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1、第三章 液压泵及液压马达,3.1 液压泵与液压马达作用 3.2 液压泵与液压马达工作原理 3.3 液压泵与液压马达分类 3.4 液压泵与液压马达参数 3.5 齿轮泵和齿轮马达 3.6 叶片泵和与叶片马达 3.7 柱塞泵和柱塞马达 3.8 液压泵的性能比较,3.1 液压泵及液压马达的作用,液压泵是液压系统的动力元件,将原动机输入的机械能转换为压力能输出,为执行元件提供压力油。液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速,是液压系统的执行元件。,3.2 工作原理 液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的,其工作原理如图所示.,液压马达的工作原理,液压系统中使用的液压马达也是容积式的, 从
2、原理上讲是把容积式泵逆用,即向泵中输入压 力油,就可使泵轴转动,输出转矩和转速,成为 液压马达。,液压泵正常工作的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积; 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化,容积由小变大吸油,由大变小压油;密闭容积增大到极限时,先要与吸油腔隔开,然后才转为排油;密闭容积减小到极限时,先要与排油腔隔开,然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。,液压泵与马达结构上的区别,1.一般泵进口尺寸出口尺寸,马达则进出口尺寸相同。 2.泵结构上有自吸能力,而马达则无此能力。 3.马达需正反转,内部结构一般对称,泵一般无此要求。 4.马达结构及
3、润滑要求要满足很宽的调速范围,泵高速而变化小。 5.马达需较大的启动扭矩,要求内部摩擦小。,液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为:定量泵(定量马达)变量泵(变量马达)按结构形式可分为:齿轮式叶片式柱塞式螺杆式,一、液压泵和液压马达的分类,3.3 液压泵和液压马达的分类,二、 液压泵和液压马达的图形符号,a.单向定量液压泵 b.单向变量液压泵 c.单向定量马达 d.单向变量马达 e.双向变量液压泵f.双向变量马达,a b c d e f,3.4 液压泵和液压马达的性能参数,流量与排量,二、排量:不考虑泄漏情况下,泵(马达)每转一圈所排出液体的体积,一般由其结构尺寸计算得来。,三、流量:单位
4、时间内流体流过任意截面的流体的体积。,1)理论流量:2)实际流量3)额定流量,额定压力、额定转速下泵输出的流量,四、转速,公称转速:nn:泵(马达)不产生空穴及气蚀下连续运转的速度。,最大转速:nmax:泵(马达)有零件磨擦限制的短期最高运转的速度。,最小转速:nmin:马达不产生爬行现象的最低稳定运转速度。,五、功率,理论输入功率,实际输入功率,理论输出功率,实际输出功率,泵,理论输入功率,实际输入功率,理论输出功率,实际输出功率,马达,六、效率,容积效率:经过容积损失后实际输出功率(流量)与理论输出功率(流量)之比,泵,马达,机械效率:理论输入功率(转矩)与实际输入功率(转矩)之比,容积效
5、率:经过容积损失后理论输入功率(流量)与实际输入 功率(流量)之比,机械效率:实际输出功率(转矩)与理论输出功率(转矩)之比,计算实例1,例题21 某液压系统,泵的排量V10m L/r,电机转速n1200rpm,泵的输出压力p=5Mpa 泵容积效率v0.92,总效率0.84,求:1) 泵的理论流量;2)泵的实际流量;3)泵的输出功率(实际);4)驱动电机功率。,解:1)泵的理论流量qt=vn10-3=10120010-312 L/min 2) 泵的实际流量q qtv120.9211.04 L/min 3)泵的输出功率4)驱动电机功率,计算实例1,计算实例2,已知泵的排量为160mL/r,转速为
