第3章动力元件.ppt

第三章第三章  液压与气压传动动力元件主要内容主要内容第一节第一节   概述概述第二节第二节   齿轮泵齿轮泵 第三节第三节   叶片泵叶片泵 第四节第四节   柱塞泵柱塞泵第五节第五节   各类各类液压泵的性能比较及应用液压泵的性能比较及应用•作业题及练习题〈〈应该掌握的知识点应该掌握的知识点〉〉：：1.  动力元件的工作原理；动力元件的工作原理；2.  动力元件的基本性能参数；动力元件的基本性能参数；3.  动力元件的典型结构；动力元件的典型结构；4.  动力元件在系统中的作用动力元件在系统中的作用第一节第一节 概述概述图3.0 液压和气压传动系统能量形态变化情况 动力元件是指液压系统的液压泵液压泵和气压系统的气源装置，是能量转换元件它们由电动机或柴油机驱动，把输入的机械能转换机械能转换成成油液或气体的压力能压力能再输入到系统中去，为系统的执行元件提供动力           液压泵都是依靠密封容积的变化密封容积的变化来工作的，故一般称为容积式液压泵一、液压泵的一、液压泵的 工作原理工作原理二、二、液压泵的液压泵的 种类和符号种类和符号三、液压泵的三、液压泵的 性能参数性能参数 主要内容主要内容重点重难点一、液压泵的工作原理一、液压泵的工作原理•柱塞在凸轮和弹簧的作用下在缸体内往复运动；•缸体中密封工作腔的容积变大----吸油；•缸体中密封工作腔的容积变小----压油。

•如果偏心轮不断地旋转，液压泵就会不断地完成吸油和压油动作，因此就会连续不断地向液压系统供油2 2、、液压泵正常工作的基本条件液压泵正常工作的基本条件：：(1)具有密封的工作容腔;(2)密封工作容腔的容积大小是交替变化的，变大、变小时分别对应吸油、压油过程； (3) 吸、压油过程对应的区域不能连通 二、液压泵的种类和图形符号二、液压泵的种类和图形符号 ：：•种类种类：（1）按泵的结构形式：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵和凸轮转子泵等；（2）按泵的输出流量能否调节：定量泵和变量泵；（3）按泵的额定压力的高低：低压泵、中压泵和高压泵 •图形符号：图形符号： 三、液压泵的性能参数三、液压泵的性能参数1.压力压力： ⑴⑴ 工作压力工作压力(系统压力系统压力)：液压泵实际工作时的液压泵实际工作时的输出压力，即泵出口处压力值输出压力，即泵出口处压力值工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关 ⑵⑵ 额定压力额定压力： 液压泵在正常工作条件下液压泵在正常工作条件下,按试按试验标准规定连续长期运转的最高压力验标准规定连续长期运转的最高压力额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。

超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏⑶⑶ 最高允许压力最高允许压力：在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值⑷⑷吸入压力：吸入压力：泵吸入口处的压力表表3.1  压力分级压力分级压力分级压力分级 低压低压 中压中压 中高压中高压 高压高压 超高压超高压 压力（MPa） ≤2.5 >2.5~8 >8~16 >16~32 >32        液压泵在正常工作时，其工作压力应小于或等于泵的额定压力2. 排量和流量：排量和流量：⑴流量：流量：单位时间内泵输出油液的体积（m3/s）⑵排量排量V：：液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得到的排出液体的体积（mL/r）⑶理论流量理论流量qt：在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积 qt=V·n⑷⑷实际流量实际流量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q=qt-△q ⑸⑸额额定定流流量量qn：液压泵在额定压力和额定转速下输出的流量它用来评价液压泵的供油能力，是液压泵技术规格指标之一⑹瞬瞬时时流流量量qin：泵在每一瞬时的流量，一般指泵瞬时理论(几何)流量。

