液壓與氣壓傳動9.ppt

1、1,2,本章提要,本章主要內(nèi)容為 ：, 液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù)。, 齒輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。, 高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)。,通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握這幾種泵和馬達(dá)的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達(dá)怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點、及主要性能特點；了解不同類型的泵馬達(dá)之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。,3,2.1 液壓泵、馬達(dá)概述,泵的符號,4,2.1 液壓泵、馬達(dá)概述,馬達(dá)的符號,5,2.1 液壓泵、馬達(dá)概述,2.1.1 容積式泵、馬達(dá)的工作原理,6,由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。,7,液壓泵和液壓馬達(dá)工作的必需條件： （1）必

2、須有一個大小能作周期性變化的封閉容積； （2）必須有配流動作，即 封閉容積加大時吸入低壓油 封閉容積減小時排出高壓油 封閉容積加大時充入高壓油 封閉容積減小時排出低壓油 （3）高低壓油不得連通。,8,液壓泵和液壓馬達(dá)都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。,液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動力源。,液壓馬達(dá)則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。,液壓輸出,液壓輸入,機(jī)械輸出,9,液壓輸出,液壓輸入,機(jī)械輸出,液壓馬達(dá)是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸

3、入壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。,但在實際中由于性能及結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達(dá)不能互換。,10,根據(jù)工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因而這種泵又稱為容積泵。,液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。,液壓馬達(dá)也具有相同的形式。,從工作過程可以看出，在不考慮漏油的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸入或排出的油液體積只取決于工作構(gòu)件的幾何尺寸，如柱塞泵的柱塞直徑和工作行程。,11,2.1.2 液壓泵、馬達(dá)的基本性能參數(shù),液壓泵的基本性能

4、參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、排量、流量、功率和效率等。,工作壓力：指泵（馬達(dá)）實際工作時的壓力。泵指輸出壓力；馬達(dá)指輸入壓力。實際工作壓力取決于相應(yīng)的外負(fù)載。,額定壓力：泵（馬達(dá)）在額定工況條件下按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。,每弧度排量 ：泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一弧度所排出（吸入）液體的體積，也稱角排量。,每轉(zhuǎn)排量 ：無內(nèi)外泄漏時，泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一周所排出（吸入）液體的體積。,12,（2.1）,理論流量 ：無內(nèi)外泄漏時，單位時間內(nèi)泵（馬達(dá)）排出（吸入）液體的體積。泵、馬達(dá)的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積，即 。,額定流量 ：在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出（馬達(dá)輸入）的流量，也是按試驗標(biāo)

5、準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量。由于泵和馬達(dá)存在內(nèi)泄漏，油液具有壓縮性，所以額定流量和理論流量是不同的。,功率和效率：液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動，輸入量是轉(zhuǎn)矩 和角速度 ，輸出量是液體的壓力 和流量 ；如果不考慮液壓泵、馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率是：,13,式中：, 液壓泵、馬達(dá)的壓力和理論流量。,實際上，液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。,功率損失可以分為容積損失和機(jī)械損失兩部分：,容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失。,機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。,（2.1）,14,對液壓泵來說，輸出壓力增大時

6、，泵實際輸出的流量 減小。設(shè)泵的流量損失 為，則 。,泵的容積損失可用容積效率 來表征。,泵容積損失,15,泵容積損失,t,16,對液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實際流量 必然大于它的理論流量 即 ，它的容積效率為：,（2.3）,馬達(dá)容積損失,17,馬達(dá)容積損失,18,機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。,對液壓泵來說，泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為 ，理論轉(zhuǎn)矩為 ，則泵實際輸入轉(zhuǎn)矩為 ，用機(jī)械效率 來表征泵的機(jī)械損失，則,機(jī)械損失,19,泵的機(jī)械損失,液壓泵的總效率 等于其容積效率和機(jī)械效率的乘積：,（2.6）,20,馬達(dá)的機(jī)械損失,對于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失

7、的存在，其實際輸出轉(zhuǎn)矩 小于理論轉(zhuǎn)矩 ，它的機(jī)械效率為,（2.5）,21,馬達(dá)的機(jī)械損失,液壓馬達(dá)的總效率等于其容積效率和機(jī)械效率的乘積。,液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)。,（2.6）,22,圖2.2 液壓泵、馬達(dá)的能量傳遞方框圖,23,22 齒輪泵,齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。,齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備、冶金設(shè)備、建筑機(jī)械、工程機(jī)械和農(nóng)林機(jī)械等各個行業(yè)。,齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩

8、種，外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。,24,221 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理,外嚙合齒輪泵的工作原理； 排量、流量； 外嚙合齒輪泵的流量脈動； 外嚙合齒輪泵的問題和結(jié)構(gòu)特點。,25,221 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理,泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵體及側(cè)板等主要零件構(gòu)成。,圖2.3 外嚙合齒輪泵的工作原理 1泵體;2 主動齒輪;3 從動齒輪,泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。,26,當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封腔容積不斷增大，構(gòu)成吸油并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。

9、,27,左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進(jìn)入嚙合，使密封腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。,28,222 齒輪泵的流量和脈動率,外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個嚙合齒輪的齒谷容積之和。若假設(shè)齒谷容積等于輪齒體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為 ，模數(shù)為 ，節(jié)圓直徑為 ，有效齒高為 ，齒寬為時 ，根據(jù)齒輪參數(shù)計算公式有 ， ，齒輪泵的排量近似為,（2.7）,實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此,在實際計算中用3.333.50來代替上式中值，齒數(shù)少時取大值。,（2.8）,由此得齒輪泵的輸出流量為,（2.9）,29,大,30,齒輪泵的流量脈動,若用 、 來表示最大、

10、最小瞬時流量， 表示平均流量，則流量脈動率為,（2.10）,上式是齒輪泵的平均流量。實際上，在齒輪嚙合過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，因此瞬時流量是脈動的。脈動的大小用脈動率表示。,（2.9）,流量脈動率是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。,31,在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大，并且齒數(shù)愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個弱點。,流量脈動會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲。,齒輪泵的流量脈動,32,223 齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點,33,2.2.3.1 困油的現(xiàn)象,齒輪嚙合時的重疊系數(shù)必大于1，故有一部分油液困在兩對輪齒嚙合時所形成的封閉油腔之內(nèi)，這個密封容積

11、的大小隨齒輪轉(zhuǎn)動而變化，形成困油。,34,困油現(xiàn)象 輪齒間密封容積周期性的增大減小。 受困油液受到擠壓而產(chǎn)生瞬間高壓，密封容腔的受困油液若無油道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等零件也受到附加沖擊載荷的作用； 若密封容積增大時，無油液的補充，又會造成局部真空，使溶于油液中的氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴。,35,2.2.3.1 困油的現(xiàn)象,圖2.5 齒輪泵的困油現(xiàn)象及消除措施,容積減小時 與壓油側(cè)相通,容積增大時 與吸油側(cè)相通,36,2.2.3.2 徑向不平衡力,在齒輪泵中，油液作用在輪外緣的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉(zhuǎn)的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不

12、平衡力的作用。,壓力越高，徑向不平衡力越大，它能使泵軸彎曲，使定子偏磨，加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。,常采取縮小壓油口的辦法減小徑向不平衡力。,37,2.2.3.3 齒輪泵的泄漏通道及端面間隙的自動補償,齒輪泵壓油腔的壓力油可通過三條途經(jīng)泄漏到吸油腔去：,在這三類間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油就愈多。,38,為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，實現(xiàn)齒輪泵的高壓化，需要從結(jié)構(gòu)上來取措施，對端面間隙進(jìn)行自動補償。,通常采用的自動補償端面間隙裝置有：浮動軸套式和彈性側(cè)板式兩種 。,39,224 內(nèi)嚙合齒輪泵,內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.6

13、。,圖2.6 內(nèi)嚙合齒輪泵 1 吸油腔，2 壓油腔，3 隔板,40,在漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪之間要裝一塊月牙隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開，如圖2.6（a）。,內(nèi)嚙合齒輪泵中的小齒輪是主動輪，大齒輪為從動輪，在工作時大齒輪隨小齒輪同向旋轉(zhuǎn)。,圖2.6 內(nèi)嚙合齒輪泵 1 吸油腔，2 壓油腔，3 隔板,壓油窗口,吸油窗口,41,圖2.6 內(nèi)嚙合齒輪泵 1 吸油腔，2 壓油腔，3 隔板,壓油窗口,吸油窗口,擺線齒形嚙合齒輪泵又稱擺線轉(zhuǎn)子泵。 在這種泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪只相差一齒，因而不需設(shè)置隔板。如圖2.6（b）。,42,內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；

