液压与气压传动2王积伟教授东南大学.ppt

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1、,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Chapter 2 能源装置及辅件 本章主要内容： 2.1 能源装置的组成 2.2 液压泵与液压马达 2.3 齿轮泵的结构和工作原理 2.4 叶片泵、叶片马达的结构和工作原理 2.5 柱塞泵、柱塞马达的结构和工作原理 2.6 液压泵的气穴、噪声 2.7 液压泵的选用 2.8 油箱与液压辅件 2.9 气源装置及气动辅件,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,了解液压泵主要性能参数

2、、分类 了解常用液压泵的结构及工作原理 掌握泵原理、必要条件、排流量、齿轮泵原理、困油 了解气源装置与气动三联件工作原理 了解常用的液压与气动辅件,容积式泵工作原理、必要条件 齿轮泵工作原理、排流量计算 容积式泵的共同弊病、 困油现象的实质,目的任务:,重点难点:,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.1 能源装置的组成,能源装置有两大类：液压能源装置和气源装置。,液压能源装置：向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介质； 气源装置：向气动系统输送一定压力和流量洁净的压缩空气。,液压能

3、源装置可以是和主机分离的单独的液压泵站，也可以是和主机在一起的液压泵组； 气源装置一般都是单独的。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件（过滤器、温控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）组成，这些辅件是相对独立的，可根据系统的不同要求而取舍，一些液压控制元件（各种控制阀）有时也以集成的形式安装在液压泵站上。,气源装置则由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件

4、，如自动排水器、消声器、缓冲器等，这些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2 液压泵与液压马达,液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液压能的能量转换装置。 液压泵：其为液压系统提供具有一定压力和流量的液压液，是液压系统的重要组成部分。 液压泵：其性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。,液压马达：是液压系统中实现连续旋转或摆动的执行元件，它把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功。,School of Mec

5、hanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.1 液压泵的工作原理,液压系统中所用的各种液压泵，其工作原理都是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替变化来实现的。,凸轮1旋转时，柱塞2在凸轮1和弹簧3作用下在缸体中左右移动。柱塞右移时，缸体中的密封工作腔4容积增大，产生真空，油液通过吸油阀5吸入，此时压油阀6关闭；柱塞左移时，缸体密封工作腔4的容积变小，将吸入的油液通过压油阀6输入液压系统中去，此时，吸油阀5关闭。 液压泵就是依靠其密封工作腔容积不断的变化，实现吸入和输出液体的。,图2-1 单柱塞式液压泵工作原理 1凸轮 2柱

6、塞 3弹簧 4密封工作腔 5吸油阀 6压油阀,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,液压泵吸油时，油箱的油液在大气压作用下使吸油阀开启，而压油阀在阀的弹簧作用下关闭；,液压泵输油时，吸油阀在液压和弹簧作用下关闭，而压油阀在液压作用下开启。,这种吸入和输出油液的转换，称为配流。,液压泵的配流方式： 确定式配流（如叶片泵的配流盘、径向柱塞泵的配流轴） 阀式配流 （如逆止阀等）,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,液压泵

7、的密封工作腔处于吸油时称为吸油腔，处于输油时称为压油腔。,吸油腔压力取决于液压泵吸油口至油箱液面高度和吸油管路压力损失； 压油腔压力决定于负载和压油管路压力损失。输出的理论流量只决定于工作腔的几何尺寸和柱塞的往复次数（或角速度），而与压油腔压力无关。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,构成液压泵的基本条件（必要条件） 1）形成密封工作腔； 2）密封工作腔容积大小交替变化； （变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通） 3）吸压油腔隔开（配流装置）。,液压泵的基本特点 1）具有一个或若干个周期性变化的密封

8、容积； 2）具有配流装置； 3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.1 液压马达的工作原理,下图所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交一个倾角。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力F可分解为两个分力，轴向分力Fx和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分力Fy使缸体产生转矩，带动马达轴5转动。,图3-26 轴

9、向柱塞式液压马达的工作原理 1斜盘 2缸体 3柱塞 4配油盘 5马达轴,设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为，则在柱塞上产生的转矩为 式中 R柱塞在缸体中的分布圆半径。,液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和，即 随着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动时的情况相似。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,液压马达工作原理: 转矩脉动; 马达的进、回油口互换时，马达将反向转动; 改变斜盘倾角 的大小，既改变了马达的排量，也使

