液压传动第3版

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1、书名：液压传动 第3版 ISBN： 978-7-111-26746-1 作者：丁树模 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,第三章 液压泵和液压马达 本章学习要求 1.掌握液压泵和液压马达的工作原理，熟悉液压泵和液压马达的职能符号。 2.掌握液压泵和液压马达的主要性能参数，熟悉各相关参数之间的关系式。 3.熟悉限压式变量叶片泵的流量压力特性，了解斜盘式轴向柱塞泵的结构要点。 4.了解各类液压泵的主要性能及应用场合。 5.了解轴向柱塞式液压马达、内曲线径向柱塞式液压马达和叶片式摆动液压马达的结构特点及应用。,液压泵是液压系统的动力元件，其功用是供给系统压力油。从能量观点看，它把原动机输入的机

2、械能转换为输出油液的压力能。液压马达则是液压系统的执行元件，它把输入油液的压力能转换为 输出轴转动的机械能，用来拖动负载作功。图3-1a、b所示为用符号表示泵和马达的能量转换关系。,第一节 液压泵概述 一、液压泵的基本原理及分类 图32所示为一单柱塞液压泵的工作原理。可见，液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的容积变化，故这种泵又称为容积式泵。构成容积式泵的两个必要条件是：1)有周期性的密封容积变化。密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。2)有配流装置。它保证密封容积由小变大时只与吸油管连通；密封容积由大变小时只与压油管连通。按照结构形式的不同，液压泵分为齿

3、轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式等类型；按照输出油液的流量可否调节，液压泵又有定量式和变量式之分。,图32,二、液压泵的性能参数1液压泵的压力(1)工作压力 液压泵的工作压力是指泵工作时输出油液的实际压力。(2)额定压力 泵在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力称为泵的额定压力。由于液压传动的用途不同，系统所需要的压力也不相同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，列于表 31中。,2液压泵的排量和流量 (1)排量 由泵的密封容腔几何尺寸变化计算而得的泵的每转排油体积称为泵的排量。排量用V表示，其常用单位为mL/r。(2)理沦流量 由泵的密封容腔几何尺寸变化计算而得

4、的泵在单位时间内的排油体积称为泵的理论流量。泵的理论流量等于排量和转速的乘积，即 qvt=Vn (3)实际流量 泵的实际流量是指泵工作时的实际输出流量。(4)额定流量 泵的额定流量是指泵在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的输出流量。由于泵存在泄漏，所以泵的实际流量或额定流量都小于理论流量。,3液压泵的功率(1)输出功率 泵的输出为液压能，表现为压力p和流量qv。以图33所示的泵缸系统为例，当忽略输送管路及液压缸中的能量损失时，液压泵的输出功率应等于液压缸的输入或输出功率，即泵的辅出功率Po有如下表达式：Po=Fv =pAv =pA(qv/A)=pqv上式表明，在液压传动系统中，液体所具有

5、的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积。(2)输入功率 液压泵的输入功率为泵轴的驱动功率，其值为Pi=2nTi 式中 Ti -液压泵的输入转矩； n -泵轴的转速。 液压泵在工作中，由于有泄漏和机械摩擦，就有能量损失，故 Po Pi 。,图33,4液压泵的效率(1)容积效率 液压泵实际流量与理沦流量的比值称为容积效率，以v表示v=qv/qvt=(qvt-qv)/qvt=1-qv/qvt 式中， qv 为液压泵的泄漏量，它是实际流量qv与理论流量qvt之间的差值。qv随p增大而增大，导致qv随p增大而减小，它们的变化曲线示于图3-4中。,(2)机械效率 液压泵在工作时存在机械摩擦(相对运动零件之