14、但在低速、高壓下工作時，壓力脈動大，容積效率低； 一般用于中、低壓系統(tǒng)，或作為補油泵。 內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點是齒形復(fù)雜，加工困難，價格較貴，且不適合高壓工況。,43,2.3 葉片泵,單作用葉片泵,雙作用葉片泵,44,2.3.1 單作用葉片泵,2.3.1.1 工作原理,圖2.7為單作用葉片泵的工作原理。 泵由轉(zhuǎn)2、定子3、葉片4和配流盤等件組成。,圖2.7單作用葉片泵工作原理 1壓油口;2 轉(zhuǎn)子;3 定子;4 葉片;5 吸油口,定子,45,定子的內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩

15、相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個密封的工作腔。,泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。 轉(zhuǎn)子單方向受力，軸承負(fù)載大。 改變偏心距，可改變泵排量，形成變量葉片泵。,46,2.3.1.2 單作用葉片泵的平均流量計算,47,2.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理,變量葉片泵有內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。,（1） 限壓式內(nèi)反饋變量葉片泵,內(nèi)反饋式變量泵操縱力來自泵本身的排油壓力，內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸、排油窗口的布置如圖2.9。,圖2.9 變量原理 1最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2 彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3 葉片；4 轉(zhuǎn)子；5 定子,48,由于存在偏角 ，排油壓力對定子環(huán)的作用力

16、可以分解為垂直于軸線 的分力F1及與之平行的調(diào)節(jié)分力F2，調(diào)節(jié)分力F2與調(diào)節(jié)彈簧的壓縮恢復(fù)力、定子運動的摩擦力及定子運動的慣性力相平衡。定子相對于轉(zhuǎn)子的偏心距、泵的排量大小可由力的相對平衡來決定，變量特性曲線如圖2.10所示。,49,當(dāng)泵的工作壓力所形成的調(diào)節(jié)分力F2小于彈簧預(yù)緊力時，泵的定子環(huán)對轉(zhuǎn)子的偏心距保持在最大值，不隨工作壓力的變化而變，由于泄漏，泵的實際輸出流量隨其壓力增加而稍有下降，如上圖中AB段。,50,圖2.10,當(dāng)泵的工作壓力P超過PB后，調(diào)節(jié)分力F2大于彈簧預(yù)緊力，使定子環(huán)向減小偏心距的方向移動，泵的排量開始下降（變量）。,改變彈簧預(yù)緊力可以改變曲線的B點；調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)

17、螺釘，可以調(diào)節(jié)曲線的A點。,51,（2） 限壓式外反饋變量葉片泵,圖2.11外反饋限壓式變量葉片泵 1轉(zhuǎn)子；2 彈簧；3 定子；4 滑塊滾針支承；5 反饋柱塞；6 流量調(diào)節(jié)螺釘,52,限壓式外反饋變量葉片泵,53,設(shè)泵轉(zhuǎn)子和定子間的最大偏心距為 ，此時彈簧的預(yù)壓縮量為 ，彈簧剛度為 ，泵的偏心預(yù)調(diào)值為 ，當(dāng)壓力逐漸增大，使定子開始移動時壓力為 ，則有,（2.13）,54,當(dāng)泵壓力為 時，定子移動了 距離，也即彈簧壓縮量增加 ，這時的偏心量為 ：,（2.15）,（2.14）,（2.16）,55,2.3.2 雙作用葉片泵,2.3.2.1 工作原理,雙作用葉片泵的原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在

18、于定子內(nèi)表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。,雙作用葉片泵,56,57,2.3.2.1 工作原理,圖中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。,圖2.12 雙作用葉片泵工作原理 1定子；2 壓油口；3 轉(zhuǎn)子；4 葉片；5 吸油口,58,2.3.2.1 工作原理,這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。,圖2.12 雙作用葉片泵工作原理 1定子；2 壓油口；3 轉(zhuǎn)子；4 葉片；5 吸油

