液壓元件與系統(tǒng) 第4版 課件 第1-3章　緒論、概述、齒輪泵及螺桿泵

第一章緒論第一節(jié)液壓傳動(dòng)的工作原理和基本特征

第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及圖形符號(hào)

第三節(jié)液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域

第四節(jié)液壓技術(shù)發(fā)展歷史的回顧及在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)液壓傳動(dòng)的工作原理和基本特征圖1-1液壓千斤頂工作原理圖

1—小液壓缸2—排油單向閥

3—吸油單向閥4—油箱5—截止閥

6—大液壓缸7—杠桿第一節(jié)液壓傳動(dòng)的工作原理和基本特征1)容積式液壓泵的工作壓力p與流量q之間不具有相關(guān)性，而是具有剛性的壓力-流量特征。

2)容積式液壓泵的工作壓力主要取決于負(fù)載。

3)液壓缸(或液壓馬達(dá))的運(yùn)動(dòng)速度主要取決于輸入的流量，與負(fù)載無(wú)關(guān)。

4)液壓功率等于壓力和流量的乘積。1)容積式液壓泵的工作壓力p與流量q之間不具有相關(guān)性，而是具有剛性的壓力-流量特征。圖1-2容積式泵的

壓力-流量特性2)容積式液壓泵的工作壓力主要取決于負(fù)載。

(1-1)(1-2)3)液壓缸(或液壓馬達(dá))的運(yùn)動(dòng)速度主要取決于輸入的流量，與負(fù)載無(wú)關(guān)。

(1-3)(1-4)4)液壓功率等于壓力和流量的乘積。

(1-5)(1-6)第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及圖形符號(hào)一、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

二、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)表示一、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成(1)液壓動(dòng)力元件將原動(dòng)機(jī)(常用的有人力機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等)所提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鹘橘|(zhì)壓力能的機(jī)械裝置，通常稱為液壓泵。

(2)液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件是指將液壓泵所提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，其作用是在工作介質(zhì)的作用下輸出力和速度(或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)，以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)對(duì)外做功。

(3)液壓控制元件對(duì)液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的機(jī)械裝置，通常稱為液壓閥或液壓控制閥，如壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥等。

(4)液壓輔助元件液壓輔助元件是指為保證液壓系統(tǒng)正常工作所需的上述三類元件以外的裝置，在系統(tǒng)中起輸送、儲(chǔ)存、加熱、冷卻、過濾和測(cè)量等作用。

(5)工作介質(zhì)工作介質(zhì)是液壓系統(tǒng)中進(jìn)行能量和信號(hào)傳遞的工作液體。二、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)表示圖1-3磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)

工作原理結(jié)構(gòu)示意圖

1—油箱2—過濾器3—液壓泵

4—流量控制閥5—換向閥

6、9、10、12—管道7—液壓缸

8—工作臺(tái)11—溢流閥二、液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)表示第三節(jié)液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域一、多種傳動(dòng)方式的比較

二、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

三、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

四、液壓傳動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域一、多種傳動(dòng)方式的比較二、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1)功率-質(zhì)量比及力-質(zhì)量比大，控制靈活，響應(yīng)速度快。

2)速度調(diào)節(jié)容易，而且能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，低速性能好。

3)操縱省力，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或遙控。

4)利用溢流閥很容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，工作安全可靠。

5)由于工作介質(zhì)的潤(rùn)滑和吸振作用，使液壓傳動(dòng)工作平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)。

6)液壓元件容易實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

7)液壓傳動(dòng)的各類元件可以根據(jù)主機(jī)需要靈活布置。三、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1)液壓傳動(dòng)以液體作為工作介質(zhì)，在液壓元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副間無(wú)法避免泄漏，再加上液體的可壓縮性及管路彈性變形等原因，難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的傳動(dòng)比。

2)液體粘度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)粘度隨溫度變化時(shí)，將直接影響泄漏、壓力損失及通過節(jié)流元件的流量等，從而引起執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)特性的變化。

3)傳動(dòng)效率較低。

4)液壓傳動(dòng)的工作可靠性目前還不如電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。

5)液壓元件的制造精度要求高，造價(jià)較貴，使用、維護(hù)要求有一定的專業(yè)知識(shí)和較高的技術(shù)水平。

6)液壓能的獲得與傳遞不如電能方便。

7)液壓系統(tǒng)中各種元件、輔件及工作介質(zhì)均在封閉的系統(tǒng)內(nèi)工作，其故障征兆難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，故障原因較難確定。四、液壓傳動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1)工業(yè)機(jī)械。

2)行走機(jī)械。

3)航空及航天。

4)船艦(艇)。

5)海洋開發(fā)工程。1)工業(yè)機(jī)械。液壓技術(shù)可應(yīng)用于鍛壓機(jī)械、注塑機(jī)、擠壓機(jī)、冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、包裝機(jī)械、機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、試驗(yàn)機(jī)以及其他生產(chǎn)設(shè)備等，一般稱為工業(yè)液壓技術(shù)。2)行走機(jī)械。液壓技術(shù)可應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車以及其他可移動(dòng)設(shè)備等，一般稱為行走機(jī)械液壓技術(shù)。3)航空及航天。液壓技術(shù)可應(yīng)用于飛機(jī)、宇宙飛船、導(dǎo)彈液壓舵機(jī)、火箭姿態(tài)控制及衛(wèi)星發(fā)射裝置等，一般稱為航空航天液壓技術(shù)。4)船艦(艇)。液壓技術(shù)可應(yīng)用于船舶、艦艇中的舵機(jī)、甲板機(jī)械、操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、海水淡化及水霧滅火系統(tǒng)等，一般稱為船舶液壓技術(shù)。5)海洋開發(fā)工程。液壓技術(shù)可應(yīng)用于海洋鉆探平臺(tái)、海底工作機(jī)械、海洋開發(fā)機(jī)械及水下作業(yè)工具等，一般稱為海洋工程液壓技術(shù)。第四節(jié)液壓技術(shù)發(fā)展歷史的回顧及在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)一、液壓技術(shù)發(fā)展歷史的回顧

