第三章 液压动力元件

困油现象与卸荷措施 困油现象产生的原因 困油现象产生的原因 齿轮重迭 系数ε＞ ，形成一个与吸、 系数 ＞1，形成一个与吸、压油 腔均不相通的闭死容积 闭死容积， 腔均不相通的闭死容积，此闭死 容积随齿轮转动其大小发生变化， 容积随齿轮转动其大小发生变化， 大小发生变化 先由大变小，后由小变大。 先由大变小，后由小变大。 困油现象的危害 困油现象的危害 闭死容积由大 变小时油液受 挤压， 挤压，导致压 力冲击和油液 发热， 发热，闭死容 积由小变大时， 积由小变大时， 会引起气蚀和 噪声。 噪声。
第三章 液压动力元件
§3.1 液压泵的基本概念
液压泵是液压系统的动力元件， 液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输 入的机械能转换为压力能输出， 入的机械能转换为压力能输出，为执行元件 提供压力油。 提供压力油。 液压泵的基本工作原理 液压泵的主要性能参数 液压泵的分类和选用 液压泵的图形符号
液压泵基本工作原理 单柱塞泵 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次， 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向右运动吸 向左运动排油。 油，向左运动排油。 π 2 π 2 泵每转一转排出的油液体积称为排量。V = 4 Sd = 2 ed 泵每转一转排出的油液体积称为排量。 液压泵正常工作的三个必备条件 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积 密闭容积； 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积大小随运动件 运动作周期性变化， 运动作周期性变化，容 积由小变大——吸油， 吸油， 积由小变大 吸油 由大变小——压油； 压油； 由大变小 压油 油箱内液体的绝对压力 油箱内液体的绝对压力 必须恒等于或大于 等于或大于大气 必须恒等于或大于大气 外部条件。 压——外部条件。 外部条件
摆线转子泵 结构： 结构：一对内啮合转子 摆线齿）， ），内转子比 （摆线齿），内转子比 外转子少1齿 外转子少 齿。 七腔互隔， 七腔互隔，前半部容积 渐小、排油腔； 渐小、排油腔；后半部 容积渐大，进油腔。 容积渐大，进油腔。
内转子旋转一周，外转子旋转 周 内转子旋转一周，外转子旋转6/7周，每一密封 空间完成吸油、排油6/7循环 循环。 空间完成吸油、排油 循环。
具有相应的配流机构，密闭容积增大到极限时， 具有相应的配流机构，密闭容积增大到极限时，先隔开 配流机构 吸油腔，再转为排油；密闭容积减小到极限时， 吸油腔，再转为排油；密闭容积减小到极限时，先隔开 排油腔，再转为吸油。 排油腔，再转为吸油。 吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的阻力； 吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的阻力；压油 腔的压力取决于外负载和排油管路的压力损失。 腔的压力取决于外负载和排油管路的压力损失。 液压泵的分类 按流量是否可调： 按流量是否可调： 液压泵的分类： 液压泵的分类： 按 齿轮泵 定量泵 按流量是否可 结 调 变量泵 作用 叶片泵 构 双作用 分 选用原则： 选用原则： 向 柱塞泵 是否变量 要求变量用变量泵 轴向 工作压力 柱塞泵额定压力最高 工作环境 齿轮泵抗污能力最好 噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵 效率 轴向柱塞泵的总效率最高
