液压和气压传动与控制 液压泵与执行元件汇报

1、PPT模板下载： 组长：许楚滨 组员：张钊涛、阳欢、陈智尚、阳鸿杰第4 4章 液压泵 4.1 4.1 液压泵概述液压泵概述 4.2 4.2 液压泵噪声及其控制液压泵噪声及其控制 4.3 4.3 液压泵的选用液压泵的选用几种典型液压泵的实际应用手动高压柱塞泵巨型可调叶片水泵建筑上用于输送砂浆的砂浆泵砂浆泵 热电厂锅炉给水泵热电厂锅炉给水泵全球首台AP1000核电机组主泵(叶片泵)内部巨大的漩涡叶片图4-1-1 液压泵工作原理简介n 原原 理：理：到目前为止，液压传动中用到的几乎都是容积式液压泵。到目前为止，液压传动中用到的几乎都是容积式液压泵。容积式容积式液压泵的工作原理是：液压泵的工作原理是：

2、 依靠密封容腔容积的大小变化来工作；油箱上依靠密封容腔容积的大小变化来工作；油箱上的电动机带动液压泵旋转，通过一定机构使液压泵内的密封工作腔的容的电动机带动液压泵旋转，通过一定机构使液压泵内的密封工作腔的容积大小发生变化，通过配流装置使密封工作容积轮换地与吸油口或压油积大小发生变化，通过配流装置使密封工作容积轮换地与吸油口或压油口相通，实现液压泵的吸油、排油过程。口相通，实现液压泵的吸油、排油过程。4-1-2 液压泵分类n 不论何种液压泵，它们的共同特点是：根据工作腔容积大小的变化而完成吸油和排油过程，统称为容积泵。n 按照液压泵在单位时间内所能输出油液体积的调节可否？可分为：定量泵(可细分为

3、单向、双向)、变量泵(可细分为单向、双向)等两大类；按结构形式，可分为齿轮式、叶片式和柱塞式等三大类。单向定量泵单向定量泵 双向定量泵双向定量泵 单向单向变变量泵量泵 双向双向变量变量泵泵 4-1-3 4-1-3 液压泵性能参数液压泵性能参数n吸入压力吸入压力：液压泵：液压泵进口处的压力进口处的压力；自吸泵的吸入压力低于当地大气；自吸泵的吸入压力低于当地大气压力。压力。n工作压力工作压力：指液压泵：指液压泵出口处的实际压力出口处的实际压力值。值。 工作压力值取决于系统工作压力值取决于系统负载大小，即液压泵输出到系统中的液体在流动过程中所受的阻力。负载大小，即液压泵输出到系统中的液体在流动过程中

4、所受的阻力。负载增大，工作压力升高；反之则工作压力降低。负载增大，工作压力升高；反之则工作压力降低。n额定工作压力额定工作压力：正常工作时，：正常工作时，连续运转连续运转的最高压力值（由试验确的最高压力值（由试验确定）。定）。n最高允许压力最高允许压力：泵在：泵在短时间内短时间内允许的超载使用极限压力（允许的超载使用极限压力（一般为额一般为额定压力的定压力的 1.25 1.25倍倍）。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密）。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。封方面的损坏。 低压低压 小于小于2.5 MP2.5 MPa a ； 中压中压 2.58 MP2.58 MPa a

5、； 中高压中高压 816MP816MPa a； 高压高压 1632 MP1632 MPa a； 超高压超高压 大于大于3232 MPMPa a 压力分级压力分级: :1mvrTpqPP（1 1）输入功率）输入功率P Pr r ：安装在油箱上的电机轴输出功率就是液压泵输入轴的输入功率，设泵输入转矩为T、角速度为，则：（2 2）输出功率）输出功率 P P：实际流量q 和工作压力p 乘积，记作：P = pqP = pq（3 3）总效率）总效率：泵的输出功率与输入功率之比为泵总效率。记作：其中：机械效率其中：机械效率 m m，容积效率容积效率泵的功率、效率概念泵的功率、效率概念无泄露理想情况、排量、流