10、 输出转矩T 发生变化； 改变斜盘倾角 的方向，就改变了马达的旋转方向。 液压马达与液压泵在原理上互逆，结构上类似，功用上相反。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.2 液压泵的主要性能参数,1.液压泵的压力 工作压力是指液压泵出口处的实际压力，其大小取决于负载。 额定压力pS是指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。,2.液压泵的排量、流量,排量V是指在没有泄漏情况下，泵轴转过一转时所能排出的油液体积。排量的大小仅与液压泵的几何尺寸有关。,额定压力pS （公称压力、铭牌压力）,Sch

11、ool of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,额定流量qs：在额定转速和额定压力下输出的流量。,理论流量qt：在没有泄漏情况下，单位时间内所输出的油液体积。其大小与泵轴转速n和排量V有关，即 qt=Vn 常用单位为m3/s和L/min。,实际流量q：单位时间内实际输出的油液体积。 液压泵在运行时，泵的出口压力不等于零，因而存在部分油液泄漏，使实际流量小于理论流量。,液压泵的流量可分为理论流量、实际流量和额定流量。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及

12、辅件,液压与气压传动,3. 功率与效率,如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输入功率等于输出功率，即是它们的理论功率：,Pt=pVn=Tt=2nTt (2-1),1）输入功率Pi为驱动液压泵轴的机械功率。 2）输出功率Po为液压泵输出的液压功率。,式中 Tt液压泵的理论转矩； 泵的角速度； n泵的转速。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,3. 功率与效率,（1）容积损失 因内泄漏、气穴和油液在高压下受压缩而造成的流量上的损失。 由于液压泵内工作构件之间存在间隙所造成的内泄漏是主要原因，因而泵的压

13、力增高，输出的实际流量就减小。,功率损失可分为容积损失和机械损失。,实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率总是比输入功率小，即PO PI。两者之差值即为功率损失。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,用容积效率v来表征容积损失的大小：,（1） 容积损失,（2-2）,式中q某一工作压力下液压泵的流量损失，即泄漏量。,如果将泄漏油液的流态看作为层流，则泄漏量q与泵的输出压力成正比，即q=k1p，k1为泄漏系数。有：,（2-3）,由式（2-3）中可看出： 泵的输出压力越高，泄漏系数越大，泵的排

14、量越小，转速越低，容积效率v就越小。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,（2）机械损失 因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。 设转矩损失为T，实际输入转矩为T=Tt+T，用机械效率m来表征机械损失：,（2-4）,对液压泵而言，驱动泵的转矩总是大于理论上需要的转矩。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,总效率 液压泵的输出功率与输入功率之比,（2-5）,式（2-5）表明： 液压泵的总效率等于容积效率与机械效率之乘积,

15、School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.2 液压马达的主要性能参数,容积效率v: 转速n： 理论转矩Tt： 机械效率m：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.2 液压马达的主要性能参数,实际转矩T： 总效率：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.3 液压泵的特性曲线,液压泵

16、的性能曲线是在一定的介质、转速和温度下，通过试验得出的。 其表示液压泵的工作压力与容积效率v（或实际流量）、总效率与输入功率之间的关系。,图2-2 液压泵的性能曲线,由图示性能曲线可以看出：容积效率v（或实际流量q）随压力增高而减小，压力p为零时，泄漏流量q为零，容积效率v=100%，实际流量q等于理论流量qt。总效率随工作压力增高而增大，且有一个最高值。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,对于某些工作转速可在一定范围内变化的液压泵或排量可变的液压泵，为了显示在整个允许工作的转速范围内的全性能特性，常

17、用泵的通用特性曲线表示，如图2-3所示。 图中除表示工作压力p、流量q、转速n的关系外，还表示了等效率曲线i、等功率曲线Pii等。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.4 液压泵的分类,液压泵种类繁多。,按泵的排量可否调节，可分为定量泵和变量泵。 其中变量泵有单作用叶片泵、径向柱塞泵、轴向柱塞泵等。,按结构形式，可分为柱塞泵、叶片泵、齿轮泵和螺杆泵等。,每类中还有多种型式，例如 柱塞泵有径向式和轴向式之分； 叶片泵有单作用式、双作用式和凸轮转子式之分； 齿轮泵有外啮合式和内啮合式之分；

18、 螺杆泵有双螺杆泵和单螺杆泵之分；等等。,按使用压力： 低压 中压 中高压 高压,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.2.4 液压马达的分类,液压马达和液压泵结构基本相同。,按结构形式，可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它形式。,按工作特性：高速(额定转速高于500rmin)和低速 (额定转速低于500rmin),按排量可否调节：定量马达和变量马达。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.

