液压动力元件左建明主编第四版.pptx

2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述一个完整的液压系统中包含有多种液压元件，如动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件等。本章介绍液压动力元件，即液压泵。液压泵将原动机（电动机和内燃机）输出的机械能转换成工作液体的压力能，是一种能量转换装置。v电动机用于固定设备，如机床、油压机等。v内燃机用于移动设备，如液压铲车、叉车等工程机械。1、液压泵的工作原理液压泵都是依靠周期性变化的密封容积和配流装置依靠周期性变化的密封容积和配流装置来进行工作的，故一般称为容积式液压泵。主要形式有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。如图是单柱塞液压泵的工作原理图。v柱塞装在缸体中形成密封工作容积密封工作容积。v当原动机驱动凸轮旋转时，在凸轮和弹簧的作用下，柱塞便在缸体内做往复运动。v柱塞右移时，缸体中密封工作容积变大密封工作容积变大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀（吸油阀）进入缸体内，实现吸油。实现吸油。v柱塞左移时，缸体中密封工作容积变小密封工作容积变小，油液受挤压，通过单向阀（压油阀）输送到系统中去，实现压油。实现压油。v当偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，从而不断地向液压系统供油。2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述一、液压泵的工作原理及特点一、液压泵的工作原理及特点2、液压泵的特点单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点。1）具有若干密封且又可以周期性变化的的空间）具有若干密封且又可以周期性变化的的空间2）油箱内液体的绝对压力）油箱内液体的绝对压力pav为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用封闭的充压油箱。3）具有相应的配油机构）具有相应的配油机构v将吸油腔和压油腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。v液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。阀配油单柱塞泵端面配油或盘式配油叶片泵、轴向柱塞泵轴配油径向柱塞泵无齿轮泵2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述一、液压泵的工作原理及特点一、液压泵的工作原理及特点1、压力工作压力工作压力v液压泵实际工作时的出口压力。v工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压损，而与流量无关。额定压力额定压力v液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所允许的最高压力。v额定压力取决于液压泵零部件的结构强度和密封性。最高允许压力最高允许压力v在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值。v最高允许压力也取决于液压泵零部件的结构强度和密封性。2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述二、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数2、排量和流量排量排量Vv在不考虑泄漏的情况下，液压泵每转一周，所排出油液的体积。v排量的大小由密封容积几何尺寸的变化计算而得。理论流量理论流量qtv在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内所排出油液的体积。vqtV.n,其中n为主轴转速。实际流量实际流量q v在具体实际工况下，液压泵在单位时间内所排出油液的体积。vq=qt-q1，其中q1为泄露和压损引起的流量。额定流量额定流量qnv泵在额定压力和额定转速下输出的实际流量。2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述二、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数3、功率输入功率输入功率Piv驱动液压泵的机械功率，即液压泵主轴转矩Ti和主轴角速度的乘积。vPi=Ti.输出功率输出功率Pv液压泵输出的液压功率，即泵的进出口压差p与泵的实际流量q的乘积。vP=p.qv在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸、压油口的压力差p往往用液压泵出口压力p代替。2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述二、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数4、效率容积效率容积效率V Vv用来表征液压泵的容积损失，即由液压泵内部泄漏造成的流量损失。vV=q/qt，其中q为液压泵的实际流量，qt为理论流量。v泄漏量q=klp。这是因为液压泵工作构件之间的间隙很小，泄漏液体的流动状态可以看作是层流，即泄漏量与泵的工作压力p成正比，kl是液压泵的泄漏系数。机械效率机械效率m mv用来表征液压泵的机械损失，即由液压泵内流体的粘性和机械摩擦造成的转矩损失。vm=Tt/Ti，其中Tt为液压泵的理论转矩，Ti为主轴实际输入转矩。总效率总效率v即液压泵的输出功率与输入功率之比，=P/Pi。vPi=P.q/v=P.q/(Ti.)=(P.qt.V)/(Tt./m)=V.m2.1 2.1 液压泵概述液压泵概述二、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数齿轮泵的分类：按结构不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。v以外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵应用最广。按齿形不同，可分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。v以渐开线齿轮泵渐开线齿轮泵应用最多。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵1、工作原理外啮合齿轮泵由前、后端盖和壳体组成。v壳体内装有一对共轭啮合齿轮。v齿轮端面与端盖之间、齿轮齿顶与壳体内表面之间都有间隙，但间隙很小。v壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽之间形成了许多密封容积密封容积。当齿轮按图示方向旋转时，v在泵体右侧，轮齿逐渐脱离啮合，右侧密封工作容积逐渐增大，右侧，轮齿逐渐脱离啮合，右侧密封工作容积逐渐增大，形成局部真空，油液经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。