19、口,59,2.3.2.2 雙作用葉片泵的平均流量計算,當(dāng)兩葉片從a，b位置轉(zhuǎn)c，d位置時，排出容積為M的油液；從c，d轉(zhuǎn)到e，f 時，吸進(jìn)了容積為M的油液。從e，f 轉(zhuǎn)到g，h時又排出了容積為M的油液；再從g，h轉(zhuǎn)回到a，b時又吸進(jìn)了容積為M的油液。,圖2.13 雙作用葉片泵平均流量計算原理,60,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，兩葉片間吸油兩次，排油兩次，每次容積為M；當(dāng)葉片數(shù)為Z時，轉(zhuǎn)動一周所有葉片的排量為2Z個M容積，若不計葉片幾何尺度，此值正好為環(huán)行體積的兩倍。故泵的排量為：,平均流量為：,61,考慮葉片厚度影響后，雙作用葉片泵精確流量計算公式為：,（2.23）,2.3.2.3 葉片泵的高壓化趨勢,隨著技

20、術(shù)的發(fā)展，雙作用葉片的最高工作壓力已達(dá)成2030MPa，這是因為雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向力基本上是平衡的，不像齒輪泵和單作用葉片泵那樣，工作壓力的提高會受到徑向承載能力的限制； 葉片泵工作壓力提高的主要限制條件是葉片和定子內(nèi)表面的磨損。,62,為了解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油區(qū)葉片對定子內(nèi)表面的壓緊力，目前采取的主要結(jié)構(gòu)措施有以下幾種：,（1）雙葉片結(jié)構(gòu),各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個經(jīng)過倒角的葉片。兩葉片的倒角部分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，因而作用在葉片底、頭部的油壓力相等，合理設(shè)計葉片頭部的形狀，使葉片頭部承壓面積略小于葉片底部承壓面積。這個承壓面積的差值就形成葉片對定子內(nèi)表面的

21、接觸力。,63,（2）彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu),葉片的底面上開有三個彈簧孔，通過葉片頭部和底部相連的小孔及側(cè)面的半圓槽使葉片底面與頭部溝通。不過，彈簧在工作過程中頻繁受交變壓縮，易引起疲勞損壞。,圖2.15 彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu),64,（3）母子葉片結(jié)構(gòu),圖2.16母子葉片結(jié)構(gòu),65,葉片槽中裝有母葉片和子葉片，母、子葉片能自由地相對滑動，正確選擇子葉片和母葉片的寬度尺寸之比可使母葉片和定子的接觸壓力適當(dāng)； 轉(zhuǎn)子上的壓力平衡孔使母葉片的頭部和底部液壓力相等，泵的排油壓力通到母、子葉片之間的中間壓力腔； 葉片作用在定子上的力為：,（2.24）,66,（4）階梯葉片結(jié)構(gòu),葉片做階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相

22、應(yīng)的形狀。它們之間的中間油腔經(jīng)配流盤上的槽與壓力油相通，轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭部的壓力油引入葉片底部。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀較為復(fù)雜，加工工藝性較差，應(yīng)用較少。,圖2.17 1定子；2 轉(zhuǎn)子；3 中間油腔；4 壓力平衡油道,67,2.3.3 單雙葉片泵 的特點比較,2.3.3.1 單作用葉片的特點,存在困油現(xiàn)象,葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜,配流盤的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角，而單作用葉片泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此，當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時，會產(chǎn)生與齒輪泵相類似的困油現(xiàn)象。通常，通過配流盤排油窗口邊緣開三角卸荷槽的方法來消除困油現(xiàn)象。,轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力

23、,單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負(fù)荷較大。這使泵的工作壓力和排量的提高均受到限制。,68,2.3.3.2 雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點,定子過度曲線,定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成，應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧段交接點處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲，同時，還應(yīng)使泵的瞬時流量的脈動最小。,69,葉片安放角,設(shè)置葉片安放角有利于葉片在槽內(nèi)滑動。為了保證葉片順利的從葉片槽滑出，減小葉片的壓力角，根據(jù)過渡曲線的動力學(xué)特性，雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片槽常做成沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個安放角。當(dāng)葉片有安放角時，葉片泵就不允許反轉(zhuǎn)。,70,雙作用葉片泵的 葉片“后傾”,71,2.4 柱塞泵,

24、柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運動時密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油和排油的。柱塞泵的特點是泄漏小、容積效率高，可以在高壓下工作。,軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類。,72,斜盤1和配油盤4不動，傳動軸5帶動缸體3、柱塞2一起轉(zhuǎn)動。 傳動軸旋轉(zhuǎn)時，柱塞2在其沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，油液經(jīng)配油盤4上的配油窗口a吸入。,斜盤1,柱塞2,缸體3,配油盤4,2.4.1 斜盤式軸向柱塞泵,吸油口,壓油口,73,柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配油盤窗口b向外排出。 缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復(fù)運動一次，完成

