第三章 液壓泵與液壓馬達(dá),液壓泵-動(dòng)力元件： 將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用，它是液壓系統(tǒng)的能源。,泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的，而輸出流量的大小是由密封工作腔的容積變化大小和變化頻率來(lái)決定的。,動(dòng)畫(huà),3-1概 述,一、液壓泵的工作原理,吸油：密封容積增大，形成局部真空； 壓油：密封容積減小，壓力增加。 容積式泵: 依靠密封容積的變化來(lái)吸油、壓油。 三個(gè)特征： （1）有一個(gè)或者多個(gè)密封油腔。 （2）密封容積能產(chǎn)生由小到大和由大到小的周期性變化。 密封容積由小變大時(shí)吸油；由大變小時(shí)壓油。 （3）有配油機(jī)構(gòu)。 保證密封容積由小變大時(shí)，只與吸油管相通；密封容積由大變小時(shí)，只與壓油管相通（如兩個(gè)單向閥）。,二、液壓泵的主要性能參數(shù),（一）壓力 1、額定壓力pn 指泵在正常工作條件下可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的最高壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。 2、最高允許壓力pmax 指泵在短時(shí)間所允許超載使用的極限壓力。 3、工作壓力pp 液壓泵的工作壓力是指它的輸出壓力。 4、吸入壓力 指液壓泵進(jìn)口處的壓力。,（二）液壓泵的轉(zhuǎn)速（r/min）,1.額定轉(zhuǎn)速n 在額定壓力下，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)行效率的轉(zhuǎn)速。 2.最高轉(zhuǎn)速nmax 在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。 3.最低轉(zhuǎn)速nmin 為保證液壓泵可靠工作或運(yùn)行效率不至過(guò)低所允許的最低轉(zhuǎn)速。,（三）液壓泵排量和流量,1.排量Vp (m3/r) 是指在不考慮泄漏的情況下，液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。 2.理論流量qt (m3/s) 是指在不考慮泄漏的情況下，單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積。 qt =Vn 3.實(shí)際流量qp 指液壓泵工作時(shí)的輸出流量。 qp= qt - q 4.額定流量qn 指在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的流量。,1.輸入功率： Pi=2nT 2.輸出功率： Po=ppqp 3.容積效率： pv =qp /qt 4.總效率： p =Po /Pi= ppqp/2nT=pm pv 5.機(jī)械效率： pm = /pv,（四）功率與效率,三、液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù),（一）壓力 液壓馬達(dá)的額定壓力、最高壓力、工作壓力的定義與液壓泵相同，其差別是指液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力，而液壓馬達(dá)的出口壓力則稱(chēng)為背壓。為保證液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，一般取液壓馬達(dá)的背壓為0.5MPa-1MPa。,（二）排量和流量,液壓馬達(dá)的排量、理論流量、實(shí)際流量、額定流量及泄漏量的定義與液壓泵類(lèi)似，所不同的是進(jìn)入液壓馬達(dá)的液體體積，且實(shí)際流量qM大于理論流量qMt,即qM- qMt=ql,理論轉(zhuǎn)速：nt= qM /VM 容積效率： Mv qMt / qM （ qM -ql ）/ qM 1 ql / qM 輸出轉(zhuǎn)速nM= （qM -ql ）/VM= qM /VM Mv,（三）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和容積效率,（四）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械效率,實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩 TMTMt-T 理論輸出轉(zhuǎn)矩 TMtp VM/ 2 機(jī)械效率MmTM/TMt,（五）功率與總效率,1.輸入功率：PMi=pMqM 2.輸出功率：PMo=2nMTM 3.總效率： M=PMo/PMi=2nMTM/pMqM=Mm Mv,1、某泵轉(zhuǎn)速n=950轉(zhuǎn)/分，空載流量為160升/分，在壓力為29.5Mpa時(shí)，相同轉(zhuǎn)速下的實(shí)際流量為150升/分，泵的總效率為=0.87， 求：（1）容積效率 ？（2）機(jī)械效率 ？ （3）驅(qū)動(dòng)泵的電機(jī)功率N ? 2、液壓泵進(jìn)口壓力 ， 出口壓力 ，實(shí)際輸出流量 ，泵輸入轉(zhuǎn)矩 ，輸入轉(zhuǎn)速 ，容積效率 。試求： （1）泵的輸入功率 ，（2）泵的輸出功率 ，（3）泵的總效率 ，（4） 泵的機(jī)械效率,四、液壓泵和液壓馬達(dá)的分類(lèi), 按運(yùn)動(dòng)部件的形狀和運(yùn)動(dòng)方式分為齒輪泵，葉片泵，柱塞泵，螺桿泵。 齒輪泵又分外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵 葉片泵又分雙作用葉片泵，單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵 柱塞泵又分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵 按排量能否變量分定量泵和變量泵。 單作用葉片泵，徑向柱塞泵和軸向柱塞泵可以作變量泵,1.