液压与气压传动 第章液压泵与液压马达.ppt

第3章液压泵与液压马达 3 1液压泵与液压马达概述3 1 1液压泵的工作原理3 1 2液压泵的分类3 1 3液压泵的主要性能参数3 2齿轮泵3 2 1齿轮泵工作原理3 2 2外啮合齿轮泵的排量和流量3 2 3KCB型齿轮油泵3 2 4齿轮泵存在问题3 3叶片泵3 3 1单作用叶片泵3 3 2双作用叶片泵 第3章液压泵与液压马达 3 4柱塞泵3 4 1径向柱塞泵3 4 2轴向柱塞泵3 5液压泵的类型选用3 6液压泵常见故障及排除方法3 6 1液压泵的安装要求3 6 2液压泵的使用注意事项3 6 3液压泵故障分析及排除3 7液压马达3 7 1液压马达的分类3 7 2液压马达的工作原理及图形符号3 7 3液压马达的主要性能参数 第3章液压泵与液压马达 3 1液压泵与液压马达概述 液压泵和液压马达在液压系统中都属于能量转换装置 液压泵是动力装置 它将电机输出的机械能转变成液体的压力能 为系统提供一定流量和压力的液体 液压马达是执行元件 它将液体的压力能转变成机械能 使执行元件输出一定的转矩和转速 从而驱动负载运动 第3章液压泵与液压马达 第3章液压泵与液压马达 1 工作原理单柱塞液压泵的工作原理如图3 1所示 吸油阀6和排油阀7均是单向阀 柱塞2和泵体5之间是间隙配合密封 它们组成了一个密封可变的工作容积4 柱塞2依靠弹簧3压在偏心轮1上 偏心轮转动时 柱塞作往复直线运动 当柱塞向右移动时 密封可变的工作容积4逐渐增大 形成真空 油箱的油液在大气压力作用下通过吸油阀6进入工作容积4 此时排油阀7关闭 以防系统油液回流 从而完成一个吸油过程 当柱塞向左移动时 密封可变的工作容积4逐渐减小 油液受挤压 压力增大 工作容积4内的液体通过排油阀7压出 进入液压系统 此时吸油阀6关闭 防止油流回油箱 从而完成了一个压油过程 由于液压泵是靠密封工作容积的变化来实现吸油和排油的 故称其为容积式泵 3 1 1液压泵的工作原理 第3章液压泵与液压马达 a b c d 图3 1液压泵的工作原理及图形符号a 液压泵的工作原理b 一般符号c 定量泵d 变量泵1 偏心轮2 柱塞3 弹簧4 工作容积5 泵体6 7 单向阀 容积式泵的工作原理 第3章液压泵与液压马达 第3章液压泵与液压马达 2 构成液压泵的必备条件从液压泵的工作原理可知 构成液压泵必须具备下列条件 1 容积式液压泵必须具备密封可变的工作容积 吸油和压油过程是依靠工作容积的变化来实现的 2 必须具备配油装置 泵在吸油时密封可变的工作容积必须与油箱相通 排油口关闭 在压油时密封可变的工作容积与排油口相通 而与油箱不通 由吸油到压油或由压油到吸油的转换称为配流 图3 1中分别由单向阀6 7来实现的 阀6和7称为配流装置 3 油箱压力应大于泵吸油口的压力 第3章液压泵与液压马达 1 按输出流量是否可变分类液压泵分为定量泵和变量泵 定量泵是指泵的输出流量是不能调节的 变量泵是指泵的输出流量是可以调节的 2 按输出油液的方向是否可变分类液压泵分为单向液压泵和双向液压泵 单向液压泵是指泵的输出油液方向是不能变化的 双向液压泵是指泵的输出油液方向是可以变化的 3 按结构形式分类液压泵可分为齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵等 3 1 2液压泵的分类 第3章液压泵与液压马达 液压泵的主要性能参数是指泵的压力 流量 功率和效率 1 压力液压泵的压力主要指工作压力和额定压力 液压泵的工作压力是指泵工作时实际输出压力 用符号p表示 单位为Pa 其大小取决于外负载 随外负载增大而升高 与泵的流量无关 液压泵的额定压力是指泵正常工作连续运转的最高工作压力 正常工作时不允许超过此值 超过此值即为过载 使泵的效率明显下降 寿命降低 实际上泵的额定压力是由泵本身结构和寿命决定的 通常将其标在液压泵的铭牌上 2 排量液压泵的排量是指泵每转一转所排出液体的几何体积 用符号V表示 其单位为m3 r 工程上通常用ml r 3 1 3液压泵的主要性能参数 