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1、第3章 液压传动动力元件1.液压泵的工作原理及性能参数2.齿轮泵3.叶片泵4.柱塞泵5.各类液压泵的性能及应用本章重点1.液压泵性能参数相关计算2.齿 轮 泵、叶 片 泵 及 柱 塞 泵 的 工 作 原理、结构特点及应用场合3.限压式变量叶片泵的压力-流量特性4.液压泵进油管道最大高度计算主要内容3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的工作原理一、液压泵的工作原理缸 体 固 定 不 动,柱 塞 在 弹 簧 的 作 用 下顶 紧 偏 心 轮 的 外 圆 表 面,电 动 机 带 动偏 心 轮 旋 转 时,柱 塞 在 偏 心 轮 和 弹 簧的 作 用 下 在 缸 体 中 左 右 移 动
2、。柱 塞 右移 时,缸 体 中 的密封工作腔a容积增大,形 成 局 部 真 空,关 闭 压 油 阀,在大 气 压 的 作 用 下 油 箱 中 的 油 液 正 向 推开 吸 油 阀 进 入 密 封 工 作 腔,这 就 是 泵的吸油过程。柱 塞 左 移 时,缸 体 中 的密闭工作腔a容积变小,其 内 油 液 受压 产 生 压 力,关 闭 吸 油 阀,顶 开 压 油阀 进 入 液 压 系 统,这 就 是 液 压 泵 的压油过程。若 偏 心 轮 连 续 不 断 地 旋 转,密 闭 工 作 腔a的 容 积 大 小 交 替 变 化,泵 就 不 断 地完 成 吸 油 和 压 油 过 程,从 而 连 续 不
3、断 地 向 液 压 系 统 供 油。由 此 可 见,液压泵泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的工作原理二、液压泵基本的工作条件(1)必须具有一个或若干个密封工作腔,且密封工作腔的容积应能不断变化。液 压 泵 的 吸、压 油 过 程 就 是 依 靠 密 封 工 作 腔 的 不 断 变 化 而 实 现 的。密 封工 作 腔 的 容 积 大 小、数 量 和 变 化 率 决 定 了 液 压 泵 的 排 量。这 种 靠 密 封 工 作 腔的变化来工作的液压泵成为容积式泵。(2)在密封工作腔容积增大的吸油过程中,密封工作腔称为吸油腔,吸油腔与油箱相通
4、,且油箱必须与大气相通。油 箱 必 须 与 大 气 相 通 是 自 吸 式 液 压泵的吸油条件,凡运转过程中吸油腔能自行扩大的液压泵都具有自吸能力。(3)在密封工作腔容积变小的压油过程中,密封工作腔称为压油腔,压油腔的油液压力取决于油液排出时所遇到的阻力,即 液 压 泵 的 出 口 压 力 由 外 负载来决定。(4)吸油腔和压油腔要相互分开且具有良好的密封性,即需要性能良好的配流装置。图3.1中,吸 油 阀5和 压 油 阀6是配流装置,它 们 在 逻 辑 上 是 互 逆的,不 会 同 时 开 启,其作用是实现吸油和压油的转换。配 流 装 置 是 液 压 泵 工作 必 不 可 少 的 部 分,配
5、 流 方 式 有 确 定 式(配 流 盘、配 流 轴)和 阀 式 配 流(如滑阀、座阀)。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的工作原理三、液压泵的分类及图形符号容 积 式 液 压 泵 的 种 类 很 多。按 照 结 构 形 式 的 不 同 可 以 分 为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵 和螺杆泵 等;按 照 其 压 力 的 不 同 可 分 为 低压 泵、中 压 泵、中 高 压、高 压 泵 和 超 高 压 泵;按 照 其排量 能 否调节,又可分为定量泵和变量泵。液压泵的图形符号如下表所示3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数液压泵将电动机输出的机械能(电机轴上的转
6、矩T和角度的乘积)转变为液压能(液压泵输出压力p和输出流量q的乘积),提供给液压马达或液压缸。因此从考虑输出特性方面来考虑,液压泵的主要性能参数包括液压泵的压力、流量和排量、功率和效率。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数1.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pn是指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。额定压力pn(公称压力、铭牌压力)最高允许压力:泵短在时间内所允许超载使用的极限压力吸入压力:泵进口处的压力2.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。液压泵的流量包括