二、自主創(chuàng)新是我國(guó)液壓技術(shù)發(fā)展的必由之路一、液壓技術(shù)發(fā)展歷史的回顧液壓技術(shù)的發(fā)展是與流體力學(xué)、材料學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械制造等相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展緊密相關(guān)的。二、自主創(chuàng)新是我國(guó)液壓技術(shù)發(fā)展的必由之路我國(guó)液壓工業(yè)始于20世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初主要應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才應(yīng)用于拖拉機(jī)和部分工程機(jī)械上。第二章概述第一節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的分類

第二節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)

第三節(jié)限制液壓泵(或液壓馬達(dá))工作壓力和轉(zhuǎn)速的因素

第四節(jié)摩擦副的摩擦學(xué)特性及設(shè)計(jì)方法第一節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的分類第一節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的分類第一節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的分類圖2-3液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號(hào)

a)單向定量液壓泵b)單向變量液壓泵

c)雙向定量液壓泵d)雙向變量液壓泵e)單向定量液壓馬達(dá)

f)單向變量液壓馬達(dá)g)雙向定量液壓馬達(dá)h)雙向變量液壓馬達(dá)第二節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)1.壓力p

2.排量V和流量q

3.轉(zhuǎn)速n

4.功率P

5.液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩T

6.液壓泵和液壓馬達(dá)的效率1.壓力p(1)工作壓力液壓泵工作時(shí)出口處的輸出壓力稱為工作壓力。

(2)額定壓力在正常工作條件下，按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,能夠使液壓泵(或液壓馬達(dá))連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為額定壓力。

(3)最高允許壓力根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許超過額定壓力使液壓泵(或液壓馬達(dá))短暫運(yùn)行的最高壓力稱為最高允許壓力。2.排量V和流量q(1)理論排量V液壓泵(或液壓馬達(dá))主軸每轉(zhuǎn)一周，根據(jù)計(jì)算其密封容腔幾何尺寸的變化而得出的排出(或流入)的液體體積，稱為液壓泵(或液壓馬達(dá))的理論排量。

(2)理論流量根據(jù)液壓泵(或液壓馬達(dá))密封容腔幾何尺寸變化而計(jì)算得出的單位時(shí)間內(nèi)排出(或流入)的液體體積，稱為液壓泵(或液壓馬達(dá))的理論流量。

(3)實(shí)際流量實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在某一具體工況下，單位時(shí)間內(nèi)液壓泵(或液壓馬達(dá))所排出(或流入)的液體體積，稱為液壓泵(或液壓馬達(dá))的實(shí)際流量。

2.排量V和流量q(4)額定流量在額定壓力及額定轉(zhuǎn)速條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，液壓泵(或液壓馬達(dá))必須保證的輸出(或輸入)流量，稱為液壓泵(或液壓馬達(dá))的額定流量。

(5)瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量是指液壓泵(或液壓馬達(dá))在某一瞬時(shí)的流量。(6)平均流量在某一時(shí)間間隔內(nèi)(對(duì)應(yīng)一個(gè)或數(shù)個(gè)瞬時(shí)流量脈動(dòng)周期)，按時(shí)間平均計(jì)算出的流量稱為平均流量。(2-1)3.轉(zhuǎn)速n(1)額定轉(zhuǎn)速在額定壓力下，能使液壓泵(或液壓馬達(dá))長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速稱為液壓泵(或液壓馬達(dá))的額定轉(zhuǎn)速。

(2)最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速是指在額定壓力下，為保證使用性能和工作壽命所允許的、超過額定轉(zhuǎn)速使液壓泵(或液壓馬達(dá))短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。

(3)最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速是指為保證液壓泵(或液壓馬達(dá))的使用性能所允許的最低轉(zhuǎn)速。4.功率P(1)理論功率

(2)液壓泵的實(shí)際輸入功率與輸出功率

(3)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入功率和輸出功率(1)理論功率液壓泵(或液壓馬達(dá))的理論功率Pt(單位為W,N·m/s)可用理論流量qt(單位為m3/s)與進(jìn)出口壓差Δp(單位為Pa,N/m2)的乘積來(lái)表示。即

(2-2)(2-3)(2)液壓泵的實(shí)際輸入功率與輸出功率液壓泵的實(shí)際輸入功率Pip(單位為N·m/s)是指驅(qū)動(dòng)液壓泵軸所實(shí)際需要的機(jī)械功率。

(2-4)(2-5)(3)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入功率和輸出功率液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入功率Pim(單位為W)等于液壓馬達(dá)的實(shí)際流量qm(單位為m3/s)與進(jìn)出口壓差Δp(單位為Pa)的乘積。