液壓泵的分類(lèi),ns500r/min 為高速液壓馬達(dá)：齒輪馬達(dá)，葉片馬達(dá)，軸向柱塞馬達(dá) ns 500r/min 為低速液壓馬達(dá)：徑向柱塞馬達(dá)（單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)）,2.馬達(dá)的分類(lèi)：,a.單向定量液壓泵 b.雙向定量液壓泵 c.單向變量液壓泵 d.雙向變量液壓泵,3.液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號(hào)：,a.單向定量液壓馬達(dá) b.雙向定量液壓馬達(dá) c.單向變量液壓馬達(dá) d.雙向變量液壓馬達(dá),3.2 齒輪泵和齒輪馬達(dá),齒輪泵的分類(lèi),外嚙合 內(nèi)嚙合,分類(lèi),按齒形曲線,按嚙合形式,漸開(kāi)線 擺線,一、齒輪泵原理和結(jié)構(gòu),1. 結(jié)構(gòu)：齒輪、殼體、端蓋等,動(dòng)畫(huà)演示,2. 工作原理,密封工作腔：泵體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成了若干個(gè)密封工作容積。 齒輪嚙合線將吸油區(qū)和壓油區(qū)隔開(kāi)，起配流作用。,吸油過(guò)程：輪齒脫開(kāi)嚙合V p 吸油； 排油過(guò)程：輪齒進(jìn)入嚙合V p 排油。,動(dòng)畫(huà)演示,二、排量和平均流量的計(jì)算,排量：V=Dhb =2zm2b z 齒數(shù);m 齒輪模數(shù);b 齒寬;h 有效齒高;h=2zm. 實(shí)際流量： q=Vnv =Dhbnv =2zm2bn v,1、泄漏問(wèn)題,泄漏 齒輪泵存在端面泄漏、徑向泄漏和輪齒嚙合處泄漏。其中端面泄漏占8085。,三、齒輪泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn),減少泄露的措施：間隙補(bǔ)償 其中端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡 在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板，在浮動(dòng)零件的背面引入壓力油，讓作用在背面的液壓力稍大于正面的液壓力，其差值由一層很薄的油膜承受。,1) 產(chǎn)生原因： 1，構(gòu)成閉死容積Vb 2)危害: Vb由大小，p, 油液發(fā)熱，軸承磨損。 Vb由小大，p , 汽蝕、噪聲、振動(dòng)、金屬表面剝蝕。,2. 困油現(xiàn)象,動(dòng)畫(huà)演示,卸荷措施 在前后蓋板或浮動(dòng)軸套上開(kāi)卸荷槽 原則： Vb由大小，與壓油腔相通 Vb由小大，與吸油腔相通 保證吸、壓油腔始終不通,3. 徑向力不平衡,1）原因：齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。 2）危害：軸承磨損、刮殼。,3）液壓徑向力的平衡措施之一： 通過(guò)在蓋板上開(kāi)設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。,四、內(nèi)嚙合齒輪泵,與外嚙合齒輪泵相比，內(nèi)嚙合漸開(kāi)線齒輪泵具有流量脈動(dòng)小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，噪音小，效率高，無(wú)困油現(xiàn)象等一系列優(yōu)點(diǎn)。,1. 漸開(kāi)線齒輪泵,動(dòng)畫(huà),內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。 缺點(diǎn)是流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大，工作壓力較低，通常作為潤(rùn)滑補(bǔ)油等輔助泵使用。,2. 擺線齒輪泵（轉(zhuǎn)子泵）,3-3 葉片泵,分類(lèi),單作用,雙作用,每轉(zhuǎn)排油一次,每轉(zhuǎn)排油兩次,變量泵,定量泵,單作用葉片泵,雙作用葉片泵,（1）組成: 轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤(pán)、殼體、端蓋等,一、單作用葉片泵,（2）特點(diǎn)： 定子和轉(zhuǎn)子偏心,定子與轉(zhuǎn)子不同心，存在一個(gè)偏心距e； 定子內(nèi)曲線是圓； 配油盤(pán)有二個(gè)月牙形窗口。 葉片靠離心力伸出。,1.工作原理,圖2.7單作用葉片泵工作原理 1壓油口;2 轉(zhuǎn)子;3 定子;4 葉片;5 吸油口,（3）工作原理,密封工作腔（轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤(pán)組成） 吸油過(guò)程：葉片伸出V p 吸油； 排油過(guò)程：葉片縮回V p 排油。 旋轉(zhuǎn)一周，完成一次吸油，一次排油單作用泵 徑向力不平衡非平衡式葉片泵 （一個(gè)吸油區(qū)，一個(gè)排油區(qū)）,動(dòng)畫(huà),2. 流量計(jì)算和流量脈動(dòng),1) 流量計(jì)算：,式中：B- 葉片寬度 e 偏心距 D - 定子內(nèi)徑,排量：,流量：,3、單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)要點(diǎn) （1）為了調(diào)節(jié)泵的輸出流量，需要移動(dòng)定子的位置，以改變偏心距e。 （2）徑向液壓力不平衡，故限制了工作壓力的提高。單作用葉片泵的額定壓力不超過(guò)7MPa。 （3）葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小，奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小。,二、雙作用葉片泵,1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 組成：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配流盤(pán)、泵軸、泵體等。