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1、第3章 液压动力元件,镇江高等职业技术学校机械教研室,液压与气压传动,目录,3.1 概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵 3.5 螺杆泵 3.6 液压泵的选用 3.7 液压泵常见故障及维修 3.6 液压马达,3.1 概述,液压泵与液压马达，是液压系统中的能量转换装置。,液压泵与液压马达的能量转换关系,液压泵与液压马达都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变化完成吸油与排油的。,液压泵,液压马达,属于动力元件。其功用是将原动机输出的机械能转换成压力能，给液压系统提供足够的压力油以驱动系统工作。因此，液压泵的输入参量为机械参量(转矩T和转速n)，输出参量为液压参量(压力p和流量
2、q)。,属于执行元件。其功用是将输入的液体压力能转换成工作机构所需要的机械能，直接或间接驱动负载连续回转而做功。常置于液压系统的输出端。因此，液压马达的输入参量为液压参量(压力p和流量q)，输出参量为机械参量(转矩T和转速n)。,3.1 概述,3.2 液压泵与液压马达的工作原理,液压泵的工作原理,容积式液压泵（柱塞泵）的工作原理图,1凸轮2柱塞3缸体4弹簧5、6单向阀a密封油腔,容积式液压泵工作时必备的条件：1.必须形成密封空间2.密封空间周期性变化3.吸、压油腔要隔开，有相应的配流装置4.邮箱必须接通大气,压力,3.1.2 液压泵与液压马达 的主要性能参数,额定压力,最高允许压力,工作压力,
3、吸入压力,3.1 液压泵与液压马达概述,排量及流量,理论流量,实际流量,排量V,在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内所排出的液体的体积,额定流量,3.1 液压泵与液压马达概述,输入功率Pi,输出功率Po,理论功率Pt,效率和功率,功率,如果液压泵在能量转换过程中没有能量损失，则输入功率与输出功率相等，即为理论功率,3.1 液压泵与液压马达概述,液压泵效率,效率和功率,总效率,容积效率,机械效率,定义为理论流量 与实际流量 之比,液压马达效率,定义为实际输出转矩T 与理论转矩 之比,按主要运动构件的形状和运动方式分为：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵及凸轮转子泵五大类按排量能否改变可分为：定量
4、泵和变量泵。,按其工作特性分为高速液压马达和低速液压马达。高速小扭矩马达按结构不同有齿轮式、叶片式、柱塞式。低速大扭矩马达按结构不同有轴向式、径向式。,3.1.3 液压泵与液压马达的分类,液压泵的分类,液压马达的分类,液压泵和液压马达的图形符号,3.1.3 液压泵与液压马达的分类,3.2.齿轮泵,分类 按结构形式不同分为：外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。按齿形曲线不同分为：渐开线齿形和非渐开线齿形。优点：结构简单、体积小、质量轻、转速高、调速范围大、自吸性能好、对油污不敏感、工作可靠、维护方便、价格低廉、一般液压系统中应用广。缺点：流量脉动和压力脉动大、泄漏损失大、容积效率低、噪声较大、容易发热、
5、排量不可调节，只能做定量泵，适用范围受到一定限制。,3.2.1 外啮合齿轮泵的结构,CB-B型齿轮泵结构图,1-后泵盖2-滚针轴承3-泵体4-主动齿轮5-前泵盖,6-传动轴7-键8-从动齿轮9-O型密封圈,l壳体 2主动齿轮3从动齿轮,齿轮泵的工作原理图,3.2.2 外啮合齿轮泵 的工作原理,一对啮合的轮齿，将泵体、前后泵盖和齿轮包围的密封容积分隔成左、右两个密封工作腔。,齿轮如图示方向旋转时：吸油腔-右侧的轮齿不断退出啮合，其密封工作腔容积逐渐增大，形成局部真空实现吸油。压油腔-左侧的轮齿不断进入啮合，密封油腔容积逐渐减小，实现压油。,齿轮连续旋转，泵连续不断地吸油和压油。,1.齿轮泵的泄漏
