液压泵液压马达.docx

液压泵液压马达.docx

《液压泵液压马达.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压泵液压马达.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

液压泵液压马达

第三章液压泵、液压马达

液压泵是液压系统的动力元件，它是将输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。

液压马达是液压系统的执行元件，它是将液体的压力能转换为旋转运动机械能的能量转换装置。

第一节液压泵的概述

一、液压泵的工作原理、分类及图形符号

1.液压泵的工作原理

液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，为执行元件提供动力，它是液压传动系统的核心元件，其性能好坏将直接影响到系统是否正常工作。

1—偏心轮2—柱塞3—缸体4—弹簧5、6—单向阀

图3-1液压泵工作原理图

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，图3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。

原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。

当a由小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油腔a而实现吸油；反之，当a由大变小时，a腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。

这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。

2.液压泵的特点

单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：

（1）具有若干个密封且又可以周期性变化空间。

液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。

这是容积式液压泵的一个重要特性。

（2）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。

这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。

因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。

（3）具有相应的配流机构，将吸油腔和排油腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排液体。

液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。

如图3-1中的单向阀5、6就是配流机构。

容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为吸油腔。

吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的阻力，吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力；油腔处于压油时称为压油腔，压油腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关。

容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关。

但排油压力会影响泵的内泄露和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。

液压泵按其结构形式不同可分为叶片泵、齿轮泵、柱塞泵、螺杆泵等；按其输出流量能否改变，又可分为定量泵和变量泵；按其工作压力不同还可分为低压泵、中压泵、中高压泵和高压泵等；按输出液流的方向，又有单向泵和双向泵之分。

