第三章液压传动能源元件ppt课件.ppt

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1、第三章 液压传动能源元件,液压泵的工作原理、分类、主要工作参数 外啮合齿轮泵的工作原理和结构特点单、双作用叶片泵的工作原理和结构特点柱塞泵的工作原理和结构特点,液压泵是液压系统的动力元件，为液压系统提供一定流量和压力的工作介质；同时也是能量转换元件，将电动机输出的机械能转换为液压能。,3.1 概述-工作原理,由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。,3.1 概述必要条件,液压泵正常工作的三个必要条件必须有若干个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大吸油，由大变小压油；密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减

2、小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。即：吸油腔和压油腔必须隔开（有配油装置）,(吸油和排油依靠密封工作腔的容积变化实现）,3.1 概述分类,2、液压泵的分类和图形符号1）根据压力的大小：低压泵、中压泵和高压泵2）根据液压泵的结构：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3）根据排量是否可变：定量泵、变量泵4）根据吸、排油口能否互换：单向泵、双向泵各类液压泵的符号：,3.1 概述压力,3、液压泵的工作参数1）压力 工作压力 ：液压泵实际工作时克服负载而输出的压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。 额定压力 ：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运

3、转的最高压力称为液压泵的额定压力。 最高允许压力 ：在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。,3.1 概述流量,2）排量和流量 排量 单位为 理论流量 实际流量 额定流量,3.1 概述功率,3）功率输入功率 （机械功率）输出功率 （液压功率）理论功率 （计算功率）,3.1 概述效率,4）效率机械效率容积效率总效率,注意比较： 液压泵输入转矩和理论转矩的大小关系 液压泵输出流量和理论流量的大小关系,例题 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v0

4、.92，总效率0.84，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。,例题,解：1）泵的理论流量 =10120010-312 L/min 2) 泵的实际流量 120.9211.04 L/min 3)泵的输出功率 4）驱动电机功率,例题,3.2 齿轮泵,1、外啮合齿轮泵,齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要优点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。,外啮合齿轮泵的工作原理；排量、流量；外啮合齿轮泵的问题和结构特点。,221 外啮合齿轮泵的结构及工作原理,泵主要由

5、主、从动齿轮，驱动轴，泵体及前、后泵盖等主要零件构成。,图2.3 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。,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，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。,3.2 齿轮泵结构,3.2 齿轮泵结构,223 齿轮泵的结构特点,工作负载越大，泵体与泵盖之间所受轴向液压力越大，轴向间隙也越大，轴向泄露增

6、加，工作压力不高，额定压力在8Mpa以下。目前高压外啮合齿轮采用了压力补偿和二次密封措施，使其额定压力能够25Mpa，最高压力可达28Mpa。常用结构是采用浮动侧板结构。（工程机械机械应用）,大,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,（2.10）,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。,（2.9）,流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。,在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。,流量脉动会直接影响到系统工作的

7、平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。,齿轮泵的流量脉动,2.2.3.1 困油的现象,为了使外啮合齿轮泵连续平稳工作，齿轮啮合时的重叠系数必大于1，这样两对齿间就形成了封闭的小容腔，困油区。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。,困油现象 轮齿间密封容积周期性的增大减小。 受困油液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。,2.2.3.1 困油

8、的现象,图2.5 齿轮泵的困油现象及消除措施,容积减小时与压油侧相通,容积增大时与吸油侧相通,困油现象产生的原因 闭死容积变化时，油液无法排出或补入困油现象的解决措施 开卸荷槽，使闭死容积的油液与吸油口或排油口沟通 卸荷槽尺寸：二、径向力不平衡 齿轮泵工作时，从压油区到吸油区的压力逐渐减小，使齿轮、传动轴和轴承受到径向不平衡的力作用而被推向吸油口一侧的现象。,3.2 齿轮泵径向力不平衡,3.2 齿轮泵径向力不平衡,径向不平衡力的分布规律 从压油口到吸油口逐渐降低解决径向力不平衡的措施 减小排油口的尺寸，缩小作用面积,2.2.3.3 齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿,齿轮泵压油腔的压力油可通

9、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。,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 。,3.2 齿轮泵泄露,齿轮泵内部从高压区向低压区泄露，主要的途径：1.轴向间隙泄露：通过齿轮端面与侧盖板之间的轴向间隙产生的泄露。占总泄露的75%80%，是目前影响齿轮泵压力提高的主要途径。2.径向间隙泄露：通过齿轮顶圆和泵体内孔间的齿顶间隙 产生的泄露。占总泄露的15%20%3.齿侧间隙泄露：齿轮啮合处的齿侧间隙产生的齿侧间隙泄