7、理论流量、实际流量、额定流量和瞬时流量。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 其大 大小 小与 与泵 泵轴 轴转 转速 速n n和 和排 排量 量V V有 有关 关,即:q qt t=Vn 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。q=q q=qt t-q q,式中q为泄漏引起的流量损失。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。额定流量qn:在额定转速和额定压力下输出的流量。瞬时流量qin:泵在每一瞬时的流量,一般指泵瞬时理论流量。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性
8、能参数3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数3.功率 功率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。如 果 不 考 虑 液 压 泵 在 能 量 转 换过 程 中 的 损 失,则 输 输 入 入 功 功 率 率 等 等于 于 输 输 出 出 功 功 率 率,即 是 它 们 的理论功率Pt:Pt=pVn=Tt=2 nTt式中 Tt液压泵的理论转矩;泵的角速度;n泵的转速。PPiiPPooPPtt3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数4.效率PPiiPPooPPttPo Pi容积损失机械损失容
9、积损失:因内泄漏、气穴和油 油液 液在高压下受压缩而造成的流量上的损失q。且内泄漏是主要原因,因而泵的压力增高,流量损失线性增加,即:q=klp。机械损失:因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数4.效率1)容积效率V式中 q 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 q=k kl lp p,kl l为泄漏系数。有:提示:由上式可以看出,泵的输出压力越高,泄漏系数越大,泵的排量越小,转速越低,容积效率v就越小。3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能
10、参数4.效率2)机械效率m对液压泵而言,驱动泵的转矩T总是大于理论上需要的转矩Tt。因此机械效率m:3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数4.效率2)总效率m液压泵的输出功率Po与输入功率Pi之比 上式表明液压泵的总效率等于容积效率v与机械效率m之乘积 3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数例2:设液压泵转速n950r/min,排量为Vp168mL/r。在额定压力pn=295105Pa和同样转速下,测得的实际流量为150L/min,额定工况下的总效率为0.87,求:1)泵的理论流量qt;2)泵在额定工况下,泵的容积效率pv3)泵在额定工况下,泵的
11、机械效率pm4)泵在额定工况下,所需电机驱动功率5)泵在额定工况下,驱动泵的转矩3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数解:1)泵的理论流量qt分析:理论流量计算公式:qt=Vpn;qt=q/pv。由于已知排量Vp和转速n,所以用公式。即:qt=Vpn=168 mL/r950r/min159.6L/min2)泵在额定工况下,泵的容积效率pv分析:容积效率计算公式:pvq/qt;pvp/pm。由于已知理论流量和实际流量,所以用公式,即:3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数3)泵在额定工况下,泵的机械效率pm分析:机械效率计算公式:pmTt/T;pm
