情境二液壓泵的拆裝與結(jié)構(gòu)分析(白柳)

情境二液壓泵的拆裝與結(jié)構(gòu)分析液壓與氣動(dòng)控制情境描述

2.1

泵的工作原理

2.2

液壓泵和液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)

2.3

泵的分類與結(jié)構(gòu)

2.4泵和馬達(dá)的符號(hào)

2.5

液壓泵的選用主要內(nèi)容液壓泵液壓馬達(dá)功用上—相反結(jié)構(gòu)上—相似原理上—互逆泵和馬達(dá)的關(guān)系是動(dòng)力元件，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，向系統(tǒng)供油。是執(zhí)行元件，將泵輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)工作機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的液壓泵是依靠泵的密封工作腔的容積變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的，因而稱為容積泵。2.1泵的工作原理偏心輪旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，向下運(yùn)動(dòng)吸油，向上運(yùn)動(dòng)排油。P30液壓泵的三個(gè)工作條件必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件和非運(yùn)動(dòng)件所構(gòu)成的密閉容積；密閉容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)作周期性的變化，容積由小變大——吸油，由大變小——壓油；密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。單柱塞泵怎樣實(shí)現(xiàn)這一要求？通過兩個(gè)單向閥P302.2液壓泵和液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)1、工作壓力p：液壓泵實(shí)際工作時(shí)輸出油液的壓力稱為工作壓力。（一）工作壓力和額定壓力其數(shù)值取決于外負(fù)載的大小。如果負(fù)載是串聯(lián)的，泵的工作壓力是這些負(fù)載壓力之和，如果是并聯(lián)的，則泵的工作壓力決定于并聯(lián)負(fù)載中最小的負(fù)載壓力。當(dāng)泵的出口直接接油箱（p≈0）時(shí)，稱為泵的卸荷。液壓泵的壓力不能無限制的增大，在其輸出口應(yīng)設(shè)置溢流閥，來限制泵的最高壓力，起過載保護(hù)作用。2、額定壓力pn：液壓泵在正常工作條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)允許達(dá)到的最高壓力，它反映了泵的能力。一般液壓泵銘牌上標(biāo)注的壓力為額定壓力。超過此壓力稱為液壓泵過載。額定壓力是選擇液壓泵的重要數(shù)據(jù)之一。P31

4、額定流量qn

：液壓泵在正常工作條件下,按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下)必須保證的流量。3、實(shí)際流量：液壓泵在某一具體工況下,單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積稱為實(shí)際流量,它等于理論流量減去泄漏流量。（二）排量和流量1、排量：液壓泵每轉(zhuǎn)一周排出液體的體積叫液壓泵的排量。（用V表示），排量只與泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。2、理論流量qt：液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積。容積泵的流量大小取決于密封工作腔容積變化的大小和次數(shù)。若不計(jì)泄漏，流量與壓力無關(guān)。qt=Vn一般液壓泵銘牌上標(biāo)注的流量為額定流量。額定流量也是選擇液壓泵的重要數(shù)據(jù)之一。P321、液壓泵的輸出功率：是指液壓泵在工作過程中向系統(tǒng)供應(yīng)的壓力和輸出流量的乘積（三）功率及效率液壓泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量；液壓馬達(dá)則相反。如果不考慮液壓泵（液壓馬達(dá)）在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率就等于輸入功率。但是實(shí)際上，液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率(驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)所需的功率)。P322.液壓泵的總效率η：容積效率：ηV——因內(nèi)泄漏而造成的流量上的損失，隨壓力增大而減小。機(jī)械效率：ηm——

因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。P33根據(jù)泵的輸出功率和轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)。

（四）電機(jī)的選擇各種泵的總效率大致為：齒輪泵0.6~0.7，葉片泵0.6～0.75；柱塞泵0.8～0.85，螺桿泵0.65～0.8。實(shí)例計(jì)算例1某液壓系統(tǒng)，泵的排量V＝10mL/r，電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1200r/min，泵的輸出壓力p=5MPa，泵容積效率ηV＝0.92，總效率η＝0.84，求：1）泵的理論流量；2）泵的實(shí)際流量；3）泵的輸出功率；4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。解：1）泵的理論流量為qt=V·n·10-3=10×1200×10-3＝12(L/min)2)泵的實(shí)際流量為q＝qt·ηV＝12×0.92＝11.04(L/min)3)泵的輸出功率為