19、3 齿轮泵的结构和工作原理,齿轮液压泵是一种常用的液压泵，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。,内啮合,外啮合,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.3.1 外啮合齿轮泵,1. 工作原理,结构组成：,图2-4 外啮合齿轮泵,由壳体、一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮和两个端盖等主要零件组成。 壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成许多密封工作腔。,当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔的轮齿逐渐脱开，密封工作腔的容积逐渐增大，形成部分真空。因此，油箱中的油液在大气压作用下，经吸油管进

20、入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔去。因左侧压油腔的轮齿逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，齿间槽中的油液被挤出，通过泵的出口输出。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,密封容积变化,密封容积形成齿轮、泵体内表面、前后端盖围成,齿轮退出啮合,容积吸油,齿轮进入啮合,容积压油,外啮合齿轮泵工作原理,吸压油口隔开两相互啮合的轮齿以及两个端盖,齿轮泵没有单独的配流装置，齿轮的啮合线起配流作用。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,

21、第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,2. 排量计算,外啮合齿轮泵排量的精确计算可按齿轮啮合原理来进行。 近似计算时，可假设：,则：当齿轮模数为m、齿数为z、分度圆直径为D、工作齿高为hw（hw=2m）、齿宽为b时，泵的排量为,排量=两个齿轮的不包括径向间隙容积的齿间槽容积之和,（2-6）,设：齿间槽容积=轮齿体积,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,2. 排量计算,实际上 因为 齿槽容积轮齿体积,所以 通常取 V=6.66zm2b,流量计算,理论流量： qt=Vn=6.66zm2bn 实际流量： q

22、=qtv=6.66zm2bnv,结 论 1. 齿轮泵的qt是齿轮几何参数和转速的函数。 2. 因为转速等于常数，流量等于常数 所以定量泵。 3. 理论流量与出口压力无关。,（2-7）,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,3. 流量脉动,因为齿轮啮合过程中，啮合点位置瞬间变化，工作腔容积变化率不是常数 所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的,一般，运用流量脉动率 来评价瞬时流量的脉动。,设qmax、qmin表示最大瞬时流量和最小瞬时流量，q表示平均流量，则流量脉动率可以用式 表示,（2-8）,外啮合齿轮泵齿数越少，

23、脉动率就越大，其值最高可达0.20以上；而内啮合齿轮泵的脉动率要小得多。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,4. 几个突出问题,困油现象及其消除措施 径向作用力不平衡 泄漏,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,困油现象及其消除措施,何谓困油现象 产生原因 引起结果 消除困油的方法,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,困油

24、现象,为了使齿轮泵能连续平稳地供油，必须使齿轮啮合的重叠系数大于1。这样，齿轮在啮合过程中，前一对轮齿尚未脱离啮合，后一对轮齿已进入啮合。,因为两对轮齿同时啮合 所以就有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的独立的封闭腔内，这一封闭腔和泵的吸、压油腔相互间不连通。,当齿轮旋转时，此封闭腔容积发生变化，使油液受压缩或膨胀，这种现象称为困油现象。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,困油现象产生原因,ab 容积逐渐减小,b c 容积逐渐增大,School of Mechanical Engineering,东南

25、大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,困油引起的后果,ab 容积逐渐减小 p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。,bc 容积逐渐增大 p 形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。,总之： 由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,消除困油的办法,原则 ： ab 密封容积减小，使之通压油口(图a)，避免压力急

26、剧升高 bc 密封容积增大，使之通吸油口(图c) ，避免形成局部真空 b 密封容积最小，隔开吸压油,方法：在两侧端盖上分别开卸荷槽以消除困油。,困油现象在其他液压泵中同样存在，是个共性问题。在设计与制造液压泵时应竭力避免。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,径向作用力不平衡,径向不平衡力的产生：液压力。 液体压力分布规律：齿轮泵中，从压油腔经过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙向吸油腔泄漏的油液，其压力随径向位置而不同。经过分析发现，从压油腔到吸油腔的压力是逐级下降的。其合力相当于给齿轮轴一个径向作用力，此

27、力称为径向不平衡力。 工作压力越高，径向不平衡力也越大，直接影响轴承的寿命。 径向不平衡力很大时能使轴弯曲、齿顶和壳体内表面产生摩擦。,齿轮泵的径向不平衡力,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,径向作用力不平衡,改善措施： 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，会使容积效率减小,齿轮泵的压力平衡槽 1、2压力平衡槽,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,泄漏,外啮合齿轮泵高压腔的