实际流量和额定流量都小于理论流量3.功率功率: 液压泵的输入能量为机械能，其表现为转矩和转速；液压泵的输出能量为液压能，表现为压力和流量⑴⑴理论功率理论功率Pt：  它用泵的理论流量与泵进出口压差的乘积来表示，⑵输入功率输入功率Pi     实际驱动液压泵轴所需要的机械功率，由电动机或柴油机给出，即⑶⑶输出功率输出功率po     液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差Δp的乘积       当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率，即泵的理论功率为 　 式中,  ω—液压泵转动的角速度； Tt—液压泵的理论转矩4 .效率效率：：①容积损失和容积效率容积损失和容积效率    　容积损失容积损失主要是液体泄漏造成的功率损失    液压泵的容积损失用容积效率容积效率来表征泵的泄漏系数实际流量理论流量 ②②机械损失和机械效率机械损失和机械效率　机械损失机械损失是因液体粘性和摩擦而造成的功率损失    机械损失用机械效率机械效率来表征③③液压泵的总效率液压泵的总效率•液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。

液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得5.液压泵的性能曲线液压泵的性能曲线        液压泵的容积效率、机械效率、总效率、理论流量、实际流量和实际输入功率与工作压力的关系曲线如图3．2所示•液压泵在零压时：液压泵在零压时： 实际流量等于理论流量，  容积效率＝100％；•总效率总效率开始随压力p的增大很快上升，接近液压泵的额定压力时总效率最大，达到最大值后，又逐步降低泵性能指标公式记忆泵性能指标公式记忆•理论转矩记住它 ,  等于排量乘压差 .•理论流量记得住 ,  等于排量乘转速 .•功率等于△p乘q,   也等转矩乘转速 .•能流方向分得清 ,  乘除效率不含糊 .•计算单位要统一 ,  角度一律用弧度.例3.1（p59）已知已知：液压泵的输出压力p=10MPa，泵转速n=1450r/min，排量V=46.2mL/r，容积效率0.95，总效率0.9试求试求：液压泵的输出功率和驱动泵的电机功率解：第二节第二节 齿轮泵齿轮泵•特点特点：    优点：优点：体积小，重量轻，结构简单，制造方便，价格低，工作 可靠，自吸性能较好，对油液污染不敏感，维护方便等。

   缺点缺点：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变等•分类分类：：   （（1）按齿形曲线不同：渐开线齿形和非渐开线齿形两种：）按齿形曲线不同：渐开线齿形和非渐开线齿形两种：   （（2））按齿轮啮合形式齿轮啮合形式不同：外啮合外啮合和内啮合内啮合两种            内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，有：体积小，流量脉动小，噪声小，但加工困难，使用受到限制           外啮合齿轮泵应用较广，本章着重介绍它的工作原理、结构特点和性能主要内容主要内容一、工作原理一、工作原理二、排量和流量二、排量和流量三、三、结构特点 四四、提高外啮合齿轮泵压力的措施五、五、内啮合齿轮泵六、六、螺杆泵（课下自学）一、工作原理一、工作原理外外啮啮合合结结构构组组成：成：•外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理•吸油腔：密封容积增大------吸油；吸油；•齿轮的转动，把油齿轮的转动，把油液带到另一侧；液带到另一侧；•压油腔：密封容积减小------压油二、排量和流量二、排量和流量1.  排量：排量：液压泵每转一周所排出的液体体积液压泵每转一周所排出的液体体积 式中，D—齿轮节圆直径；h—齿轮齿高；       B—齿轮齿宽； Z—齿轮齿数；m—齿轮模数。

