第3章液压动力元件

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第3章 液压动力元件
3.1.3 液压泵的主要性能参数
■ 压力(MPa)
● 额定压力 pn
在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转所允许
的最高压力。
额定压力值与液压泵的结构形式及其零部件的强度、工作寿命和 容积效率有关。在液压系统中,安全阀的调定压力要小于液压泵的额 定压力。铭牌标注的就是此压力。 工作时,液压泵的工作压力应不超过泵的额定压力,否则就会过载。
实际流量低于理论流量,原因是液压泵在不同压力下工作时存在泄漏量。
泄漏量 则
q qt q q q t q
第3章 液压动力元件
● 额定流量 qn 在额定压力、额定转速下,按试验标准规定必须保证
的输出流量。
■ 功率(W,kW) ● 输入功率 Pi 实际驱动泵轴所需的机械
液压泵
q p
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■ 径向不平衡力 ● 产生原因 齿轮泵工作时,由于在 压油腔和吸油腔之间存在着 压差,又因泵体表面与齿轮 齿顶存在着径向间隙,油液 作用在轮外缘的压力是不均 匀的,从低压腔到高压腔, 压力沿齿轮旋转的方向逐齿 递增,因此,齿轮和轴受到
液压系统中的动力元件指的是各类液压泵,其功用 是完成能量转换,通常是把驱动电机的机械能(转矩和 转速)转换成液体的液压能(或称压力能),一般是输 出具有一定压力和一定流量的压力油。
了解液压动力源
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3.1.1 液压泵的分类
■ 按泵的结构形式(工作原理)分
◆ 齿轮泵 ◆ 叶片泵 ◆ 柱塞泵 ◆ 螺杆泵
● 困油现象的消除 在端盖上开一对卸荷槽。
当封闭容腔减小时,让卸荷槽与泵的压油腔相通,这样可使封闭容 腔中的高压油排到压油腔中去;当封闭容腔增大时,使卸荷槽与泵的吸 油腔相通,使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中,从而避免产生真空。
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容积减小时 与压油侧相通
容积增大时
与吸油侧相通
卸荷槽 齿轮泵结构
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3.2.3 外啮合齿轮泵的排量和流量
■ 排量
z ——齿轮的齿数 m ——齿轮的模数
m D/ z
D ——分度圆直径 B ——齿轮的齿宽
● 近似认为齿槽容积等于轮齿体积时 ● 实际齿间槽的容积要比轮齿的体积
V 2zm 2 B V 6.66 zm 2 B
稍大,而且齿数越少其差值越大,取
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3.2.2 外啮合齿轮泵的结构与工作原理
■ 结构(CB型) 齿轮泵结构 主要组成部分: ● 泵体 ● 前后端盖
● 一对相啮合的齿轮 ● 驱动轴
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■ 工作原理
l一壳体 2-主动齿轮 3-从动齿轮
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密封容积的形成
齿轮两端面与端盖、齿轮齿顶与泵体的内腔表面之间
● 最高允许压力 pmax 指泵短时间内所允许超载使用的极限压力。
最高允许压力受泵本身密封性能和零件因素的限制。
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● 工作压力 p 液压泵在实际工作时的输出压力,亦即液压泵出口的
压力。
液压泵的工作压力取决于负载! ● 吸入压力 p0 指液压泵进口处的压力。
自吸式泵的吸入压力低于大气压力,一般用吸入高度衡量。当 液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时,液压泵的进口压力将因 低于极限吸入压力而导致吸油不充分,而在吸油腔产生气穴或气蚀。 吸入压力的大小与液压泵的结构形式有关。
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液压泵的压力分级
压力分级
低压
中压
中高压
高压
超高压
压力(MPa)
2.5
>2.5~8
>8~16
>16~32
>32
■ 排量V(m3/r,mL/r) 在不考虑泄漏的情况下,液压泵主轴每转一周,所排出 的液体的体积(也称为理论排量、几何排量)。
液压泵的排量取决于液压泵的结构、几何尺寸(密封容积的大小 和数量)。 液压泵的排量和转速决定了泵的流量。某些液压泵的排量是可调 的,继而流量可调。
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■ 转速(r/min) ● 额定转速 n 在额定压力下,根据试验结果推荐能长时间连续运行
并保持较高运行效率的转速。
● 最高转速 nmax 在额定压力下,为保证使用寿命和性能所允许的短暂 运行的最高转速。
最高转速主要与液压泵的结构形式及自吸能力有关。
● 最低转速 nmin 为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的 最低转速。
q qtV VnV
40.6 103 L / r 1450r / min 0.95
55.927L / min
则液压泵的输出功率为
注意量纲的 转换!
