【正文】 歡 迎 使 用 《液壓與氣壓傳動(dòng)》 多媒體授課系統(tǒng) 燕 山 大 學(xué) 《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程組 內(nèi)容編輯 ： 李久彤 姚春東 設(shè)計(jì)制作 ： 姚春東 ? 液壓泵及馬達(dá)概述 ? 齒輪泵 ? 葉片泵 ? 柱塞泵 ? 液壓馬達(dá) ? 液壓泵及液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn) 2 液壓泵和液壓馬達(dá) ? 液壓泵及馬達(dá)概述 ? 油泵和油馬達(dá)分別為液壓系統(tǒng)中的 動(dòng)力元件 和執(zhí)行元件， 都是 能量轉(zhuǎn)換置。 油泵的作用 :是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能（力矩 M，轉(zhuǎn)速n）轉(zhuǎn)換成液體的壓力能（壓力 p，排量 Q）。 油馬達(dá)的作用 :是將泵輸給它的液體能(壓力 p、排量 Q)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 (轉(zhuǎn)矩 M、轉(zhuǎn)速 n)。帶動(dòng)負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)。 M2n2 p1Q1 p2Q2 M1n1 D 吸入 ? 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達(dá)都是容積式的，都是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。 排出 ?液壓馬達(dá) 是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，使其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)際中，由于性能、結(jié)構(gòu)對稱性等要求，一般情況下不能互換。 ?液壓泵和液壓馬達(dá)依靠工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油 是液壓泵和馬達(dá)的共同特點(diǎn)，因而這種泵 (馬達(dá) )也稱為 容積泵和容積馬達(dá) 。 ? 構(gòu)成容積泵必須具備以下基本條件： ? (1)結(jié)構(gòu)上能實(shí)現(xiàn) 具有密封性能的可變工作容積 。 ? (2)工作腔能周而復(fù)始地增大和減小 ，當(dāng)它增大時(shí)與吸油口相連，當(dāng)它減小時(shí)與排油口相通。 ? (3)吸油口與排油口不能連通 ，即不能同時(shí)開啟。 排出 ? 從工作過程可以看出，在不考慮油液泄漏的情況下， 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。 ? 在不考慮油液泄漏等影響時(shí)， 液壓泵單位時(shí)間排出的油液體積與液壓泵密封容積變化頻率 n成正比 ，也與 泵密封容積的變化量 V成正比； ? 在不考慮液體的壓縮性和泄漏時(shí) ， 液壓泵單位時(shí)間內(nèi)排出的液體體積與工作壓力無關(guān)。 排出 油泵的職能 符號如下： ? 液馬達(dá)的職能符號如下： 油泵及馬達(dá)的分類 (1)按結(jié)構(gòu)分 :柱塞泵 、 齒輪泵 、 葉片泵 三大類； (2)按排量是否可調(diào)分 :定量泵、變量泵； 什么是排量？ (3)按排油方向分 :單向泵、雙向泵； (4)按壓力級別分 :低壓、中壓、中高壓、超高壓泵； 單向定量馬達(dá) 單向變量馬達(dá) 雙向定量馬達(dá) 雙向變量馬達(dá) 單向定量泵 單向變量泵 雙向定量泵 雙向變量泵 液壓泵與液壓馬達(dá)的性能參數(shù) ? 液壓泵 (馬達(dá) )的基本性能參數(shù)主要有 壓力 、 排量 、流量、功率 和 效率 。 ? (1)工作壓力 和 額定壓力 ? 工作壓力 ：液壓泵和液壓馬達(dá)的工作壓力是指泵(馬達(dá) )實(shí)際工作時(shí)的壓力 。 ? 對泵來說，工作壓力是指它的輸出油液壓力；對馬達(dá)來說，則是指它的輸入壓力。在實(shí)際工作中，泵的壓力是由負(fù)載大小而決定的 。 ? 額定壓力 ：液壓泵 (液壓馬達(dá) )的額定壓力是指泵(馬達(dá) )在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力 。超過此值就是過載。 (2)排量和流量 ? 液壓泵 (液壓馬達(dá) )的排量有 每轉(zhuǎn)排量 (用 V表示 )和 每弧度排量 (用 Vd表示 )之分。 ? 每轉(zhuǎn)排量 V：泵 (馬達(dá) )每轉(zhuǎn)一圈，由其幾何尺寸計(jì)算而得到的排出 (或吸入 )液體的體積 (即在無泄漏的情況下，其 每轉(zhuǎn)一圈 所能輸出的液體體積 )，簡稱 排量 (m3／ r)。 ? 