    吸油吸油压油压油   由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为：2.  流量流量q 齿轮泵的实际流量为表表3.2    不同齿数齿轮泵流量脉动率不同齿数齿轮泵流量脉动率Z 6 8 10 12 14 16 20 δq 0.347 0.263 0.212 0.178 0.153 0.134 0.107        q是齿轮泵的平均流量，实际上，齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的设(qmax)sh 和(qmin)sh 分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率δq：课下做例3.2三、结构特点三、结构特点1．泄漏．泄漏（（内部泄漏）） 一部分液压油从压油腔流回吸油腔， 没有输送到系统中去↓     •外啮合齿轮泵的泄漏途径外啮合齿轮泵的泄漏途径：泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏： 10%-15%；齿面啮合处间隙的泄漏：很少；齿轮端面间隙的泄漏， 70%-75%    减小端面泄漏减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径•原因原因：： 在压油腔和吸油腔之间存在着压差； 泵体内表面与齿轮齿顶之间存在着径向间隙•液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力2．液压径向不平衡力．液压径向不平衡力•减小径向不平衡力的方法： 1.缩小压油口的直径2.增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙3.开压力平衡槽 3．困油现象．困油现象危害：危害：困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀， 影响、缩短其工作的平稳性和寿命。

定义：定义：一部分油液困在两对轮齿所形成的封闭容腔之内， 这个封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小以后又逐渐增大4、提高外啮合齿轮泵工作压力的措施、提高外啮合齿轮泵工作压力的措施•关键关键：有效降低内部的端面泄漏•方法方法：采用端面间隙自动补偿装置•工作原理工作原理：把泵内压油腔的压力油引到轴套外侧或侧板上，从而自动补偿端面磨损和减小端面间隙齿轮泵额定压力可达10～16MPa，容积效率不低于0.95、内啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵•有渐开线渐开线齿轮泵齿轮泵和摆线摆线齿轮泵齿轮泵两种 •内啮合渐开线齿轮泵------用于自动变速器上月牙板•内啮合摆线齿轮泵又称为转子泵转子泵，内、外转子偏心安装，两齿轮相差一个齿如机油泵内啮合齿轮泵实物结构6 6、螺杆泵、螺杆泵（（了解））•特点特点    流量均匀，噪声低；自吸性能好但加工工艺复杂，加工精度高，故应用受到限制第三节第三节 叶片泵叶片泵•优点优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉 动小，工作平稳，噪声小，寿命较长 •缺点缺点：吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高 •种类种类：按结构：   单作用：单作用：转子每转一周完成吸、排油各一次转子每转一周完成吸、排油各一次 （（多用变量泵变量泵）   双作用：双作用：转子每转一周完成吸、排油各两次转子每转一周完成吸、排油各两次 （均为定量泵）定量泵）。

 一、双作用叶片泵一、双作用叶片泵实物结构图 （p67 ）要点： (p68)•转子每转一周，相邻两叶片形成的工作空间吸排两次；•叶片泵由于有两个吸油腔和压油腔，并且各自的中心夹角是对称的，作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作双作用叶片泵又称为卸荷式用叶片泵又称为卸荷式叶片泵叶片泵 1. 工作原理：工作原理：①排量排量 V=2π(R2-r2)B               （（不考虑叶片厚度不考虑叶片厚度））式中： R、r分别为定子的大、小圆弧半径,             B：定子宽度            2.2.排量和流量计算排量和流量计算当考虑叶片厚度时？②流量流量： 理论流量理论流量qt: : qt=Vn=2π(R2-r2)Bn实际流量实际流量q：： q=qt ηpv=2π(R2-r2)ηpv 式中:n为转速； ηpv为泵的容积效率①考虑流量的脉动, 双作用叶片泵的叶片数均为4的倍数，一般为一般为12或或16片②配油盘配油盘 ：     a) 封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角     b) 叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上。