(2-6)(2-7)5.液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩T(1)理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt

(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(1)理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt

理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt(單位為N·m)是指不考慮能量損失時(shí)，液壓馬達(dá)輸出軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。

(2-8)(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指在起動(dòng)過程中克服了靜摩擦阻力以后，液壓馬達(dá)輸出軸所輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩。

6.液壓泵和液壓馬達(dá)的效率(1)容積效率ηVp

(2)機(jī)械效率ηm

(3)總效率η

(4)液壓泵和液壓馬達(dá)的效率特性曲線

(5)液壓泵和液壓馬達(dá)的等效率曲線(1)容積效率ηVp

容積效率是用來(lái)評(píng)價(jià)油液泄漏損失程度的參數(shù)。

(2-9)(2-10)(2)機(jī)械效率ηm

機(jī)械效率是用來(lái)評(píng)價(jià)摩擦損失程度的參數(shù)。

（2-11）（2-12）（2-13）（2-14）(3)總效率η

總效率η等于機(jī)械效率ηm與容積效率ηV的乘積。

（2-15）（2-16）(4)液壓泵和液壓馬達(dá)的效率特性曲線圖2-4液壓泵和液壓馬達(dá)的效率特性曲線

a)液壓泵的效率特性曲線b)液壓馬達(dá)的效率特性曲線(5)液壓泵和液壓馬達(dá)的等效率曲線圖2-5液壓泵和液壓馬達(dá)的等效率曲線

a)某斜盤式軸向柱塞泵的等效率曲線b)某斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的等效率曲線第三節(jié)限制液壓泵(或液壓馬達(dá))工作壓力和轉(zhuǎn)速的因素圖2-6液壓泵(或液壓馬達(dá))

的工作壓力和轉(zhuǎn)速范圍第三節(jié)限制液壓泵(或液壓馬達(dá))工作壓力和轉(zhuǎn)速的因素1.材料強(qiáng)度對(duì)工作壓力的限制

2.對(duì)偶摩擦副的熱平衡、泄漏及磨損對(duì)工作壓力和轉(zhuǎn)速的限制

3.氣蝕對(duì)轉(zhuǎn)速的限制

4.最低轉(zhuǎn)速的限制

5.軸承壽命對(duì)轉(zhuǎn)速和工作壓力的限制

6.噪聲對(duì)轉(zhuǎn)速和工作壓力的限制1.材料強(qiáng)度對(duì)工作壓力的限制在高頻率的重復(fù)載荷作用下，液壓泵(或液壓馬達(dá))的運(yùn)動(dòng)部件可能因材料疲勞強(qiáng)度不夠而遭致破壞；液壓泵(或液壓馬達(dá))體及傳動(dòng)軸等也可能由于材料強(qiáng)度不夠而失效。2.對(duì)偶摩擦副的熱平衡、泄漏及磨損對(duì)工作壓力和轉(zhuǎn)速的限制所有液壓泵(或液壓馬達(dá))中均有若干對(duì)起關(guān)鍵作用的摩擦副。摩擦副表面既承受與工作壓力成正比的擠壓應(yīng)力p，又存在與轉(zhuǎn)速成正比的相對(duì)滑動(dòng)速度v。3.氣蝕對(duì)轉(zhuǎn)速的限制圖2-7液壓泵吸入

管路示意圖氣蝕是限制液壓泵轉(zhuǎn)速提高的另一個(gè)重要因素。對(duì)于液壓泵，可以用氣蝕壓力裕量pc來(lái)判斷液壓泵可能發(fā)生氣蝕的程度。pc可表示為3.氣蝕對(duì)轉(zhuǎn)速的限制（2-17）（2-18）4.最低轉(zhuǎn)速的限制當(dāng)液壓泵(或液壓馬達(dá))的轉(zhuǎn)速過低時(shí)，很少的流量幾乎都損失在泄漏上，這時(shí)液壓泵幾乎不能排出流量，而液壓馬達(dá)則不能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。壓力越高，泄漏越大，所要求的最低工作轉(zhuǎn)速也越大。5.軸承壽命對(duì)轉(zhuǎn)速和工作壓力的限制齒輪泵(或齒輪馬達(dá))、柱塞泵(或柱塞馬達(dá))中的軸承都要承受很大的液壓不平衡力，軸承往往成為這些液壓泵(或液壓馬達(dá))的薄弱環(huán)節(jié)。6.噪聲對(duì)轉(zhuǎn)速和工作壓力的限制噪聲是當(dāng)代公害之一。液壓系統(tǒng)中主要的噪聲源是液壓泵(或液壓馬達(dá))，而且液壓泵(或液壓馬達(dá))的噪聲隨著轉(zhuǎn)速和工作壓力的提高而增大。因此，如何降低噪聲，是液壓泵(或液壓馬達(dá))設(shè)計(jì)和使用中一個(gè)特別值得注意的問題。第四節(jié)摩擦副的摩擦學(xué)特性及設(shè)計(jì)方法一、摩擦副的三種可能潤(rùn)滑狀態(tài)

二、摩擦副的磨損過程及磨損機(jī)理

三、摩擦副的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法

四、水液壓泵(或液壓馬達(dá))摩擦副設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題一、摩擦副的三種可能潤(rùn)滑狀態(tài)圖2-8摩擦副的三種潤(rùn)滑狀態(tài)一、摩擦副的三種可能潤(rùn)滑狀態(tài)1.當(dāng)>5時(shí),處于液膜潤(rùn)滑狀態(tài)

