液壓與氣動技術(shù)單元二 液壓動力元件

《液壓與氣動技術(shù)》主講人：第2章液壓動力元件單元2液壓動力元件時間：目錄初識液壓泵1常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2液壓泵和電動機的選用3CONTENTS圖片PART01初識液壓泵2.1初識液壓泵2.1.1液壓泵的工作原理1.液壓泵：是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將原動機（電動機或內(nèi)燃機）的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能。2.容積式液壓泵的工作原理

目前液壓系統(tǒng)中使用的液壓泵，其工作原理幾乎都是一樣的，就是靠液壓密封的工作腔的容積變化來實現(xiàn)吸油和壓油的，因此稱為容積式液壓泵。當偏心輪由原動機帶動旋轉(zhuǎn)時，柱塞便在偏心輪和彈簧的作用下在泵體內(nèi)往復運動。圖片2.1初識液壓泵2.1.1液壓泵的工作原理由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。吸油：偏心輪旋轉(zhuǎn)時，當柱塞向右移動，密封容積逐漸增大，產(chǎn)生局部真空，油液便通過單向閥吸入。壓油：當柱塞向左移動時，密封容積逐漸增小，壓力增加，將已吸入的油液便通過單向閥排到系統(tǒng)中去。2.1初識液壓泵2.1.1液壓泵的工作原理3.容積式液壓泵的基本工作條件如果偏心輪的轉(zhuǎn)動中心在圓心上（e=0)會出現(xiàn)什么情況？為什么？工作條件1：有呈周期性變化的密封容積。密封工作容積大小是交替變化的，由小變大時吸油；由大變小壓油。e2.1初識液壓泵2.1.1液壓泵的工作原理3.容積式液壓泵的基本工作條件如果單向閥不裝或少裝會出現(xiàn)什么情況？為什么？工作條件2：有配油裝置。

配油是以兩個單向閥的開啟在泵外面實現(xiàn)的，保證密封容積由小變大時，只與吸油管相通；密封容積由大變小，只與壓油管相通。2.1初識液壓泵2.1.1液壓泵的工作原理3.容積式液壓泵的基本工作條件如果各液壓元件完好的情況下，液壓泵吸不上油的原因可能有哪些？工作條件3：吸油外部條件。

油箱內(nèi)液壓油的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。2.1初識液壓泵2.1.2液壓泵的分類按輸出流量是否可調(diào)定量泵變量泵按結(jié)構(gòu)分類齒輪泵葉片泵柱塞泵螺桿泵2.1初識液壓泵2.1.2液壓泵的分類液壓泵職能符號如下圖：(a)單向定量液壓泵(b)單向變量液壓泵(c)雙向定量液壓泵(d)雙向變量液壓泵2.1初識液壓泵2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)

用p表示，單位MPa工作壓力：實際工作時的輸出壓力取決于負載可變額定壓力：連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力與生俱來不變最高允許壓力：短時超載運行的最高壓力壓力排量是泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出液體體積的理論值。如泵排量固定，則為定量泵；排量可變，則為變量泵。用V表示，單位mm3/r，或mL/r2.1初識液壓泵2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)

流量泵單位時間內(nèi)排出的液體體積。用Q表示，單位m3/s，常用單位L/min理論流量Qth：泵單位時間內(nèi)理論上能排出的液體體積。不變

Qth=Vn實際流量Qac：泵單位時間內(nèi)實際排出的液體體積

隨壓力變化

Qac=Qth－ΔQ

2.1初識液壓泵2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)效率用η表示容積效率ηv：實際流量與理論流量的比值，隨壓力增大而減小。產(chǎn)生原因：泄漏表現(xiàn)為流量損失機械效率ηm：理論輸入轉(zhuǎn)矩和實際輸入轉(zhuǎn)矩的比值。產(chǎn)生原因：摩擦表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩的損失

ηm=Tth/Tac

ηv=Qac/Qth2.1初識液壓泵2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)

總效率用η表示

泵的實際輸出功率與輸入功率的比值也等于容積效率與機械效率的乘積泵的實際輸出功率Pac=pQac

η=ηvηm=

Pac/Pm圖片PART02常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

外嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪泵2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵1.外嚙合齒輪泵（1）工作原理：

密封容積形成：齒輪、泵體內(nèi)表面、前后泵蓋圍成。密封容積變化：齒輪退出嚙合,容積增大，吸油齒輪進入嚙合,容積減小，壓油吸壓油口隔開：兩齒輪嚙合線及泵蓋這里是學校LOGO和名稱2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵(2)泄漏三種途徑泄漏途徑端面泄漏齒頂與泵體間的泄漏嚙合處的泄漏約占齒輪泵總泄漏量的5%約占齒輪泵總泄漏量的20%～25%約占齒輪泵總泄漏量的75%～80%結(jié)論：泵工作壓力愈高，泄漏量愈大。要提高齒輪泵的工作壓力必須解決端面或軸向泄漏的問題。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