25、一次吸油動作。 改變斜盤的傾角，就可以改變密封工作容積的有效變化量，實現(xiàn)泵的變量。,74,2.4.1.1 斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量,75,實際上，柱塞泵的排量是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，其輸出流量是脈動的。就柱塞數(shù)而言，柱塞數(shù)為奇數(shù)時的脈動率比偶數(shù)柱塞小，且柱塞數(shù)越多，脈動越小，故柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)。,從結(jié)構(gòu)工藝性和脈動率綜合考慮，常取Z=7或Z=9。,76,配流盤,缸體,斜盤,柱塞,2.4.1.2 斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點,(1)結(jié)構(gòu),通軸結(jié)構(gòu),77,配流盤,缸體,斜盤,手動變量機(jī)械,柱塞,半軸結(jié)構(gòu),輸入軸,殼體,回程盤,78,2.4.1.2 斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點,端面間隙的自動補償,(2

26、)特點,由圖可見，使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機(jī)械裝置或彈簧作為預(yù)密封的推力外，還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受液壓力緊貼著配流盤，就使端面間隙得到了自動補償。,79,圖2.19滑靴的靜壓支承原理,滑靴的靜壓支撐結(jié)構(gòu),為防止磨損，一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑靴。 滑靴是按靜壓軸承原理設(shè)計的，缸體中的壓力油經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盤間形成液體潤滑，改善了柱塞頭部和斜盤的接觸情況。 有利于提高軸向柱塞泵的壓力。,80,變量機(jī)構(gòu),手動伺服變量機(jī)構(gòu),圖 2.20 手動伺服變量機(jī)構(gòu)圖,變量機(jī)構(gòu)由缸筒1，活

27、塞2和伺服閥3組成。 斜盤4通過撥叉機(jī)構(gòu)與活塞2下端鉸接，利用活塞2的上下移動來改變斜盤傾角。 當(dāng)用手柄使伺服閥芯3向下移動時，上面的進(jìn)油閥口打開，活塞也向下移動，活塞2移動時又使伺服閥上的閥口關(guān)閉，最終使活塞2自身停止運動。 同理，當(dāng)手柄使伺服閥芯3向上移動時，變量活塞向上移動。,81,2.4.2 斜軸式軸向柱塞泵,傳動軸5的軸線相對于缸體3有傾角 ，柱塞2與傳動軸圓盤之間用相互鉸接的連桿4相連。軸5旋轉(zhuǎn)時，連桿4就帶動柱塞2連同缸體3一起繞缸體軸線旋轉(zhuǎn)，柱塞2同時也在缸體的柱塞孔內(nèi)做往復(fù)運動，使密封腔容積不斷發(fā)生增大和縮小的變化，通過配流盤1上的窗口 a 和 b 實現(xiàn)吸油和壓油。,圖 2.

28、21 1流盤；2 柱塞；3 缸體；4 連桿；5 傳動軸；a 吸油窗口；b 壓油窗口,82,與斜盤式泵相比較，斜軸式泵由于缸體所受的不平衡徑向力較小，故結(jié)構(gòu)強度較高可以有較高的設(shè)計參數(shù)，其缸體軸線與驅(qū)動軸的夾角 較大，變量范圍較大；但外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。目前，斜軸式軸向柱塞泵的使用相當(dāng)廣泛。,83,84,2.4.3 徑向柱塞泵,85,2.4.3 徑向柱塞泵,轉(zhuǎn)子2的中心與定子1的中心之間有一個偏心量e。在固定不動的配流軸3上，相對于柱塞孔的部位有相互隔開的上下兩個配流窗口，該配流窗口又分別通過所在部位的二個軸向孔與泵的吸、排油口連通。,當(dāng)轉(zhuǎn)子2按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，上半周的柱塞皆往外滑動

29、，通過軸向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑動，通過配流盤向外排油。,86,當(dāng)移動定子，改變偏心量e的大小時，泵的排量就發(fā)生改變；因此，徑向柱塞泵可以是單向或雙向變量泵。,圖2.22徑向柱塞泵的工作原理圖 1定子；2 轉(zhuǎn)子；3 配流軸；4 出襯套；5 柱塞；a 吸油腔；b 壓油腔,為了流量脈動率盡可能小，通常采用奇數(shù)柱塞數(shù)。,徑向柱塞泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差，并且配流軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易于磨損。,87,徑向泵的流量計算：,88,液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，也是靠密封容積的變化進(jìn)行工作的。常見的液馬達(dá)也有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種主要形式；從轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍分,可有高速馬達(dá)和低速大扭矩