6、间的摩擦及液体粘性摩擦)，因此驱动泵所需的实际输入转矩Ti必然大于理论转矩Tt。理论转矩与实际输入转矩的比值称为机械效率，以m表示m=Tt/Ti因泵的理论功率(当忽略能量损失时)表达式为Pt = pqvt = pVn = 2nTt 则有 Tt = pV /2 故得 m = pV /2Ti(3)总效率 泵的输出功率与输入功率的比值称为泵的总效率 = Po/Pi = pqv /2nTi = (qv /Vn )( pV /2Ti) = vm,第二节 齿 轮 泵 一、齿轮泵的优缺点及结构形式(1) 优点 结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，允许转速较高，对油的污染不敏感，工作可靠

7、，便于维护修理。 (2) 缺点 流量脉动大，噪声大，排量不可调(定量泵)。(3) 结构形式 有外啮合式和内啮合式两种。,二、外啮合齿轮泵(一)外啮合齿轮泵的工作原理 (如图3-5所示)(二)外啮合齿轮泵的排量和流量 1.排量 V = dhb = 2zm2b 式中 d-齿轮节圆直径，d =mz；h-齿轮有效齿高，h =2m；b-齿轮齿宽；m-齿轮模数。通常按经验公式计算排量：V = 6.66zm2b,2.流量 qv = 6.66zm2bnv 上式中的qv是平均流量，而齿轮泵的瞬时流量是脉动的。设qvmax 、 qvmin表示最大、最小瞬时流量，则流量脉动率为 =(qvmax- qvmin)/ q

8、v齿数愈少，脉动率就愈大，其值最高可达20以上。流量脉动引起压力脉动，随之产生振动与噪声，所以高精度机械不宜采用齿轮泵。,(三)外啮合齿轮泵的结构要点(见图3-5、3-6、3-7)1.困油现象及其消除措施2.径向作用力不平衡及减小措施3.端面泄漏及端面间隙的自动补偿,三、内啮合齿轮泵1渐开线齿形内啮合齿轮泵(其结构原理见图3-8a)2. 摆线齿形内啮合齿轮泵 (其结构原理见图3-8b),第三节 叶 片 泵一、叶片泵的优缺点及结构形式(1)优点 主要有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小、重量轻等优点。(2)缺点 主要是对油液污染较敏感，转速不能太高。 (3)结构形式 有双作用式(常做成定量泵)和

9、单作用式(多为变量泵)两种。,二、双作用叶片泵 (一) 双作用叶片泵的 工作原理 (见图3-9) (二) 双作用叶片泵的 排量和流量 (见图3-9) 1.排量 V = 2(R 2r 2 )b 2.流量 qv = 2(R 2r 2 )bnv,(三) 双作用叶片泵的结构要点 1.定子过渡曲线(见图3-9) 2.径向作用力平衡(见图3-9) 3.端面间隙的自动补偿 (见图3-10),图3-10,4提高工作压力的主要措施 (1)双叶片结构(见图3-11) (2)子母叶片结构 (见图3-12),图3-11,图3-12,(四)双联叶片泵将两个双作用叶片泵的主要工作部件装在一个泵体内，同轴驱动，并在油路上实

10、现二泵并联工作，就构成双联叶片泵。双联叶片泵合用一个吸油口，有两个各自独立的出油口，二泵的输出流量可以分开使用，也可以合并使用。其作用如同两个独立的叶片泵，但结构紧凑。双联叶片泵多用于机床进给系统。,三、单作用叶片泵(一)单作用叶片泵 的工作原理(见图3-13)(二)单作用叶片泵 的排量和流量(见图3-13) 排量 V = 2beD流量 qv = 2beDnv上式表明，只要改变 偏心距e ，即可改变流量。,图3-13,(三)单作用叶片泵的结构要点(见图3-13)1定子和转子偏心安置2径向液压力不平衡 3叶片后倾(四)限压式变量叶片泵 1外反馈式变量叶片泵的工作原理(见图3-14),图3-14,

