液壓傳動-201303泵和馬達.ppt

液壓傳動之泵和馬達,1,賈寶賢,5687026,Pump and Motor,2,二、雙作用定量葉片泵,1.工作原理 主要零件及其連接關系：轉子、定子、配流盤。 轉子旋轉，定子的內(nèi)表面為四段曲線、四段圓弧，葉片緊貼定子內(nèi)表面，一邊轉動一邊伸縮，容積時而增大，時而減小。,轉子每旋轉一周，吸排油兩次，容積變化兩次。故稱雙作用式；轉子軸心與定子軸心始終重合，排量不能調(diào)節(jié)。故稱為定量泵；吸油區(qū)、壓油區(qū)都對稱分布，轉子和軸承徑向力平衡，故稱為卸荷式葉片泵。 理論流量：qt=2(R2r2)bn R、r分別為定子內(nèi)表面的大、小圓弧半徑；b為葉片寬度。,3,DouAPPOP雙作用葉片泵.exe,4,它的理論流量為：,(二)流量計算,式中， R和r分別為定子圓弧部分的長短半徑； z為葉片數(shù)； 為葉片的傾角； b為葉片寬度； s為葉片厚度； 其余符號意義同前。,5,工作特性,（1）定子曲線 即大圓弧與小圓弧之間的過渡曲線、要求光滑、速度無突變、無剛性沖擊。 常用阿基米德螺線、等加速等減速曲線。 （2）葉片問題 葉片傾角，前傾； 葉片厚度，薄者強度低，厚者脈動大。 葉片卸荷，減小吸油區(qū)根部壓力。 葉片數(shù)量，雙作用泵，宜用偶數(shù)，最好是4的倍數(shù)，一般取12或16片。,6,(三)提高雙作用葉片泵壓力的措施,雙作用葉片泵，為了保證葉片和定子內(nèi)表面緊密接觸，葉片底部都是通壓油腔的。但當葉片處在吸油腔時，葉片底部作用著壓油腔的壓力，項部作用著吸油腔的壓力，這一壓力差使葉片以很大的力壓向定子內(nèi)表面，加速了定子內(nèi)表面的磨損，影響了泵的壽命。對高壓泵來說這一問題更顯得突出，所以高壓葉片泵必須在結構上采取措施，使葉片壓向定子內(nèi)表面的作用力減小。常用的措施有： 1)減小作用在葉片底部的油液壓力； 2)減小葉片底部壓力油的作用面積； 3)使葉片頂部和底部的液壓作用力平衡。,7,三、限壓式變量泵,1 . 工作原理 圖4-14 轉子中心固定，定子可以左右移動。初始偏心量為emax，它決定了泵的最大流量。, x0彈簧的初始壓縮量,當泵壓ppc時，限壓彈簧被壓縮，定子左移，偏心距減小，流量也跟著減小。 壓力p越高，偏心越小，輸出流量越少。當壓力達到泵內(nèi)偏心距所產(chǎn)生的理論流量等于泄漏流量時，泵的實際流量為零。泵壓不再升高。,限壓式變量偏心泵.avi,8,2.流量特性 圖4-15,當泵壓p pb時，流量按曲線BC變化； 故BC為變量段。Pmax為極限壓力， 又稱截止壓力。 假如沒有泄漏，理論截止壓力為,9,3.特點,轉子軸上的徑向力 不平衡，故為非卸荷式葉片泵。Pn70bar 有困油現(xiàn)象，常在配流盤排油窗口邊緣開三角形卸荷槽； 有流量脈動，葉片數(shù)為奇數(shù)時脈動小，故常為13或15； 為使定子移動靈敏，滑塊支撐用滾針軸承； 葉片后傾24度，以使葉片在離心力作用下便于外伸。 （3）應用場合：適用于液壓系統(tǒng)中有調(diào)速或保壓的場合。 如10-1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)，圖10-2,10,單進單出,共進單出,共進共出,四、其他葉片泵,1、雙聯(lián)葉片泵 兩個單級葉片泵裝在一個泵體內(nèi)，油路并聯(lián)， 兩泵轉子由同一傳動軸帶動。有不同的組合。,11,2、雙級葉片泵,兩個單級葉片泵裝在一個泵體內(nèi)，油路串聯(lián)，兩泵轉子由同一傳動軸帶動。 3、高壓葉片泵 pn=140210 bar，個別達400 bar。,12,4-4柱塞泵(Piston Pump),軸向柱塞泵,柱塞的軸線和傳動軸的軸線平行,徑向柱塞泵,柱塞的軸線和傳動軸的軸線垂直,軸向柱塞泵按其結構不同可分為斜盤式和斜軸式兩大類，結構上容易實現(xiàn)無級變量等優(yōu)點。 不論在國防工業(yè)，民用工業(yè)都廣泛得到應用，一般在液壓系統(tǒng)若需高壓時，均用它來發(fā)揮作用，如龍門刨床、拉床、液壓機、起重機械等設備的液壓系統(tǒng)。,一、軸向柱塞泵,13,1、工作原理 結構要素： 泵體、配流盤、 柱塞和斜盤。 