液压泵的类型很多，其结构不同，但是它们的工作原理相同，都是依靠密闭容积的变化来工作的，因此都称为容积式液压泵。

常用的液压泵的图形符号如图3-2所示

a）b）c）d）

图3-2液压泵图形符号

a）单向定量泵b）单向变量泵c）双向定量泵d）双向变量泵

二、液压泵的主要性能参数

（一）液压泵的压力

1.工作压力

液压泵工作时输出油液的实际压力称为工作压力。

其数值取决于负载的大小。

2.额定压力

液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

3.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,称为液压泵的最高允许压力。

（二）液压泵的排量和流量

1.排量

在没有泄漏的情况下，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叫液压泵的排量。

排量可调节的液压泵称为变量泵;排量为常数的液压泵则称为定量泵。

2.理论流量

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,其主轴转速为,则该液压泵的理论流量为：

（3-1）

3.实际流量

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,它等于理论流量减去泄漏流量,即：

（3-2）

4.额定流量

液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。

（三）液压泵的功率

1.液压功率与压力及流量的关系

功率是指单位时间内所做的功，在液压缸系统中，忽略其它能量损失，当进油腔的压力为，流量为，活塞的面积为，则液体作用在活塞上的推力，活塞的移动速度，所以液压功率为

（3-3）

由上式可见，液压功率等于液体压力与液体流量的乘积。

2.泵的输入功率

原动机（如电动机等）对泵的输出功率即为泵的输入功率，它表现为原动机输出转矩与泵输入轴转速（）的乘积。

即

（3-4）

3.泵的输出功率

为泵实际输出液体的压力与实际输出流量的乘积。

即

（3-5）

（四）液压泵的效率

1.液压泵的容积效率

为泵的实际流量与理论流量之比。

即

（3-6）

由式（3-6）可得到已知排量为（mL/r）和转速（r/min）时，实际流量为（L/min）的计算公式。

即

（3-7）

2.液压泵的机械效率

由于泵在工作中存在机械损耗和油液粘性引起的摩擦损失，所以液压泵的实际输入转矩必然大于理论转矩，其机械效率为为泵的理论转矩与实际输入转矩的比值。

即

（3-8）

3.液压泵的总效率

为泵的输出功率与输入功率之比。

即

（3-9）

不计能量损失时，泵的理论功率，所以

（3-10）

（五）液压泵所需电动机功率的计算

在液压系统设计时，如果已选定了泵的类型，并计算出了所需泵的输出功率。

则可用公式计算泵所需要的输入功率。

在实用中，可直接用以下两个公式之一计算。

1）（3-11）

式中各参数的单位：

为Pa；为m3/s；为kW。

2）（3-12）

式中各参数的单位：

为MPa；为L/min；为kW。

例如，已知某液压系统所需泵输出油的压力为4.5MPa，流量为10L/min，泵的总效率为0.7，则泵所需要的输入功率应为

=4.5×10/60×0.7kW=1.07kW

这样，即可从电动机产品样本中查取功率为1.1kW的电动机。

（六）液压泵的特性曲线

液压泵的特性曲线是在一定的介质、转速和温度下，通过试验得出的。

它表示液压泵的工作压力与容积效率（或实际流量）、总效率与输入功率之间的关系。

图3-3所示为某一液压泵的性能曲线。

由性能曲线可以看出，实际流量随工作压力的升高而减少。

当压力时（空载），泄漏量，实际流量近似等于理论流量。

总效率随工作压力增高而增大，且有一个最高值。

图3-3液压泵的特性曲线

第二节齿轮泵

齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵,其主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。

它一般做成定量泵,按结构不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。

下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵。

一、齿轮泵的工作原理和结构

外啮合齿轮泵的工作原理如图3-4所示。

在泵体内装有一对齿数相同、宽度和模数相等的齿轮，齿轮两端面由端盖密封。

泵体内相互啮合的主、从动齿轮2和3与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。

左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。

在齿轮泵的啮合过程中，啮合点沿啮合线，把吸油区和压油区分开。

图3-4外啮合齿轮泵的工作原理

1—泵体2—主动齿轮3—从动齿轮

CB-B齿轮泵的结构如图3-5所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖4，8和泵体7。

泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位，用六个螺钉固紧。

主动齿轮6用键5固定在传动轴12上并由电动机带动旋转。

为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄露最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.025～0.04mm，大流量泵为0.04～0.06mm。

齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，传动轴会有变形，当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.13～0.16mm。

为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开有油封卸荷槽16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。

在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承。

图3-5CB-B齿轮泵的结构

1—轴承外环2—堵头3—滚子4—后泵盖5—键6—齿轮7—泵体8—前泵盖9—螺钉

10—压环11—密封环12—主动轴13—键14—泻油孔15—从动轴16—泻油槽17—定位销

二、齿轮泵的流量计算

齿轮泵的排量相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高（）和齿宽构成的平面所扫过的环形体积,即：

（3-13）

式中：

──齿轮分度圆直径，（cm）；

──有效齿高，（cm）；

──齿轮宽（cm）；

──齿轮模数（cm）；

──齿数。

实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中的常以3.33代替,则式（3-13）可写成：

（3-14）

齿轮泵的流量（L/min）为：

（3-15）

式中：

──齿轮泵转速（rpm）；

──齿轮泵的容积效率。

实际上齿轮泵的输油量是有脉动的,故式（3-15）所表示的是泵的平均输油量。

三、齿轮泵的结构特点

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〔见图3-6（a）〕,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〔见图3-6（b）〕,封闭容积为最小,齿轮再继续转动时,封闭容积又逐渐增大,直到图3-6（c）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。

图3-6齿轮泵的困油现象

为了消除困油现象，在CB-B型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽，其几何关系如图3-7所示。

卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时，能通过卸荷槽与压油腔相通，而当困油腔由小变大时，能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。

两卸荷槽之间的距离为a，必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。

按上述对称开的卸荷槽，当困油封闭腔由大变至最小时（图3-7），由于油液不易从即将关闭的缝隙中挤出，故封闭油压仍将高于压油腔压力；齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间，高压油又突然和吸油腔的低压油相接触，会引起冲击和噪声。

于是CB-B型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向吸油腔侧平移了一个