2.當(dāng)<1時(shí),處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)

3.當(dāng)=1～5時(shí)，處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)1.當(dāng)>5時(shí),處于液膜潤(rùn)滑狀態(tài)當(dāng)負(fù)載較小、粘度及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，液膜厚度明顯大于對(duì)偶表面輪廓的算術(shù)平均偏差值，對(duì)偶表面被液膜隔開，并不產(chǎn)生直接接觸，形成理想的液膜潤(rùn)滑狀態(tài)。2.當(dāng)<1時(shí),處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)(1)邊界潤(rùn)滑膜的類型

(2)邊界潤(rùn)滑膜的抗磨機(jī)理

(3)溫度對(duì)邊界潤(rùn)滑膜抗磨性能的影響

(4)提高邊界潤(rùn)滑膜強(qiáng)度的方法(1)邊界潤(rùn)滑膜的類型1)吸附膜。

2)反應(yīng)膜。1)吸附膜。在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，潤(rùn)滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面上所形成的邊界潤(rùn)滑膜稱為吸附膜。吸附膜按其形成條件的不同，又分為物理吸附膜和化學(xué)吸附膜兩種。2)反應(yīng)膜。在潤(rùn)滑劑中如添加一些含硫、磷、氯的極壓添加劑(分別稱為硫系、磷系、氯系)，則這些有機(jī)化合物在高溫條件下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種特殊的金屬化合物，如硫化物、磷化物、氯化物等。(2)邊界潤(rùn)滑膜的抗磨機(jī)理圖2-9分子吸附膜

a)單分子b)多分子(3)溫度對(duì)邊界潤(rùn)滑膜抗磨性能的影響圖2-11溫度對(duì)邊界潤(rùn)滑膜

摩擦因數(shù)f的影響(4)提高邊界潤(rùn)滑膜強(qiáng)度的方法合理選擇摩擦副材料、降低表面粗糙度值，都能有效提高邊界潤(rùn)滑膜強(qiáng)度。但最有效的方法是選用添加了油性添加劑和極壓添加劑的抗磨液壓油，并且對(duì)油液進(jìn)行合理的監(jiān)測(cè)、維護(hù)和更換。

3.當(dāng)=1～5時(shí)，處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)由于摩擦副的對(duì)偶表面均有一定的表面粗糙度，當(dāng)液膜厚度相對(duì)較薄時(shí)，局部表面的輪廓峰頂有可能穿透潤(rùn)滑膜而直接接觸，形成干摩擦。在兩對(duì)偶表面間，有一些區(qū)域處于邊界潤(rùn)滑膜接觸，屬于邊界潤(rùn)滑，也有一些區(qū)域處于液膜潤(rùn)滑狀態(tài)。二、摩擦副的磨損過程及磨損機(jī)理1.磨損過程

2.磨損機(jī)理1.磨損過程圖2-12磨損率與工作時(shí)間的關(guān)系1.磨損過程1)磨合階段。磨合階段是磨損初期的不穩(wěn)定階段，在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)所占比率很小。

2)穩(wěn)定磨損階段。此階段的時(shí)間最長(zhǎng)，其特征是磨損緩慢，磨損率穩(wěn)定。

3)劇烈磨損階段。此階段的特征是磨損率極高，產(chǎn)生異常的振動(dòng)和噪聲，摩擦副溫度迅速升高，快速導(dǎo)致摩擦副失效。2.磨損機(jī)理(1)粘著磨損

(2)表面疲勞磨損(簡(jiǎn)稱疲勞磨損)

(3)磨粒磨損

(4)沖蝕磨損

(5)腐蝕磨損(1)粘著磨損在一定的負(fù)載條件下，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的輪廓峰間可能產(chǎn)生局部接觸，接觸點(diǎn)處壓力很高，潤(rùn)滑膜可能破裂。在潤(rùn)滑膜或其他表面膜破裂或被擠出的情況下，其接觸部位由于摩擦高溫或分子力的作用，將產(chǎn)生融合粘著(即固相焊合)。

(2)表面疲勞磨損(簡(jiǎn)稱疲勞磨損)兩個(gè)表面在重復(fù)滑動(dòng)或滾動(dòng)作用下所引起的表面點(diǎn)蝕或剝落的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。與粘著磨損不同，疲勞磨損不是漸進(jìn)式的磨損，在某一臨界時(shí)刻以前，其磨損量可以忽略不計(jì)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一臨界時(shí)刻，發(fā)生塊狀脫落，元件很快失效。(3)磨粒磨損磨粒磨損是由于硬的物質(zhì)使較軟的材料表面被擦傷而引起的磨損。它可分為兩種類型：一種是由粗糙的硬表面在軟的表面擦過所引起的磨損；另一種是由硬的顆粒在兩個(gè)摩擦面間滑動(dòng)所引起的磨損。影響磨粒磨損的主要因素包括液膜厚度、材料硬度、污染顆粒尺寸和硬度及濃度等。