3 55 . 927 10 Po pq 10 106 10 3 9.32kW 60
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■ 按泵的排量是否可调节分 ◆ 定量泵
◆ 变量泵
■ 按泵的排油方向多少分 ◆ 单向泵
◆ 双向泵
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液压泵的图形(职能)符号
单向定量液压泵
单向变量液压泵
双向定量液压泵
双向变量液压泵
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3.1.2 液压泵的工作原理
容积式液压泵的工作原理
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■ 液压泵正常工作的条件 ◆ 在结构上具有一个或多个密封且容积大小可以周期性
变化的工作容积(称为密封容积);当密封容积增大时, 密封容积内形成局部真空,完成吸油过程;当密封容积 减小时,完成压油过程。液压泵的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,与其它因 素无关。 ◆ 具有相应的配油机构,将吸油腔与排油腔分开,并具 有良好密封性。 ◆ 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。
qt Vn 6.66 zm 2 Bn q qtV 6.66 zm 2 BnV
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3.2.4 外啮合齿轮泵的结构特点分析
■ 泄漏
● 泄漏途径: ◆ 端面泄漏——占总泄漏量的70%~75% ◆ 齿顶泄漏——占总泄漏量的10%~15%
◆ 啮合线泄漏——很少
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第3章 液压动力元件
T、q、
qt q
V m
T Tt
O
p
特定介质、转速和油温等条件下测得的液压泵的压力特性曲线
■ 液压泵的噪声(dB,分贝)
产生的原因:流量脉动、液流冲击、零部件的振动和摩擦、
液压冲击等。
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【例3-1】 已知中高压齿轮泵CBG2040 的排量为40.6mL/r, 该泵在1450r/min 转速、10MPa 压力工况下工作,泵的容积效 率 V 0.95,总效率 0.9 。求驱动该泵所需电机的功率 Pi 和泵的输出功率 Po 。 解: ⑴ 求液压泵的输出功率 Po 液压泵的实际输出流量
液压输出
功率,它等于泵轴上的转矩 T 和角速度ω 的乘积。
T
机械输入
Pi T 2nT
● 输出功率 Po
注意量纲!
液压泵的输出液压功率指的是泵的出口工作压力 p 与 其实际输出流量 q 的乘积。
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Po pq pqt q
注意量纲!
● 理论功率 Pt 如果液压泵在能量转换过程中没有能量损失,则输入功
⑵ 求液压泵驱动电机的功率 Pi
9.32 Pi 10.38kW 0.9
查电机手册,选取功率为11kW的电机。
Po
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3.2 齿轮泵 Gear-Type Pump
3.2.1 齿轮泵概述
■ 分类 ● 外啮合齿轮泵 使用渐开线直齿齿轮,应用最多
(本节主要介绍) ● 内啮合齿轮泵 使用渐开线直齿齿轮、摆线齿轮
Tt pqt
Po pq
◆ 液压泵的输入功率 Pi T ◆ 机械损失功率 Pm T ◆ 实际液体获得的功率 Tt pqt ◆ 因泄漏导致容积损失而损失的
Pi T
T
pq
液压泵的功率流向
功率 PV pq ◆ 液压泵的实际输出功率 Po pq 即 Po Pi Pm PV
之比定义为泵的容积效率,即 q q t q q q V 1 1 qt qt qt nV
◆ 容积效率取决于泄漏量的大小,在液压泵结构形式、几何尺寸确定 后,泄漏量又主要取决于泵的出口压力。 ◆ 泵在低速下工作时,理论流量较小,容积效率较低。
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● 总效率 液压泵的输出功率与输入功率之比。 Po pqtV pq mV Pi 2nT 2nTt / m 液压泵的总效率等于机械效率与容积效率之积。
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■ 流量(m3/s,L/min) ● 理论流量 q t 在不考虑泄漏的情况下,液压泵在单位时间内所排出
的液体的体积称为理论流量;工程上又称空载流量。
qt nV
注意它们的量纲!
