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1、液压传动之泵和马达,1,贾宝贤,5687026,Pump and Motor,2,二、双作用定量叶片泵,1.工作原理主要零件及其连接关系：转子、定子、配流盘。转子旋转，定子的内表面为四段曲线、四段圆弧，叶片紧贴定子内表面，一边转动一边伸缩，容积时而增大，时而减小。,转子每旋转一周，吸排油两次，容积变化两次。故称双作用式；转子轴心与定子轴心始终重合，排量不能调节。故称为定量泵；吸油区、压油区都对称分布，转子和轴承径向力平衡，故称为卸荷式叶片泵。理论流量：qt=2(R2r2)bnR、r分别为定子内表面的大、小圆弧半径；b为叶片宽度。,3,DouAPPOP双作用叶片泵.exe,4,它的理论流量为：,
2、(二)流量计算,式中，R和r分别为定子圆弧部分的长短半径；z为叶片数；为叶片的倾角；b为叶片宽度；s为叶片厚度；其余符号意义同前。,5,工作特性,（1）定子曲线即大圆弧与小圆弧之间的过渡曲线、要求光滑、速度无突变、无刚性冲击。常用阿基米德螺线、等加速等减速曲线。（2）叶片问题 叶片倾角，前倾；叶片厚度，薄者强度低，厚者脉动大。叶片卸荷，减小吸油区根部压力。叶片数量，双作用泵，宜用偶数，最好是4的倍数，一般取12或16片。,6,(三)提高双作用叶片泵压力的措施,双作用叶片泵，为了保证叶片和定子内表面紧密接触，叶片底部都是通压油腔的。但当叶片处在吸油腔时，叶片底部作用着压油腔的压力，项部作用着吸油
3、腔的压力，这一压力差使叶片以很大的力压向定子内表面，加速了定子内表面的磨损，影响了泵的寿命。对高压泵来说这一问题更显得突出，所以高压叶片泵必须在结构上采取措施，使叶片压向定子内表面的作用力减小。常用的措施有：1)减小作用在叶片底部的油液压力；2)减小叶片底部压力油的作用面积；3)使叶片顶部和底部的液压作用力平衡。,7,三、限压式变量泵,1.工作原理 图4-14转子中心固定，定子可以左右移动。初始偏心量为emax，它决定了泵的最大流量。,x0弹簧的初始压缩量,当泵压ppc时，限压弹簧被压缩，定子左移，偏心距减小，流量也跟着减小。压力p越高，偏心越小，输出流量越少。当压力达到泵内偏心距所产生的理论
4、流量等于泄漏流量时，泵的实际流量为零。泵压不再升高。,限压式变量偏心泵.avi,8,2.流量特性 图4-15,当泵压p pb时，流量按曲线BC变化；故BC为变量段。Pmax为极限压力，又称截止压力。假如没有泄漏，理论截止压力为,9,3.特点,转子轴上的径向力不平衡，故为非卸荷式叶片泵。Pn70bar有困油现象，常在配流盘排油窗口边缘开三角形卸荷槽；有流量脉动，叶片数为奇数时脉动小，故常为13或15；为使定子移动灵敏，滑块支撑用滚针轴承；叶片后倾24度，以使叶片在离心力作用下便于外伸。（3）应用场合：适用于液压系统中有调速或保压的场合。如10-1组合机床动力滑台液压系统，图10-2,10,单进单
5、出,共进单出,共进共出,四、其他叶片泵,1、双联叶片泵两个单级叶片泵装在一个泵体内，油路并联，两泵转子由同一传动轴带动。有不同的组合。,11,2、双级叶片泵,两个单级叶片泵装在一个泵体内，油路串联，两泵转子由同一传动轴带动。3、高压叶片泵pn=140210 bar，个别达400 bar。,12,4-4柱塞泵(Piston Pump),轴向柱塞泵,柱塞的轴线和传动轴的轴线平行,径向柱塞泵,柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直,轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类，结构上容易实现无级变量等优点。不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压系统若需高压时，均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床