6、量概念n 1 1 泵的无泄漏理想情况定义泵的无泄漏理想情况定义：一般近似认为泵进口压力很小，近似：一般近似认为泵进口压力很小，近似为零；泵为零；泵处于卸荷（非工作）状态时处于卸荷（非工作）状态时，一般测得泵出口压力为零或进，一般测得泵出口压力为零或进出口压力差为零，此时泵泄露量出口压力差为零，此时泵泄露量q=0q=0，属于理想情况。实际上，泵，属于理想情况。实际上，泵处于工作状态时，测得泵出口压力总是不为零，故泵工作过程中，泵处于工作状态时，测得泵出口压力总是不为零，故泵工作过程中，泵泄露量泄露量q0q0；只有泵泄露量；只有泵泄露量q q很小时，才近似是理想情况。很小时，才近似是理想情况。n

7、2 2 排量排量V V定义定义：在无泄漏理想情况下，液压泵每转所排出的油液体：在无泄漏理想情况下，液压泵每转所排出的油液体积。常用工程单位积。常用工程单位 ： V V （cmcm3 3/r/r ）n 3 3 流量（流量（国际单位：国际单位：m m3 3/s /s 工程单位：工程单位：L L/ /minmin ）n (1) (1) 平均理论流量平均理论流量q qt t：不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内理：不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内理论上输出的油液体积。设泵排量论上输出的油液体积。设泵排量V V、转速、转速n,n,则记作：则记作：nVqt(2) (2) 实际流量实际流量q q：液

8、压泵工作时实际输出的油液体积，其值为平：液压泵工作时实际输出的油液体积，其值为平均理论流量均理论流量q qt t 减去泄漏量减去泄漏量q=kq=kl lP P（工作中泵出口压力（工作中泵出口压力P P不等于不等于零，总存在泄漏量，工作压力越高，泄漏量越大零，总存在泄漏量，工作压力越高，泄漏量越大, , 记作：记作：qtqq4-1-4 4-1-4 几种几种典型液压泵简介典型液压泵简介 1 1 齿轮泵齿轮泵常用液压泵，主要是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。分为和两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵

9、则多为辅助泵。 图图4-4 4-4 外啮合齿轮泵工作原理外啮合齿轮泵工作原理 1泵体，2 主动齿轮，3 从动齿轮 泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低。 但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低。 一般用于中、低压系统，或作为补油泵。内啮合齿轮泵则多为内啮合齿轮泵则多为辅助泵辅助泵。 内啮合齿轮泵缺点：齿形复杂，加工困难，价格较贵，不适合高压工况。 2 2 螺杆泵螺杆泵 组成：组成：泵壳、螺杆、轴承、轴封等。 分类：分类：单螺杆泵、双螺杆泵、三

10、螺杆泵。单螺杆泵工作原理单螺杆泵工作原理图图双螺杆泵工作原理双螺杆泵工作原理图图三螺杆泵工作原理三螺杆泵工作原理图图3 3 叶片泵叶片泵u 叶片泵分类：叶片泵分类：单作用叶片泵（一般用作变量泵）、双作用叶片泵（一般只能用作定量泵）。单作用叶片泵工作原理图1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 单作用叶片变量泵图双作用叶片泵双作用叶片泵的工作原理4 4 柱塞泵柱塞泵v柱塞泵工作原理柱塞泵工作原理：通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。v柱塞泵特点柱塞泵特点：泄漏小、容积效率高，可用于高压下工作。v柱塞泵分类柱塞泵分类：径向柱塞泵（柱塞中心线垂直于转子中心线

11、）、轴向柱塞泵（柱塞中心线平行于转子中心线）径向式柱塞泵轴向式柱塞泵图直轴斜盘式径向柱塞泵径向柱塞泵4-4-1-41-4 各类液压泵的主要优缺点各类液压泵的主要优缺点 1 齿轮泵齿轮泵 外啮合：对油不敏感，结构简单，外啮合：对油不敏感，结构简单，造价低造价低；泄露比较大泄露比较大，有径向不平衡力，困油现象，有径向不平衡力，困油现象，脉动大，噪声大脉动大，噪声大(常作主常作主泵泵) 内啮合：对油不敏感，内啮合：对油不敏感，但但齿形复杂，加工困难，造价高齿形复杂，加工困难，造价高，脉动小，噪声小（，脉动小，噪声小（用于中低压，用于中低压，常作常作辅助泵辅助泵）2 叶片泵叶片泵 双作用：对油敏感，结