10、露。占总泄露的5%。,3.2 齿轮泵泄露,三、泄露问题解决泄露的措施 端面间隙补偿：在齿轮和盖板间增加一个补偿零件，如浮动侧板、浮动在轴套等，均为将排油区的部分压力油引到补偿零件上产生反向压力，减小间隙，控制泄露。,224 内啮合齿轮泵,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2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板,在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图2.6（a）。,内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。,图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3

11、 隔板,压油窗口,吸油窗口,图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板,压油窗口,吸油窗口,摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。 在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。如图2.6（b）。,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。,3.2 齿轮泵内啮合式,2、内啮合齿轮泵,3.2 齿轮泵螺杆泵,3、螺杆泵,2.3 叶片泵,单作用叶片泵,双作用叶片泵,2.3.1 单作用叶片泵,2.3.1.1 工作

12、原理,图2.7为单作用叶片泵的工作原理。 泵由转2、定子3、叶片4和配流盘等件组成。,图2.7单作用叶片泵工作原理1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口,定子,定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。,泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。转子单方向受力，轴承负载大。改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵。,2.3.1.2 单作用叶片泵的平均流量计算,3.3 叶片泵单作用式,1、单作用式

13、叶片泵,叶片泵的特点：体积小、流量脉动小，噪声小；结构复杂，抗污染能力差,1）结构组成定子、转子、叶片、配油盘、壳体、传动轴2）工作原理非平衡式叶片泵,3.3 叶片泵,3）流量脉动,单作用叶片泵的瞬时流量也是脉动的，其脉动系数与叶片数的奇、偶及多少有关，即,3.3 叶片泵,4）变量原理,单作用叶片泵通常作为变量泵使用，其变量原理为 改变偏心距的方向，则为双向泵 若叶片径向布置，改变转子的转向，则为双向泵 若改变偏心距的大小，则改变排量和流量，变量泵,3.3 叶片泵,5）叶片布置,单作用叶片泵叶片的布置方式：径向布置、后倾布置,这两种叶片布置方式各有特点径向布置：可改变转子转向，作为双向泵使用，

14、但叶 片所受合力沿其伸出方向的分力小，不利于 叶片端部紧贴定子内表面，影响密封效果后倾布置：泵只能单向转动，单向泵，比径向布置时 密封效果好,3.3 叶片泵双作用式,2、双作用式叶片泵1）结构组成2）工作原理 平衡式叶片泵,3.3 叶片泵,3）流量脉动 双作用式叶片泵的流量脉动很小，其叶片数常为偶数，且为4的倍数时（12或16），流量脉动最小4）定子曲线 两段长半径圆弧 两段短半径圆弧 四段过渡曲线,3.3 叶片泵,5）叶片布置 双作用式叶片泵的叶片布置也有两种方式，径向布置和前倾布置。 前倾布置有利于叶片在转子槽中运动，这种布置方式不允许泵反向转动，容易使叶片在槽中卡死或折断。,双作用叶片泵

15、的叶片“前倾”,2.3.1.3 单作用叶片泵和变量原理,变量叶片泵有内反馈式和外反馈式两种。,（1） 限压式内反馈变量叶片泵,内反馈式变量泵操纵力来自泵本身的排油压力，内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的布置如图2.9。,图2.9 变量原理 1最大流量调节螺钉；2 弹簧预压缩量调节螺钉；3 叶片；4 转子；5 定子,排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线的分力F1及与之平行的调节分力F2，调节分力F2与调节弹簧的压缩恢复力。定子相对于转子的偏心距、泵的排量大小可由力的相对平衡来决定，变量特性曲线如图2.10所示。,当泵的工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的

16、偏心距保持在最大值，不随工作压力的变化而变，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如上图中AB段。,图2.10,当泵的工作压力P超过PB后，调节分力F2大于弹簧预紧力，使定子环向减小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降（变量）。,改变弹簧预紧力可以改变曲线的B点；调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线的A点。,3.3 叶片泵变量泵,3、变量叶片泵1）结构组成转子、定子、叶片、传动轴、配油盘、反馈活塞缸、流量调节螺钉、压力调节螺钉,3.3 叶片泵,2）工作原理,如图，转子固定，定子可左右移动，安装时，保持偏心距 ，右端弹簧预压缩量为 ， 对定子受力分析，定子受活塞缸作用力和弹簧力作用。,定