6、、液压机、起重机械等设备的液压系统。,一、轴向柱塞泵,13,1、工作原理结构要素：泵体、配流盘、柱塞和斜盘。工作原理：改变倾角，改变柱塞行程h，改变排量，故为变量泵。改变倾角方向，改变吸、排油方向，故为双向变量泵。,h,（一）直轴式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵,14,15,2.流量计算,理论流量：,行程：由图4-16得,3.流量脉动单个柱塞，其流量传动轴转角函数为正弦函数，正半波排油，负半波吸油，出油口的负半波被截止。Z个柱塞，其流量传动轴转角函数曲线，就如同Z相交流电经半波整流后的曲线。Z越大，脉动率越小。Z为奇数时，脉动较小。,排量：,16,（二）斜轴式轴向柱塞泵,这种轴向柱塞泵的传动轴中心
7、线与缸体中心线倾斜一个角度，故称斜轴式轴向柱塞泵，目前应用比较广泛的是无铰斜轴式柱塞泵。图4-17所示为该泵的工作原理。,当主轴1转动时，连杆2的侧面带动缸体4和柱塞3一起绕缸体中心线转动，这时连杆2又使柱塞在缸体孔中作往复运动，产生吸油和压油过程。改变主轴和缸体间的夹角，就可改变泵的排量V。这种泵适用于要求排量大的场合，但结构较复杂。,17,（三）变量控制机构,变量轴向柱塞泵中的主体部分大致相同，其变量机构有各种结构型式，有手动、手动伺服、恒功率、恒流量、恒压变量等。,18,（2）点接触式与滑履式,点接触式，结构简单，接触应力大，用于低压；,滑履式（面接触式），面接触，磨损小，用于高压。,1
8、9,二、径向柱塞泵,1.工作原理结构，图4-20原理，图4-20，柱塞随缸体一起转动，在离心力和定子内表面作用下，在缸体内作伸缩运动，完成吸、排油动作。,20,2.流量计算,Z越大，脉动率越小。Z为奇数时，脉动较小。改变偏心距e，可改变流量q。径向柱塞泵也有多种结构，其性能差异很大。,21,4-5液压马达,功用：把液压能转换成机械能。分类：高速小转矩：ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达。低速大转矩：ns 500r/min为低速液压马达：径向柱塞马达。液压马达的能量转换计算见 4-1概述,22,4-5液压马达,前半部各柱塞也产生下滑力,一、工作原理1.轴向柱塞
9、式液压马达图4-21竖起来看，后半部各柱塞油腔通进油口，为高压油，压力为p1前半部各柱塞油腔通回油口，为低压油，压力为p2。后半部各柱塞顶住斜盘，产生下滑力,23,4-5液压马达,第 i 个柱塞产生的转距：,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，即进、回油口互换，马达反转。,记住这样的结论：高压油区容积由小到大的方向为马达转动方向。,马达工作原理.exe,24,2.径向柱塞式液压马达,图4-22所示为多作用内曲线径向柱塞液压马达的结构原理图。,内曲线马达动作图.swf双排量马达.exe,25,二、主要参数,设液压马达的进、回油腔的压差为p，输入的流量为q，而液压马达的排量为V，容
10、积效率为V，机械效率为m，则液压马达的几何转矩,实际转矩为,液压马达的几何转速为,液压马达的实际转速为,26,四、液压泵和液压马达的可逆性问题,马达与泵在原理上是可逆的，但因用途不同实际结构上有些差别：结构：马达要求正反转，结构对称，泵为了保证其自吸性能，结构不对称。轴承结构及润滑方式：马达的转速范围大，泵的转速较高且基本不变。所以泵不能当马达用。,27,动液压马达是实现往复转动的执行元件，输入为压力和流量，输出为转矩和角速度。摆动液压马达的结构比连续旋转的液压马达结构简单，以叶片式摆动液压马达使用很较多。图a-单叶片式摆动液压马达，它摆动角度较大，可达300。,4-6摆动液压马达-摆动液压缸
11、,摆动液压马达-单叶片图.swf,28,输出转矩和角速度,输出转矩T和角速度分别为,式中：b叶片宽度；p1、p2进油压力、回油压力；m、V机械效率、容积效率；q进油流量。,29,双叶片式摆动液压马达,图b-双叶片式摆动液压马达，它摆角较小，可达150。它的输出转矩是单叶片式的两倍，而角速度则是单叶片式的一半。,双叶片摆动缸.flv,30,4-7液压泵中的气穴现象,液压泵在吸油过程中，吸油腔中的绝对压力会低于105Pa(1大气压)。如果液压泵离油面很高(吸入高度大)，吸油口处滤油器和管道阻力大，油液的粘度过大，则液压泵吸油腔中的压力就很容易低于油液的空气分离压，出现气穴现象，造成局部冲击，产生噪