(4)沖蝕磨損沖蝕磨損是指含有固體顆粒的高速液流對(duì)元件表面或邊緣的沖擊所造成的磨損。當(dāng)液流中的顆粒以接近垂直的方向沖擊元件表面時(shí)，若顆粒在沖撞時(shí)所釋放出的能量大于元件表面材料的結(jié)合力，則表面材料將發(fā)生變形而導(dǎo)致疲勞磨損。

(5)腐蝕磨損腐蝕磨損是腐蝕與磨損同時(shí)起作用的一種磨損。由于腐蝕在對(duì)偶表面生成化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)物，一般情況下，反應(yīng)物與材料表面結(jié)合不牢，容易在摩擦過程中被磨掉，新露出的金屬表面由于腐蝕又產(chǎn)生新的反應(yīng)物，反應(yīng)物生成后又被磨掉，如此反復(fù)作用，急劇加速對(duì)偶表面的磨損失效。三、摩擦副的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法1.固定間隙設(shè)計(jì)法

2.剩余壓緊力法

3.連續(xù)注油靜壓支承設(shè)計(jì)法

4.間歇注油靜壓支承設(shè)計(jì)法1.固定間隙設(shè)計(jì)法依靠一定的結(jié)構(gòu)措施，使摩擦副之間具有某一固定工作間隙的設(shè)計(jì)方法，稱為固定間隙設(shè)計(jì)法。這種方法目前多用于齒輪泵的齒頂和殼體、軸向柱塞泵的柱塞與缸孔、徑向柱塞泵的缸體和配流軸等摩擦副上。2.剩余壓緊力法在摩擦副之間通入高壓油液，使其所產(chǎn)生的分離力平衡掉絕大部分壓緊力；或者在摩擦副運(yùn)動(dòng)件的背面通入高壓油，靠其所產(chǎn)生的壓緊力克服分離力，以保證摩擦副運(yùn)動(dòng)部件能在適當(dāng)?shù)氖Ｓ鄩壕o力作用下，始終緊靠固定部件而不傾斜、不脫開。這種設(shè)計(jì)方法稱為剩余壓緊力法。3.連續(xù)注油靜壓支承設(shè)計(jì)法圖2-13靜壓支承的典型結(jié)構(gòu)4.間歇注油靜壓支承設(shè)計(jì)法這種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是，壓力油液不是連續(xù)地而是間歇地注入摩擦副的槽道，在注油期間，像連續(xù)注油的靜壓支承一樣，形成一定的液膜厚度；而在停止注油期間，則利用已形成液膜的擠壓效應(yīng)來(lái)平衡外負(fù)載力，并且在液膜被擠薄到允許的最小值之前，又開始下一次注油，如此不斷循環(huán)。四、水液壓泵(或液壓馬達(dá))摩擦副設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題1.關(guān)鍵技術(shù)問題

2.可行的技術(shù)方案1.關(guān)鍵技術(shù)問題1)由于水的粘度低，摩擦副中難以像油壓摩擦副那樣形成流體潤(rùn)滑狀態(tài)。

2)與液壓油不同，水中不含任何油性或極壓添加劑，當(dāng)對(duì)偶表面輪廓峰接觸時(shí)，無(wú)法產(chǎn)生邊界潤(rùn)滑膜，難以使其處于良好的邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。

3)水(特別是海水)的銹蝕性強(qiáng)，元件很容易由于強(qiáng)烈的腐蝕磨損而失效。

4)水的汽化壓力很高，在對(duì)偶摩擦副的閉死區(qū)、液壓泵入口等部位很容易產(chǎn)生氣蝕而導(dǎo)致振動(dòng)、噪聲及點(diǎn)蝕。

5)與礦物油相比，水及HFA、HFC等水基難燃液的粘壓特性差，滾動(dòng)接觸時(shí)難以形成彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜。圖2-14彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑

的壓力分布1.關(guān)鍵技術(shù)問題2.可行的技術(shù)方案(1)正確的材料選擇和合理的材料配對(duì)

(2)正確的流場(chǎng)分析

(3)最后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)正確的材料選擇和合理的材料配對(duì)1)一般性能。如強(qiáng)度、斷裂韌度、工藝性及熱力學(xué)性能等。2)特殊性能。如抗腐蝕性能、硬度及表面強(qiáng)化性能、抗氣蝕侵蝕性能、吸水率、熱膨脹率、疲勞強(qiáng)度等。3)摩擦學(xué)性能。如摩擦相容性及自潤(rùn)滑性能、摩擦因數(shù)、抗粘著磨損及抗污染磨損性能等。(2)正確的流場(chǎng)分析1)對(duì)偶間隙。對(duì)偶間隙應(yīng)根據(jù)容積損失與摩擦損失之和為最小來(lái)進(jìn)行初選，但同時(shí)要考慮工藝上的可行性和運(yùn)行中工作的可靠性。

2)剩余壓緊系數(shù)。剩余壓緊系數(shù)的確定原則是：從力矩平衡出發(fā)，保證摩擦副運(yùn)動(dòng)件在不傾斜、不偏磨情況下，適當(dāng)壓緊固定件而不脫開。壓緊力過大，則磨損加??；壓緊力過小，則泄漏增大。一般取剩余壓緊系數(shù)為6%左右。

3)pv值。對(duì)偶表面的pv值既要小于材料允許值，同時(shí)又要考慮為防止氣蝕對(duì)速度最大值和壓力最小值的限制。(3)最后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證由于水液壓技術(shù)仍處于發(fā)展中，無(wú)可靠的成果供采用和借鑒，加之高性能工程材料不斷出現(xiàn)，因此在研制過程中可采用多種技術(shù)方案，最后只有通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比和驗(yàn)證才能確定最佳方案。