每弧度排量 Vd：泵 (馬達(dá) )每轉(zhuǎn)一弧度 ，由其幾何尺寸計(jì)算而得到的排出 (或吸入 )液體的體積，稱為泵 (馬達(dá) )的 每弧度排量 (m3／ rad)。 ? 理論流量 qt：在不考慮泄漏情況下，泵 (馬達(dá) )在 單位時(shí)間內(nèi) 排出 (輸入 )的液體體積，稱泵(馬達(dá) )的理論流量。 (m3/s) ? 設(shè)泵 (馬達(dá) )的角速度為 ω(轉(zhuǎn)速為 n)，則 ? qt ＝ V n＝ Vd ω 。 ? 實(shí)際流量 q：泵工作時(shí) 實(shí)際排出的流量 。 ? 它等于 泵的理論流量 qt減去泄漏流量 (含壓縮損失 )ql，即 q=qt－ ql。 ? ql為容積流失 ，它與工作 油液的粘度 、泵的 密封性 及 工作壓力 p等因素有關(guān)。 (有什么樣的關(guān)系？ ) ? 對于馬達(dá)，實(shí)際流量與理論流量的關(guān)系為： ? q=qt+ ql ? 額定流量 qn：指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量。亦即 在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出 (或輸入到馬達(dá)中去 )的實(shí)際流量 。 (3)功率和效率 ? 液壓泵由原動(dòng)機(jī) (電機(jī)等 )驅(qū)動(dòng)， 輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 (角速度 )， 輸出量是液體的壓力和流量 ；液壓馬達(dá)則剛好相反，輸入量是液體的壓力和流量，輸出量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 (角速度 )。 ? 如果不考慮液壓泵 (液壓馬達(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： ? Nt=pqt（泵） =Tt ω（馬達(dá)） ? 其中，理論輸入 (輸出 )轉(zhuǎn)矩為 : Tt=p Vd=p V/(2π) ? 工作壓力為 p = Tt / Vd =(2π) Tt/ V ? 理論流量為 qt ＝ Vd ω ＝ V n ? 式中 Nt— 液壓泵、馬達(dá)的理論功率 (W)； ? Tt— 液壓泵、馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩 (Nm)； ? n— 液壓泵、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 (r／ s)； ? 注意：不是 r/min 。 ? ω—— 液壓泵、馬達(dá)的角速度 (rad／ s)； ? p—— 液壓泵、馬達(dá)的工作壓力 (Pa)； ? qt—— 液壓泵、馬達(dá)的理論流量 (m3／ s)； ? Vd—— 液壓泵、馬達(dá)的每弧度排量 (m3／ rad)； ? V—— 液壓泵、馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量 (m3／ r)。 ? 當(dāng)不計(jì)各種損失時(shí)，液壓泵的輸出流量 qt是由角速度 ω轉(zhuǎn)換而來的，轉(zhuǎn)換系數(shù)即為角度排量 Vd ；其輸出壓力 p是由輸入轉(zhuǎn)矩 Tt轉(zhuǎn)換而來的，轉(zhuǎn)換系數(shù)即為角度排量 Vd的倒數(shù)。液壓馬達(dá)也是如此。 ? 實(shí)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，兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機(jī)械損失兩部分。 p、 q M n2 M n1 ? 對液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量必然大于它的理論流量，其容積效率可表示為： ? 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，對液壓泵來說，輸出壓力增大時(shí)，泵實(shí)際輸出的流量減小，泵的流量損失可用容積效率來表示： tltlttV qqqqqqq????? 1?qqqqqqq lltV ????? 1?式中 ηv—— 液壓泵、馬達(dá)的容積效率； ? ql—— 液壓泵、馬達(dá)的泄漏流量 (m3／ s)； ? q—— 液壓泵、馬達(dá)的實(shí)際流量 (m3／ s)。 ?對于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失，使液壓馬達(dá)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩小于其理論轉(zhuǎn)矩；它的機(jī)械效率為： ? 機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩?fù)p失。