液压与气压传动(第二章)

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1、第二章 液压泵与液压马达,第一节 液压泵和液压马达概述,第二节 齿轮式液压泵和齿轮式液压马达,第三节 叶片式液压泵和叶片式液压马达,第四节 柱塞式液压泵和柱塞式液压马达,1、液压泵、液压马达的主要性能参数； 2、液压泵、液压马达的主要性能参数的计算； 3、液压泵和液压马达的结构。,本 章 重 点,1、液压泵和液压马达的工作原理； 2、液压泵、液压马达的主要性能参数及计算； 3、液压泵和液压马达的结构特点以及图形符号 。,本 章 难 点,21 液压泵和液压马达概述 p38,液压泵(displacement pump)是液压系统的动力元件。其作用是将原动机(电动机、柴油机等)输入的机械能(转矩和角

2、速度)转换为压力能(压力和流量)输出，供给系统压力油，即为执行元件提供压力油。,液压马达(displacement motor)是依靠输入的压力油使输出轴作旋转运动而作功的液压执行元件，其作用是将压力能转化为机械能。液压马达输出轴与工作机构连接。承受来自工作机构的负载扭矩。,从工作原理上讲，液压传动中的液压泵和液压马达都是靠工作积的容积变化而工作的。因此说泵可以作马达用，马达可作泵用。实际上由于两者工作状态不一样，为了更好发挥各自工作性能，在结构上存在差别，所以不能通用。,同学们把这一章学完了，液压泵和液压马达的结构弄清楚了，也就可以知道为什么液压泵和液压马达不能互逆通用 。,一、液压泵、液压

3、马达的工作原理及分类：,(一)工作原理,1、泵的工作原理,如图所示，单柱塞泵由偏心轮1、柱塞2、弹簧3、缸体4和单向阀5、6等组成，柱塞与缸体孔之间形成密封容积。当原动机带动偏心轮顺时针方向旋转时，柱塞在弹簧的作用下向下运动，柱塞与缸体孔组成的密封容积增大，形成真空。油箱中的油液在大气压的作用下经单向阀5进入其内(此时单向阀6关闭)，这一过程称为吸油 ;,在偏心轮的几何中心转到最下点 时终止，吸油完成，偏心轮继续旋转，柱塞随偏心轮向上运动，密封容积由大变小，油液受压顶开单向阀6 排出(单向阀5关闭),这一过程称为排油。当偏心轮的几何中心转到最上点 时终止，实现排油（完成压油），偏心轮不断旋转，

4、泵就不断吸油和压油。,液压泵的工作原理归纳如下：,（1）密闭的容积发生变化是吸油、压油的根本原理，容积变大时形成真空，油箱中的油液在大气压力下进入密闭的容积(吸油)，容积减小时油液 受压排出(压油)；,（2）油箱的液面与大气相通是吸油的必要条件；,（3）要有配流装置将吸油、压油的过程分开；(吸油口、排压口不能相通),2、液压马达的工作原理：,液压马达是把输入液体的压力能转换成机械能输出的装置。就液压系统来说，液压马达是一个执行元件，输出的是转速和转矩，对于不同类型的液压马达其具体的工作原理有所不同，具体在后面说明。,（二）分类,常用的液压泵及液压马达按其结构形式可分为三大类：,齿轮式,叶片式,

5、柱塞式,齿轮式液压泵,齿轮式液压马达,叶片式液压泵,叶片式液压马达,柱塞式液压泵,柱塞式液压马达,按输出、输入的流量是否可调又可分两大类：,定量液压泵,变量液压泵,定量,变量,定量液压马达,变量液压马达,按输出、输入液流的方向是否可调又分两大类：,单向液压泵,单向液压马达,单向,双向,双向液压泵,双向液压马达,一般是定量泵,一般是定量马达,一般是定量马达,定量泵,变量泵,定量泵,变量泵,变量马达,定量马达,在按结构形式分为三大类中：,额定转速高于500rmin的属于高速液压马达，额定转速低于500rmin的则属于低速液压马达。,对于液压马达，又可分为高速和低速两大类。,一般认为：,而高速液压马