4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為

1、某液壓泵的輸出壓力5MPa，排量為10mL/r，機(jī)械效率為0.95，容積效率為0.9，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，泵的輸出功率和驅(qū)動(dòng)泵的電機(jī)功率各為多少？2、某液壓泵的轉(zhuǎn)速為950r/min，排量V＝168mL/r，在額定壓力為29.5MPa和同樣轉(zhuǎn)速下，測(cè)得的實(shí)際流量為150L/min，額定工作情況下的總效率為0.87，求：1）泵的理論流量；2）泵的容積效率和機(jī)械效率；3）泵在額定工作情況下，所需的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率。練習(xí)2.3泵的分類齒輪泵葉片泵柱塞泵外嚙合式內(nèi)嚙合式定量式變量式定量式軸向斜軸式液壓泵變量式軸向斜軸式徑向式實(shí)物圖片實(shí)物圖片實(shí)物圖片一、齒輪泵1、結(jié)構(gòu)原理動(dòng)畫1、密封容積形成—齒輪、泵體內(nèi)表面、前后泵蓋2、密封容積變化—齒輪退出嚙合,容積↑吸油齒輪進(jìn)入嚙合,容積↓壓油3、吸壓油口隔開—兩齒輪嚙合線2.3泵的分類P33外嚙合齒輪泵實(shí)物圖外嚙合齒輪泵實(shí)物結(jié)構(gòu)圖2、外嚙合齒輪泵的流量計(jì)算式中：z——齒數(shù)；m——模數(shù)；b——齒寬；n——齒輪泵的轉(zhuǎn)速；

ηv——齒輪泵容積效率。

齒輪節(jié)圓直徑一定時(shí)，為增大泵的排量，應(yīng)增大模數(shù)，減小齒數(shù)。但是齒數(shù)太少——問題？齒數(shù)越少，脈動(dòng)越大為什么？P34最大排量250cm3/r壓力低，最大壓力250bar

(1bar=105Pa=0.1MPa=1工程大氣壓=1千克力)僅為定排量調(diào)速范圍大噪聲一般對(duì)液壓油污染不敏感效率低結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕成本低。3、外嚙合齒輪泵優(yōu)缺點(diǎn)P364、齒輪泵的三個(gè)問題（1）困油現(xiàn)象

a→b容積縮小p↑高壓油從一切可能泄漏的縫隙強(qiáng)行擠出，使軸和軸承受很大沖擊載荷，泵劇烈振動(dòng)，同時(shí)無功損耗增大，油液發(fā)熱。a→c容積增大p↓

形成局部真空，產(chǎn)生氣穴，引起振動(dòng)、噪聲、汽蝕等。齒輪重合度ε＞1，在兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合時(shí)，它們之間將形成一個(gè)與吸、壓油腔均不相通的閉死容積，此閉死容積隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)其大小發(fā)生變化。P35消除困油現(xiàn)象的方法：

通常是在端蓋上開卸荷槽，兩槽間距α為最小閉死容積，如下圖的虛線方框所示，當(dāng)封閉容積減小時(shí)（圖a到圖b），通過右邊的卸荷槽與壓油腔相通，而封閉容積增大時(shí)（圖b到圖c），通過左邊的卸荷槽與吸油腔相通，兩卸荷槽的間距必須確保在任何時(shí)候都不使吸、排油腔相通。

齒輪泵工作時(shí)，作用在齒輪外圓和軸承上的徑向液壓力是不均勻的。如右圖所示，泵的左側(cè)為吸油腔，油壓力小，一般稍低于大氣壓力；右側(cè)為壓油腔，油壓力大，通常為泵的工作壓力。由于泵體內(nèi)表面與齒頂圓間有徑向間隙，在此間隙中由壓油腔到吸油腔的油壓力是逐步分級(jí)降低的，這些力的合力，就是齒輪和軸承受到的不平衡的徑向力。泵的工作壓力越高，這個(gè)不平衡力就越大，其結(jié)果不僅加速軸承的磨損，降低了軸承的壽命，甚至使軸變形，造成齒頂和泵體內(nèi)表面摩擦等。（2）徑向不平衡力P35a減小壓油孔（常用方式）b增大徑向間隙，加徑向浮動(dòng)塊（以增加徑向泄漏為代價(jià)）c增加軸承承載能力改進(jìn)措施：d開壓力平衡槽通過在蓋板上開設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用力，但是，它是以增加徑向泄漏為代價(jià)的。（3）泄漏齒輪泵壓油腔向吸油腔泄漏的三條途徑：

端面泄漏

q泄=75%~80%；徑向間隙泄漏q泄=15%~20%；嚙合線泄漏q泄=5%。危害：容積效率降低，輸出壓力不易提高。端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償措施：