12、p/pv。由于已知总效率和容积效率pv,所以用公式,即:pmp/pv0.87/0.94=0.834)泵在额定工况下,所需电机驱动功率分析:电机驱动功率即液压泵的输入功率Pi,输入功率的计算公式:PiT2nT;PiPo/pq/。由于已知实际流量q、工作压力p及总效率,所以用公式。即:3.1 液压泵的工作原理及性能参数3.1.1 液压泵的性能参数5)泵在额定工况下,驱动泵的转矩分析:驱动泵的转矩即实际转矩T。实际转矩的计算公式:TTt/pm;TPi/2n。由于已知输入功率、转速,所以选用公式,即:注意:液压泵各性能参数之间的联系图。3.2 齿轮泵齿 轮 泵 是 一 种 常 用 的 液 压 泵,齿
13、轮 泵用于输送粘性较大的液体,如 润 滑 油 和 燃 烧 油,不宜输送粘性较低的液体(例如水和汽油等),不宜输送含有颗粒杂质的液体(影响泵的使用寿命),可 作 为 润 滑 系 统 油 泵 和 液 压 系 统 油 泵。低 压 齿 轮 泵 广 泛应 用 于 机 床 的 传 动 系 统 和 各 种 补 油、润 滑 及 冷 却 装 置;中 高 压齿轮泵主要用于工程机械、农业机械、轧钢设备和航空技术中。在 各 种 类 型 的 容 积 式 泵 中,齿 轮 泵 具 有 结 构 简 单、制 造 容易、成 本 低、体 积 小、重 量 轻、工 作 可 靠,自吸性能较好、以及对油污污染不太敏感、转 速 范 围 大
14、等 优 点。但 齿 轮 泵 容 易 磨损 和 腐 蚀、噪 声 大、排量不可调节(定量泵)等,低压齿轮泵的容积效率较低,流量脉动、压力脉动和噪声都较大。齿 轮 泵 在 结 构 上 可 分 为 外 啮 合 齿 轮 泵 和 内 啮 合 齿 轮 泵;按齿形曲线的不同可分为渐开线齿形和非渐开线齿形两种。3.2 齿轮泵3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理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。3.2 齿轮泵3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理1.密封工作腔齿轮、泵体内表面、前后端盖围成关于外啮合齿轮泵工作原理的
15、几点说明2.密封工作腔的容积变化齿轮退出啮合,容积吸油齿轮进入啮合,容积压油3.配流装置:作用是保证吸、压油腔分开,且具有良好的密封。齿轮泵的齿轮啮合过程中,啮合点沿啮合线移动,把左、右两密封容积分开,起配油作用。因此,齿轮泵没有单独的配流装置,齿轮的啮合线起配流作用。3.2 齿轮泵3.2.2 齿轮泵的排量和流量当齿轮模数为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V为:理论流量:qt=Vn=6.66zm2bn实际流量:q=qtv=6.66zm2bnv 关于理论流量的两点说明 1.1.齿轮泵的qt是齿轮几何参数 齿轮几何参数和转速的函数。转速的函数。2.2
16、.因为转速等于常数,流量等于常数。所以定量泵理论流量与出口压力无关。3.2 齿轮泵3.2.2 齿轮泵的排量和流量 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下式表示:外啮合齿轮泵齿数越少,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。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点齿轮泵结构上的几个突出问题泄漏困油现象径向不平衡力1.泄漏外外啮啮合合齿齿轮轮泵泵高高压压腔腔的的压压力
17、力油油可可通通过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及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中去。泄漏到低压腔中去。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点2.径向作用力不平衡1 1)径向不平衡力的产生:)径向不平衡力的产生:液压力。2)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,此力称为径向不平衡力。3)径向不平衡力的危害: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
