第二章—液压泵和液压马达1_663007467.ppt

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1、容积泵的两个特点：容积泵的两个特点：（1）有周期性变化的密封容积。密封容积由小变大吸油，由大变小压油；普遍性的结论普遍性的结论：依靠密封容积的变化来吸油和压油，称为容积泵。液压千斤顶的小活塞加两个单向阀组成液压泵。手柄抬起吸油，压下压油。第一节第一节 液压泵概述液压泵概述一、液压泵的工作原理与特点一、液压泵的工作原理与特点 以单柱塞泵为例，柱塞左移，泵吸油；柱塞右移，泵压油。偏心轮连续旋转，柱塞周期性往复移动，泵不断吸油和压油。动画（1）按结构划分 齿轮泵(gear pump)，包括外啮合齿轮泵(gear-on-gear pump)和内啮合齿轮泵(gear-within-gear pump)。

2、第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达（2）有配油机构。保证当密封容积由小变大时只与吸油口相通，当密封容积由大变小时只与出油口相通。两个单向阀称为配流阀，它是配流装置的一种。二、液压泵的类型二、液压泵的类型 叶片泵，包括单作用叶片泵(single action vane pump)和双作用叶片泵(double action vane pump)第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 柱塞泵(plunger pump)，包括径向柱塞泵(radial plunger pump)和轴向柱塞泵(axial plunger pump)螺杆泵(screw pump)等。（2）按排量(dis

3、placement volume)定量泵(constant displacement pump)和变量泵(variable capacity pump)定量泵又分为单向定量泵(single Flow)和双向定量泵(bi-rotational pump)变量泵又分为手动变量和自动变量，典型变量泵有：第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 限压式(pressure-limiting variable displacement pump)恒功率式(constant output pump)恒压式(constant pressure variable delivery pump)稳流量式等。三

4、、液压泵的性能参数三、液压泵的性能参数1.压力工作压力工作压力：泵工作时实际输出的压力，其大小取决于外负载，是变化量。2.排量和流量排量排量(displacement)：在无泄漏条件下泵轴转一转排出的液体体积，用q表示，大小取决于泵的几何尺寸，所以又称为几何排量 或理论排量。单位用mL/r。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达额定压力额定压力：泵能够连续运转的最高工作压力，是固定量。取决于泵的结构强度和密封条件，超过此值即过载。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达理论流量理论流量(theoretical flow rate)：在无泄漏条件下，泵在单位时间内排出的液体体积，用

5、QT表示，等于排量与转速的乘积，即 QTqn。单位习惯用L/min。实际流量实际流量(actual flow rate)：由于泵存在内外泄漏Q，泵的实际输出流量Q小于理论流量，即Q QTQ容积效率容积效率(volume efficiency)：泵的实际流量与理论流量之比称为容积效率PV 在泵转速n一定的情况下，理论流量取决于几何排量q，所以QT又称为几何流量(geometric flow rate)。3.泵的转矩、机械效率和总效率 泵是将机械能转变成液压能的转换装置，理想情况下，输入泵的机械能全第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 泵的容积效率PV是衡量泵性能好坏的重要指标。额定流量

6、额定流量(flow rating)：泵在额定压力、额定转速下必须保证的实际输出流量。在一定范围内，泵泄漏量Q随泵工作压力p的提高而线性增大（参考缝隙流量公式），所以PV随压力p升高而降低。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达部转变成液压能(hydraulic energy)，即 由于存在各种摩擦损失M，所以泵的实际输入转矩(input moment)（电机或发动机的输出转矩）M应大于理论转矩(theoretical moment)MT，即第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 泵的机械效率(mechanical efficiency)为 泵的总效率(overall effic

7、iency)等于泵的输出功率与输入功率之比，也就是容积效率与机械效率的乘积。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 总效率随压力的增大而变化，如图第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达第二节第二节 齿轮泵齿轮泵一、齿轮泵一、齿轮泵(gear pump)的工作原的工作原理理 齿轮泵由前后盖、泵体、相互啮合的一对齿轮、传动轴组成。齿轮泵工作原理动画齿轮泵工作原理动画 按正常齿计算，取齿根高近似等于齿顶高。齿顶圆直径(mz2m)，齿根圆直径(mz2m)。密封容积变化量：密封容积变化量：齿轮泵每转一转挤出的液体体积，近似等于一个圆环的体积V。假设假设：泵转一转把两个齿轮的齿间槽中的油液