v在泵体左侧，轮齿逐渐进入啮合，左侧密封工作容积逐渐减小，左侧，轮齿逐渐进入啮合，左侧密封工作容积逐渐减小，齿间的油液从压油口挤出，从压油腔输送到压力管路中去。v齿轮泵不断旋转，吸压油口就不断吸油和压油，从而不断向液压系统输送油液。在齿轮泵中，吸油腔和压油腔由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。没有单独的配油机构。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵排量排量，是液压泵每转一周所排出的油液体积。v即所有密封工作容积排出的油液体积总和，这里近似等于两个齿轮的轮齿齿间容积之和近似等于两个齿轮的轮齿齿间容积之和。v设齿间容积等于轮齿体积，则有其中：D节圆直径，h齿高，B齿宽，z齿数，m模数v由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为2、排量和流量计算2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵理论流量理论流量其中：n泵的转速流量流量其中：V泵的容积效率流量脉动率流量脉动率v上述q是齿轮泵的平均流量，实际上，在齿轮啮合过程齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。v设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率为2、排量和流量计算3、结构中存在的三大问题1）泄露）泄露指液压泵的内部泄漏，即一部分液压油从压油腔流回吸油腔，没有输送到系统中去。泄漏降低了液压泵的容积效率。外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：v齿轮端面和端盖间 轴向间隙轴向间隙v齿轮外圆和壳体内孔间径向间隙径向间隙v两个齿轮的轮面啮合处齿侧间隙齿侧间隙v其中对泄漏影响最大的是齿轮端面和端盖间的轴向间隙，这部分泄漏量约占总泄漏量的75%80%，因为这里泄漏途径短，泄漏面积大。v轴向间隙过大，泄漏量多，会使泵的容积效率降低；但间隙过小，齿轮端面和端盖间的机械摩擦损失增加，会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵3、结构中存在的三大问题2）困油）困油为了使齿轮平稳地啮合运转，必须满足重叠系数1,即在一对轮齿即将脱离啮合之前，后面的一对轮齿就要开始啮合。就在两对轮齿同时啮合的这一小段时间内，留在齿间的油液困在两对轮齿和前后端盖所形成的密封容腔中。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵3、结构中存在的三大问题2）困油）困油困油现象困油现象v随着齿轮旋转，这个密封容腔 逐渐减小，直到两个啮合点A、B 处于节点两侧的对称位置，此时 密封容腔减到最小，随后密封容 腔又逐渐增大。v密封容腔减小时，会使被困油液受挤压而产生高压（用液体颜色变深表示高压特点），并从缝隙中强行挤出，导致油液发热，同时也使轴承受到很大的不平衡径向力。v封闭容腔增大时，会造成局部真空（用液体颜色变浅表示低压特点），使油液中溶解的气体分离出来，产生空穴，这就是齿轮泵的困油现象。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，影响泵的工作平稳性，缩短泵的使用寿命。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵 一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵3、结构中存在的三大问题2）困油）困油消除困油现象的措施消除困油现象的措施v在齿轮泵的两侧端盖上开一对矩形卸荷槽。开一对矩形卸荷槽。v开卸荷槽的作用：当封闭容腔减小时，使卸荷槽与压油腔相通，将封闭容腔中的高压油排到压油腔；当封闭容腔增大时，使卸荷槽与吸油腔相通，将吸油腔的油补入封闭容腔，从而避免产生局部真空。v开卸荷槽的原则：必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。卸荷槽间距也不能过大，否则困油现象不能彻底消除。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵3、结构中存在的三大问题3）径向不平衡力）径向不平衡力在齿轮泵中，由于压油腔和吸油腔之间存在着压差，液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不 平衡力。v径向不平衡力的大小为：F=K.p.B.De 式中，K系数；主动轮为0.75；从动轮为0.85；p泵进出口压力差；De齿顶圆直径。v当泵的尺寸确定以后，油液压力越高径向不平衡力就越大。结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。减小径向不平衡力的方法有：v缩小压油腔v开压力平衡槽2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵4、特点优点优点v结构简单，制造方便v尺寸小，重量轻v价格低廉v工作可靠v自吸能力强v抗油液污染能力强，维护容易2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵缺点缺点v承受径向不平衡力，磨损严重v内部泄漏大，工作压力的提高受到限制v流量脉动大，压力脉动和噪声大v排量不能调节齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系统中。齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系统中。4、特点优点优点v结构简单，制造方便v尺寸小，重量轻v价格低廉v工作可靠v自吸能力强v抗油液污染能力强，维护容易缺点缺点v承受径向不平衡力，磨损严重v内部泄漏大，工作压力的提高受到限制v流量脉动大，压力脉动和噪声大v排量不能调节2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵二、内啮合齿轮泵二、内啮合齿轮泵1、内啮合渐开线齿轮泵工作原理v小齿轮1和内齿轮2相互啮合，它们的啮合线和 月牙板3将泵体内的容腔分成吸油腔和压油腔。v当小齿轮按图示方向转动时，内齿轮同向转动。v图中上面的腔体是吸油腔，下面的腔体是压油腔。特点v流量脉动率仅是外啮合齿轮泵的5%10%v结构紧凑、噪声小、效率高v但齿形复杂，需要专门的高精度加工设备多被用在一些要求较高的系统中。2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵二、内啮合齿轮泵二、内啮合齿轮泵2、内啮合摆线齿轮泵工作原理v内转子和外转子只差一个齿，没有月牙板。v在内、外转子的轴心线上有一偏心e。v内转子为主动轮。v内、外转子的啮合点将吸、压油腔分开。v在啮合过程中，上侧密封容腔逐渐变大是 吸油腔，下侧密封容腔逐渐变小是压油腔。特点v结构紧凑，运动平稳，噪声低。v但流量脉动比较大，啮合处间隙泄漏大。通常在工作压力为2.57MPa的液压系统中作为润滑、补油等辅助泵使用。