第3章液压泵与液压马达 式中V 液压泵的排量 n 液压泵的转速 实际流量是指泵在实际工作压力下单位时间内输出液体的体积 用符号q表示 实际流量与压力有关 压力越高 泄漏越大 实际流量越小 所以实际流量 理论流量和泄漏量的关系 即 3 1 3 流量液压泵的流量有理论流量 实际流量 额定流量三种 理论流量是指单位时间内输出液体的几何体积 用符号qth表示 排量和理论流量的关系 即 式中 q 泵的泄漏量 额定流量是指泵在额定压力下输出的流量 其值标在液压泵铭牌上 3 2 第3章液压泵与液压马达 4 功率液压泵是将原动机输入的机械能转换成液体的压力能 液压系统中液体的压力能可用实际工作压力和实际流量之积表示 故液压泵的实际输出功率为 3 3 式中P0 液压泵的实际输出功率 p 液压泵的出口工作压力 q 液压泵的实际输出流量 液压泵的实际输入功率 即 3 4 式中Pi 液压泵的实际输入功率 电机输出功率 T 液压泵的实际输入转矩 液压泵的角速度 2 n n 液压泵的转速 第3章液压泵与液压马达 5 效率液压泵实际工作时总是有能量损失的 主要功率损失表现为容积损失和机械损失 容积损失主要是液压泵泄漏造成的 通常液压泵的实际流量q与理论流量qth的比值称为容积效率 用符号 v表示 3 5 式中 q 液压泵的泄漏量 由于液压泵的泄漏量随压力升高而增大 故其容积效率随压力升高而降低 机械损失是由于零件之间摩擦以及流动液体内摩擦造成的 主要表现为摩擦转矩损失 因此泵的实际输入转矩大于理论转矩 通常机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值 用符号 m表示 第3章液压泵与液压马达 则电机的输入功率为 根据能量守恒定律 若不计泵的能量损失 则泵的理论输入功率与理论输出功率应相等 即2 nTth pqth则 理论扭矩为 机械效率为 3 6 泵的总效率等于泵的输出功率和输入功率的比值 即 3 7 因此 液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积 第3章液压泵与液压马达 图3 2泵的能量转换示意图 6 泵的能量转换示意图为了看清楚泵在能量转换中的情况 现将以上分析内容绘制成图3 2 由此可以得到泵的常用计算公式 机械效率 理论功率 Tth pqth容积效率 输出功率 总效率 输入功率 第3章液压泵与液压马达 例1某液压泵的额定流量为32L min 额定压力为2 5MPa 额定转速为1450r min 泵的机械效率 m 0 85 由实验测得 当泵的出口压力近似为零时 其流量为35 6L min 求泵的容积效率和总效率是多少 如果在额定压力下 泵的转速为500r min时 估算泵的流量为多少 该转速下泵的容积效率为多少 两种转速下 泵的驱动功率又是多少 解 1 泵的容积效率和总效率液压泵出口压力为零时的流量为理论流量 即qth 35 6L min 液压泵的容积效率 液压泵的总效率 第3章液压泵与液压马达 2 液压泵的流量和容积效率液压泵的排量 于是液压泵的额定转速n2 500r min时 其理论流量 qth Vn2 O 025 500 12 5L min因为额定压力不变 所以液压泵的容积效率不变 故液压泵的输出流量 q2 qth v 12 5 0 9 11 25L min 0 025L r 第3章液压泵与液压马达 3 液压泵的驱动功率当n1 1450r min时液压泵的驱动功率 当n2 500r min时液压泵的驱动功率 1743W 1 74kW 612 7W 0 6kW 第3章液压泵与液压马达 内啮合齿轮泵的工作原理如图3 3所示 图3 3a为渐开线齿轮 图3 3b为摆线齿轮 外啮合齿轮泵的工作原理如图3 4所示 齿轮泵的结构主要由一对相互啮合的齿轮 泵体和前后端盖等组成 图3 3内啮合齿轮泵的工作原理a 渐开线齿轮b 摆线齿轮 3 2 1齿轮泵工作原理 3 2齿轮泵 第3章液压泵与液压马达 齿轮泵是依靠一对互相啮合的轮齿工作的 