18、面产生摩擦。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点2.径向作用力不平衡4)改善措施:图3.7 齿轮泵的压力平衡槽1、2压力平衡槽 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3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点3.困油现象1)困油现象产生的原因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,在两齿轮之间的形成以封闭容腔,该封闭容腔与吸、压油腔互不相通。随着齿轮旋转,该封闭容腔的容积发生变化,使油液受压或膨胀,这种现象称为困油现象。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮
19、泵的结构特点3.困油现象2)困油区的特点困油区容积先随着齿轮转动逐渐减小,然后又逐渐增大。3)困油现象的危害困油区容积减小会使被困油液受挤压而产生高压,并从隙缝中流出,导致油液发热,轴承等机件受到附加的不平衡负载;困油区容积增大又会造成局部真空,产生空穴现象。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点3.困油现象4)消除困油的方法在两端盖板上开一对矩形卸荷槽开卸荷槽的原则:要特别注意产格控制两卸荷槽之间的距离a,若a太小,两卸荷槽经闭死容积将泵的吸、压油腔直接沟通使泵的容积效率下降;若a太大,困袖现象又不能彻底消除。因此对于无变位的标准齿轮啮合,两卸荷槽之间的距离a取:a=pbcos=mcos
20、2式中:齿轮分度圆上的压力角;pb为标准齿轮的基圆齿距。一般的齿轮泵两卸荷槽是非对称开设的,往往向吸油腔偏移,偏移尺寸b(如图b所示)可由试验确定,以泵工作时的振动和噪声最小为准,一般取b=0.8m,m模数。3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点3.困油现象4)消除困油的方法在两端盖板上开一对矩形卸荷槽3.2 齿轮泵3.2.3 齿轮泵的结构特点关于困油现象的说明当液压泵工作时,存在既不与吸油腔相通,也不与压油腔相通的,且容积变化的封闭容腔时,就会产生困油现象。因此困油现象不是只有齿轮泵特有的结构特点,其它液压泵也会产生困油现象,如单作用叶片泵,轴向柱塞泵。3.2 齿轮泵3.2.4 高压齿轮
21、泵的结构特点限制外啮合齿轮泵压力提高的主要因素是径向不平衡力和泄漏。1.减小径向不平衡力及其影响的措施:可以采用加大吸油口,减小齿宽,将齿轮和轴做成一体,并以青铜轴套作滑动轴承。2.对于泄漏问题,因为外啮合齿轮泵泄漏的主要途径是端面泄漏,所以要提高外啮合齿轮泵的压力就要减小端面泄漏。解决泄漏的主要措施:齿轮端面间隙自动补偿装置,如浮动轴套(如图3.10所示)或浮动侧板,也可以是能产生一定挠度的弹性侧板。当泵工作时,前、后浮动轴套(或侧板)在压力油的作用下从两侧面将齿轮压紧,自动补偿了端面间隙。这种齿轮泵的工作压力可提高到1016MPa,其容积效率不低于0.9。3.2 齿轮泵3.2.4 高压齿轮
22、泵的结构特点3.2 齿轮泵3.2.4 高压齿轮泵的结构特点一般的外啮合齿轮泵只能补偿轴向端面间隙,而补偿径向间隙较困难。图3.12为IPH型内啮合齿轮泵,既能补偿轴向端面间隙,又能补偿径向间隙,其额定压力为30MPa,排量为3.6250mL/r。1-螺钉 2-后泵盖 3,9-轴承支座 4,10-双金属滑动轴承 5,8-浮动侧板 6-内齿轮 7-小齿轮11-前泵盖 12-止动销 13-导销 14-棘爪形填隙片 15-径向半圆支承3.2 齿轮泵3.2.5 内啮合齿轮泵 a)渐开线齿轮泵 b)摆线齿轮泵(转子泵)1-小齿轮 2-内齿轮 3-月牙形隔板 1-小齿轮 2-内齿轮3.2 齿轮泵3.2.5
23、内啮合齿轮泵 原理:一 对 相 互 啮 合 的 小齿 轮 和 内 齿 轮 与 侧 板 所围 成 的 密 闭 容 积 被 齿 啮合 线 分 割 成 两 部 分,当传 动 轴 带 动 小 齿 轮 旋 转时,轮 齿 脱 开 啮 合 的 一侧 密 闭 容 积 增 大,为 吸油 腔;轮 齿 进 入 啮 合 的一 侧 密 闭 容 积 减 小,为压油腔。特点:无 困 油 现 象;流 量脉 动 小,噪 声 低;采 取 间隙 补 偿 措 施 后,泵 的 额定压力可达30 MPa。3.2 齿轮泵3.2.6 螺杆泵原理:相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积,每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时,左