12、声，使泵的零件(例如配油盘)腐蚀损坏。,31,例3-2试分析图示液压泵的吸油过程解：取油箱液面 为截面11作为基准面；泵的入口处为截面22，应用伯努力方程得,实际液体的伯努力方程-举例,32,4-7液压泵中的气穴现象,液压泵使用中的另一种常见的现象是掺混空气。当液压系统的排油使油箱中混入一些空气泡时，当吸油管接头处和泵传动轴密封处密封不严(俗称漏气)时，以及当吸油管插入油箱油面太浅时，液压泵吸入的油液中会含有很多空气泡。这些空气泡随油液进入高压区时，也会产生和上述气穴现象一样的振动和噪声，危害很大。因此，要保证吸油管和泵传动轴处的密封可靠，合理设计油箱，使排油管和吸油管隔开等，是避免液压泵使用
13、中出现掺混空气现象的前提。,33,4-8液压泵的噪声1,一、产生噪声的原因(1)泵的流量脉动和压力脉动，造成泵构件的振动。这种振动有时还可产生谐振。谐振频率可以是流量脉动频率的2倍、3倍或更大。泵的基本频率及其谐振频率若和机械的或液压的自然频率相一致，则噪声便大大增加。(2)液压泵在其工作过程中，当吸油容积突然和压油腔相通，或高压容积突然和吸油腔相通时，会产生油液流量和压力的突变，它们对噪声的影响甚大。(3)气穴现象。(4)泵内流道具有突然扩大或收缩、急拐弯、通道截面过小而导致液体紊流、旋祸及喷流。(5)机械原因，如转动部分不平衡，轴承振动等引起的噪声。管道、支架等机械连接部分因谐振而产生的噪
14、声。,34,4-8液压泵的噪声2,二、降低噪声的措施(1)吸收泵的流量和压力脉动，在泵出口装设蓄能器或消声器。(2)消除泵内液压的急剧变化，如在配油盘吸、压油窗口开三角形阻尼槽。(3)装在油箱上的电机和泵应使用橡胶垫减振，安装时电机轴和泵轴间的同轴度要好，要采用弹性联轴器；或采用泵电动机组件。(4)压油管的某一段采用橡胶软管对泵和管路的连接进行隔振。(5)防止气穴现象和油中掺混空气现象的发生。,35,4-9液压泵和液压马达的选用,一、液压泵的选用 表4-2二、液压马达的选用主要考虑：调速特性；低速性能；输出扭矩。即马达的速度特性和扭矩特性。,36,4-9液压泵和液压马达的选用,表4-2 液压系
15、统常用液压泵的性能比较,37,4-9液压泵和液压马达的选用,一般在负载小、功率小的机械设备中，可用齿轮泵和双作用叶片泵；精度较高的机械设备（例如磨床）可用螺杆泵和双作用叶片泵；负载较大并有快速和慢速行程的机械设备（例如组合机床）可用限压式变量叶片泵；负载大、功率大的机械设备可使用柱塞泵；机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等要求不太高的地方，可使用价廉的齿轮泵。,38,本章要点,1.液压泵的能量转换关系，液压马达的能量转换关系。液压能的两个主要参数：p、q机械能的两个主要参数：F、v（T，n）转换关系，如何考虑容积效率、机械效率、总效率。2.液压泵的种类，各类泵（表4-1的前五种）的结构要素、工作
16、原理、性能特点、流量计算。,39,例题-习题4-8,设液压马达的进油压力为10MPa，排量为200mL/r，总效率为0.75，机械效率为0.9，试计算1)马达输出的理论转矩和实际转矩。2)若马达的转速为500r/min，则输入马达的实际流量为多少?3)若马达外负载为200Nm，n=500r/min时，马达的实际输入功率和输出功率为多少?,3)马达的实际输入功率Pi=pq此时马达的实际转矩T=Tim=pVMm/2=200Nmp=2T/VMm=2200/(20010-60.9)=6.98MPa实际输入功率Pi=pq=6.9810612010-3/60=13.96kW实际输出功率Po=2nT=2500200/60=10.47kW或Po=Pi=13.960.75=10.47kW,40,例题解,1)马达的理论转矩,Nm,马达的实际转矩T=Tim=318.30.9=286.5Nm,2)马达理论流量qt=VMn=20010-3500=100L/min马达的容积效率V=/m=0.75/0.9=0.83马达的实际流量q=qt/V=100/0.83=120L/min,41,第4章作业,4-14-24-9,