啮合线把工作容腔分为吸油区和压油区 工作密封容积由齿轮齿槽 泵体和前后端盖构成 按图示方向旋转 当两齿逐渐退出啮合时 轮齿的体积让出齿槽 齿槽的工作密封容积逐渐增大 形成真空 将油从油箱中吸入齿间槽容积 随着齿轮转动 进入齿间槽的液体被带到压油区 当两齿逐渐进入啮合时 齿间槽容积轮齿占有 工作容积逐渐变小 油液受挤压 液体被排出 图3 4外啮合齿轮泵的工作原理 第3章液压泵与液压马达 第3章液压泵与液压马达 齿轮泵的排量是按排出齿间槽的容积近似计算的 即 3 8 式中m 齿轮的模数 齿轮的齿数 齿轮的宽度 实际输出流量q考虑到容积效率的影响 则为 3 9 式中n 齿轮泵的转速 v 容积效率 一般为0 7 0 9 3 2 2外啮合齿轮泵的排量和流量 第3章液压泵与液压马达 由式可知 齿轮泵流量主要取决于齿轮转速 模数 齿数和齿宽 转速越高 流量越大 但转速过高 离心力太大 会使齿谷中不能充满液体 形成吸空 在外形尺寸一定时 齿数越少 模数越大 流量也越大 因此 齿轮泵模数都较大 通常齿数在8 14范围内 以避免齿数少 模数大 流量脉动大的现象 齿宽越大 轴承所承受负荷亦越高 使泵尺寸增大 寿命缩短 第3章液压泵与液压马达 KCB型齿轮油泵如图3 5所示 主要由泵体 主 从动齿轮 机械密封 安全阀和端盖等组成 采用由前端盖 后端盖和泵体组成的三片式结构 泵体内装有一对齿数相同 宽度和泵体宽度相等的相互啮合的齿轮 这对齿轮与泵体等组成若干个密封工作腔 并由齿轮的啮合线把这些密封工作容腔分成吸油腔和压油腔两部分 两齿轮分别用键固定在由轴承支承的主动轴和从动轴上 主动轴由电动机带动旋转 完成吸油和压油过程 泵的前后盖和泵体由两个定位销定位 用六个螺钉紧固 为了尽量减少泄漏 对泵的端面间隙和径向间隙严格控制 为了防止排出管堵塞等原因使排出压力过高 产生事故 泵壳上装有安全阀 在排出压力过高时 高压液体顶开安全阀 使部分液体从通道回流到吸入口 以降低出口压力 起到保护作用 安全压力的太小 可通过改变弹簧压缩量进行调整 3 2 3KCB型齿轮油泵 第3章液压泵与液压马达 图3 5KCB型齿轮油泵1 端盖2 机械密封3 泵体4 主动齿轮5 安全阀6 从动齿轮7 轴承 第3章液压泵与液压马达 0 8696 87 例2某齿轮泵的齿轮模数为4mm 齿数9个 齿宽为18mm 在额定压力下 转数为2000r min时 泵的实际输出流量为30L min 泵的最大工作压力为2 5MPa 机械效率为0 9 求 1 泵的容积效率 2 齿轮泵的输入功率 3 齿轮泵输入理论转矩和实际转矩 解 1 泵的容积效率 泵的理论流量 泵的容积效率 34 5L min 第3章液压泵与液压马达 KW 2 齿轮泵的输入功率 3 齿轮泵输入理论转矩和实际转矩 N m W 1 6kW 第3章液压泵与液压马达 齿轮泵主要存在着困油 径向力不平衡和泄漏等问题 1 困油现象为保证齿轮连续传动 必须要求前一对轮齿尚未脱开前 后一对轮齿就要进入啮合 即重叠系数大于1 因此有一部分液体被困在两对齿轮 啮合线及前后端盖之间形成的密封容积内 如图3 6a所示 当齿轮继续转动时 密封容积变小 如图3 6b所示 随齿轮继续转动这一容积又逐渐增大 如图3 6c所示 直到第一对啮合齿轮脱开时容积增到最大 图3 6齿轮泵的困油现象a 进入啮合b 啮合中位c 退出啮合 3 2 4齿轮泵存在问题 第3章液压泵与液压马达 当密封容积由大变小时 被困在容积内的液体受到挤压 压力急剧升高 于是被困液体从一切可以泄漏的缝隙强行挤出 这时齿轮和轴承受到很大的脉冲径向力 功率损失增加 磨损加剧 当密封容积由小变大时 剩余的被困液体压力下降 形成局部真空 使溶解在液体中气体析出或液体本身汽化形成汽蚀 使泵产生振动和噪声 这种现象被称为 困油 现象 困液现象对齿轮泵工作性能及寿命的危害很大 为消除困油现象 可以采取一些卸荷措施 使密封容积及时与吸油或压油腔连通 即在轴套或者是在前后端盖上开两个卸荷槽 见图3 7a所示的虚线位置 当困油区由大变小 油液受到挤压时 能与压油腔相通