工作原理： 改變傾角，改變柱塞行程h，改變排量，故為變量泵。 改變傾角方向，改變吸、排油方向，故為雙向變量泵。,h,（一）直軸式軸向柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵,14,15,2. 流量計算,理論流量：,行程：由圖4-16得,3.流量脈動 單個柱塞，其流量傳動軸轉角函數(shù)為正弦函數(shù)，正半波排油，負半波吸油， 出油口的負半波被截止。 Z個柱塞，其流量傳動軸轉角函數(shù)曲線， 就如同Z相交流電經(jīng)半波整流后的曲線。 Z越大，脈動率越小。Z為奇數(shù)時，脈動較小。,排量：,16,（二）斜軸式軸向柱塞泵,這種軸向柱塞泵的傳動軸中心線與缸體中心線傾斜一個角度，故稱斜軸式軸向柱塞泵，目前應用比較廣泛的是無鉸斜軸式柱塞泵。圖4-17所示為該泵的工作原理。,當主軸1轉動時，連桿2的側面帶動缸體4和柱塞3一起繞缸體中心線轉動，這時連桿2又使柱塞在缸體孔中作往復運動，產(chǎn)生吸油和壓油過程。改變主軸和缸體間的夾角，就可改變泵的排量V。這種泵適用于要求排量大的場合，但結構較復雜。,17,（三）變量控制機構,變量軸向柱塞泵中的主體部分大致相同，其變量機構有各種結構型式，有手動、手動伺服、恒功率、恒流量、恒壓變量等。,18,（2）點接觸式與滑履式,點接觸式，結構簡單，接觸應力大，用于低壓；,滑履式（面接觸式），面接觸，磨損小，用于高壓。,19,二、徑向柱塞泵,1.工作原理 結構，圖4-20 原理，圖4-20，柱塞隨缸體一起轉動，在離心力和定子內(nèi)表面作用下，在缸體內(nèi)作伸縮運動，完成吸、排油動作。,20,2.流量計算,Z越大，脈動率越小。Z為奇數(shù)時，脈動較小。 改變偏心距e，可改變流量q。 徑向柱塞泵也有多種結構，其性能差異很大。,21,4-5液壓馬達,功用：把液壓能轉換成機械能。 分類： 高速小轉矩：ns500r/min 為高速液壓馬達：齒輪馬達，葉片馬達，軸向柱塞馬達。 低速大轉矩：ns 500r/min為低速液壓馬達：徑向柱塞馬達。 液壓馬達的能量轉換計算見 4-1概述,22,4-5液壓馬達,前半部各柱塞也產(chǎn)生下滑力,一、工作原理 1.軸向柱塞式液壓馬達 圖4-21豎起來看，后半部各柱塞油腔 通進油口，為高壓油，壓力為p1 前半部各柱塞油腔通回油口， 為低壓油，壓力為p2。 后半部各柱塞頂住斜盤，產(chǎn)生下滑力,23,4-5液壓馬達,第 i 個柱塞產(chǎn)生的轉距：,液壓馬達產(chǎn)生的轉矩應是處于高壓腔柱塞產(chǎn)生轉矩的總和，即 進、回油口互換，馬達反轉。,記住這樣的結論：高壓油區(qū)容積由小到大的方向為馬達轉動方向。,馬達工作原理.exe,24,2.徑向柱塞式液壓馬達,圖4-22所示為多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達的結構原理圖。,內(nèi)曲線馬達動作圖.swf 雙排量馬達.exe,25,二、主要參數(shù),設液壓馬達的進、回油腔的壓差為p，輸入的流量為q，而液壓馬達的排量為V，容積效率為V，機械效率為m，則液壓馬達的幾何轉矩,實際轉矩為,液壓馬達的幾何轉速為,液壓馬達的實際轉速為,26,四、液壓泵和液壓馬達的可逆性問題,馬達與泵在原理上是可逆的，但因用途不同實際結構上有些差別： 結構：馬達要求正反轉，結構對稱， 泵為了保證其自吸性能，結構不對稱。 軸承結構及潤滑方式：馬達的轉速范圍大， 泵的轉速較高且基本不變。 所以泵不能當馬達用。,27,動液壓馬達是實現(xiàn)往復轉動的執(zhí)行元件，輸入為壓力和流量，輸出為轉矩和角速度。擺動液壓馬達的結構比連續(xù)旋轉的液壓馬達結構簡單，以葉片式擺動液壓馬達使用很較多。 圖a-單葉片式擺動液壓馬達，它擺動角度較大，可達300。,4-6擺動液壓馬達-擺動液壓缸,擺動液壓馬達-單葉片圖.swf,28,輸出轉矩和角速度,輸出轉矩T和角速度分別為,式中：b葉片寬度； p1、p2進油壓力、回油壓力； m、V機械效率、容積效率； q進油流量。,29,雙葉片式擺動液壓馬達,圖b-雙葉片式擺動液壓馬達，它擺角較小，可達150。 它的輸出轉矩是單葉片式的兩倍，而角速度則是單葉片式的一半。