第三章齒輪泵及螺桿泵第一節(jié)外嚙合齒輪泵的流量及流量脈動(dòng)

第二節(jié)外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象及卸荷措施

第三節(jié)外嚙合齒輪泵高壓化需要解決的主要問題

第四節(jié)外嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

第五節(jié)內(nèi)嚙合齒輪泵

第六節(jié)螺桿泵第一節(jié)外嚙合齒輪泵的流量及流量脈動(dòng)一、外嚙合齒輪泵的瞬時(shí)流量

二、外嚙合齒輪泵的理論排量、理論流量及流量品質(zhì)一、外嚙合齒輪泵的瞬時(shí)流量1.分析瞬時(shí)流量的意義和方法

2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算1.分析瞬時(shí)流量的意義和方法1)容積變化法。容積變化法是指利用容積變化原理分析瞬時(shí)流量的方法。例如，在某些情況下，直接根據(jù)排油腔容積的變化就可推導(dǎo)出理論瞬時(shí)流量的計(jì)算公式。2)能量平衡法。能量平衡法是指在不計(jì)各種損失的前提下，利用輸入功率等于輸出功率的原理分析瞬時(shí)流量的方法。3)圖解法。圖解法是指根據(jù)容積變化原理，利用圖解來(lái)分析瞬時(shí)流量的方法。2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算圖3-1齒輪泵工作原理圖2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算(3-1)(3-2)(3-3)2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算圖3-2曲線ABO旋轉(zhuǎn)掃過的面積2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算圖3-3漸開線齒輪嚙合點(diǎn)位置的變化2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算(3-8)(3-9)2.外嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算圖3-4漸開線齒輪泵的流量脈動(dòng)曲線二、外嚙合齒輪泵的理論排量、理論流量及流量品質(zhì)1.理論排量及理論流量

2.排量和流量的近似計(jì)算公式

3.流量品質(zhì)1.理論排量及理論流量

(3-10)（3-11）2.排量和流量的近似計(jì)算公式（3-12）（3-13）（3-14）3.流量品質(zhì)(1)流量不均勻系數(shù)流量不均勻系數(shù)δq可定義為瞬時(shí)流量最大值和最小值之差與理論流量的比值。

(2)流量脈動(dòng)頻率fq流量脈動(dòng)頻率fq是指單位時(shí)間內(nèi)流量脈動(dòng)的次數(shù)。(1)流量不均勻系數(shù)表3-1齒輪泵流量不均勻系數(shù)與齒數(shù)z的關(guān)系(1)流量不均勻系數(shù)（3-15）（3-16）(2)流量脈動(dòng)頻率fq

（3-17）（3-18）第二節(jié)外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象及卸荷措施一、困油現(xiàn)象

二、缷荷措施一、困油現(xiàn)象圖3-5外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象二、缷荷措施圖3-6卸荷槽尺寸計(jì)算簡(jiǎn)圖二、缷荷措施1.雙矩形卸荷槽的間距a

2.卸荷槽寬度c

3.卸荷槽深度h1.雙矩形卸荷槽的間距a

雙矩形卸荷槽的間距a(單位為mm)(圖3-6a)的計(jì)算公式為（3-19）2.卸荷槽寬度c

（3-20）（3-21）3.卸荷槽深度h

（3-22）第三節(jié)外嚙合齒輪泵高壓化需要解決的主要問題圖3-7國(guó)產(chǎn)CB—B型低壓外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)圖

1—后端蓋2—滾子軸承3—泵體4—前端蓋5—傳動(dòng)軸6—齒輪

a、c、d—孔道b—卸荷槽e—困油卸荷槽第三節(jié)外嚙合齒輪泵高壓化需要解決的主要問題一、減少泄漏的措施

二、徑向力的計(jì)算及減小徑向力的措施

三、軸承類型及潤(rùn)滑一、減少泄漏的措施1.齒輪泵的泄漏途徑

2.軸向端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償

3.頂隙泄漏的控制1.齒輪泵的泄漏途徑(1)齒輪端面和側(cè)板間的軸向間隙軸向間隙處的泄漏途徑，除了由排油腔經(jīng)軸向間隙直接泄入吸油腔外，還可能由過渡區(qū)段齒谷根部經(jīng)徑向間隙流入軸承腔內(nèi)(與吸油腔相通)。

(2)齒輪齒頂和殼體內(nèi)壁間的頂隙頂隙的泄漏量與軸向間隙的泄漏量相比要小得多，只占總泄漏量的15%～20%，這是因?yàn)辇X頂圓和殼體的接觸長(zhǎng)度大，每個(gè)輪齒分擔(dān)的壓降相對(duì)變小，并且齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)在齒頂間隙處造成的剪切流動(dòng)又抵消了部分壓差流動(dòng)(圖3-8)。

(3)齒面嚙合處(嚙合點(diǎn))的泄漏由于嚙合點(diǎn)接觸不好，使高壓腔和低壓腔之間密封不好而造成泄漏。圖3-8齒輪泵頂隙的泄漏流動(dòng)

a)壓差流動(dòng)b)剪切流動(dòng)c)合成的泄漏流動(dòng)1.齒輪泵的泄漏途徑2.軸向端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償(1)采用彈性側(cè)板(或稱撓性側(cè)板)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置