24、端密闭容积逐渐形成,容积增大为吸油腔;右端密闭容积逐渐消失,容积减小为压油腔。特点:流量均匀,噪声低;自吸性能好依螺杆数分类:单螺杆、双螺杆、三螺杆、四螺杆、五螺杆3.3 叶片泵 叶片液压泵的种类叶片泵根据工作原理可分为单作用式和双作用式两类。单作用式可以做成各种变量泵,但主要零件在工作时要受到径向不平衡力的作用,工作条件较差;双作用式只能作为定量泵,其径向力是平衡的,流量均匀,寿命长,应用较广。根据工作压力不同可分为中低压叶片泵(7MPa),中高压叶片泵(16MPa),高压叶片泵(2030MPa)。叶片液压泵的特点叶片泵是液压系统中应用最广的一种低噪声油泵。叶片泵具有结构紧凑、体积小、流量均
25、匀、运动平稳、噪声小,使用寿命较长、容积效率较高等优点。但它的结构复杂,制造精度高,成本高,且吸油能力差、对油液污染比较敏感,工作时易发热。3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理压油窗口 吸油窗口吸油窗口 压油窗口3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理当叶片从半径为r的小圆弧面经过过渡曲面向半径为R的大圆弧面滑动时,叶片向外伸,使相邻两叶片之间的密封容腔的容积变大,形成局部真空,在大气压的作用下,油箱中的油液从配流盘的吸油窗口a进入并充满密封容腔,完成吸油过程;当叶片从半径为R的大圆弧面经过过渡曲面向半径为r的小圆弧面滑动时,叶片受到定子内表
26、面的作用缩回转子上的叶片槽中,使两叶片之间的的密封容腔的容积变小,油液受到挤压,并从配流盘的压油窗口b压出进入液压系统中,完成压油过程。定子与转子同心安装3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理 双作用叶片泵的转子每转一周,两相邻叶片之间的密封容腔吸油、压油两次,因此这种叶片泵称为双作用叶片泵。因为吸、压油口对称分布,转子和轴承受的径向液压力基本平衡,使泵轴及轴承的寿命长,它又被称为卸荷式叶片泵(或平衡式叶片泵)。这种泵流量不可调,一般只能做成定量泵。关于双作用叶片泵工作原理的几点说明3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵2.双作用叶片泵的排量如果不考虑叶片的厚度,双作
27、用叶片泵无流量脉动。但实际上,用于制造误差,叶片泵的瞬时流量会有少量流量脉动,但其流量脉动率是除螺杆泵外的各类泵中最小的。理论分析可知,叶片泵的叶片数为4的倍数时,流量脉动率最小,所以双作用叶片泵的叶片数一般取12或16。关于双作用叶片泵的排量的说明3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵3.双作用叶片泵的结构特点 定子曲线:由八段弧线组成,两段半径为r的圆弧,两段长半径为R的圆弧,四段夹角为的过渡曲线:等加(减)速曲线 阿基米德螺旋线;径向作用力平衡:由于双作用叶片泵的吸、压油口对称分布,所以转子和轴承上承受的径向作用力是平衡的。叶片倾角:为保证叶片所受合力与运动方向一致,减少叶片受弯的力,叶
28、片前倾角;图3.15 双作用叶片泵的叶片倾角3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵3.双作用叶片泵的结构特点配流盘1)封油区夹角2)卸荷三角槽3)环形槽3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵4.高压双作用叶片泵的结构特点1)为了提高双作用叶片泵的压力,可采用端面间隙自动补偿,减小端面泄漏。该法与提高齿轮泵压力的方法中的齿轮端面间隙自动补偿相类似。2)改善叶片的受力状况的措施(1)减小作用在叶片底部的油液的压力。将泵压油腔的压力油通过阻尼孔或内装式小减压阀接通到处于吸油腔的叶片槽底部,这样使叶片经过吸油腔时,叶片压向定子内表面的作用力不至于过大。(2)减小叶片底部承受压力油的面积。可以用减小叶片