8、都挤压出去；采用标准齿轮；近似取齿间槽容积和轮齿部分（实体）的体积相等。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达二、齿轮泵的排量和流量二、齿轮泵的排量和流量 实际上齿槽容积大于轮齿体积（齿根高大于齿顶高），齿数越少差别越大。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达m为齿轮模数，z为齿轮齿数，B为齿轮宽度。考虑容积效率后，泵实际输出流量为 实际输出排量要略大理论，计算公式需要修正。修正后齿轮泵排量计算公式近似为 齿轮泵存在大的泄漏、困油、受力状况不好、流量脉动大缺点，所以工作压力不高。低压齿轮泵额定压力2.5MPa，高压齿轮泵的额定压力为1621MPa。由于齿轮啮合过程中，密封容积的

9、变化率随时间是变化的（齿槽和实体部分交替），所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的，这也是齿轮泵的一大缺点。上式中n为泵轴的转速，pV 为泵的容积效率。上式计算得到的流量为平均流量。三、外啮合齿轮泵的特点三、外啮合齿轮泵的特点第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 外啮合齿轮泵存在以下四个主要问题:（1）困油现象（2）径向不平衡力（3）泄漏 三条泄漏途径：径向泄漏通过齿轮外圆与泵体配合处径向间隙的泄漏，占15%20%；啮合线泄漏由于齿向误差，通过两个齿轮啮合线处的泄漏，占5%；（4）流量脉动第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 轴向泄漏通过齿轮端面与侧盖板之间的轴向间隙产生的泄漏，大约

10、占75%80%。原理：将压力油通至齿轮端面的一个浮动盖板上，随着泵工作压力的提高，端面间隙自动减小。低压齿轮泵轴向间隙为0.030.04mm，高压齿轮泵采用轴向间隙自动补偿装置以减小轴向泄漏。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 公式计算的泵流量为平均流量，实际上压油腔的密封容积的变化是不均匀的，所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的。四、外啮合齿轮泵优缺点四、外啮合齿轮泵优缺点第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达优点：结构简单，体积小，重量轻，制造方便，自吸能力强，对油液污染不敏感，工作可靠，价格低，维护容易。缺点：流量脉动大，泄漏大，径向不平衡力限制压力提高，困油产生振动和噪声、

11、增加泵的流量脉动。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达五、内啮合齿轮泵五、内啮合齿轮泵(internal gear pump)小齿轮是主动轮。摆线齿轮泵不需要加隔板。缺点：齿形复杂，加工精度要求高，成本略高。动画优点：结构紧凑、尺寸小、重量轻；齿轮转向相同，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长。流量脉动小，噪声低。转速高，吸油容易。第三节第三节 叶片泵叶片泵一、双作用叶片泵一、双作用叶片泵(double-acting vane pump)的工作原理的工作原理结构描述结构描述：定子内表面为腰形，中心固定不动，转子外表面为圆柱形，与定子同心。定子上开有狭槽，槽内放叶片，叶片在离心力作用下向

12、外甩出，紧贴到定子内表面上。配流盘上的吸、压油口分别与泵体上的吸、压油口相通。双作用叶片泵动画双作用叶片泵动画产品典型结构产品典型结构 当转子顺时针方向旋转时，密封容积在左上角和右下角逐渐增大，为吸油区；密封容积在左下角和右上角逐渐减小，为压油区。转子每转一转，吸油、压油两次，故称为双作用。吸油口、压油口在径向对称布置，所以作用在转子上的液压力平衡，所以又称为平衡式叶片泵。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 定子内表面、转子外表面、相邻叶定子内表面、转子外表面、相邻叶片和前后配流盘组成若干个密封容积片和前后配流盘组成若干个密封容积。当叶片数足够多时，两相邻叶片总会同时处在最大圆弧（