30、馬達(dá)之分。馬達(dá)和泵在工作原理上是互逆的，當(dāng)向泵輸入壓力油時，其軸輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就成為馬達(dá)。,由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。,2.5 液壓馬達(dá),89,2.5.1 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù),馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達(dá)的排量。,90,容積效率和轉(zhuǎn)速,91,輸出轉(zhuǎn)矩,因馬達(dá)實際存在機(jī)械摩擦，故實際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機(jī)械效率。,92,功率和總效率,由上式可見，液壓馬達(dá)的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機(jī)械效率與容積效率的乘積。,93,2.5.2 高速液壓馬達(dá),一般來說，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的馬達(dá)屬于高速馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500

31、r/min的馬達(dá)屬于低速馬達(dá)。,高速液壓馬達(dá)基本型式：齒輪式、葉片式和軸向柱塞式等。,它們的主要特點是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動、制動、調(diào)速和換向。通常高速馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩不大，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，只能滿足高速小扭矩工況。,94,柱塞式馬達(dá)的工作原理,當(dāng)壓力油輸入液壓馬達(dá)時，處于壓力腔的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞產(chǎn)生反力，該力可分解為軸向分力和垂直于軸向的分力。其中，垂直于軸向的分力使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。,95,柱塞式馬達(dá)的扭矩計算,96,柱塞式馬達(dá)的扭矩計算,97,柱塞式馬達(dá)的扭矩計算,可以看出，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩等于處在馬達(dá)壓力腔半圓內(nèi)各柱塞瞬時轉(zhuǎn)矩的總和。 由于柱塞的瞬時方位角呈周期性

32、變化，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩也周期性變化，所以液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩是脈動的，通常只計算馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)矩。,98,2.5.3 低速大扭矩液壓馬達(dá),低速大扭矩液壓馬達(dá)是相對于高速馬達(dá)而言的，通常這類馬達(dá)在結(jié)構(gòu)形式上多為徑向柱塞式,其特點是：最低轉(zhuǎn)速低，大約在510轉(zhuǎn)/分；輸出扭矩大，可達(dá)幾萬牛頓米；徑向尺寸大，轉(zhuǎn)動慣量大。,它可以直接與工作機(jī)構(gòu)直接聯(lián)接，不需要減速裝置，使傳動結(jié)構(gòu)大為簡化。低速大扭矩液壓馬達(dá)廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機(jī)械上。,低速大扭矩液壓馬達(dá)的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達(dá)、靜力平衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。,99,2.5.3.1 曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá),曲柄連桿

33、式低速大扭矩液壓馬達(dá)應(yīng)用較早，同類型號為JMZ型，其額定壓力16MPa，最高壓力21MPa，理論排量最大可達(dá)6.140 r/min。,100,馬達(dá)由殼體、曲柄連桿活塞組件、偏心軸及配油軸組成。殼體1內(nèi)沿圓周呈放射狀均勻布置了五只缸體，形成星形殼體；缸體內(nèi)裝有活塞2，活塞2與連桿3通過球絞連接，連桿大端做成鞍型圓柱瓦面緊貼在曲軸4的偏心圓上，液壓馬達(dá)的配流軸5與曲軸通過十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動，馬達(dá)的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對應(yīng)的活塞油缸。,101,腔通壓力油，活塞受到壓力油的作用。 腔與排油窗口接通。 受油壓作用的柱塞通過連桿對偏心圓中心作用一個力N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩； 隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，位于高壓側(cè)的油缸容積逐漸增大，而位于低壓側(cè)的油缸的容積逐漸縮小，因此，高壓油不斷進(jìn)入液壓馬達(dá)，從低壓腔不斷排出。,102,2.5.3.2 靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá),靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá)也叫無連桿馬達(dá)，是從曲柄連桿式液壓馬達(dá)改進(jìn)、發(fā)展而來的，它的主要特點是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。,國外把這類馬達(dá)稱為羅斯通（Roston）馬達(dá)，國內(nèi)也有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機(jī)械、挖掘機(jī)以及石油鉆探機(jī)械上使用。,103,液壓馬達(dá)的