,雙葉片擺動缸.flv,30,4-7液壓泵中的氣穴現(xiàn)象,液壓泵在吸油過程中，吸油腔中的絕對壓力會低于105Pa(1大氣壓)。如果液壓泵離油面很高(吸入高度大)，吸油口處濾油器和管道阻力大，油液的粘度過大，則液壓泵吸油腔中的壓力就很容易低于油液的空氣分離壓，出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象，造成局部沖擊，產(chǎn)生噪聲，使泵的零件(例如配油盤)腐蝕損壞。,31,例3-2試分析圖示液壓泵的吸油過程 解：取油箱液面 為截面11作為基準面； 泵的入口處為截面22，應用伯努力方程得,實際液體的伯努力方程-舉例,32,4-7液壓泵中的氣穴現(xiàn)象,液壓泵使用中的另一種常見的現(xiàn)象是摻混空氣。當液壓系統(tǒng)的排油使油箱中混入一些空氣泡時，當吸油管接頭處和泵傳動軸密封處密封不嚴(俗稱漏氣)時，以及當吸油管插入油箱油面太淺時，液壓泵吸入的油液中會含有很多空氣泡。這些空氣泡隨油液進入高壓區(qū)時，也會產(chǎn)生和上述氣穴現(xiàn)象一樣的振動和噪聲，危害很大。因此，要保證吸油管和泵傳動軸處的密封可靠，合理設計油箱，使排油管和吸油管隔開等，是避免液壓泵使用中出現(xiàn)摻混空氣現(xiàn)象的前提。,33,4-8液壓泵的噪聲1,一、產(chǎn)生噪聲的原因 (1)泵的流量脈動和壓力脈動，造成泵構件的振動。這種振動有時還可產(chǎn)生諧振。諧振頻率可以是流量脈動頻率的2倍、3倍或更大。泵的基本頻率及其諧振頻率若和機械的或液壓的自然頻率相一致，則噪聲便大大增加。 (2)液壓泵在其工作過程中，當吸油容積突然和壓油腔相通，或高壓容積突然和吸油腔相通時，會產(chǎn)生油液流量和壓力的突變，它們對噪聲的影響甚大。 (3)氣穴現(xiàn)象。 (4)泵內(nèi)流道具有突然擴大或收縮、急拐彎、通道截面過小而導致液體紊流、旋禍及噴流。 (5)機械原因，如轉動部分不平衡，軸承振動等引起的噪聲。管道、支架等機械連接部分因諧振而產(chǎn)生的噪聲。,34,4-8液壓泵的噪聲2,二、降低噪聲的措施 (1)吸收泵的流量和壓力脈動，在泵出口裝設蓄能器或消聲器。 (2)消除泵內(nèi)液壓的急劇變化，如在配油盤吸、壓油窗口開三角形阻尼槽。 (3)裝在油箱上的電機和泵應使用橡膠墊減振，安裝時電機軸和泵軸間的同軸度要好，要采用彈性聯(lián)軸器；或采用泵電動機組件。 (4)壓油管的某一段采用橡膠軟管對泵和管路的連接進行隔振。 (5)防止氣穴現(xiàn)象和油中摻混空氣現(xiàn)象的發(fā)生。,35,4-9液壓泵和液壓馬達的選用,一、液壓泵的選用 表4-2 二、液壓馬達的選用 主要考慮： 調(diào)速特性； 低速性能； 輸出扭矩。 即馬達的速度特性和扭矩特性。,36,4-9液壓泵和液壓馬達的選用,表4-2 液壓系統(tǒng)常用液壓泵的性能比較,37,4-9液壓泵和液壓馬達的選用,一般在負載小、功率小的機械設備中，可用齒輪泵和雙作用葉片泵； 精度較高的機械設備（例如磨床）可用螺桿泵和雙作用葉片泵； 負載較大并有快速和慢速行程的機械設備（例如組合機床）可用限壓式變量葉片泵； 負載大、功率大的機械設備可使用柱塞泵；機械設備的輔助裝置，如送料、夾緊等要求不太高的地方，可使用價廉的齒輪泵。,38,本章要點,1.液壓泵的能量轉換關系，液壓馬達的能量轉換關系。 液壓能的兩個主要參數(shù)：p、q 機械能的兩個主要參數(shù)：F、v（T，n） 轉換關系，如何考慮容積效率、機械效率、總效率。 2.液壓泵的種類，各類泵（表4-1的前五種）的結構要素、工作原理、性能特點、流量計算。,39,例題-習題4-8,設液壓馬達的進油壓力為10MPa，排量為200mL/r，總效率為0.75，機械效率為0.9，試計算 1)馬達輸出的理論轉矩和實際轉矩。 2) 若馬達的轉速為500r/min，則輸入馬達的實際流量為多少? 3)若馬達外負載為200Nm，n=500r/min時，馬達的實際輸入功率和輸出功率為多少?,3)馬達的實際輸入功率Pi=pq 此時馬達的實際轉矩T=Tim=pVMm/2=200Nm p=2T/VMm= 2200/(20010-60.9)=6.98MPa 實際輸入功率Pi=