13、密封容积最大）和最小圆弧处（密封容积最小）。忽略叶片厚度，叶片泵排量等于两个叶片之间密封容积的变化量V和容积数目Z（叶片数）的乘积的2倍（作用）。V 表示两叶片间密封容积从最大到最小或从最小到最大的变化量。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达二、双作用叶片泵的理论排量及二、双作用叶片泵的理论排量及流量公式流量公式 最大密封容积Vmax为第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 理论流量Q为 最小密封容积Vmin为 两叶片间密封容积变化量V为 理论排量q为1.定子内曲线定子内曲线 四段圆弧和四段过渡曲线组成，圆弧与圆弧之间的过渡曲线采用阿基米德螺线、等加速等减速曲线、三次以上的高

14、次曲线（最理想）。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达三、双作用叶片泵的结构特点三、双作用叶片泵的结构特点B为叶片的宽度；r1，r2 分别为定子内表面圆弧部分的长、短半径；n为转子转速。叶片数为4的倍数时脉动率最小。3.配流盘配流盘(port plate)上的三角槽上的三角槽 为了缓解压力突变引起的流量脉动，在进入压油区一侧各开一个三角槽，使容积变化缓慢。是否会产生困油现象？第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达2.保证叶片紧贴在定子内表面保证叶片紧贴在定子内表面 压油区叶片顶部受压力不易甩出，底部要通压力油使之平衡。但在吸油区受离心力和液压力共同作用，在定子上产生很大接触力

15、，加速内表面磨损，所以这种泵压力不能过高。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 双作用叶片泵的额定压力为6.3MPa，转速为10001500r/min；流量为6100L/min；容积效率约90%；高压叶片泵的额定压力达1421MPa4.端面间隙端面间隙 转子和叶片旋转时与配流盘之间要保持一定间隙。间隙大会使内泄漏增加。中小型叶片泵一般为0.020.04mm。间隙靠加工保证或自动调节。不计叶片厚度，每一转每个密封容积的变化量近似近似为（叶片越多越准确）五、单作用叶片泵排量及流量公式五、单作用叶片泵排量及流量公式四、单作用叶片泵四、单作用叶片泵(single-acting vane pu

16、mp)的工作原理的工作原理第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达单作用叶片泵动画单作用叶片泵动画第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达D为定子直径，D=2R；r为转子半径；e为转子相对定子的偏心量。理论流量 Qqn 2BDen 单作用叶片泵的叶片数为奇数时的流量脉动率要小。kQ为流量系数；e为定子的偏心量；CL为泄漏系数；p为负载压力。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达六、限压式变量叶片泵的特性六、限压式变量叶片泵的特性 从单作用叶片泵的流量公式可以看出，改变偏心量e可以改变泵的流量。转子中心固定，定子中心可以左右移动，从而通过改变偏心量e来达到变量的目的。动画 考

17、虑泵的泄漏后，实际流量公式为理论流量 Qqn 2BDenk为弹簧刚度；xo为弹簧预压缩量；emax为最大偏心量（定子处在最右端），可通过小柱塞缸上的螺钉调整其大小，emax的最大值为(D-d)/2。（1）当pAkxo(弹簧预压力)时，e=emax QkQemaxCLp第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 由于泵的输出压力作用在柱塞上，所以偏心量e会受到泵的输出压力p的控制，进而影响泵的输出流量。当pAkxo时的压力为临界压力（或拐点压力），用pc 表示。pckxo/A 第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 当ppc 时，变量机构不起作用，泵的流量就是图中的AB段流量，相当于

18、偏心量为定值emax的单作用定量叶片泵。（2）当pAkxo，或ppc 时，定子向左移动产生位移x，新的力平衡方程为 pAk(xo+x)上两式消去x，得 流量为 QkQ(emax-x)-CLp第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 随压力p增加，流量下降得较快。当 ppc 时的流量就是图中的BC段流量，此时单作用叶片泵按变量泵变量泵工作。弹簧刚度k，BC段变平缓，临界压力pc增大，临界流量Qc减小；弹簧刚度k，BC段变陡，临界压力pc减小，临界流量Qc增大。从流量Q、临界压力pc、流量Qc的计算公式得出以下结论：调整最大偏心量emax，AB段上下移动，相当于定量泵的流量增大。动画 轴受力不平衡，噪声大，容积效率低。第第二二章章 液液压压泵泵和和液液压压马马达达 AB段适合空载快速移动，BC段适合有载慢速运动。变量解决了功率损失问题，在机床上使用较多。调整弹簧预压缩量xo，临界压力pc 左右移动。pckxo/A