泵在单位时间内实际排出的油液体积。 实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油液体积。 在泵的出口压力≠ 因存在泄漏流量∆q 在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏流量 ∴ q = q t- ∆q 。 泵在额定压力， 额定流量 qn ：泵在额定压力，额定转速下允许连续运 转的流量。 转的流量。 泵的功率和效率 液压泵的功率损失：容积损失、 液压泵的功率损失：容积损失、机械损失 容积损失：液压泵在流量上的损失。 容积损失：液压泵在流量上的损失。 容积效率η 容积效率 v： q qt − ∆q ∆q kp ηv = = = 1− = 1−
液压泵的主要性能参数
液压泵的压力 泵工作时的出口压力，大小取决于负载。 工作压力 p ：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。 额定压力 ps ：正常工作条件下按实验标准连续运转的 最高压力。 最高压力。 吸入压力：泵的进口处的压力。 吸入压力：泵的进口处的压力。 最高允许压力：在超过额定压力的条件下， 最高允许压力：在超过额定压力的条件下，允许液压 泵短暂运行的最高压力。 泵短暂运行的最高压力。 液压泵的排量、 液压泵的排量、流量和容积效率 排量V：液压泵每转一周理论上应排除的油液体积， 排量 ：液压泵每转一周理论上应排除的油液体积，又 称为理论排量或几何排量。常用单位为cm 。 称为理论排量或几何排量。常用单位为 3/r。排量 的大小仅与泵的几何尺寸有关。 的大小仅与泵的几何尺寸有关。 泵在单位时间内理论上排出的油液体积， 理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排出的油液体积， q t= n V ，单位为 m3/s 或 L/min 。
液 压 径 向 力 及 平 衡 措 施
径向液压力 合力
内啮合齿轮泵
结构：渐开线齿、 结构：渐开线齿、月牙形隔板 (将吸油腔 和压油腔 完全隔 将吸油腔A和压油腔 将吸油腔 和压油腔B完全隔 开）。 工作原理： 工作原理：一对相互啮合的小 齿轮和内齿轮与侧板所围成的 密闭容积被齿啮合线分割成两 吸油腔 部分， 部分，当传动轴带动小齿轮旋 转时， 转时，轮齿脱开啮合的一侧密 闭容积增大，为吸油腔； 闭容积增大，为吸油腔；轮齿 进入啮合的一侧密闭容积减小， 进入啮合的一侧密闭容积减小， 为压油腔。 为压油腔。 特点：无困油现象， 特点：无困油现象，流量脉动 噪声低；额定压力可达30 小；噪声低；额定压力可达 MPa。 。 压油腔
外啮合齿轮泵的结构特点 特点：体积小，重量轻，结构简单， 特点：体积小，重量轻，结构简单， 制造方便，价格低，工作可靠， 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， 吸性能较好，对油液污染不敏感， 维护方便。 维护方便。 缺点：流量和压力脉动较大， 缺点：流量和压力脉动较大，噪声 排量不可变等。 大，排量不可变等。 三大问题：泄漏、困油、 三大问题：泄漏、困油、径向不平 衡 泄漏与间隙补偿措施 端面泄漏、 端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处 泄漏。端面泄漏占80％—85％。 泄漏。端面泄漏占 端面间隙补偿采用静压平衡措施 采用静压平衡措施： 端面间隙补偿采用静压平衡措施：在 齿轮和盖板之间增加浮动轴套 浮动轴套或 齿轮和盖板之间增加浮动轴套或浮动 侧板，在浮动零件的背面引入压力油， 侧板，在浮动零件的背面引入压力油， 让作用在背面的液压力稍大于正面的 液压力。 液压力。
作用力：液压径向力 由吸油低压区逐步增压到压油高压区； 作用力：液压径向力P1：由吸油低压区逐步增压到压油高压区； 轮齿啮合力P 径向液压力合力F 轮齿啮合力 2： 径向液压力合力 = K p B De K对主动齿轮 对主动齿轮 K=0.75；对从动齿轮 ；对从动齿轮K=0.85。 。 径向液压力不平衡的危害 使泵轴弯曲，使齿顶与泵体摩擦。 危害： 径向液压力不平衡的危害：使泵轴弯曲，使齿顶与泵体摩擦。 液压径向力的平衡措施 在盖板上开设平衡槽，分别与低、 平衡措施： 液压径向力的平衡措施：在盖板上开设平衡槽，分别与低、高压 腔相通；缩小压油口直径，适当增加径向间隙。 腔相通；缩小压油口直径，适当增加径向间隙。