6、1000r/min,机械效率为0.9,总效率为0.85;液压马达排量为140 mL/r ,机械效率0.9,总效率为0.8,系统压力为8.5MPa,不计管路损失,液压马达的转速是多少?其输出转矩是多少?驱动液压泵所需的转矩和功率是多少?,3.5 齿轮泵和齿轮马达,外啮合 内啮合,分类,按齿面,按齿形曲线,按啮合形式,直齿 斜齿 人字齿,渐开线 摆线,一、齿轮泵的分类,二、 外啮合齿轮泵原理和结构,1. 结构:,齿轮、壳体、端盖等,(一)外啮合齿轮泵的结构,典型结构,典型结构剖切图,CB齿轮泵 p = 2.5 MPa 卸荷槽 缩小压油口 减小端面间隙 0.030.04mm 增大吸油口 小槽 a (
7、泄油) 小孔,(二)、工作原理,吸油过程:轮齿脱开啮合 V p 吸油; 排油过程:轮齿进入啮合V p 排油。,工作原理 两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分,轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小,经压油口排油,退出啮合的一侧密闭容积增大,经吸油口吸油。,外啮合齿轮泵的排量公式,齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积。,齿轮泵的流量q(1/min)为:,V=DhB=2zm 2Bz 主动齿数,m 齿轮模数,B 齿宽,三、齿
8、轮泵结构特点,1. 困油现象,困油现象产生的原因 齿轮重迭系数1,在两对轮齿同时啮合时,它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积,此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化,先由大变小,后由小变大。,困油现象解决方法,困油现象的危害:闭死容积由大变小时油液受挤压, 导致压力冲击和油液发热,闭死容积由小变大时,会引起汽蚀和噪声。卸荷措施:在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽,2. 径向力不平衡,齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力 F 即为齿轮泵的径向力,减小径向力措施,(1) 合理选择齿宽及齿顶圆直径。 (2) 缩小压油腔尺寸。 (3) 延伸压
9、油腔或吸油腔。,减小径向力措施,(4) 通过在盖板上开设平衡槽,使它们分别与低、高压腔相通,产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。,3. 泄漏问题,1) 泄漏途径:轴向间隙 80% ql径向间隙 15% ql 啮合处 5% ql 2) 危害:v 3) 防泄措施:a) 减小轴向间隙b) 轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套,防泄措施,b) 轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套,a) 减小轴向间隙 小流量:间隙0.025-0.04 mm大流量:间隙0.04-0.06 mm,四、齿轮泵优缺点和用途,优点:体积小,重量轻,结构紧凑,工作可靠,自吸性能好,对油液污染不敏感,便
10、于 制造、维修。 缺点:效率低,流量脉动大,噪声高。 用途:工程机械、机床低压系统。,五、内啮合齿轮泵,1. 渐开线齿轮泵,特点: 结构紧凑,尺寸小,重量轻 流量脉动小,噪声小。,2. 摆线齿轮泵(转子泵),特点: 结构简单,体积小 重叠系数大,传动平稳 吸油条件好 齿形复杂,加工精度要 求高,造价高。 应用:机床低压系统,五、齿轮泵的常见故障及排除方法,六 、齿轮马达,1.结构特点:两个油口一样大, 有单独的泄油口。,3.6 叶片泵与叶片马达,一、叶片泵分类,优点:输出流量 均匀、脉动小、噪声低、 体积小。 缺点:自吸性能差、对油液污染敏感、结 构较复杂。,分类,单作用,双作用,每转排油一次
11、,每转排油两次,二. 双作用叶片泵,工作原理 旋转一周,完成二次吸油,二 次排油双作用泵 径向力平衡平衡式叶片泵 (两个吸油区,两个排油区),2、结构形式,结构特点:定子和转子同心;定子内曲线由四段圆弧 和四段过渡曲线组成;配油盘上有四个月牙形 窗口。,典型结构及结构特征,典型结构剖切图,3. 流量计算,其中:B - 叶片宽度R - 定子长轴半径r - 定子短轴半径 叶片倾角 叶片厚度,2) 流量:,1)排量:,1). 配油盘上的三角槽,原因: pV 油液倒流。 影响:流量脉动,噪声。 措施:开三角槽,减小困油。 作用:缓冲,避免压力突变, 减小流量脉动和噪声。,4. 结构特点,2). 叶片倾