采用靜壓平衡在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板，在浮動(dòng)零件的外側(cè)引入壓力油，讓作用在外側(cè)的液壓力稍大于里側(cè)的液壓力，保證浮動(dòng)軸套始終緊貼齒輪端面，減小端面軸向間隙泄漏，提高工作壓力。

P34內(nèi)嚙合齒輪泵簡(jiǎn)介特點(diǎn):無困油現(xiàn)象;流量脈動(dòng)小，噪聲低;采取間隙補(bǔ)償措施后，泵的額定壓力可達(dá)30MPa。原理:一對(duì)相互嚙合的小齒輪和內(nèi)齒輪與側(cè)板所圍成的密閉容積被輪齒嚙合線分割成兩部分，當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒脫開嚙合的一側(cè)密閉容積增大，為吸油腔；輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，為壓油腔。原理：相互嚙合的螺桿與殼體之間形成多個(gè)密閉容積，每個(gè)密閉容積為一級(jí)。當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)主螺桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，左端密閉容積逐漸形成，容積增大為吸油腔；右端密閉容積逐漸消失，容積減小為壓油腔。特點(diǎn)：流量均勻，噪聲低；自吸性能好。螺桿泵簡(jiǎn)介二、葉片泵1、結(jié)構(gòu)原理1、密封容積形成—兩相鄰葉片、定子、轉(zhuǎn)子及配油盤2、密封容積變化—左從下到上,容積↑吸油,右從上到下,容積↓壓油3、吸壓油口隔開—配油盤2.3泵的分類P372、葉片泵的分類單作用葉片泵：轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次?？捎米髯兞勘?。雙作用葉片泵：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)滑動(dòng)兩次，完成兩次吸油和壓油。只能作定量泵。單作用葉片泵結(jié)構(gòu)組成：定子：內(nèi)環(huán)為圓轉(zhuǎn)子：與定子存在偏心e，轉(zhuǎn)子內(nèi)有Z個(gè)葉片槽葉片：在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)自由滑動(dòng)，寬度為B兩端配流盤：銑有吸、壓油窗口傳動(dòng)軸P36工作原理：由定子內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)子外圓和兩配流盤及葉片組成兩部分密閉工作腔。傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片在離心力作用下緊貼定子內(nèi)表面，因定子與轉(zhuǎn)子之間有偏心，故有一部分密閉工作腔容積將減小，受擠壓的油液經(jīng)配流窗口排出，一部分密閉工作腔容積將增大形成真空，經(jīng)配流窗口從油箱吸油。單作用葉片泵的特點(diǎn)：定子曲線：?jiǎn)巫饔萌~片泵定子內(nèi)表面為圓面;葉片傾角：為使葉片在離心力作用下順利伸出，葉片后傾θ角，一般為24°;徑向力：轉(zhuǎn)軸所受徑向力不平衡，有徑向不平衡力;根部通油：葉片槽根部分別接通吸、壓油腔，葉片厚度對(duì)排量無影響;葉片數(shù)：因瞬時(shí)理論流量是脈動(dòng)的。葉片數(shù)取為奇數(shù)，以減小流量的脈動(dòng)，一般為13或15片;變量泵：可以通過改變定子的偏心距e來調(diào)節(jié)泵的排量和流量;葉片伸出：主要靠離心力作用。P38單作用葉片泵的流量計(jì)算P38變量葉片泵分類：限壓式變量葉片泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：定子右邊控制活塞作用著泵的出口壓力油，左邊作用著調(diào)壓彈簧力Fs。當(dāng)F=PAx<Fs時(shí)，定子處于右極限位置，e=emax，泵輸出流量最大。若泵的壓力隨負(fù)載增大，導(dǎo)致F=PAx>Fs，定子將向偏心距減小的方向移動(dòng)，泵開始變量?！鶩s←PAX動(dòng)畫P40是一種單作用葉片泵，能夠根據(jù)輸出壓力的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)偏心距e，從而改變泵的輸出流量。調(diào)節(jié)定子右邊的流量調(diào)節(jié)螺釘，改變emax