6、达的基本形式有齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达(螺杆式马达)，低速液压马达主要是径向柱塞马达。,高速液压马达的主要特点是：转速较高、转动惯量小、便于起动和制动，调节(调速和换向)灵敏度高。通常高速马达的输出转矩不大，仅几十Nm 到几百Nm，又称高速小转矩液压马达。,低速液压马达的特点：排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构连接，不需减速装置，使传动机构大大简化。低速马达输出转矩较大，可达几千Nm到几万Nm，又称低速大转矩马达。,二、液压泵、液压马达的主要性能参数：,(一) 液压泵的主要性能参数：p40,工作压力 p 液压泵工作时的输出压力，其大小决定于负载；,额定压力 ps

7、 在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力 。,吸入压力 液压泵进口处的压力；,国际单位：Pa( N/m2) 工程单位: bar (kgf/cm2),换算关系 1bar (kgf/cm2)=105Pa ( N/m2)=0.1MPa,（一般液压泵有一定的过载能力，允许的最大过载压力为额定压力的 1. 25倍）,压力的单位:,排量V 是指在没有泄漏的理想情况下，液压泵 每转所排出的油液体积。,国际单位：m3/rad 工程单位 ：cm3/r(mL/r),2、排量 V,排量的单位:,换算关系 1mL/r= cm3/r = 10-6 m3/rad,3、流量,在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内

8、理 论上输出的油液体积。即,液压泵工作时实际输出的油液体积，其值为理 论流量qt 减去泄漏量 q , 即,(1) 平均理论流量 qt,(2) 实际流量 q,换算关系 L/min=16.6710-6m3/s,(3) 瞬时(理论)流量 qsh,液压泵任一瞬时理论输出的流量，一般它是 波动的，即qsh q ,(4) 额定流量 qs,液压泵在额定压力、额定转速下允许连续运行的流量。,流量的单位：,国际单位： m3/s 工程单位： L/min,液压泵的实际流量与理论流量的比值，称为泵的 容积效率v,即,4、容积效率v,5、功率,（1）输入功率Pr,驱动液压泵轴的机械功率为泵的输入功率，若输入 转矩为T，

9、角速度为，则,（2）输出功率 P,液压泵输出的液压功率，即实际流量q 和工作压力p 的乘积为输出功率。 P = pq,国际单位、工程单位都为KW。,功率的单位:,设T为实际输入转矩，Tt为理论输入的转矩，则,6、机械效率 m,因为有摩擦消耗能量，则实际输入的转矩大于 理论输入的转矩,液压泵的输出功率与输入功率之比为泵的总效率。,7、总效率,8、转速,额定转速 ns 指在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。,(2)最高转速nmax 指在额定压力下，超过额定转速允许短时间运行的最高转速。,(3) 最低转速nmin 指正常运转所允许的液压泵的最低转速。,(4)转速范围 最低转速与最高转速之间

10、的转速为其转速范围。,（二）、液压马达的主要性能参数 p61,1、压力,额定压力 按试验标准规定，能使马达连续正常运转的最高压力称额定压力 。,指在不考虑泄漏的情况下，马达每转一弧度 所需输入液体的体积。,工作压力 指马达输入油液的实际压力，其大小取决马达的负载；,2、排量 V,3、流量,理论流量是在不考虑泄漏的情况下，马达在单位时间内所需输入液体的体积。,实际流量是在考虑泄漏的情况下，马达在单位时间内所需输入液体的体积。,(1) 理论流量 qMt,(2) 实际流量 qM,P61 (31),4、容积效率 Mv,液压马达也有容积效率，与液压泵不同的是 马达的实际流量qM大于其理论的流量qMt,(

11、32) P61,马达的理论流量qMt与实际流量 qM之比为马达的容积效率Mv,5、功率,（1）输入功率PMi,为马达的进出口的压差 ，,（2）输出功率PMo,(39),(38)P62,6、机械效率Mm,液压马达也有机械效率，与液压泵不同的是 实际输出的转矩TM 小于其理论转矩TMt,(35)P62,马达的实际输出的转矩TM与理论转矩TMt之比称为马达的机械效率Mm,因为有摩擦消耗能量,马达输出功率PMo与输入功率PMi之比称马达的总效率 。,8、转矩和转速,7、总效率 M,(310)P62,（1）理论输出转矩 TMt,由能量守衡定理：,(36)P62,(2) 实际输出转矩 TM,（3）转速 n