17、义：变量泵的流量公式为,3.3 叶片泵,2）工作原理,3.3 叶片泵,2）工作原理,当外负载 F0 时，,定子不移动，偏心距不变，流量减小为,临界点，此时压力为流量为,定子右移，偏心距减小，流量大大减小,3.3 叶片泵,2）工作原理,当外负载 F0 时，,泵的输出流量,设定子向右移动距离 ，定子处于新的力平衡状态，所以,3.3 叶片泵,2）工作原理,当外负载 F为无穷大 时，,定子和转子同心，偏心距为0，泵的输出流量为0。,综上，泵的输出流量随外负载的变化而变化的，我们以压力 为横坐标，输出流量 为纵坐标，得到,3.3 叶片泵,3）变量泵特性曲线及应用,曲线上各点、线段的物理意义,3.3 叶片

18、泵,3）变量泵特性曲线及应用,输出流量根据负载的大小自动调节，限压力式变量叶片泵对于既要实现快速行程，又要实现工作进给的执行元件来说，是一种合适的油源。 当快速进给行程运动时，需要流量大，且负载压力低，使用曲线的AB段（低压高速运行时） 当工作进给时，负载压力高，运动速度低，需要流量小，可以使用曲线的BC段。（高压低速时） 限压式变量叶片泵可以根据负载压力的大小自动的调节输出流量，有利于节能和简化油路(不需要溢流阀）。,3.4 柱塞泵,1、斜盘式轴向柱塞泵（柱塞与传动轴平行）,1）结构组成,柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动来实现吸油和排油的，其特点是加工制造方便，精度高，密封性好，容积效率高，

19、工作压力高。缺点是，结构复杂，价格高，对油液污染敏感。,斜盘柱塞缸体配油盘传动轴弹簧,斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动。传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口a吸入。,斜盘1,柱塞2,缸体3,配油盘4,吸油口,压油口,柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外排出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油、排油动作。改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。,3.4 柱塞泵,3）结构特点 柱塞与斜盘

20、的接触方式，球头式和滑履式 柱塞的往复运动，泵的自吸能力 泄露途径，圆柱环形缝隙和平面缝隙 变量原理和变量机构,图2.19滑靴的静压支承原理,滑靴的静压支撑结构,为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴。滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。有利于提高轴向柱塞泵的压力。,端面间隙的自动补偿,(2)特点,由图可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着

21、配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。,3.4 柱塞泵,变量原理和变量机构,3.4 柱塞泵,传动轴的支撑,3.4 柱塞泵,2、斜轴式轴向柱塞泵（柱塞与传动轴倾斜）,此泵传动轴倾角可调节范围大，所以比同规格的斜盘式流量大，额定工作压力为16Mpa左右,3.4 柱塞泵,3、径向柱塞泵（柱塞与传动轴垂直）,1）轴配油方式柱塞泵,3.4 柱塞泵,3、径向柱塞泵（柱塞与传动轴垂直）,1）阀配油方式柱塞泵,此配油方式密封性好，容积效率高，工作压力高，可达100Mpa,3.5 液压能源元件的选用,1、各类液压泵比较,工作原理及正常工作的必要条件 流量的形成及调节 齿轮泵、双作用式叶片泵、螺杆泵 单作用式叶片泵

22、、变量叶片泵、径向柱塞泵偏心距 轴向柱塞泵改变倾角,3.5 液压能源元件的选用,1、各类液压泵比较,流量脉动齿轮泵：取决于齿数多少和啮合角大小，流量脉动很大叶片泵：取决于叶片数和定子过渡曲线类型，单作用式 流量脉动中等，双作用式较小。柱塞泵：取决于柱塞数和配油盘参数，流量脉动中等螺杆泵：流量脉动最小,3.5 液压能源元件的选用,1、各类液压泵比较,输出压力、效率等外啮合式齿轮泵：中、低压，效率低、自吸性好、不敏感、噪声大叶片泵：中、低压，效率较高，自吸较差，敏感、噪声小柱塞泵：高压、效率高、自吸很差，很敏感、噪声大螺杆泵：低压、效率较高，自吸性好、噪声最小,3.5 液压能源元件的选用,2、液压泵的选用,1）通过计算，确定泵的额定压力和额定流量。2）选择泵的种类 根据系统工况选择 根据系统工作压力和流量选择 根据工作环境选择,作业,P57：1、4、6、9、10,