     c) 在配油盘上开卸荷三角槽4 . .双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点（（了解了解））③定子工作表面（定子工作表面（内）曲线）曲线 要求要求:      a) 叶片不发生脱空 ；     b) 获得尽量大的理论排量；      c) 减小冲击，以降低噪声，减少磨损      d) 提高叶片泵流量的均匀性，减小流量脉动           常用定子的过渡曲线有：阿基米德曲线、等加速等加速-等减速等减速曲线、正弦曲线、高次曲线等 ④④叶片倾角：叶片倾角：  叶片在转子中的安放应当有利于叶片的滑动，磨损要小      倾角倾角：叶片与径向半径的夹角  通常将转子槽按旋转方向倾斜α角     即：将叶片顺着转子转动方向前倾前倾一个角度α ，这样就可以使叶片在槽中移动灵活，并可减少磨损      液压泵的叶片倾角一般取为10°～14° 二、单作用叶片泵二、单作用叶片泵1、结构结构 p73要点要点：•定子内表面是圆形•转子与定子之间的偏心距e大小决定油泵流量大小若e=0，则流量=0补)•转子与定子之间的偏心距方向决定油泵的吸排方向2、工作原理工作原理 p73①排量排量V V：各工作容积在主轴旋转一周时所排出的液体的总和。

即 V= =2πDBe    其中：D：定子的直径;                e：转子与定子之间的偏心矩;                B：定子的宽度;               β：相邻两个叶片间的夹角，                      β=2π/z；                z：叶片的个数3.3.单作用叶片泵的排量和流量计算单作用叶片泵的排量和流量计算：：     理论流量qt: qt=Vn=2πDBen     实际流量q： q= qtηpv =2πDBenηpv 式中:n为转速； ηpv为泵的容积效率3.特点特点：l考虑流量脉动，单作用叶片泵的叶片数为奇数，一般为13或15片；l改变偏心便可改变流量偏心反向时,吸油压油方向也相反；l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 ②②流量流量: :三、单作用变量叶片泵三、单作用变量叶片泵•限限压式变量叶片泵的工作原理压式变量叶片泵的工作原理p74第四节第四节 柱塞泵柱塞泵 柱塞泵是依靠柱塞在缸体柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的。

与齿轮泵和叶片泵相比它具有以下特点：  （（1）工作压力高）工作压力高;  （（2）易于变量）易于变量; （（3）流量范围大）流量范围大;  （（4））存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点. .  被广泛用于高压、大流量和流量需要调节的场合        柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向径向柱塞泵和轴向轴向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵p81：： ①斜盘式： ②斜轴式： 径向柱塞泵 第五节第五节 各类各类液压泵的性能比较及应液压泵的性能比较及应用用 （（了解））液压泵的应用可以分为两大类液压泵的应用可以分为两大类：固定设备用液压装置： 如各类机床、液压机和轧钢机等；移动设备用液压装置： 如起重机、 车辆和各种工程机械等固定设备 移动设备 原动机多为电动机，转速稳定，且多为1500r/min原动机多为内燃机，转速变化范围较大，一般为500~4000r/min多采用中压范围：7~21MPa, 个别可达25 MPa多采用中、高压范围：14~35MPa, 个别可达40MPa环境温度稳定，液压装置的工作温度为50oC~70oC环境温度变化大，液压装置的工作温度为-20oC~110oC工作环境比较清洁工作环境较脏，尘埃多因在室内工作，要求噪声不超过80dB因在室外工作，噪声允许达90dB空间尺寸较宽裕，利于设备的维护空间尺寸紧凑，不利于设备的维护表表3.4  两类不同液压装置的主要区别两类不同液压装置的主要区别          液压泵的选择主要是考虑使用上的要求，其次要考虑价格、 维护方便与否等问题。

 •液压泵的选用原则（液压泵的选用原则（补补））         根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号规格型号      1. 液压泵的类型选择       2. 液压泵的工作压力       3. 液压泵的流量 作作  业业1、p95习题3.172（补）、某液压系统，泵的排量q＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa 泵容积效率ηv＝0.92，总效率η＝0.84，求：    1）泵的理论流量； 2）泵的实际流量； 3）泵的输出功率； 4）驱动电机功率。