6、,3.2.3 齿轮泵的结构特点,齿轮泵由于泄漏量较大，其额定工作压力不高，要想提高齿轮泵的额定压力并保证较高的容积效率，首先要解决轴向泄漏问题。（此处泄漏占75%80%）,2.径向作用力不平衡,原因：在齿轮泵中，齿轮周围压力不一致，使齿轮轴受力不平衡。齿和齿之间压力油，从压油口到吸油口按递减规律分布，这些力的合力构成了一个不平衡的径向力。危害：加重了轴承的负荷，加速了齿顶与泵体之间磨损，影响泵的寿命。措施：采用减小压油口的尺寸；加大齿轮轴和轴承的承载能力；开压力平衡槽；适当增大径向间隙等。,3.2.3 齿轮泵的结构特点,齿轮泵的径向不平衡作用力,3.2 齿轮泵,3.困油现象,困油现象：两对轮齿
7、同时啮合时，有一部分油液困在两对轮齿所形成的封闭油腔内，既不与吸油腔相通也不与压油腔相通。这个封闭油腔的容积，开始时随齿轮的旋转逐渐减少，以后又逐渐增大。封闭油腔容积减小时，困在油腔中的油液受到挤压，并从缝隙中挤出而产生高压，使油液发热，轴承负荷增大；而封闭油腔容积增大时，又会造成局部真空，产生气穴现象。这些都将使齿轮泵产生强烈的振动和噪音。,为了保证齿轮传动的平稳性，就要求啮合时的重叠系数大于1，即会出现两对轮齿同时啮合的情况。,齿轮泵的困油现象,消除措施：密封容积减小时，通压油口，排油；密封容积增大时，通吸油口，及时补油。具体措施：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽。,消除困油的措施,内啮合齿轮
8、泵,渐开线内啮合齿轮泵摆线内啮合齿轮泵（转子泵）,渐开线齿轮泵由小齿轮、内齿圈和月牙板组成。月牙板将吸、压油腔隔开。,特点：结构紧凑，尺寸小，质量轻，转向相同，磨损小，寿命长，且运转平稳，噪声小，流量脉动小。但齿形复杂，加工精度高，加工困难，价格昂贵，应用不如外啮合普遍。,3.2.5 内啮合齿轮泵,(b)摆线齿轮泵内外转子相差1齿，且有一偏心距，不需设置隔板。,叶片泵,3.3 叶片泵,按转子转一周密封容积吸、排油次数可分为：,单作用叶片泵1-转子 2-定子 3-叶片,3.3.1 单作用式叶片泵,工作原理,单作用叶片泵,密封容积的构成：转子安装在定子内，与定子有一偏距e，叶片在槽中灵活滑动。转子
9、在旋转过程中由于离心惯性力和叶片根部油液作用，叶片顶部紧贴定子内表面，这样在定子、转子、叶片和配油盘间形成一个个密封工作腔。,吸压油形成：转子按图示方向旋转，右边的叶片逐渐伸出，密封容积逐步增大，完成吸油。相反，左边的叶片逐渐推入转子槽内，密封容积逐步减小，完成压油。在吸、压油间有一段封油区隔开，保证正常工作。,分类：转子旋转一周每个密封工作腔完成一次吸、压油，故称单作用式叶片泵。且转子受径向不平衡液压力作用，又称非卸荷式叶片泵。,3.3.1 双作用式叶片泵,工作原理,双作用叶片泵,密封容积的构成：转子和定子中心重合，定子内表面近似椭圆形。转子转动时，叶片在离心惯性力和根部压力油作用下，叶片顶
10、部紧贴定子内表面，叶片、定子内表面、转子外表面和配油盘间形成若干个密封工作腔。,吸压油形成：转子按图示方向旋转，叶片外伸，密封容积增大，吸入油液。相反，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封容积逐步变小，压出油液。,分类：转子每转一周，每个工作腔完成两次吸、压油，故称双作用式叶片泵。有两个吸、压油腔，作用在转子上的油液压力平衡，又称卸荷式叶片泵。,双作用叶片泵1-定子 2-转子 3-叶片,3.3 叶片泵,叶片泵的优缺点及应用,优点,缺点,应用,流量比齿轮泵均匀，运转平稳，噪声小；工作压力较高，容积效率也较高；单作用式叶片泵易于实现流量调节，双作用式叶片泵所受径向液压平衡，寿命长；结构紧凑，轮廓尺寸小