12、角,作用:减小切向分力,减轻叶片和槽的磨损,避免卡死。一般取 = 1014 O YB 型叶片泵取 =13 O 叶片倾斜放置的泵不能反转,三、单作用叶片泵,1. 结构:,转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。,特点:定子和转子偏心;定子内曲线是圆;配油盘有二个月牙形窗口。叶片靠离心力伸出。,2. 工作原理,密封工作腔(转子、定子、叶片、配油盘组成) 吸油过程:叶片伸出V p 吸油; 排油过程:叶片缩回V p 排油。 旋转一周,完成一次吸油,一次排油 径向力不平衡非平衡式叶片泵,q = 4Re B,Q= 4Re Bnv,流量公式,排量公式,3、限压式变量叶片泵,1).结构特点:弹簧、反馈柱塞、限
13、位螺钉。,2).工作原理:靠反馈力和弹簧力平衡,控制偏心距的大小, 来改变流量。,转子中心固定, 定子可以水平移动 外反馈、限压,下图左中表示限压式变量叶片泵的原理,下图右为其特性曲线。泵的输出压力作用在定子右侧的活塞 1上。当压力作用在活塞上的力不超过弹簧2的预紧力时,泵的输出流量基本不变。当泵的工作压力增加,作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时,定子向左移动,偏心量减小,泵的输出流量减小。当 泵压力到达某一 数值时,偏心量接近零,泵没有流量输出。,限压式变量叶片泵的特性曲线,段:当工作压力p小于预先调定的限定压力pc,段:泵的供油压力p超过预先调整的压力pB,4. 优缺点及应用,优点:功率利
14、用合理,简化液压系统缺点:结构复杂,泄漏增加,m,v应用:要求执行元件有快速、慢速和保压的场合,四、双作用叶片马达,1)结构特点叶片沿转子径向放置(正反转)叶片根部加扭力弹簧有外泄口 2)工作原理F = p A= p ( R - r0 ) b - p ( r - r0 ) b= p ( R - r ) b 3)应用:高速、低扭矩及要求动作灵敏的场合。,五、叶片泵的常见故障及排除方法,3.7 柱塞泵和柱塞马达,轴向式,径向式,一、 轴向柱塞泵,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵,柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油,柱塞数必须大于等于3。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱
15、塞泵 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵,1 .工作原理,工作原理 缸体:均布Z 个柱塞孔,分布圆直径为D 柱塞滑履组: 柱塞直径为d 斜盘:相对传动轴倾角为 配流盘 传动轴,* 缸体转动 * 斜盘、配油盘不动,缸体、柱塞、配油盘、斜盘,* 柱塞伸出,低压油 机械装置,2.典型结构,3. 流量计算,排量:,一个密封空间:,流量:,式中:d - 柱塞直径D - 柱塞分布圆直径 - 斜盘倾角z - 柱塞数,q tg , q ; q 。 改变 的大小变量泵; 改变 的方向双向泵。,流量脉动率:,z为奇数,z为偶数,结论:柱塞数为奇数时流量脉动小,柱塞数越多,脉动越小。 一般取 z = 7、9、11,4.特点及应用,特点: 容积效率高,压力高。(v=0.98, p = 32 Mpa)(柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高,内泄小) 结构紧凑、径向尺寸小,转动惯量小; 易于实现变量; 构造复杂,成本高; 对油液污染敏感。应用: 用于高压、高转速的场合。,5. 结构分析,SCY14-1型轴向柱塞泵 (p = 32 MPa),缸体,柱塞滑履组,配流盘,结构特点,滑靴:降低接触应力,减小磨损。 柱塞的伸出:由弹簧压紧压盘,有自吸能力。 变量机构:手动变量机构。,