外啮合齿轮泵的排量公式 q = VnηV = 6.66 zm 2 BnηV 平均流量与齿数成正比，与模数的平方成正比。 ①平均流量与齿数成正比，与模数的平方成正比。为增 大排量，应增大模数，减小齿数，故齿轮多为修正齿轮。 大排量，应增大模数，减小齿数，故齿轮多为修正齿轮。 平均流量与齿宽成正比， ②平均流量与齿宽成正比，但增大齿宽受径向力增加的 限制，一般B＝（ ＝（6～ ） 限制，一般 ＝（ ～10）mm，高压时取小值。 ，高压时取小值。 提高转速可以提高流量，但受泵吸入性能的限制。 ③提高转速可以提高流量，但受泵吸入性能的限制。齿 轮泵的转速一般在1000～1500r/min。 轮泵的转速一般在 ～ 。 在容积式液压泵中，齿轮泵的流量脉动最大。 ④在容积式液压泵中，齿轮泵的流量脉动最大。
qt qt qt nV
为泄漏系数。 Tt 式中 k 为泄漏系数。 q = nVηV 1 ηm = = T 1 + Tl 机械损失：液压泵在转矩上的损失。 机械损失：液压泵在转矩上的损失。 Tt 驱动泵轴的机械功率。 输入功率 P i： 驱动泵轴的机械功率。 Pi = Tiω P = pq 输出功率 P：泵输出的液压功率。 ：泵输出的液压功率。
ξ3.3
叶片泵
叶片泵又分为： 叶片泵又分为： 双作用叶片泵，只能作定量泵用； 双作用叶片泵，只能作定量泵用； 单作用叶片泵，可作变量泵用。 单作用叶片泵，可作变量泵用。 叶片泵特点： 叶片泵特点： 优点：运转平稳，噪声小；流量均匀，脉动小； 优点：运转平稳，噪声小；流量均匀，脉动小； 单作用泵可变量；结构紧凑，外形尺寸小。 单作用泵可变量；结构紧凑，外形尺寸小。 缺点：吸油能力差；对油液污染敏感；结构复杂， 缺点：吸油能力差；对油液污染敏感；结构复杂， 对材质和加工要求高；成本较高。 对材质和加工要求高；成本较高。 双作用叶片泵：转子旋转一周，叶片在转子叶片 双作用叶片泵：转子旋转一周， 槽内滑动两次，完成两次吸油和压油。 槽内滑动两次，完成两次吸油和压油。 单作用叶片泵：转子每转一周， 压油各一次。 单作用叶片泵：转子每转一周，吸、压油各一次。
卸荷措施 卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 两槽间距a为最小闭死容积 为最小闭死容积， 开设卸荷槽的原则 两槽间距 为最小闭死容积，而使 闭死容积由大变小时与压油腔相通， 闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大 时与吸油腔相通； 时与吸油腔相通； 一般两槽间距a向吸油侧偏移 向吸油侧偏移， 一般两槽间距 向吸油侧偏移，但必须保证任何时候吸 油腔不得与压油腔串通。 油腔不得与压油腔串通。
η = ηVηm
P pq pqtηv η= = = = ηvηm Tt Pi Tiω ω ηm pq Pi = η
§3.2 齿轮泵
按啮合形式分： 按啮合形式分：外啮合齿轮 泵和内啮合齿轮泵。 泵和内啮合齿轮泵。 结构组成 一对几何参数完全相同的齿 齿宽为B，齿数为z， 轮，齿宽为 ，齿数为 ，泵 体，前后盖板，长短轴。 前后盖板，长短轴。 动画） 工作原理 （动画） 两啮合的轮齿将泵体、 两啮合的轮齿将泵体、 前后盖板和齿轮包围的密闭 容积分成两部分， 容积分成两部分，轮齿进入 啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油， 啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的 一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。 一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。 瞬时理论流量是脉动的。为减少脉动， 瞬时理论流量是脉动的。为减少脉动，可同轴安装两套 齿轮，每套齿轮错开半个齿距，共压油口和吸油口。 齿轮，每套齿轮错开半个齿距，共压油口和吸油口。