11、，流量大。,自吸性能较齿轮泵差，对吸油条件要求较严格、转速必须在5001500r/min内；对油污敏感，叶片易被杂质咬死，工作可靠性较差；结构较复杂，制造精度较高，价格较高。,一般用于中压（6.3MPa）系统中，在机床控制中应用十分广泛，特别是双作用式叶片泵因流量脉动很小，在精密机床中广泛应用。,3.4 柱塞泵,柱塞泵按柱塞排列和运动方式的不同分轴向柱塞泵和径向柱塞泵。,柱塞泵类型,工作原理,轴向柱塞泵的工作原理 1-斜盘 2-柱塞 3-缸体 4-配流盘,3.4.1 轴向柱塞泵,结构：柱塞和配油盘形成若干个密封工作油腔，斜盘倾角(斜盘工作表面与垂直于轴线方向的夹角)为。油缸体内均布着几个柱塞孔
12、，柱塞在柱塞孔里滑动。,柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往复运动，使得密封油腔容积变化而实现吸油和压油。,吸、压油：当传动轴带着缸体和柱塞一起逆时针旋转时，柱塞在缸体内作往复运动。在自下而上回转的半周内，柱塞逐渐向外伸出，使缸体内密封油腔容积增加，形成局部真空，于是油液就通过配油盘的吸油窗口a进入缸体中。在自上而下的半周内，柱塞被斜盘推着逐渐向里缩回，使密封油腔容积减小，将液体从配油窗口b排出去。这样，缸体每转动一周，完成一次吸油和一次压油。,结构特点,3.4.1 轴向柱塞泵,滑履结构,手动伺服变量机构1-缸筒 2-活塞 3-伺服阀阀芯 4-斜盘,结构举例,3.4.1 轴向柱塞泵,3.4.2 径向柱
13、塞泵,结构简 图,径向柱塞泵的工作原理 1-柱塞 2-转子 3-衬套 4-定子 5-配流轴a、b-吸油孔 b、c-排油腔 e-偏心距,工作原理,3.4.2 径向柱塞泵,吸、压油：转子顺时针旋转时，上半周的柱塞往外滑动，柱塞底部的密封容积增大，从a孔实现吸油；下半周的柱塞往里滑动，柱塞孔内的密封工作容积减小，从b孔实现压油。类型：转子每转一周，柱塞在缸孔内吸、压油各一次。当移动定子改变偏心距e的大小时，泵的排量就得到改变；当移动定子使偏心距从正值变为负值时，泵的吸、压油腔就互换。因此径向柱塞泵可以制成单向或双向变量泵。特点及应用：径向尺寸大，转动惯量大，自吸能力差，且配流轴受到径向不平衡液压力作
14、用，易磨损，限制了转速与压力的提高，故应用范围较小。常用于拉床、压力机或船舶等大功率系统。,构造：转子的中心与定子中心之间有一偏心距e，柱塞径向排列安装在缸体中，转子旋转，柱塞在离心力(或低压油)作用下抵紧定子内壁，形成若干个密封工作腔。,优点：柱塞泵的柱塞与缸体内控均是圆柱面，因此加工方便，配合精度高，密封性好，具有压力高、结构紧凑、效率高及流量易于调节。缺点：自吸性差，对油污敏感，结构复杂，成本高。应用：常用于高压、大流量、变量的系统中，如：拉床、液压机、起重机设备等。,3.4.3 柱塞泵的特点,螺杆泵,螺杆泵的工作机构是由互相啮合且装于定子内的三根螺杆组成，中间一根为主动螺杆，由电机带动
15、，旁边两根为从动螺杆、另外还有前、后端盖等主要零件组成。,三螺杆泵1后盖 2泵体 3主动螺杆 4从动螺杆 5 前盖,3.5 螺杆泵,特点及应用：螺杆泵流量均匀，理论上无脉动，噪声小，自吸性好，且对油污不敏感。但结构复杂、加工精度高，加工困难。常用于对流量、压力的均匀性和工作平稳性有较高要求的精密机床液压系统中。,工作原理：螺杆的啮合线把主、从动螺杆的螺旋槽分割成多个相互隔离的密封腔。随着螺杆的旋转，这些密封工作腔一个接一个地在左端形成，不断地从左到右移动。主动螺杆每转一周，每个工作腔便移动一个导程。密封工作腔在左端形成时容积逐渐增大并吸油，在右端消失时，容积逐渐增小，并压油。螺杆直径愈大，螺旋
