【正文】 歡 迎 使 用 《液壓與氣壓傳動》 多媒體授課系統(tǒng) 燕 山 大 學 《液壓與氣壓傳動》課程組 內(nèi)容編輯 ： 李久彤 姚春東 設計制作 ： 姚春東 ? 液壓泵及馬達概述 ? 齒輪泵 ? 葉片泵 ? 柱塞泵 ? 液壓馬達 ? 液壓泵及液壓馬達的工作特點 2 液壓泵和液壓馬達 ? 液壓泵及馬達概述 ? 油泵和油馬達分別為液壓系統(tǒng)中的 動力元件 和執(zhí)行元件， 都是 能量轉(zhuǎn)換置。 油泵的作用 :是將原動機的機械能（力矩 M，轉(zhuǎn)速n）轉(zhuǎn)換成液體的壓力能（壓力 p，排量 Q）。 油馬達的作用 :是將泵輸給它的液體能(壓力 p、排量 Q)轉(zhuǎn)化成機械能 (轉(zhuǎn)矩 M、轉(zhuǎn)速 n)。帶動負荷轉(zhuǎn)動。 M2n2 p1Q1 p2Q2 M1n1 D 吸入 ? 在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達都是容積式的，都是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。 排出 ?液壓馬達 是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，使其軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達，即容積式泵都可作液壓馬達使用，但在實際中，由于性能、結(jié)構對稱性等要求，一般情況下不能互換。 ?液壓泵和液壓馬達依靠工作腔的容積變化而進行吸油和排油 是液壓泵和馬達的共同特點，因而這種泵 (馬達 )也稱為 容積泵和容積馬達 。 ? 構成容積泵必須具備以下基本條件： ? (1)結(jié)構上能實現(xiàn) 具有密封性能的可變工作容積 。 ? (2)工作腔能周而復始地增大和減小 ，當它增大時與吸油口相連，當它減小時與排油口相通。 ? (3)吸油口與排油口不能連通 ，即不能同時開啟。 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， 液壓泵單位時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 ， 液壓泵單位時間內(nèi)排出的液體體積與工作壓力無關。 排出 油泵的職能 符號如下： ? 液馬達的職能符號如下： 油泵及馬達的分類 (1)按結(jié)構分 :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 單向變量馬達 雙向定量馬達 雙向變量馬達 單向定量泵 單向變量泵 雙向定量泵 雙向變量泵 液壓泵與液壓馬達的性能參數(shù) ? 液壓泵 (馬達 )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 ：液壓泵和液壓馬達的工作壓力是指泵(馬達 )實際工作時的壓力 。 ? 對泵來說，工作壓力是指它的輸出油液壓力；對馬達來說，則是指它的輸入壓力。在實際工作中，泵的壓力是由負載大小而決定的 。 ? 額定壓力 ：液壓泵 (液壓馬達 )的額定壓力是指泵(馬達 )在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉(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 )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 )每轉(zhuǎn)一圈，由其幾何尺寸計算而得到的排出 (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 )每轉(zhuǎn)一弧度 ，由其幾何尺寸計算而得到的排出 (或吸入 )液體的體積，稱為泵 (馬達 )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 )在 單位時間內(nèi) 排出 (輸入 )的液體體積，稱泵(馬達 )的理論流量。 (m3/s) ? 設泵 (馬達 )的角速度為 ω(轉(zhuǎn)速為 n)，則 ? qt ＝ V n＝ Vd ω 。 ? 實際流量 q：泵工作時 實際排出的流量 。 ? 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。 (有什么樣的關系？ ) ? 對于馬達，實際流量與理論流量的關系為： ? q=qt+ ql ? 額定流量 qn：指在正常工作條件下，按試驗標準規(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 (或輸入到馬達中去 )的實際流量 。 (3)功率和效率 ? 液壓泵由原動機 (電機等 )驅(qū)動， 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 )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） ? 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、馬達的理論功率 (W)； ? Tt— 液壓泵、馬達的理論轉(zhuǎn)矩 (Nm)； ? n— 液壓泵、馬達的轉(zhuǎn)速 (r／ s)； ? 注意：不是 r/min 。 ? ω—— 液壓泵、馬達的角速度 (rad／ s)； ? p—— 液壓泵、馬達的工作壓力 (Pa)； ? qt—— 液壓泵、馬達的理論流量 (m3／ s)； ? Vd—— 液壓泵、馬達的每弧度排量 (m3／ rad)； ? V—— 液壓泵、馬達的每轉(zhuǎn)排量 (m3／ r)。 ? 當不計各種損失時，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)。液壓馬達也是如此。 ? 實際上，液壓泵和液壓馬達在能量轉(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械損失兩部分。 p、 q M n2 M n1 ? 對液壓馬達來說，輸入液壓馬達的實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，泵實際輸出的流量減小，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、馬達的容積效率； ? ql—— 液壓泵、馬達的泄漏流量 (m3／ s)； ? q—— 液壓泵、馬達的實際流量 (m3／ s)。 ?對于液壓馬達來說，由于摩擦損失，使液壓馬達實際輸出轉(zhuǎn)矩小于其理論轉(zhuǎn)矩；它的機械效率為： ? 機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩損失。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，機械損失用機械效率來表征： tftfttm TTTTTTT????? 1??式中 ηm—— 液壓泵、馬達的機械效率； ? Tf—— 液壓泵、馬達的損失轉(zhuǎn)矩 (Nm)； ? T—— 液壓泵、馬達的實際轉(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、馬達的總效率。 ? 液壓馬達的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比。 ? 這就是說，液壓泵或液壓馬達的 總效率 都等于各自容積效率與機械效率的乘積。 ? 事實上，液壓泵、馬達的容積效率和機械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關，而泄漏 及摩擦損失則與泵、馬達的工作壓力、油液粘度、轉(zhuǎn)速有關。 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，液壓泵和液壓馬達的效率值也是不同的。液壓泵、馬達的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動介質(zhì)均會影響其工作效率。 馬達效率特性曲線 齒輪泵 ? 齒輪泵是一種常用的液壓泵， 主要特點是結(jié)構簡單，制造方便，價格低廉，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 是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。 ? 齒輪泵被廣泛地應用于采礦設備，冶金設備，建筑機械，工程機械，農(nóng)林機械等各個行業(yè)。 ? 齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。 主動齒輪 被動齒輪 泵體 吸油腔 壓油腔 （ 動畫演示 ）由一對完全相同的圓柱齒輪及泵體、前后泵蓋、傳動軸、密封件等組成。其組成及工作原理見三維動畫。 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 ～ π值，齒數(shù)少時取大值，齒數(shù)多時取小值。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，瞬時流量也是脈動的。 ? 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，如果脈動頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致，還將引起共振，加劇振動和噪聲。為了度量流量脈動的大小，引入了流量脈動率： ? σ=(qmax－ qmin)/q0 ? 式中 σ—— 液壓泵的流量脈動率； ? qmax—— 液壓泵最大瞬時流量 (m3／ s)； ? qmin—— 液壓泵最小瞬時流量 (m3／ s)； ? q0—— 液壓泵的時間平均流量 (m3／ s)。 ? 流量脈動率是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個重要指標。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。 齒輪泵的結(jié)構特點 困油的現(xiàn)象 （ 原理演示