,定子和轉(zhuǎn)子同心； 定子內(nèi)曲線由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成； 配油盤(pán)上有四個(gè)月牙形窗口。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,旋轉(zhuǎn)一周，完成二次吸油，二次排油雙作用泵 徑向力平衡平衡式葉片泵(兩個(gè)吸油區(qū)，兩個(gè)排油區(qū)）,2、工作原理：,（動(dòng)畫(huà)）,（動(dòng)畫(huà)）,V=2(R2-r2)B q=Vnv = 2(R2-r2)Bn v,其中：B - 葉片寬度 R - 定子長(zhǎng)軸半徑 r - 定子短軸半徑 葉片傾角 b 葉片厚度 Z-葉片數(shù)目,忽略葉片厚度:,V=2(R2-r2)B -2BbZ(R-r)/cos q=Vnv = 2(R2-r2)Bn v -2BbZ(R-r)/cos nv,如考慮葉片厚度:,3、 流量計(jì)算,1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 彈簧、反饋柱塞、 限位螺釘。,2.工作原理： 靠反饋力和彈簧力平衡，控制偏心距 的大小來(lái)改變流量。,轉(zhuǎn)子中心固定， 定子可以水平移動(dòng) 外反饋、限壓,三、限壓式變量葉片泵（動(dòng)畫(huà)）,3.限壓式變量泵的流量壓力特性,(1)調(diào)節(jié)Fs，可調(diào)節(jié)pc，pmax，使BC段左右平移。 (2)若更換彈簧，可改變BC段斜率 (3)調(diào)節(jié)偏心距，可使AB段上下平移， BC段斜率不變。,軸向式,徑向式,3-4 柱塞泵,一 、徑向柱塞泵,（1）組成： 定子不動(dòng) 缸體（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動(dòng) 偏心距e 配油軸（不動(dòng)） 襯套（與缸體緊配合）,（2）工作原理,密封工作腔 柱塞伸出：離心力,1、工作原理,動(dòng)畫(huà),2、流量計(jì)算,（1）徑向尺寸大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差， （2）配油軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易于磨損，限制了它轉(zhuǎn)速和壓力的提高。 （3）可作成單向或雙向變量泵 （4）存在困油現(xiàn)象,3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),二、軸向柱塞泵,1、工作原理,錄像,* 缸體轉(zhuǎn)動(dòng) * 斜盤(pán)、配油盤(pán)不動(dòng),缸體、柱塞、配油盤(pán)、斜盤(pán),（1）組成：,密封工作腔（缸體孔、柱塞底部） 由于斜盤(pán)傾斜放置，使得柱塞隨缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿軸線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，底部密封容積變化，實(shí)現(xiàn)吸油、排油。 吸油過(guò)程：柱塞伸出Vp吸油； 排油過(guò)程：柱塞縮回vp排油。,（2）工作原理,2. 流量計(jì)算,排量:,一個(gè)密封空間:,流量:,式中： d - 柱塞直徑 D - 柱塞分布圓直徑 - 斜盤(pán)傾角 z - 柱塞數(shù),q tg , q ; q 。 改變 的大小變量泵； 改變 的方向雙向泵。,流量脈動(dòng)率：,z為奇數(shù),z為偶數(shù),結(jié)論：柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小，柱塞數(shù)越多，脈動(dòng)越小。 一般取 z = 7、9、11,3、結(jié)構(gòu)要點(diǎn) （1）缸體端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償。 （2）滑履結(jié)構(gòu)：柱塞與滑履為球面接觸，滑履與斜盤(pán)為平面接觸，改善了受力狀態(tài)。 （3）變量機(jī)構(gòu)：改變斜盤(pán)傾角可以改變其排量。,4.特點(diǎn)及應(yīng)用,特點(diǎn)： 容積效率高，壓力高。（v=0.98, p = 32 Mpa） 柱塞和缸體均為圓柱表面,易加工,精度高，內(nèi)泄小 結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小; 易于實(shí)現(xiàn)變量； 構(gòu)造復(fù)雜,成本高； 對(duì)油液污染敏感。 應(yīng)用： 用于高壓、高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。,5. 典型結(jié)構(gòu),SCY14-1型軸向柱塞泵 （p = 32 MPa）,結(jié)構(gòu)特點(diǎn),滑靴：降低接觸應(yīng)力，減小磨損。 柱塞的伸出：由彈簧壓緊壓盤(pán)，有自吸能力。 變量機(jī)構(gòu)：手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)。,工作原理動(dòng)畫(huà)演示,3.6 液壓馬達(dá),3.6.1 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù) 1液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩 2液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,3.6.2 葉片馬達(dá),葉片馬達(dá)的工作原理,3.6.3 軸向柱塞馬達(dá),1軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理,