28、压力油可通过齿轮两侧面和两端盖间轴向间隙、泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中去。 其中对泄漏影响最大的是轴向间隙，可占总泄漏量的75%80%。它是影响齿轮泵压力提高的首要因素。,齿侧泄漏 约占齿轮泵总泄漏量的 5% 径向泄漏约占齿轮泵总泄漏量的 20%25% 端面泄漏* 约占齿轮泵总泄漏量的 75%80% 总之：泵压力愈高，泄漏愈大。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,5. 提高外啮合齿轮泵压力的措施,问题：齿轮泵存在间隙 ， p q v 径向不平衡力也p p 径向力,提高

29、齿轮泵压力的方法：,浮动轴套补偿原理： 将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。,图2-7 带浮动轴套的齿轮泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,弹性侧板式补偿原理： 将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。,提高齿轮泵压力的方法：,图2-8 带浮动侧板的齿轮泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,5. 提高外啮合齿轮泵压力的措施,齿轮泵的不平衡径向力也是影响其压力提高的

30、另一个重要问题。,解决办法：,缩小压油口并用扩大泵体内腔高压区径向间隙来实现径向补偿。,优点：在用浮动轴套产生轴向补偿的同时，由于齿顶处高压油的作用，可使轴套与齿轮副一起在泵体内浮动，从而自动地将齿顶圆压紧在泵体的吸油腔侧内壁上，不仅结构简单，且能使轴承的受力有所减轻。,图2-9 扩大高压区径向间隙的齿轮泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,6. 外啮合齿轮泵的优点,结构简单，制造方便，价格低廉 结构紧凑，体积小，重量轻 自吸性能好，对油污不敏感 工作可靠，便于维护,流量脉动大 噪声大 排量不可调,7

31、. 外啮合齿轮泵的缺点,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,8. 小结,工作原理（三个必要条件） 排量、流量计算 几个突出问题及其解决措施,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.3.2 内啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵有 渐开线齿轮泵 摆线齿轮泵（又名转子泵） 两种。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,小齿轮、内齿

32、轮和月牙形隔板等,渐开线内啮合齿轮泵,结构组成：,当小齿轮按逆时针方向绕中心O1旋转时，驱动内齿轮绕O2同向旋转。月牙形隔板把吸油腔1和压油腔2隔开。 在泵的左边，轮齿脱离啮合，形成局部真空，油液从吸油窗口吸入，进入齿槽，并被带到压油腔。 在泵的右边，轮齿进入啮合，工作腔容积逐渐变小，将油液经压油窗口压出。,工作原理：,渐开线齿形内啮合齿轮泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,摆线齿形内啮合齿轮泵,由小齿轮和内齿轮（均为摆线齿轮）组成。小齿轮比内齿轮少一个齿且有一偏心距，不须设置隔板。,结构组成：,当

33、小齿轮绕中心O1旋转时，内齿轮被驱动，并绕O2同向旋转。 泵的左边，轮齿脱离啮合，形成局部真空，进行吸油。 泵的右边，轮齿进入啮合，进行压油。,工作原理：,摆线齿形内啮合齿轮泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,内啮合齿轮泵的优点,内啮合齿轮泵的缺点,结构紧凑，尺寸小，质量轻； 因齿轮同向旋转，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长； 流量脉动小，因而压力脉动和噪声都较小； 油液在离心力作用下易充满齿间槽，故允许高速旋转，容积效率高。 摆线内啮合齿轮泵结构更简单，啮合重叠系数大，传动平稳，吸油条件更为良好

34、。,齿形复杂，加工精度要求高，因此造价较贵。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.3.3 齿轮泵的主要性能,（1）压力 具有良好的轴向和径向补偿措施的中、小排量的齿轮泵的最高工作压力目前均超过了25MPa，最高达32MPa以上。大排量齿轮泵的许用压力亦可达1620MPa； （2）排量 液压工程用的齿轮泵的排量范围很宽从0.05800mL/r，但常用者为2.5250mL/r。 （3）转速 微型齿轮泵的最高转速可达20000r/min以上，常用者为10003000r/min。必须指出，齿轮泵的