29、厚度的办法来减小压力油对叶片的作用力,但是受到材料工艺的限制,叶片不能做得太薄,一般厚度为1.82.5mm。3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵4.高压双作用叶片泵的结构特点1)改善叶片的受力状况的措施(3)采用双叶片结构,如图3.19所示。在转子1的叶片槽内装有两个叶片3,它们之间可以相对自由滑动,在叶片顶部和两侧倒角之间构成V形通道,使叶片底部的压力油经过两叶片相叠的内侧沟槽进入叶片顶部,保持叶片顶部和叶片底部的油压相等。合理选择叶片底部棱边的宽度,抱枕叶片顶部有一定的作用力压向定子3,同时又不至于产生过大的作用力而引起定子过度磨损。此结构消弱了叶片强度,加剧了叶片在槽中的磨损,因此仅适
30、合于较大规格的泵。图3.19 双叶片工作原理1-转子 2-定子 3-叶片3.3 叶片泵3.3.1 双作用叶片泵4.高压双作用叶片泵的结构特点1)改善叶片的受力状况的措施(4)采用子母叶片结构,如图3.20所示。叶片由母叶片3和子叶片4组成,母叶片和子叶片之间能相对滑动。母叶片和子叶片之间的油室f始终经槽e、d、a和压油腔相通,而母叶片的底腔g则经转子上的孔b和所在油腔相通。这样叶片在吸油腔一侧时,母叶片在压油室f的高压油作用下压向定子内表面,使压力不致太高。这种结构可用于额定压力达到21MPa的高压叶片泵上。图3.20 子母叶片工作原理1-转子 2-定子 3-母叶片 4-子叶片3.3 叶片泵3
31、.3.2 单作用叶片泵1.单作用叶片泵的工作原理定子和转子中心不重合,存在一偏心距e。当 转 子 按 逆 时 针 方 向 转 动 时,下 下 半 半 周 周,叶 叶 片 片 向 向 外 外 伸 伸 出 出,密 封工 作 腔 容 容 积 积 逐 逐 渐 渐 增 增 大 大,形 成 局部 真 空,于 是 通 过 吸 油 口 和 配油 盘 上 的 吸 油 窗 口 从 从 油 油 箱 箱 吸 吸 油 油,完 完 成 成 吸 吸 油 油 过 过 程 程;上 上 半 半 周 周,叶 叶片 片 向 向 转 转 子 子 里 里 缩 缩 进 进,密 封 工 作 腔容 容 积 积 逐 逐 渐 渐 缩 缩 小 小,
32、工 作 腔 内 的 油液 经 配 油 盘 压 油 窗 口 向 向 系 系 统 统 中 中提供压力油,完成压油过程 提供压力油,完成压油过程。3.3 叶片泵3.3.2 单作用叶片泵2.单作用叶片泵的结构特点定子曲线 定子曲线:单作用叶片泵定子内表面为圆面;叶片倾角 叶片倾角:为保证叶片所受合力与运动方向一致,减少叶片受弯的力,叶片沿旋转方向后倾角;径向力 径向力:转轴所受径向力不平衡,有径向不平衡力;根部通油 根部通油:叶片槽根部分别接通吸、压油腔,叶片厚度对排量无影响;叶片数 叶片数:因叶片矢径是转角的函数,瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数,以减小流量的脉动;变量泵 变量泵:可以通过改变定
33、子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量;叶片伸出 叶片伸出:主要靠离心力作用。将单作用叶片泵和双作用叶片泵的结构特点进行对比注意:3.3 叶片泵3.3.3 单作用变量叶片泵-限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵是一种输出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。单作用变量叶片泵手动调节变量叶片泵自动调节变量叶片泵恒压式稳流量式限压式2)当系统压力较小,且pA=Ksx0,即:(pb称为拐点压力)。定子不动,偏心保持最大偏心e0不变,泵也保持最大流量qmax,此时为定量泵。3
34、.3 叶片泵3.3.3 单作用变量叶片泵-限压式变量叶片泵1.限压式变量叶片泵的工作原理1)通过偏心调节螺钉1,使定子、转子之间具有偏心e0(它决定泵的最大流量);调节预紧力调剂螺钉2,使限压弹簧有一个预压缩量x0。3.3 叶片泵3.3.3 单作用变量叶片泵-限压式变量叶片泵1.限压式变量叶片泵的工作原理3)当系统压力增大,且pAKsx0,即:定子向右移动x,偏心量e=e0 x,逐渐减小,泵的流量q减小;4)当偏心逐渐较小为零时,液压泵出口压力达到最大pc。此时,弹簧的压缩量为xx0e0。且有pcAKs(x0e0),即:pcKs(x0e0)/A。3.3 叶片泵3.3.3 单作用变量叶片泵-限压