(2)采用浮動(dòng)軸套的軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置

(3)液壓補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)的一般原則(1)采用彈性側(cè)板(或稱撓性側(cè)板)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置圖3-9采用彈性側(cè)板的CBF—E型齒輪泵結(jié)構(gòu)圖

1、4—側(cè)板2、3—墊板5—弓形密封圈6—密封圈7—密封擋圈8—后泵蓋9—泵體10—前泵蓋

a—壓力油通道b—小孔c—密封腔

E—滑動(dòng)軸承內(nèi)端面與泵蓋內(nèi)端面之間的距離(2)采用浮動(dòng)軸套的軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置圖3-10具有偏心“8”字形補(bǔ)償面浮動(dòng)軸套的齒輪泵結(jié)構(gòu)圖

1—泵體2—O形密封圈3—低壓區(qū)4—軸套

a—泄漏油孔b－高壓引油孔c—環(huán)形槽

—補(bǔ)償面(3)液壓補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)的一般原則1)把壓力油引至浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板或彈性側(cè)板外側(cè)，使該部件始終受到一個(gè)與工作壓力成正比的壓緊力，壓向相對(duì)應(yīng)的齒輪端面，通過軸套滑動(dòng)(或側(cè)板彈性變形)自動(dòng)補(bǔ)償兩者之間的軸向間隙，從而保證了兩者之間的間隙值與工作壓力相適應(yīng)并長(zhǎng)期穩(wěn)定。

2)為了保證壓緊面之間的密封要求，要使壓緊力略大于由齒輪端面間隙內(nèi)泄漏油所產(chǎn)生的反推力，使浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板始終在承受有剩余壓緊力的狀態(tài)下工作，一般可取壓緊力與反推力之比在1.05～1.2的范圍內(nèi)。

3)液壓壓緊力合力和液壓反推力合力的作用線應(yīng)盡量重合，否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使軸套(或側(cè)板)傾斜，不僅會(huì)加大單邊間隙，增加泄漏，而且可導(dǎo)致偏磨。3.頂隙泄漏的控制圖3-11齒輪泵頂隙的補(bǔ)償二、徑向力的計(jì)算及減小徑向力的措施1.沿齒輪圓周液壓力所產(chǎn)生的徑向力FP

2.齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的徑向力FT

3.徑向力的合成

4.徑向力的近似計(jì)算公式

5.減小徑向力的措施1.沿齒輪圓周液壓力所產(chǎn)生的徑向力FP圖3-12齒輪泵的徑向液壓力

a)齒輪圓周徑向液壓力近似分布曲線圖b)齒輪圓周液壓力分布曲線展開圖1.沿齒輪圓周液壓力所產(chǎn)生的徑向力FP（3-23）（3-24）（3-25）1.沿齒輪圓周液壓力所產(chǎn)生的徑向力FP（3-26）（3-27）2.齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的徑向力FT

(3-28)(3-29)3.徑向力的合成圖3-13齒輪嚙合示意圖3.徑向力的合成(3-30)(3-31)4.徑向力的近似計(jì)算公式

(3-32)(3-33)5.減小徑向力的措施(1)擴(kuò)大高壓區(qū)(圖3-14)

(2)擴(kuò)大低壓區(qū)(圖3-11)

(3)開液壓平衡槽

(4)減小壓油口尺寸(1)擴(kuò)大高壓區(qū)(圖3-14)圖3-14擴(kuò)大高壓區(qū)的齒輪泵示意圖(2)擴(kuò)大低壓區(qū)(圖3-11)

將吸油腔擴(kuò)大到接近壓油腔一側(cè)，只留1.5~2個(gè)齒起密封作用，并在高壓腔出口處設(shè)置頂隙浮動(dòng)的補(bǔ)償密封塊。(3)開液壓平衡槽在吸油口到壓油口過渡區(qū)內(nèi)的端蓋或軸套上，開兩個(gè)液壓平衡槽，離吸油口較近的平衡槽與壓油口相通，離壓油口較近的平衡槽與吸油口相通，這樣能使徑向力得到一定程度的平衡。

(4)減小壓油口尺寸使壓油腔作用在齒輪上的面積減小到1～2個(gè)輪齒的范圍內(nèi)，以減小徑向力。

三、軸承類型及潤(rùn)滑1.軸承類型

2.軸承潤(rùn)滑1.軸承類型(1)滾針軸承滾針軸承的起動(dòng)摩擦力矩小，機(jī)械效率高，承載能力大，對(duì)齒輪軸的定位精度高，能在較大的溫度范圍內(nèi)工作，抗污染能力強(qiáng)，因此壽命較長(zhǎng)。

(2)金屬滑動(dòng)軸承這種軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，噪聲較小，抗沖擊性能較好，價(jià)格便宜。

(3)塑料—青銅—金屬基三層復(fù)合材料滑動(dòng)軸承它是以低碳鋼(或錫青銅、不銹鋼等)為基體，燒結(jié)的多孔青銅球粉為中間層以及改性或添加耐高溫、耐磨損填料的聚四氟乙烯(PTFE)為表層的板材卷制而成的。

