第3章液压泵和液压马达

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1、第3章 液压泵和液压马达,液压泵,液压马达,2,本章提要,本章主要内容为 ：, 液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。, 齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。, 高速液压马达及低速大扭矩马达。,通过本章的学习，要求掌握这几种泵和马达的工作原理（泵是如何吸油、压油和配流的，马达怎样产生转速、转矩）、结构特点、及主要性能特点；了解不同类型的泵马达之间的性能差异及适用范围，为日后正确选用奠定基础。,液压泵和液压马达,重点难点: 容积式泵工作原理、必要条件、齿轮泵工作原理、容积式泵的共同弊病、 困油现象的实质.,4,功 用 液压泵: 将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能,向系统供油。 液压马达

2、：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。,3.1 液压泵、马达概述,5,液压泵与液压马达关系 功用上 相反 结构上 相似 原理上 互逆,6,3.1 液压泵、马达概述,3.1.1 容积式泵、马达的工作原理,7,由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。,8,液压泵和液压马达工作的必需条件： （1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积； （2）必须有配流动作，即 封闭容积加大时吸入低压油 封闭容积减小时排出高压油 封闭容积加大时充入高压油 封闭容积减小时排出低压油 （3）高低压油不得连通。,9,液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成

3、为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。,液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。,液压输出,液压输入,机械输出,10,根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点，因而这种泵又称为容积泵。,液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。分类,液压马达也具有相同的形式。,从工作过程可以看出，在不考虑漏油的情况下，液压泵在每一工作周期中吸入或排出的油液体积只取决于工作构件的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。,11

4、,12,常用液压泵的图形符号如下图所示。,13,3.1.2 液压泵、马达的基本性能参数,液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等。,工作压力：指泵（马达）实际工作时的压力。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相应的外负载。,额定压力：泵（马达）在额定工况条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。,每弧度排量 ：泵（马达）每转一弧度所排出（吸入）液体的体积，也称角排量。,每转排量 ：无内外泄漏时，泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积，仅与泵的几何尺寸相关。,14,（3.1）,理论流量 ：无内外泄漏时，单位时间内泵（马达）排出（吸入）液

5、体的体积。泵、马达的流量为其转速与排量的乘积，即 ， 常用单位m3/s和L/min。,额定流量 ：在额定转速和额定压力下泵输出（马达输入）的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量。 实际流量q：液压泵在单位时间内实际排出的油液体积，小于理论值。,功率和效率：液压泵由原动机驱动，输入量是转矩 和角速度 ，输出量是液体的压力 和流量 ；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：,15,式中：, 液压泵、马达的压力和理论流量。,实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。,功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：

6、,容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。,机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。,（3.1）,16,对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量 减小。设泵的流量损失 为，则 。,泵的容积损失可用容积效率 来表征。,泵容积损失,17,对液压马达来说，输入液压马达的实际流量 必然大于它的理论流量 即 ，它的容积效率为：,（3.2）,马达容积损失,18,机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。,对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，设转矩损失为 ，理论转矩为 ，则泵实际输入转矩为 ，用机械效率 来表征泵的机械损失，则,机械损失,19,泵的机械损失,液压泵

7、的总效率 等于其容积效率和机械效率的乘积：,（3.3）,所以，一台性能良好的液压泵，指的是其 总效率最高，而不仅仅是 容积效率或机械效率高,20,马达的机械损失,对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际输出转矩 小于理论转矩 ，它的机械效率为,（3.4）,液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。,（3.5）,液压泵、马达的容积效率和机械效率在总体上与油液的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。,21,3.2 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。,齿

8、轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。,齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。,22,分类： 按啮合形式可分为：外啮合 内啮合,外啮合,内啮合,23,321 外啮合齿轮泵的结构及工作原理,外啮合齿轮泵的工作原理； 排量、流量； 外啮合齿轮泵的流量脉动； 外啮合齿轮泵的问题和结构特点。,24,321 外啮合齿轮泵的结构及工作原理,泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。,图3.3 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

9、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。,25,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。,26,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。,27,322 齿轮泵的流量和脉动率,外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为 ，模数为 ，节圆直径为 ，有效齿高为 ，齿宽为时 ，根据齿轮参数计算公式有 ， ，齿轮泵的排量近似为,（3.7）,实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数

10、越少误差越大，因此,在实际计算中用3.333.50来代替上式中值，齿数少时取大值。,（3.8）,由此得齿轮泵的输出流量为,（3.9）,28,大,结构特点,29,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,（3.10）,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。,（3.9）,流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。,30,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平稳性，引起压力脉动，使管路系

11、统产生振动和噪声。,齿轮泵的流量脉动,31,323 齿轮泵的结构特点,32,3.2.3.1 困油的现象,齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故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。,33,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。,34,3.2.3.1 困油的现象消除,图3.5 齿轮泵的困油现象及消除措施,容

12、积减小时 与压油侧相通,容积增大时 与吸油侧相通,35,3.2.3.2 径向不平衡力,在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。,压力越高，径向不平衡力越大，它能使泵轴弯曲，使定子偏磨，加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。,常采取缩小压油口的办法减小径向不平衡力。,36,3.2.3.3 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。,37,为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，

13、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 。,38,齿轮泵工作情况,齿轮泵工作,39,324 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3.6。,图3.6 内啮合齿轮泵 1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板,40,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3.6（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3.6 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,41,图3.6 内啮合齿

14、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3.6（b）。,42,内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低； 没有困油现象； 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。,43,螺杆泵（了解）,当主动螺杆带动从动螺杆旋转时，各密封工作腔沿着轴向从左向右移动。 左端形成密封工作腔容积逐渐增大，进行吸油； 右端工作腔容积逐渐缩小，将油压出。,工作原理：,螺杆直径越大，螺旋槽越深，排量也越大。 螺杆越长，吸油口和

15、压油口之间密封层次越多，密封越好，可提高泵的额定压力。,螺杆泵的工作原理,在泵的壳体里有三根互相啮合的双头螺杆，主动螺杆1是凸螺杆，从动螺杆2是凹螺杆。在横截面内，其齿廓由几对摆线共轭曲线组成，螺杆的啮合线把各螺杆的螺旋槽分割成若干密封工作腔。,结构组成：,44,必须满足四个密封条件，才能形成空间八字形密封容积： 主从动螺杆共扼； 螺杆根数和螺纹头数必须满足一定关系； 泵体最小长度应大于螺杆的导程； 保证最小径向间隙。,密封容积形成,螺杆泵结构简单，紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，输油均匀，噪声小，容积效率高，允许采用高转速，对油液污染不敏感。 主要缺点是加工较困难，不易保证精度。,45,（1

16、）压力 三螺杆泵的常用工作压力为2.520MPa，个别可高达3540MPa。 （2）流量 螺杆式液压泵的流量范围为310000L/min，输送物料的螺杆泵的流量可达200m3/min。 （3）转速 小排量螺杆泵的转速可高达6000r/min，大规格的亦在10001500r/min以上。 （4）功率 各种螺杆泵中最大的功率超过600kW。,螺杆泵的主要性能：,46,3.3 叶片泵,单作用叶片泵,双作用叶片泵,47,3.3.1 单作用叶片泵,3.3.1.1 工作原理,图3.7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3.7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,48