35、式变量叶片泵2.限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线1、当 ppb时,变量泵,并且p,q(BC段)。3、BC段的斜率与Ks的关系:Ks,BC越平缓;Ks,BC越陡。4、调节流量调节螺钉1,可以改变偏心e0,改变最大流量qmax。使AB段上下平移;调剂预紧力调节螺钉2,可以改变弹簧预压缩量x0,改变拐点压力pb和最大压力pc,使BC段左右平移3.3 叶片泵3.3.3 单作用变量叶片泵-限压式变量叶片泵3.限压式变量叶片泵的应用用 于执行机构需要快慢速的液压系统。常 与 调速 阀 构 成 限 压 式 变 量 叶片 泵 调 速 阀 容 积 节 流调速回路。当执行机构快进或快退时,需要大流量和较小的压力
36、,工作在AB段;当执行机构工作进给时,需要较小流量和较大的压力,工作在BC段。系统中的液压泵为限压式变量叶片泵3.4 柱塞泵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压油的。特点:工作压力高;易于变量;流量变化范围大。柱塞泵常用于高压、大流量和流量需要调节的场合,如液压机、工程机械、龙门刨床、拉床和船舶等设备的液压系统。分类:根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置的不同,柱塞液压泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。3.4 柱塞泵3.4.1 径向柱塞泵1.轴配流径向柱塞泵的工作原理1)密闭工作腔:由配油轴、柱塞孔、柱塞构成。2)密闭工作腔容积交替变化:定子和转子之间的
37、偏心。吸油:如图3.32所示,转子顺时针旋转,在上面1/2周,密闭工作腔容积,产生局部真空,油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔,实现吸油。压油:在下面1/2周,密闭工作腔容积,压力,油液受挤压,进入液压系统,实现压油。注意:配油轴固定不动。3)吸、压油腔通过配油轴分开。径向柱塞泵的配油方式:轴配油(图3.32)、阀配油(图3.33)配流轴配流。因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽,使液压径向力得到平衡,容积效率较高。柱塞头部装有滑履,滑履与定子内圆为面接触,接触面比压很小。可以实现多泵同轴串联,液压装置结构紧凑。改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量,且变量方式多样。配流轴式径向柱
38、塞泵的结构特点 3.4 柱塞泵3.4.1 径向柱塞泵2.阀配流径向柱塞泵的工作原理1)密闭工作腔:由单向阀4、5及柱塞2,阀体孔构成2)密闭工作腔容积交替变化:偏心轮的偏心旋转运动。吸 油:如 图 3.33,当 偏 心 e从eminemax时,密闭工作腔容积,产生局部真空,油箱中的油液在大气压的作用下进入吸油腔,实现吸油。压油:当偏心e从emaxemin时,密闭工作腔容积,压力,油液受挤压,进入液压系统,实现压油。3)吸、压油腔通过单向阀4、5分开。3.4 柱塞泵3.4.2 轴向柱塞泵1.斜盘式轴向柱塞泵3.4 柱塞泵3.4.2 轴向柱塞泵1.斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵的结构特点三对摩擦
39、副:柱塞与缸体孔,缸体与配流盘,滑履与斜盘。容积效率较高,额定压力可达31.5MPa。泵体上有泄漏油口。传动轴是悬臂梁,缸体外有大轴承支承。为减小瞬时理论流量的脉动性,取柱塞数为奇数:5,7,9。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。3.4 柱塞泵3.4.2 轴向柱塞泵2.斜轴式轴向柱塞泵3.5 各种液压泵的性能比较及应用各类液压泵的对比 齿轮泵外啮:对油不敏感,结构简单,造价低,脉动大,噪声大内啮:对油不敏感,结构简单,造价高,脉动小,噪声小 叶片泵双 作 用:对 油 敏 感,结 构 紧 凑,不 可 变 量,不 受 径 向 不 平 衡力,噪声小单作用:可变量,压力低,受径向不平衡力,噪声大 柱塞泵:压力高,可变量,对油敏感,噪声大3.5 各种液压泵的性能比较及应用各类液压泵的对比 3.5 各种液压泵的性能比较及应用各类液压泵的对比 第3章 液压传动动力元件3.6 本章小结1.液压泵的工作原理及性能参数2.齿轮泵3.叶片泵4.柱塞泵5.各类液压泵的性能及应用作业:P94:3-5,3-10,3-20,3-21
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