(4)以新型高分子材料制作的滑動(dòng)軸承它包括聚甲醛(POM)軸承、聚醚醚酮(PEEK)軸承、聚碳酸酯(PC)軸承、氯化聚醚(CPE)軸承等。2.軸承潤(rùn)滑(1)利用高壓泄漏油潤(rùn)滑(2)螺旋槽吸油式低壓潤(rùn)滑(3)利用封閉容積縮小時(shí)向軸承脈沖供油的高壓潤(rùn)滑(4)利用封閉容積擴(kuò)大及齒輪脫開嚙合時(shí)形成的真空實(shí)現(xiàn)低壓油的自吸潤(rùn)滑(1)利用高壓泄漏油潤(rùn)滑將齒輪端面間隙的泄漏油引到軸承腔進(jìn)行潤(rùn)滑。其缺點(diǎn)是：齒輪泵剛起動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑不充分；泄漏油溫度較高，容易導(dǎo)致軸承燒傷；泄漏油中的磨損顆粒進(jìn)入軸承內(nèi)，會(huì)加劇磨損。(2)螺旋槽吸油式低壓潤(rùn)滑當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用軸承孔內(nèi)螺旋槽的作用將軸承外端的油液吸入軸承，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻后，經(jīng)軸承內(nèi)端的大缺口流入剛脫開嚙合的輪齒根部，這種潤(rùn)滑方式稱為螺旋吸油式低壓潤(rùn)滑。

(3)利用封閉容積縮小時(shí)向軸承脈沖供油的高壓潤(rùn)滑在軸套(或側(cè)板)的內(nèi)端面開小槽，封閉容積由最大到最小的過程中，始終保持與該小槽相通。所以，對(duì)于無(wú)側(cè)隙嚙合的齒輪泵而言，齒輪每轉(zhuǎn)過一齒，封閉容積中的油液通過小槽對(duì)軸承脈沖供油兩次；對(duì)于有側(cè)隙嚙合的齒輪泵而言，齒輪每轉(zhuǎn)過一齒，對(duì)軸承脈沖供油一次。從而形成一個(gè)高壓脈沖潤(rùn)滑系統(tǒng)。

(4)利用封閉容積擴(kuò)大及齒輪脫開嚙合時(shí)形成的真空實(shí)現(xiàn)低壓油的自吸潤(rùn)滑這種潤(rùn)滑方式的優(yōu)點(diǎn)是：潤(rùn)滑油來(lái)自吸油口，油溫較低，既改善了油膜的形成條件，又能通過循環(huán)帶走軸承熱量，對(duì)軸承起到了良好的潤(rùn)滑和冷卻作用。另外，這種潤(rùn)滑方式與高壓油潤(rùn)滑相比，容積效率更高。

第四節(jié)外嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、齒輪泵主要參數(shù)的選擇原則

二、齒輪泵的設(shè)計(jì)步驟一、齒輪泵主要參數(shù)的選擇原則1.轉(zhuǎn)速n

2.齒數(shù)z及齒形修正

3.齒寬b及模數(shù)m1.轉(zhuǎn)速n表3-2齒輪泵齒輪節(jié)圓最大速度與油液粘度的關(guān)系2.齒數(shù)z及齒形修正1)兩個(gè)齒輪的中心距為A＝m(z＋1)，節(jié)圓直徑dw＝m(z＋1)。

2)齒頂圓直徑da=m(z+3)，節(jié)圓上的齒頂高為h=m。

3)嚙合角αH的計(jì)算公式為

4)保證齒側(cè)間隙為0.08m(m為模數(shù))的變位系數(shù)ξ的計(jì)算公式為

5)刀具的切削深度(即全齒高)h為(3-34)(3-35)(3-36)3.齒寬b及模數(shù)m

(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)二、齒輪泵的設(shè)計(jì)步驟1)確定齒輪泵的理論設(shè)計(jì)流量qt。

2)根據(jù)本節(jié)前面的介紹，選定齒輪泵的轉(zhuǎn)速n、齒寬系數(shù)kb及齒數(shù)z。

3)根據(jù)式(3-38)或式(3-40)計(jì)算齒輪模數(shù)m。

4)校驗(yàn)齒輪泵的流量。

5)校核齒輪泵節(jié)圓線速度v，必須使

(3-41)6)確定卸荷槽形狀和尺寸，詳見本章第二節(jié)。

7)計(jì)算齒輪各部分尺寸，包括齒頂圓直徑da、分度圓直徑d、齒根圓直徑df及齒寬b等；對(duì)于修正齒輪，還需計(jì)算中心距A、變位系數(shù)ξ、嚙合角αH等。

8)參考有關(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

①減小徑向力的結(jié)構(gòu)措施。

②軸向端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償方案。③齒輪泵的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用三片式結(jié)構(gòu)(由前泵蓋、泵體和后泵蓋組成)還是兩片式結(jié)構(gòu)(由殼體和前泵蓋組成)。近年來(lái)大部分齒輪泵采用三片式結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿浇Y(jié)構(gòu)便于布置雙向端面間隙的液壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置；便于雙出軸布置，根據(jù)需要可以與另一個(gè)齒輪泵相連接；便于毛坯制造及機(jī)械加工。二、齒輪泵的設(shè)計(jì)步驟二、齒輪泵的設(shè)計(jì)步驟④采用滾子軸承還是滑動(dòng)軸承，詳見本章第三節(jié)。

⑤齒輪和軸的結(jié)構(gòu)形