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第3章液压泵与液压马达
教学目的:1、掌握液压泵的工作原理及分类;2、掌握液压泵主要工作参数计
算;3、掌握齿轮泵工作原理和结构上存在的问题;4、重点掌握叶片泵的结构
特点、分类及工作原理
教学重点:1、液压泵的工作原理及分类;2、液压泵主要工作参数计算;3、
齿轮泵工作原理和结构上存在的问题;4、叶片泵的结构特点、分类及工作原
理
教学难点:;、分
类及工作原理
教学方法及手段:讲授法
课外作业:3-5,3-6,3-9
学时分配:7个学时
自学内容:
教学内容:
1、液压泵的工作原理
液压泵都是依靠密封容积变化的原理
来进行工作的,故一般称为容积式液
压泵,如图所示的是一单柱塞液压泵
的工作原理图。
1、压力
(1)工作压力;(2)额定压力;(3)最高允许压力。
2、排量和流量
(1)排量V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出
液体的体积叫液压泵的排量。
(2)理论流量q。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位
i
时间内所排出的液体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为V,其主轴转速为
授课内容备注
qVn
n,则该液压泵的理论流量q为:
ii
(3)实际流量q。液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积
称为实际流量。
(4)额定流量q。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压
n
力和额定转速下)必须保证的流量。
3、功率和效率
液压泵由电机驱动,输入量是转矩和转速(角速度),输出量是液体的压力和
流量;液压马达则刚好相反,输入量为液体的压力和流量,输出量是转矩和转
速(角速度)。如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失,则输出功率等于
输入功率,也就是他们的理论功率是:PpqpVnTi2Tn
iii
⑴液压泵的功率损失。
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。两者之间的差值即为功率损失,功率损失有容积损失和机械
损失两部分。
(2)液压泵的功率。
①输入功率P。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,
i
pT
当输入转矩为T,角速度为ω时,有:
0i0
②输出功率P。液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际、吸
o
压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积,即:ppq
式中:Δp为液压泵、吸压油口之间的压力差(N/m2);q为液压泵的实际输
出流量(m3/s);p为液压泵的输出功率(N·m/s或W)。
(3)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率
ppqpq
iv
pTTvm
i
i0
的比值,即:m
其中Δpq/ω为理论输入转矩T。
ii
授课内容备注
1、齿轮泵的工作原理
如图所示。它是分离三片式结
构,三片是指泵盖和泵体,泵体内装
有一对齿数相同、宽度和泵体接近而
又互相啮合的齿轮,这对齿轮与两端
盖和泵体形成一密封腔,并由齿轮的
齿顶和啮合线把密封腔划分为两部
分,即吸油腔和压油腔。两齿轮分别
用键固定在由滚针轴承支承的主动轴
和从动轴上,主动轴由电动机带动旋
转。
2、齿轮泵存在的问题
1)齿轮泵的困油问题:齿轮泵要能连续地供油,就要求齿轮啮合的重叠系数ε
大于1,也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时,另一对齿轮已进入啮合,这样,就出现
同时有两对齿轮啮合的瞬间,在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容
积,一部分油液也就被困在这一封闭容积中,齿轮连续旋转时,这一封闭容积便逐
渐减小,到两啮合点处于节点两侧的对称位置时,封闭容积为最小,齿轮再继续转
动时,封闭容积又逐渐增大,直到所示位置时,容积又变为最大。在封闭容积减小
时,被困油液受到挤压,压力急剧上升,使轴承上突然受到很大的冲击载荷,使泵
剧烈振动,这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热
等。当封闭容积增大时,由于没有油液补充,因此形成局部真空,使原来溶解于油
液中的空气分离出来,形成了气泡,油液中产生气泡后,会引起噪声、气蚀等一系
列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象极为严重地影响着泵
的工作平稳性和使用寿命。
2)径向不平衡力:齿轮泵在工作时,作用在齿轮外圆上的压力是不均匀的,
在压力腔和吸油腔齿轮外圆分别承受着系统工作压力和吸油压力;在齿顶圆与
泵体内孔的径向间隙中,可以认为油液压力由高压腔压力逐渐下降到吸油腔压
力。这些液体压力综合作用的合力,相当于给齿轮一个径向不平衡力,使齿轮
和轴承受载。
3)齿轮泵的径向不平衡力:齿轮泵工作时,
在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图
所示,泵的右侧为吸油腔,左侧为压油腔。在压
油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄
漏油,具有大小不等的压力,就是齿轮和轴承受
授课内容备注
到的径向不平衡力。液压力越高,这个不平衡力就越大,其结果不仅加速了轴承
的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。
q10
齿轮泵的实际输出流量q(1/min)为:v
式中:n-齿轮泵转速(rpm);Z-齿数;B-齿宽;m-模数;η-为齿轮泵的容
v
积效率。
1、单作用叶片泵的工作原理
如图所示,这种叶片泵在转子每转一周,每个工作空间完成一次吸油和压油,
因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转,泵就不断地吸油和排油。
2、单作用叶片泵的流量计算
泵的实际输出流量为:q2BeDn
v
式中:B-叶片宽度;e-转子与定子偏心距;D-定子内径;n-泵的转速;η
v
-泵的容积效率。
3、特点
(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时,吸油压油方向也相
反;
(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内;
(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压;
(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出,而使叶片有一个与旋转方向相
的反倾斜角,称后倾角,一般为24°。
授课内容备注
4、限压式变量叶片泵
限压式变量叶片泵是单作用叶片泵,根据前面介绍的单作用叶片泵的工作
原理,改变定子和转子间的偏心距e,就能改变泵的输出流量,限压式变量叶片泵
能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小来改变输出流量,其工作原理
如上图所示。
泵的工作压力愈高,偏心量就愈小,泵的输出流量也就愈小,控制定子移动
的作用力是将液压泵出口的压力油引到柱塞上,然后再加到定子上去,这种控
制方式称为外反馈式。
双作用叶片泵的工作原理如下图所示,泵也是由定子1、转子2、叶片3和
配油盘(图中未画出)等组成。当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和
压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并
且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作
用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,密封空间数(即叶片
数)应当是双数。
授课内容备注
(1)典型结构
下图所示为一种直轴式轴向柱塞泵的结构。随着传动轴的转动,液压泵连续
地吸油和排油。
(2)变量机构
若要改变轴向柱塞泵的输出流量,只要改变斜盘的倾角,即可改变轴向柱塞
泵的排量和输出流量。这种变量机构结构简单,但操纵不轻便,且不能在工作过
程中变量。
液压系统中常用液压泵的性能比较
性能外啮合轮泵双作用叶片限压式变量径向柱塞泵轴向柱塞泵
泵叶片泵
输出压力低压中压中压高压高压
流量调节不能不能能能能
效率低较高较高高高
输出流量脉很大很小一般一般一般
动
自吸特性好较差较差差差
对油的污染不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感
敏感性
噪声大小较大大大
一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构、功用和动转方式各不
,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中,
往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵;而在筑路机械、港口机械以及小型
工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选
择柱塞泵。
授课内容备注
1、液压马达的分类
液压马达与液压泵一样,按其结构形式分仍有齿轮式、叶片式和柱塞式;
按其排量是否可调仍有定量式和变量式。
液压马达一般根据其转速来分类,有高速液压马达和低速液压马达两类。
一般认为,额定转速高于500r/min的马达属于高速液压马达;额定转速低于
500r/min的马达属于低速液压马达。低速液压马达的输出转矩较大,所以又称
为低速大转矩液压马达。低速液压马达的主要缺点是:体积大,转动惯量大,
制动较为困难。
2、液压马达的工作原理和图形符号
以叶片式液压马达为例,通常是双作用的,其工作原理如上图所示。叶片
式液压马达一般都是双向定量液压马达。
为保证叶片马达正、反转的要求,叶片沿转子径向安放,进、回油口通径
一样大,同时叶片根部必须与进油腔相通,使叶片与定子内表面紧密接触,在
泵体内装有两个单向。阀
3、液压马达在结构上与液压泵的差异
(1)液压马达是依靠输入压力油来启动的,密封容腔必须有可靠的密封。
(2)液压马达往往要求能正、反转,因此它的配流机构应该对称,进出油口的
大小相等。
(3)液压马达是依靠泵输出压力来进行工作的,不需要具备自吸能力。
(4)液压马达要实现双向转动,高低压油口要能相互变换,故采用外泄式结
授课内容备注
构。
(5)液压马达应有较大的启动转矩,为使启动转矩尽可能接近工作状态下的转
矩,要求马达的转矩脉动小,内部摩擦小,齿数、叶片数、柱塞数比泵多一些。
同时,马达轴向间隙补偿装置的压紧力系数也比泵小,以减小摩擦。
虽然马达和泵的工作原理是可逆的,由于上述原因,同类型的泵和马达一
般不能通用。