16、槽愈深，泵的排量就愈大；螺杆愈长，吸、压油口之间密封层次愈多，泵的额定压力就愈高。,3.6 液压泵的选用,液压泵是液压系统的动力元件，其作用是供给系统一定流量和压力的油液，因此也是液压系统的核心元件。合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。,液压泵的选用原则,首先看有无变量要求，有变量要求，首选径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用式叶片泵；其次看工作压力，低压系统或辅助装置选低压齿轮泵，中压系统多选叶片泵，高压系统多选柱塞泵；再看工作环境，齿轮泵抗污染最好；然后对比噪声指数，低噪声用内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵
17、和螺杆泵的瞬时流量最均匀；最后对比各种泵的效率，轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高，同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,常见液压泵的技术性能及应用范围,3.6 液压泵的选用,3.7 液压泵常见故障及维修,1.不出油、输油量不足、压力跟不上,2.噪声严重，压力波动厉害,3.泵轴颈油封漏油,故障分析：漏油使管道液阻增大，泵体内压力超过油封许用值。解决方法：检查泵体上的泄油口是否单独接油箱，在泵泄油口处接压力表控制压力值小于0.08MPa。,3.8 液压马达,从能量互相转换的观点看，泵和马达是统一体矛盾的两个方面，它们可以依一定条件而变化。当电动机带动其转动时，即为泵，输出压
18、力油(流量和压力)；当向其通入压力油时，即为马达，输出机械能(扭矩和转速)。从工作原理上讲，它们是可逆的，但由于用途不同，故在结构上各有其特点。因此，在实际工作中大部分泵和马达是不可逆的。液压马达和液压泵的区别在于：作用上相反，结构上相似，原理上互逆。,液压马达,是液压系统的执行元件，其作用是将液压能转变为机械能从而对负载做功。,液压马达分类,按转速分,按排量分,定量液压马达,变量液压马达,高转速液压马达,低速大转矩液压马达,齿轮式、叶片式、柱塞式,轴向式、径向式,按结构分,按结构分,工作原理,3.8.2 叶片式液压马达,当压力油经过配油窗口a进入叶片1和叶片3(或叶片5和叶片7)之间时，叶片
19、1和叶片3一侧作用高压油，另一侧作用低压油，同时由于叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，因此使转子产生顺时针转动的力矩。同时叶片5和叶片7的压力油作用面积之差也使转子产生顺时针转矩。两者之和即为液压马达产生的转矩。在供油量一定的情况下，液压马达将以确定的转速旋转。位于压油腔叶片2和叶片6两面同时受压力油作用，受力平衡对转子不产生转矩。若改变进油方向，马达便反向转动。,径向柱塞马达工作原理,工作原理,3.8.3 径向柱塞马达,压力油经固定的配流轴窗口进入缸体柱塞孔时，便将柱塞推向定子内壁。由于缸体与定子之间存在偏距e，定子对柱塞的反作用力FN的切向分力FT对缸体产生一转矩，是缸体旋转并通过传动
20、轴输出转矩。压油区各个柱塞在不同位置产生的切向力不同，各柱塞产生的转矩之和即为液压马达的输出转矩。,马达与泵在结构上存在如下主要差距：1）马达靠输入压力油起动，密封容积必须密封可靠。2）马达往往要求能正反转，其配流机构对称，进、出油口大小相等。3）马达靠泵输出压力工作，不需具备自吸能力。4）马达要实现双向转动，高、低压油口要能互相变换，采用外泄式结构。5）马达起动转矩较大，其转矩脉动小，内部摩擦小，齿数、叶片数、柱塞数比泵多一些。同时，马达的轴向间隙补偿装置的压紧力系数也比泵小。,3.8.4 液压马达与液压泵 的结构差异,课后作业,3-1 构成容积泵的基本条件是什么？3-2 液压泵的常用类型有哪些？哪些是定量泵？哪些是变量泵？其符号分别是什么？3-3 比较双作用叶片泵与单作用与单作用叶片泵在结构和工作原理方面的异同。3-4 什么是齿轮泵的困油现象？轴向柱塞泵是否也有困油现象？为什么？3-5 高速马达主要有哪些基本形式？低速马达主要有哪些基本形式？各自的主要特点是什么？,
