釘。,2）.工作原理：靠反饋力和彈簧力平衡，控制偏心距的大小， 來改變流量。,轉子中心固定， 定子可以水平移動 外反饋、限壓,下圖左中表示限壓式變量葉片泵的原理，下圖右為其特性曲線。泵的輸出壓力作用在定子右側的活塞 1上。當壓力作用在活塞上的力不超過彈簧2
14、的預緊力時，泵的輸出流量基本不變。當泵的工作壓力增加，作用于活塞上的力超過彈簧的預緊力時，定子向左移動，偏心量減小，泵的輸出流量減小。當 泵壓力到達某一 數(shù)值時，偏心量接近零，泵沒有流量輸出。,限壓式變量葉片泵的特性曲線,段：當工作壓力p小于預先調定的限定壓力pc,段：泵的供油壓力p超過預先調整的壓力pB,4. 優(yōu)缺點及應用,優(yōu)點：功率利用合理，簡化液壓系統(tǒng) 缺點：結構復雜，泄漏增加，m，v 應用：要求執(zhí)行元件有快速、慢速和保壓的場合,四、雙作用葉片馬達,1）結構特點 葉片沿轉子徑向放置（正反轉） 葉片根部加扭力彈簧 有外泄口 2）工作原理 F = p A = p ( R - r0 )
15、b - p ( r - r0 ) b = p ( R - r ) b 3）應用：高速、低扭矩及要求 動作靈敏的場合。,五、葉片泵的常見故障及排除方法,3.7 柱塞泵和柱塞馬達,軸向式,徑向式,一、 軸向柱塞泵,柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3。 徑向柱塞泵 配流軸式徑向柱塞泵 閥配流徑向柱塞泵 軸向柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵 斜軸式無鉸軸向柱塞泵,1 .工作原理,工作原理 缸體： 均布Z 個柱塞孔，分布圓直徑為D 柱塞滑履組： 柱塞直徑為d 斜盤： 相對傳動軸傾角為 配流盤 傳動軸,* 缸體轉動 * 斜盤、配油
16、盤不動,缸體、柱塞、配油盤、斜盤,* 柱塞伸出,低壓油 機械裝置,2.典型結構,3. 流量計算,排量:,一個密封空間:,流量:,式中： d - 柱塞直徑 D - 柱塞分布圓直徑 - 斜盤傾角 z - 柱塞數(shù),,q tg , q ; q 。 改變 的大小變量泵； 改變 的方向雙向泵。,流量脈動率：,z為奇數(shù),z為偶數(shù),結論：柱塞數(shù)為奇數(shù)時流量脈動小， 柱塞數(shù)越多，脈動越小。 一般取 z = 7、9、11,4.特點及應用,特點： 容積效率高，壓力高。（v=0.98, p = 32 Mpa） （柱塞和缸體均為圓柱表面,易加工,精度高，內泄?。?結構緊湊、徑向尺寸小，轉動慣量小; 易于實現(xiàn)變量；
17、構造復雜,成本高； 對油液污染敏感。 應用： 用于高壓、高轉速的場合。,5. 結構分析,SCY14-1型軸向柱塞泵 （p = 32 MPa）,缸體,柱塞滑履組,配流盤,結構特點,滑靴：降低接觸應力，減小磨損。 柱塞的伸出：由彈簧壓緊壓盤，有自吸能力。 變量機構：手動變量機構。,配流盤,由于存在困油問題，為減少困油，因此在配油盤的槽I、II的起始點開上條小三角槽，且在二配流槽的兩端都開有小三角槽。見下圖：,變量機構類型 為了節(jié)約能量，希望泵的流量能自動改變。常用的自動變量泵有恒功率式、恒壓力式和恒流量式等。圖中為實現(xiàn)恒功率控制的壓力補償變量機構，以此機構代替上圖手動變量泵左端的手動變量機構，
18、就成為恒功率變量泵。圖中滑閥5和活塞6則形成一個液壓伺服機構。,其中AG為斜盤傾角最大時，泵的最大流量。而GF則表示當泵壓力升高，斜盤傾角減小，泵流量減少。當泵壓力進一步升高時，流量按圖中FE線改變。最后傾角不再變化，則流量不再變化， 如圖中ED線。因此，泵 的輸出流量根據(jù)使用壓力 自動按折線GFED變化。 折線GFED與等功率線 HK接近。泵的流量壓力 特性可在圖中陰影的范圍 內調節(jié)。,恒功率變量泵特性曲線如下圖所示：,6、斜軸式無鉸軸向柱塞泵,工作原理與
19、斜盤式軸向柱塞泵類似，只是缸體軸線與傳動軸不在一條直線上，它們之間存在一個擺角，特點：柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，不僅可增大擺角來增大流量，且耐沖擊、壽命長。,7.軸向柱塞泵的常見故障及排除方法,二、軸向柱塞馬達,1. 結構,2.工作原理,輸入的高壓油通過柱塞作用在斜盤上。斜盤給柱塞的反作用力的徑向分力，使缸體產(chǎn)生轉矩。通過輸出軸帶動負載做功。,改變供油方向馬達反轉。雙向馬達 改變斜盤傾角排量變，轉速變。變量馬達 應用：高轉速、較大扭矩的場合。,三、徑向柱塞泵,1.結構特點： 定子不動 缸體（轉子）轉動 偏心距e 配油軸（不動） 襯套（與缸體緊配合）,2. 工作原理,調節(jié)e的大小變量泵
20、改變e的方向雙向泵,密封工作腔 柱塞伸出：離心力,3. 流量計算,四、低速大扭矩馬達,1.單作用連桿型徑向柱塞馬達,結構組成,排量公式 v =d 2e z / 2 d 為柱塞直徑；e 為曲軸偏心距；z 為柱塞數(shù)。 特點：結構簡單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸旋轉，也可以是曲軸固定殼體旋轉，但體積重量較大，轉矩脈動，低速穩(wěn)定性較差。,2.多作用內曲線徑向柱塞馬達,,,結構原理,結構原理 殼體內環(huán)由x 個導軌曲面組成，每個曲面分為a、b兩個區(qū)段； 缸體徑向均布有z 個柱塞孔，柱塞球面頭部頂在滾輪組橫梁上，使之在缸體徑向槽內滑動 ；,柱塞、滾輪組組成柱塞組件， a段導軌對柱塞組件的法向反力的切向分力
21、對缸體產(chǎn)生轉矩； 配流軸圓周均布2x 個配流窗口，其中x 個窗口對應于a段，通高壓油，x 個窗口對應于b段，通回油（xz )； 輸出軸 ，缸體與輸出軸連成一體。,排量公式 v =（d 2/4）Hxyz H為柱塞行程； x 為作用次數(shù)； y 為柱塞排數(shù)； z 為每排柱塞數(shù) 應用: 轉矩脈動小，徑向力平衡，啟動轉矩大，能在低速下穩(wěn)定運轉，普遍用于工程、建筑、起重運輸、煤礦、船舶、農業(yè)等機械中。,,能否變量,壓力,脈動率,油液要求,效率,噪聲,外嚙合齒輪泵,雙作用葉片泵,單作用葉片泵,軸向柱塞泵,,,,,,能,不能,能,不能,低壓,高壓,低壓,低壓,大,小,中等,中等,較低,中等,中等,高,低,中等,中等,高,大,小,中等,中等,3.8 液壓泵的性能比較與選用,
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