理论流量取决于液压泵的排量(结构尺寸)和驱动电机(液压泵)的转速。
● 实际流量 q 实际运行时,在不同压力下液压泵所排出的流量。
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说明: ◆ 齿轮泵的排量与模数的平方成正比,与齿数成正比。要 增大排量,增大模数比增大齿数更有利。换句话说,要使 排量不变,而体积减小,则应增大模数并减少齿数。 ◆ 齿数 z 较少时会发生根切现象——通过正变位避免。 ■ (平均)流量 ● 理论流量 ● 实际流量 ■ 流量脉动 液压泵工作时,由于齿轮的啮合线是在不断变化的,因 此瞬时流量也是在不断变化的——流量脉动。脉动率 qmax qmin q 100% q
对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内,这个密封容积的大小随 齿轮转动而变化,形成困油。
AB间的死区 容积逐渐减小
AB间的死区 容积达到最小 齿轮泵的困油现象
AB间的死区 容积逐渐增大
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● 危害 ◆ 密封容积减小时,受困油液受到挤压而产生瞬间高压,
密封容积内的受困油液若无通道与排油口相通,油液将从 缝隙中被挤出,导致油液发热,轴承等零件也受到附加冲 击载荷的作用。 ◆ 密封容积增大时,若无油液补充,会形成局部真空,使 溶于油液中的气体分离出来,产生气穴,导致气蚀现象, 引起振动和噪声。
第3章 液压动力元件
Chapter 3 Hydraulic Power Elements
第3章 液压动力元件
本单元学习内容
3.1 液压泵概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵 3.5 液压泵的选用
第3章 液压动力元件
3.1 液压泵概述 Introduction of Hydraulic Pump
第3章 液压动力元件
■ 特点 ◆ 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:流量和压力脉动较大,噪声大,排量不可变 (故常做成定量泵)等。 ◆ 内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较,其体积小,流量 脉动小,噪声小,但加工困难,使用受到限制。
的间隙很小,加上齿轮进入啮合及脱离啮合的两条啮合接 触线,共同形成了吸油腔和压油腔两个密封容积。
第3章 液压动力元件
当齿轮按图示方向旋转时, 右侧吸油腔内的轮齿脱离啮 合,密封腔容积增大,形成 局部真空,实现吸油并被旋 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。 啮合点处的齿面接触线一直起着分隔高、低压腔的作用,因此在 齿轮泵中不需要设置专门的配流(配油)机构。这种配油方式称为直 接配油。
● 危害 降低容积效率。 ● 减小泄漏的措施 ◆ 减小轴向间隙(0.025~0.06mm) ◆ 采用浮动轴套或弹性侧板端面间隙进行自动补偿
浮动轴套 引入压力油使轴套 或侧板紧贴在齿轮 端面上,压力愈高, 间隙愈小,可自动 补偿端面磨损和减 小间隙。
第3章 液压动力元件
■ 困油 ● 产生原因 齿轮啮合时的重叠系数必大于 1 ,故有一部分油液困在两
率与输出功率相等,即为理论功率。
Pt pqt pnV 2nTt
■ 效率
注意量纲!
液压泵在能量转换过程中是有损失的,因此输出功率 小于输入功率,两者之差即为功率损失。 液压泵的功率损失有机械损失和容积损失两种,因摩 擦而产生的损失是机械损失,因泄漏而产生的损失是容积 (流量)损失。 功率损失的大小用效率来描述。
第3章 液压动力元件
● 机械效率 m 液体在泵内流动时,液体黏性会引起转矩损失,泵内
零件相对运动时,机械摩擦也会引起转矩损失。机械效率 是泵所需要的理论转矩与实际转矩之比,即 Tt pV 转矩损失 T T Tt m T 2T ● 容积效率 V
在转速一定的条件下,液压泵的实际流量与理论流量
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