11、2内反馈式变量叶片泵的工作原理(见图3-15)3. 限压式变量叶片泵的流量压力特性(见图3-16),图3-15,图3-16,第四节 柱 塞 泵一、柱塞泵的优缺点及结构形式(1)优点 具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便等优点。 (2)缺点 结构较为复杂，价格最高。(3)结构形式 分为轴向式和径向式两种，轴向柱塞泵又有斜盘式和斜轴式两种结构形式 。二、斜盘式轴向柱塞泵(一)斜盘式轴向柱塞泵的工作原理(见图3-17),图3-17,(二)斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量 (见图3-18)排量 V = d 2D(tan )z /4流量 qv = d 2D(tan )z nv /4,图3-18,(三)

12、斜盘式轴向柱塞泵的结构要点 (见图3-17、3-19、3-20)1滑履结构2中心弹簧机构 3缸体端面间隙的自动补偿4变量机构5通轴与非通轴结构,图3-19,图3-20,三、斜轴式轴向柱塞泵 (工作原理如图3-21所示),图3-21,四、径向柱塞泵 (如图3-22所示)1.工作原理2. 优缺点 1)优点：流量大，工作压力较高，轴向尺寸小，工作可靠等；2)缺点：径向尺寸大，自吸能力差，径向力不平衡，配流轴易于磨损，泄漏间隙不能补偿。这些缺点限制了泵的转速和压力的提高，因而也制约了径向柱塞泵的实际应用。,图3-22,第五节 螺 杆 泵1.工作原理 (如图3-23所示)2.优缺点及应用1)优缺点 结构

13、简单紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，输油量均匀，噪声小，寿命长，自吸能力强，允许采用高转速，容积效率较高(可达0.95)，对油液的污染不敏感。2)缺点 螺杆齿形复杂，加工较困难，不易保证精度。3)应用 由于螺杆泵的优点相当突出，故在精密机床等设备中应用日趋广泛。,图3-23,第六节 各类液压泵的性能比较及应用,第七节 液压马达一、液压马达的作用和分类1)作用 液压马达是执行元件，它将液体的压力能转换为机械能，输出转矩和转速。2)分类 按照转速的不同，有高速马达和低速马达两大类；按照流量可否调节，又分为定量马达和变量马达两大类。此外，还有一种摆动马达。,二、液压马达的主要性能参数1.容积效率和转

14、速 容积效率 v = qvt/qv 转速 n = qvv/V 2.机械效率和转矩机械效率 m = T/Tt理论转矩 Tt = pV /2， 实际转矩 T = pVm /2式中的p 为马达进、出口间的工作压差。3.液压马达的总效率 = Po/Pi = mv可以看出，对于定量马达，V 为定值，在qv 和p 不变的情况下，输出转速n 和转矩T 皆不可变；对于变量马达，V 的大小可以调节，因而其输出转速n 和转矩T 是可以改变的，在qv 和p 不变的情况下，若使V 增大，则n 减小，T 增大。,三、高速小转矩液压马达高速的基本形式有齿轮式、叶片式、轴向柱塞式和螺杆式等，其结构与同类型的液压泵基本相同。

15、它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于起动、制动、调速和换向。 可通过图3-24了解轴向柱塞式(高速小转矩)液压马达的工作原理。,图3-24,四、低速大转矩液压马达 低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，其主要特点是排量大、低速稳定性好，因此，可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化。这种马达广泛用于工程、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。多作用内曲线径向柱塞式液压马达，简称内曲线马达，它具有尺寸较小、径向受力平衡，转矩脉动小、转动效率高、并能在很低转速下稳定工作等优点，因此获得了广泛的应用。内曲线马达的工作原理可通过图3-25来说明。,图3-25,五、摆动液压马达摆动液压马达又称摆动液压缸，它是实现往复摆动的执行元件。摆动液压马达输入为压力和流量，输出为转矩和角速度。图3-26所示为叶片式摆动液压马达的工作原理和图形符号。摆动液压马达结构紧凑，输出转矩大，但密封较困难，目前多用于中低压系统。,图3-26,本 章 结 束,