35、工作转速亦有下限，一般为300500r/min。 （4）寿命 低压齿轮泵的寿命为30005000h，高压外齿轮泵额定压力下的寿命一般却只有几百小时，高压内齿轮泵的寿命可达20003000h。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.3.3 螺杆泵,当主动螺杆带动从动螺杆旋转时，各密封工作腔沿着轴向从左向右移动。 左端形成密封工作腔容积逐渐增大，进行吸油； 右端工作腔容积逐渐缩小，将油压出。,工作原理：,螺杆直径越大，螺旋槽越深，排量也越大。 螺杆越长，吸油口和压油口之间密封层次越多，密封越好，

36、可提高泵的额定压力。,图2-11 螺杆泵的工作原理,在泵的壳体里有三根互相啮合的双头螺杆，主动螺杆1是凸螺杆，从动螺杆2是凹螺杆。在横截面内，其齿廓由几对摆线共轭曲线组成，螺杆的啮合线把各螺杆的螺旋槽分割成若干密封工作腔。,结构组成：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,必须满足四个密封条件，才能形成空间八字形密封容积： 主从动螺杆共扼； 螺杆根数和螺纹头数必须满足一定关系； 泵体最小长度应大于螺杆的导程； 保证最小径向间隙。,V密形成,School of Mechanical Engineering,

37、东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,螺杆泵结构简单，紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，输油均匀，噪声小，容积效率高，允许采用高转速，对油液污染不敏感。 主要缺点是加工较困难，不易保证精度。,螺杆泵的性能特点：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,（1）压力 三螺杆泵的常用工作压力为2.520MPa，个别可高达3540MPa。 （2）流量 螺杆式液压泵的流量范围为310000L/min，输送物料的螺杆泵的流量可达200m3/min。 （3）转速 小排量螺杆泵的转速可高达6000r/

38、min，大规格的亦在10001500r/min以上。 （4）功率 各种螺杆泵中最大的功率超过600kW。,螺杆泵的主要性能：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,容积式泵工作的必要条件是什么？ 2. 困油现象的实质是什么？ 齿轮泵困油现象是怎样产生的？ 3. 外啮合齿轮泵能否做高压泵？为什么？,练习与思考,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.4 叶片泵、叶片马达的结构和工作原理,输出流量均匀、运转平

39、稳、噪声小； 中低压叶片泵工作压力一般为6.3MPa，高压叶片泵的工作 压力可达2532MPa； 叶片泵对油液的清洁度要求较高。,叶片液压泵的特点,按泵的排量是否可调，主要分单作用非卸荷式（变量泵）和双作用卸荷式（定量泵）两大类。,叶片液压泵的种类,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.4.1 单作用叶片泵,当转子按逆时针方向转动时，右半周，叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，形成局部真空，于是通过吸油口和配油盘上的吸油窗口将油吸入；左半周，叶片向转子里缩进，密封工作腔容积逐渐缩小，工作腔

40、内的油液经配油盘压油窗口和泵的压油口输到系统中。,工作原理：,由转子1、定子2、叶片3、配油盘和端盖等主要零件组成。定子的内表面是圆柱形孔，定子和转子中心不重合，相距一偏心距e。叶片可以在转子槽内灵活滑动（当转子转动时，叶片由离心力或液压力作用使其顶部和定子内表面产生可靠接触）。配油盘上各有一个腰形的吸油窗口和压油窗口。由定子、转子、两相邻叶片和配油盘组成密封工作腔。,结构组成：,图2-12 单作用叶片泵工作原理 1转子 2定子 3叶片,泵的转子每旋转一周，叶片在槽中往复滑动一次，密封工作腔容积增大和缩小各一次，完成一次吸油和压油，故称单作用泵。,吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片,Schoo

41、l of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,单作用叶片泵的排量, 转子转一转，每个工作腔容积变化为 V=V1-V2 叶片泵每转输出的油液体积为Vz，z为叶片数。,（2-11）,式中: b转子宽度； e转子和定子间的偏心距； D定子内圆直径。,图2-13 单作用叶片泵 排量计算,由此可得单作用叶片泵的排量近似为：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,单作用叶片泵的流量,理论流量： qt = Vn = 2bDen 实际流量： q =

42、qtv = 2bDenv,结 论 1 qt = f(几何参数、 n、e) 2 n = c e变化 q C 变量泵 e = 0 q = 0,e,大小变化，流量大小变化,方向变化，输油方向变化,单作用叶片泵可做双向变量泵！,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,单作用叶片泵性能特点,单作用叶片泵的转子上受有单方向的液压不平衡作用力， 轴承负载较大。 通过变量机构改变定子和转子间的偏心距e，就可改变泵的 排量使其成为一种变量泵。 为了使叶片在离心力作用下可靠地压紧在定子内圆表面上 可采用特殊沟槽使压油一侧的叶片