補償措施（主要是減少端面泄漏）1）浮動軸套補償原理：將壓力油引入軸套背面，使之緊貼齒輪端面，補償磨損，減小間隙。2）彈性側(cè)板式補償原理：將泵出口壓力油引至側(cè)板背面，靠側(cè)板自身的變形來補償端面間隙。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

（3）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉；2）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；3）自吸性能好，對油污不敏感；4）工作可靠，便于維護。缺點：1）流量脈動大；2）噪聲大；3）排量不可調(diào)。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

2.內(nèi)嚙合齒輪泵（1）漸開線齒形組成:小齒輪、內(nèi)齒環(huán)、月牙形隔板等。工作原理:小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)同向異速旋轉(zhuǎn)，右半部分輪齒退出嚙合，形成真空吸油。左半部分輪齒退出嚙合，容積減小，壓油。月牙板同兩齒輪將吸壓油口隔開。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

（2）擺線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵（擺線轉(zhuǎn)子泵）組成:

內(nèi)外轉(zhuǎn)子相差一齒且有一偏心距，因而不需設(shè)置月牙板。工作原理：

吸油—左半部分，輪齒脫開嚙合容積增大；壓油—右半部分，輪齒進入嚙合容積減小2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.1齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點優(yōu)點：無困油現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕；流量脈動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。缺點：不宜低速下工作，齒形復雜，加工困難，價格昂貴。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.2螺桿泵

液壓油沿螺旋方向前進，轉(zhuǎn)軸徑向負載各處均相等，脈動少，運動時噪聲低，可高速運轉(zhuǎn)，適合作大容量泵；但壓縮量小，不適合具有高壓的場合。一般用作燃油、潤滑油泵、氣泵，較少用作液壓泵。

2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.3葉片泵

雙作用葉片泵單作用葉片泵葉片泵2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.3葉片泵

1.雙作用葉片泵（1）組成和結(jié)構(gòu)特點1）定子內(nèi)腔由兩段長圓弧、兩段短圓弧和四段過度曲線組成;

2）轉(zhuǎn)子、定子同心安裝;

3）吸油區(qū)和壓油區(qū)間有一段封油區(qū)把它們隔開。

4）葉片前傾13°;

5）葉片頂部靠離心力和其底部高壓油的作用緊貼定子內(nèi)表面。

2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.3葉片泵

（2）工作原理密封工作腔V密形成：定子、轉(zhuǎn)子和相鄰兩葉片、配流

盤圍成。

V密變化：轉(zhuǎn)子逆轉(zhuǎn)，右上及左下，葉片伸出，V密增大吸油；左上及右下，葉

片縮回，V密減小壓油。

吸壓油口隔開：由配油盤上封油區(qū)及葉片實現(xiàn)2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.3葉片泵

（3）性能特點1）∵

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，吸、壓油各兩次，輸油量均勻，脈動小，運動平穩(wěn)，噪聲低。

∴稱雙作用式

2）∵

吸、壓油口對稱，徑向力平衡，磨損小。

∴又稱卸荷式

3）葉片前傾轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向13°按裝。

4）葉片靠根部油壓和離心力緊貼定子內(nèi)壁。

5）吸油區(qū)與壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將它們隔開。（4）應(yīng)用場合：一般用于要求運動平穩(wěn)、噪聲小，工作環(huán)境較好的中等壓液壓系統(tǒng)。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.3葉片泵

2、單作用葉片泵（1）組成轉(zhuǎn)子

定子葉片配油盤

傳動軸殼體（2）工作原理密封工作腔v密形成：

定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配流盤圍成。

密封工作腔v密變化：

轉(zhuǎn)子順轉(zhuǎn)，左半周，葉片伸出，密封容積增大，吸油；右半周，葉片縮回，密封容積減小，壓油吸、壓油腔隔開：

配油盤上封油區(qū)和葉片

2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵

1、分類按柱塞排列方式分軸向柱塞泵斜盤式斜軸式徑向柱塞泵2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵

2.工作原理：通過柱塞在液壓缸內(nèi)做往復運動來實現(xiàn)吸油和壓油。2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵

3.特點∵圓形構(gòu)件配合，加工方便，精度高，密封性好,

主要零件處于受壓狀態(tài)，材料強度性能得以充分利用。∴有如下特點：（1）工作壓力高，效率高。（2）易于變量和換向。（3）流量范圍大。缸體和配油盤柱塞滑履組2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵

4、

徑向柱塞泵組成：定子、轉(zhuǎn)子、柱塞、配油銅套（隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)）、配油軸（不旋轉(zhuǎn)）2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵

4、

徑向柱塞泵密封工作腔V密的形成—柱塞、缸體、配油軸增大，上半周，V密增大，吸油下半周，V密減小，壓油吸壓油口隔開—配油軸和配油銅套2.2常用液壓泵的結(jié)構(gòu)原理分析2.2.4柱塞泵5、軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵工作密封腔V密的形成——柱塞、缸體、配油盤組成。右半周，V密增大，a吸油，左半周，V密減小，b壓油。吸壓油口隔開——配油盤上的封油區(qū)及缸體底部的通油孔2.3液壓泵和電動機的選用

選擇泵的類型根據(jù)設(shè)備工況、功率和性能要求選擇選擇泵的型號根據(jù)系統(tǒng)要求的壓力、流量選擇選擇電動機根據(jù)液壓泵的功率和轉(zhuǎn)速配套選擇順序2.3液壓泵和電動機的選用2.3.1液壓泵的選擇

1、液壓泵類型的選用齒輪泵外嚙合：自吸性能好，對油污染不敏感，結(jié)構(gòu)簡單，造價低；但脈動大，噪聲大，泄漏大，效率低；輸出低壓。內(nèi)嚙合：對油不敏感，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，運動平穩(wěn)，噪聲?。坏退傩实?，造價高；輸出低壓。葉片泵雙作用：徑向力平衡，運動平穩(wěn)，脈動很小，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高；但自吸性能較差，對油污染敏感，不可變量；輸出中壓。單作用：運動較平穩(wěn)，噪聲一般，可變量，效率較高；但自吸性能較差，對油污染敏感，徑向力不平衡，脈動較大；輸出中壓。柱塞泵軸向式：受力性能好，效率高，可變量變向，脈動一般；但自吸能力差，對油污染敏感，噪聲較大，尺寸大，結(jié)構(gòu)復雜；輸出高壓。徑向式：受力性能好，效率高，可變量變向；但脈動較大，自吸能力差，對油污染敏感，噪聲較大，尺寸大，結(jié)構(gòu)復雜，定子磨損大，壽命短，逐漸被軸向柱塞泵代替；輸出高壓2.3液壓泵和電動機的選用2.3.1液壓泵的選擇

類

型項

目外嚙合齒輪泵雙作用葉片泵單作用葉片泵軸向柱塞泵螺桿泵工作壓力（MPa）＜206.3～21≤720～35＜10轉(zhuǎn)速（r/min）500～3

500500～4

000500～2

000750～3

000500～4

000排量（cm3）12～2505～3005～160100～8004～630流量調(diào)節(jié)不能不能能能不能容積效率0.70～0.950.80～0.950.80～0.900.90～0.980.75～0.95總效率0.60～0.850.75～0.850.70～0.850.85～0.950.70～0.85流量穩(wěn)定性差好中中很好噪聲大小中大很小價格最低中較高高較高壽命較短較長較短長很長功率/重量中中小大中2.3液壓泵和電動機的選用2.3.1液壓泵的選擇

負載小、功率小的液壓系統(tǒng)，可用齒輪泵、雙作用葉片泵；精度較高的機械設(shè)備（磨床），可用雙作用葉片泵、螺桿泵；負載大又有快，慢工作行程的機械設(shè)備，可選用限壓變量泵和雙聯(lián)泵；負載大、功率大的設(shè)備（刨床、拉床、壓力機）可選用柱塞泵；機械設(shè)備廠的輔助裝置（送料、夾緊等不重要的場合，可選用價格低廉的齒輪泵。2.3液壓泵和電動機的選用2.3.1液壓泵的選擇

2、液壓泵規(guī)格的選用（1）壓力根據(jù)執(zhí)行元件的最大工作壓力來確定P泵=Kpp缸P泵為液壓泵所需要提供的壓力；Kp為系統(tǒng)中壓力損失系數(shù)，一般取1.3～1.5；

p缸為液壓缸中所需的最大工作壓力。2.3液壓泵和電動機的選用2.3.1液壓泵的選擇

2、液壓泵規(guī)格的選用（2）流量根據(jù)執(zhí)行元件所需的最大流量來確定Q泵=KQQ缸Q泵為液壓泵所需輸出的流量；KQ為系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3；

Q缸為液壓缸中所需提供的最大流量。2.3液壓泵和電動機的選用2.3.2電動機參數(shù)的選擇

根據(jù)液壓泵的功率計算出電動機所需要的功率，再考慮液壓泵的轉(zhuǎn)速，然后從電動機樣本中合理地選定標準的電動機。Pm=P泵×

Q泵/η

式中：Pm為電動機所需的功率；

P泵為泵所需的最大工作壓力；

Q泵為泵所需輸出的最大流量；

η為泵的總效率。2.3液壓泵和電動機的選用2.3.2電動機參數(shù)的選擇

【例2-2】已知某液壓系統(tǒng)工作時，活塞上所受的外載荷為F=9

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N，活塞有效工作面積為A=0.008m2，活塞運動速度為υ=0.04m