,AB線上下平移調(diào)節(jié)左邊的壓力調(diào)節(jié)螺釘即調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力，BC線左右平移更換彈簧，改變彈簧剛度，BC線斜率變化→←PAXFXABCPqPB變量葉片泵的特性曲線當(dāng)P<PB時(shí)q=f(emax)p—q不變AB段當(dāng)P>PB時(shí)q=f(e)p—q減小BC段限定壓力pB和最大流量如何調(diào)節(jié)？應(yīng)用？P41動(dòng)畫雙作用葉片泵工作原理:由定子內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)子外圓和兩側(cè)配流盤組成的密閉工作容積被葉片分割為四部分，傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片在離心力作用下緊貼于定子內(nèi)表面，因定子內(nèi)環(huán)由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧和四段過渡曲線組成，故有兩部分密閉容積將減小，受擠壓的油液經(jīng)配流窗口排出，兩部分密閉容積將增大形成真空，經(jīng)配流窗口從油箱吸油。P39雙作用葉片泵的流量計(jì)算：式中θ——葉片的傾角b——葉片厚P39結(jié)構(gòu)組成：定子:其內(nèi)環(huán)由兩段大半徑圓弧，兩段小半徑圓弧，和四段過渡曲線組成轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子內(nèi)有Z個(gè)葉片槽，且與定子同心，寬度為B葉片:在葉片槽內(nèi)能自由滑動(dòng)兩側(cè)配流盤:開有對(duì)稱布置的吸、壓油窗口傳動(dòng)軸：帶有花鍵槽，由軸承支撐雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：定子曲線：由八段弧線組成，兩段半徑為r的圓弧，兩段長(zhǎng)半徑為R的圓弧，四段夾角為α的過渡曲線：等加（減）速曲線阿基米德螺旋線葉片傾角：葉片前傾θ角，常取10°~14°。徑向力：轉(zhuǎn)軸所受徑向力平衡，無徑向不平衡力根部通油：為保證葉片自由滑動(dòng)且始終緊貼定子內(nèi)表面，葉片槽根部全部與壓油腔相通。葉片數(shù)：合理設(shè)計(jì)葉片數(shù)（Z≥8，偶數(shù)），可使理論流量均勻，噪聲低。定量泵：雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、壓油各兩次，為定量泵。葉片伸出：主要靠離心力和壓力油作用。P40最大排量200cm3/r壓力較高，最大壓力280bar僅為定排量電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加)低噪聲效率較高。3、定量式葉片泵的特性2.3泵的分類三、柱塞泵1、結(jié)構(gòu)原理動(dòng)畫1、密封容積形成—柱塞與腔2、密封容積變化—右從下到上,容積↑吸油左從上到下,容積↓壓油3、吸壓油口隔開—配油盤

安裝P42最大排量750cm3/r壓力高，最大壓力350/400bar噪聲大對(duì)液壓油污染敏感效率高工作壽命長(zhǎng)體積大適合于各種液壓油成本高。2、軸向柱塞泵的特性2.4泵和馬達(dá)的符號(hào)液壓泵液壓馬達(dá)定量泵

變量泵雙向變量泵

雙向定量泵

液壓馬達(dá)與液壓泵的區(qū)別從原理上講，液壓泵與液壓馬達(dá)可以互換，但結(jié)構(gòu)有差異1、泵的進(jìn)油口比出油口大，馬達(dá)的進(jìn)、出油口相同2、結(jié)構(gòu)上要求泵有自吸能力3、馬達(dá)要正反轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；泵單方向轉(zhuǎn)，不要對(duì)稱4、要求馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑，能保證在寬速度范圍內(nèi)正常工作5、液壓馬達(dá)應(yīng)有較大的起動(dòng)扭矩和較小的脈動(dòng)？性能

外嚙合齒輪泵

雙作用葉片泵

限壓式變量葉片泵

徑向柱塞泵

軸向柱塞泵

螺桿泵

輸出壓力

低壓

中壓

中壓

高壓

高壓

低壓

流量調(diào)節(jié)

不能

不能

能

能

能

不能

效率

低

較高

較高

高

高

較高

輸出流量脈動(dòng)

很大

很小

一般

一般

一般

最小

自吸特性

好

較差

較差

差

差

好

對(duì)油的污染敏感性

不敏感

較敏感

較敏感

很敏感

很敏感

不敏感

噪聲

大

小

較大

大

大

最小

液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的性能比較

2.5液壓泵的選用P46選用原則：是否要求變量：小功率場(chǎng)合選用定量泵；大功率場(chǎng)合，選用變量泵較為合理。工作壓力：齒輪泵多用于低壓液壓系統(tǒng)（2.5MPa以下），葉片泵多用于中壓液壓系統(tǒng)（6.3MPa以下），柱塞泵多用于高壓液壓系統(tǒng)（10MPa以下）。工作環(huán)境：齒輪泵的抗污能力最好噪聲指標(biāo)：雙作用葉片泵和螺桿泵屬低噪聲泵效率：軸向柱塞泵的總效率最高機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線等中低壓液壓系統(tǒng)？筑路機(jī)械、港口機(jī)械及小型工程機(jī)械？拉床和壓力機(jī)等負(fù)載大、功率大的液壓系統(tǒng)？正確選泵復(fù)習(xí)題2-1常用的液壓泵有