12、,(33) P62,常用的计算公式：,计算泵的输入功率,计算泵的输出流量,计算马达的实际输出转矩,计算马达的实际输出转速,例 题 讲 解,例1、某液压泵的工作压力为6.3MPa，理论流量为63 Lmin，容积效率为0.9，机械效率为0.85，试求 （1）液压泵输出流量；（2）液压泵输出功率； （3）液压泵需输入功率。,（1）液压泵输出流量,解：,根据公式,（2 ）液压泵输出功率,根据公式,（3 ）液压泵需输入功率,根据公式,例2、某液压马达排量为250 mL/r，入口压力为10MPa，出口压力为0.5 MPa，容积效率和机械效率均为0.9，若输入流量为100 L/min，试求 (1) 液压马达

13、的实际输出转矩；(2) 液压马达的实际输出转速。,(1)液压马达实际输出转矩 TM,解,根据公式,(2) 液压马达实际输出转速 n,根据公式,答：(1) 液压马达的实际输出转矩为340N.m；(2) 液压马达的实际输出转速为360r/min。,例3、某液压马达的进油压力为10MPa，排量为20010-3L/r，总效率为0.75，机械效率为0.9， 试求 (1) 该马达输出的理论转矩；(2) 若马达的转速为500 r/min，则输入马达的流量为多少?(3) 若外负载为200 Nm（ n=500r/min）时马达的输入功率和输出功率各为多少?,解:,(1) 该马达输出的理论转矩,根据公式,由题意可

14、知,(2) n=500 r/min 时马达的理论流量,即输入马达的流量为120L/min。,(3) 当压力为10 MPa时，它输出的实际转矩为,当外负载为200 Nm，压力差(即马达进口压力)将 下降，不是10MPa，而是,马达的输入功率为:,马达的输出功率,答：(1) 该马达输出的理论转矩为318.3N.m；(2) 若马达的转速为500 r/min，则输入马达 的流量为120L/min；(3) 若外负载为200 Nm（ n=500r/min）时马 达的输入功率为14KW,输出功率为10.5KW 。,三、液压泵的特性曲线 p41,液压泵的特性曲线由试验得到，它反映了液压泵的性能。曲线的横坐标为

15、液压泵的工作压力P，纵坐标分别为液压泵的流量q、容积效率v、总效率等。(它是液压泵在特定的介质、转速和油温下试验而得) 。,由图示曲线可知,1、液压泵的实际流量和容积效率随其工作压力升高而降低；,2、泵的总效率随着压力升高而增大，在泵的额定压力下总效率最高，到达最高值后下降；,3、液压泵的输入功率随其工作压力升高而增加。,四、液压泵的图形符号,constant displacement pump,液压泵的图形符号,variable pump,五、液压马达的图形符号,单向变量马达,单向定量马达,constant displacement motor,液压马达的图形符号,双向定量马达,双向变量马达

16、,高压齿轮泵（p16 32MPa）,22 齿轮式液压泵与齿轮式液压马达,按结构分，齿轮泵可分为内啮合和外啮合两种， 外啮合齿轮泵应用广泛，我们主要讲它，简称为 齿轮泵 。,齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为：,齿轮式 液压泵,低压齿轮泵（p2.5MPa）,中压齿轮泵（p2.5 8MPa）,中高压齿轮泵（p8 16MPa）,一、齿轮泵(gear pump)的工作原理 p54,齿轮泵的壳内装有一对相同的外啮合齿轮，齿轮两侧靠端盖封闭，壳体、端盖(上、下端盖)和齿轮的各个齿间槽组成若干密封的工作腔，当齿轮按图示方向旋转时，吸油腔由于啮合着的轮齿退出啮合点，密封工作腔的容积逐渐增大，因而形成部分真空。油箱里的油液在大气压的作用下，经吸油管被吸入，充填所形成的部分真空，并随着齿轮旋转。当油液到达压油区时，由于齿轮逐渐进入啮合区，密封工作腔的容积不断减小，因而油液被压出去，液压泵不断地旋转，不断地完成吸油、压油过程。,