對液壓泵來說，泵的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，機(jī)械損失用機(jī)械效率來表征： tftfttm TTTTTTT????? 1??式中 ηm—— 液壓泵、馬達(dá)的機(jī)械效率； ? Tf—— 液壓泵、馬達(dá)的損失轉(zhuǎn)矩 (Nm)； ? T—— 液壓泵、馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩 (Nm)。 TTTTTTT fftm ????? 1 ? 液壓泵的總效率是其輸出功率和輸入功率之比： mVNN ??? ???入出式中 η—— 液壓泵、馬達(dá)的總效率。 ? 液壓馬達(dá)的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比。 ? 這就是說，液壓泵或液壓馬達(dá)的 總效率 都等于各自容積效率與機(jī)械效率的乘積。 ? 事實(shí)上，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)，而泄漏 及摩擦損失則與泵、馬達(dá)的工作壓力、油液粘度、轉(zhuǎn)速有關(guān)。 液壓泵的效率特性曲線 ? 由圖可見，在不同的壓力下，液壓泵和馬達(dá)的效率是不同的；在不同的轉(zhuǎn)速和粘度下，液壓泵和液壓馬達(dá)的效率值也是不同的。液壓泵、馬達(dá)的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動(dòng)介質(zhì)均會影響其工作效率。 馬達(dá)效率特性曲線 齒輪泵 ? 齒輪泵是一種常用的液壓泵， 主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價(jià)格低廉，體積小，重量輕，自吸性能好，對油液污染不敏感，工作可靠； 其主要缺點(diǎn) 是流量和壓力脈動(dòng)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，農(nóng)林機(jī)械等各個(gè)行業(yè)。 ? 齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。 主動(dòng)齒輪 被動(dòng)齒輪 泵體 吸油腔 壓油腔 （ 動(dòng)畫演示 ）由一對完全相同的圓柱齒輪及泵體、前后泵蓋、傳動(dòng)軸、密封件等組成。其組成及工作原理見三維動(dòng)畫。 齒輪泵的流量和脈動(dòng)率 ? 外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個(gè)嚙合齒輪的齒谷容積之和，若假設(shè)齒谷容積等于輪齒所占體積，齒輪泵的排量可近似為： ? V＝ πdhb=2πzm2b ? 式中 V—— 液壓泵的每轉(zhuǎn)排量 (m3／ r)； ? z—— 齒輪的齒數(shù)； ? m—— 齒輪的模數(shù) (m)； ? b—— 齒輪的齒寬 (m)； ? d—— 齒輪的節(jié)圓直徑 (m)， d=mz； ? h—— 齒輪的有效齒高 (m)， h=2m。 ? 實(shí)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(shí)際計(jì)算中用 ～ π值，齒數(shù)少時(shí)取大值，齒數(shù)多時(shí)取小值。這樣，齒輪泵的排量可寫為 ? V=(～ 7)zm2b ? 由此得齒輪泵的輸出流量為 ? q=(～ 7) zm2b nηV ? 實(shí)際上，由于齒輪泵在工作過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動(dòng)，瞬時(shí)流量也是脈動(dòng)的。 ? 流量脈動(dòng)會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動(dòng)，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，如果脈動(dòng)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致，還將引起共振，加劇振動(dòng)和噪聲。為了度量流量脈動(dòng)的大小，引入了流量脈動(dòng)率： ? σ=(qmax－ qmin)/q0 ? 式中 σ—— 液壓泵的流量脈動(dòng)率； ? qmax—— 液壓泵最大瞬時(shí)流量 (m3／ s)； ? qmin—— 液壓泵最小瞬時(shí)流量 (m3／ s)； ? q0—— 液壓泵的時(shí)間平均流量 (m3／ s)。 ? 流量脈動(dòng)率是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動(dòng)最大，并且齒數(shù)愈少，脈動(dòng)率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個(gè)弱點(diǎn)。 齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 困油的現(xiàn)象 （ 原理演示