43、底部和压油腔相通，吸 油腔一侧的叶片底部和吸油腔相通。 单作用叶片泵定子、转子偏心安装，其容积变化不均匀，故 其流量是有脉动的。但是泵内叶片数越多，流量脉动率越小。 此外，奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小，一 般取1315片叶片。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.4.2 双作用叶片泵,双作用叶片泵的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成。且定子和转子是同心的。 当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔容积在左上角和右下角

44、处逐渐增大，为吸油区； 在左下角和右上角逐渐减小，为压油区。 在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。,工作原理：,图2-14 双作用叶片泵的工作原理,泵的转子每转一转，完成两次吸油和压油，所以称双作用叶片泵。 由于泵的吸油区和压油区对称布置，因此，转子所受径向力是平衡的，所以，又称卸荷式液压泵。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,双作用叶片泵的排量,由图2-15所示，V1为吸油后封油区内的油液体积，V2为压油后封油区内的油液体积，泵轴一转完成二次吸油和压油，考虑到叶片厚度s对吸油和压油时油液体积

45、的影响。,（2-12）,式中 R、r叶片泵定子内表面圆弧部分长、短半径； z叶片数； b叶片宽度；叶片倾角。,图2-15 双作用叶片泵 排量计算,由此可得双作用叶片泵的排量为：,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,结 论 1 qt =Vn= f(几何参数， n) 2 n = c qt= C 双作用叶片泵为定量泵,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.4.3 限压式变量叶片泵,限压式变量叶片泵是一种输出

46、流量随工作压力变化而变化的泵。当工作压力大到泵所产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵的输出流量为零，不管外负载再怎样加大，泵的输出压力不会再升高，所以这种泵被称为限压式变量泵。,限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的(外反馈和内反馈) ，故其可分为外反馈式和内反馈式两种。其中，外反馈限压式变量叶片泵能根据外负载（泵的工作压力）的大小自动调节泵的排量。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,外反馈限压式变量叶片泵工作原理,图中液压泵的转子1中心固定不动，定子3可左右移动。定子左侧有一弹簧2，右侧是

47、一反馈柱塞5，它的油腔与泵的压油腔相通。,图2-17 外反馈限压式变量叶片泵 1转子 2弹簧 3定子 4滑块滚针支承 5反馈柱塞 6流量调节螺钉,设弹簧刚度为ks，反馈柱塞面积为Ax，若忽略泵在滑块滚针支承4处的摩擦力Ff，则泵的定子受弹簧力Fs=ksx0和反馈柱塞压力的作用。,当泵的转子按逆时针方向旋转时，转子上部为压油腔，下部为吸油腔。压力油把定子向上压在滑块滚针支承上。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,当反馈柱塞的液压力F（等于pAx）小于弹簧力Fs时，定子处于最右边，偏心距最大，即e=ema

48、x，泵的输出流量最大。,若泵的输出压力因工作负载增大而增高，使FFs时，反馈柱塞把定子向左推移x距离，偏心距减小到e=emax-x，输出流量随之减小。,泵的工作压力越高，定子与转子间的偏心距越小，泵的输出流量也越小。即泵的实际输出流量随着工作压力的增高而减小。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.4.4 叶片马达的结构和工作原理,摆动液压马达是一种实现往复摆动的液压执行元件。它有单叶片式和双叶片式两种结构。,图3-30 摆动液压马达 a）单叶片式 b）双叶片式 1叶片 2分隔片 3缸筒,右

49、图a所示为单叶片式摆动液压马达，压力油从进油口进入缸筒3，推动叶片1和轴一起作逆时针方向转动，回油从缸筒的回油口排出。其摆动角度小于300，分隔片2用以隔开高低压腔。当进回油口互换时，马达反转。,图b所示为双叶片式摆动液压马达。它有两个进、出油口，其摆动角度小于150。在相同的条件下，其输出转矩是单叶片式的两倍T双 = 2T单 ，角速度是单叶片式的一半双=1/2单 。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第二章 能源装置及辅件,液压与气压传动,Part 2.5 柱塞泵、柱塞马达的结构和工作原理,柱塞液压泵是依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的容积变化进行吸油和