12、构紧凑，不可变量，不受径向不双作用：对油敏感，结构紧凑，不可变量，不受径向不平衡力，噪声小（常用于平衡力，噪声小（常用于定量泵定量泵） 单作用：可变量，压力低，单作用：可变量，压力低，受径向不平衡力受径向不平衡力，噪声大噪声大（常用于常用于变量泵变量泵）3 柱塞泵柱塞泵可用于高可用于高压，可变量，对油敏感，压，可变量，对油敏感，噪声大噪声大4-2 4-2 液压泵噪声及其控制液压泵噪声及其控制4-2-1 4-2-1 噪声原因噪声原因(1)泵的流量扰动和压力扰动，引起泵配件振动，产生噪声。(2)泵工作腔从吸油腔突然与压油腔相通；或从压油腔突然与吸油腔相通时，引起油液流量和压力的突变，导致噪声产生。

13、(3)气穴现象引起噪声。（回顾何谓气穴现象？）(4)泵内流通管道存在截面突然扩大和收缩、急拐弯，通道截面过小而导致液体紊流、旋涡及喷流，产生较大噪声。(5)诸如转动部分不平衡、轴承不良、泵轴的弯曲等机械振动引起噪声。4-2-2 4-2-2 噪声控制噪声控制(1)设法减少泵内部油液压力突变； (2)为减少泵流量、压力的脉动，在泵的出口处安装消声器； (3)油箱中的泵应使用橡胶垫减振； (4)压油管一段用高压软管，对泵和管路连接作隔振； (5)减少泵中的气穴现象，可采用直径较大吸油管，减小管道局部阻力；采用大容量吸油过滤器，防止油液中混入空气；合理设计液压泵，提高零件刚度。表4-1 各类液压泵性能

14、比较 4-3-2 液压泵的选用原则1 1、液压泵选用的基本原则、液压泵选用的基本原则：根据液压设备的需要先确定泵的类型(由系统对工作性能的要求、功率大小、主机工况决定)，再由压力、流量确定其规格型号。1 1 确定输出流量确定输出流量: 液压泵的输出流量(L/min)，应大于或等于液压系统中同时工作的各个执行元件所需的最大流量之和。2 2 确定工作压力确定工作压力:液压泵（输出）工作压力应当大于或等于液压系统中执行元件所允许的最大工作压力。3 3 液压泵拖动电动机的选择液压泵拖动电动机的选择：油箱中的液压泵是由安装在油箱上的电动机输出轴来拖动的，拖动功率大小计算值如下：/60()Ppqkw拖2

15、2、液压泵具体选用的几点经验如下：、液压泵具体选用的几点经验如下：一般在负荷小、功率小的液压系统，可选用齿轮泵(优先)或双作用叶片泵； 对运动部件运动精度要求较高时，用螺杆泵(优先)或双作用叶片泵； 在负荷较大，并有快、慢速运动要求时，用限压式变量叶片泵； 大负荷、大功率的系统用柱塞泵； 只要求运动，而运动速度要求不严格时，用齿轮泵。第5 5章 液压执行元件5.1 5.1 液压马达液压马达5.2 5.2 液压缸液压缸液压同步马达各种液压马达简介各种液压马达简介低速大扭矩齿轮式马达高速小扭矩齿轮式马达液压摆线马达叶片式高速液压马达非圆齿轮式液压马达轴向柱塞马达径向柱塞马达液压缸简介及其应用液压大

16、扭矩扳手5-1-1 5-1-1 液压马达工作原理和分类简液压马达工作原理和分类简介介 液压马达与液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化来工作。常见的液压马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等形式。从转速、转矩范围分,可分为：高速马达高速马达和低速大扭矩马达低速大扭矩马达。液压马达与液压泵在工作原理上是互逆的，当向液压泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为液压马达。 实际工程中，因液压马达与液压泵在其任务和要求上有所不同，性能及结构对称性等要求不同，故实际结构上只有少数泵能做马达使用，大多数情况下不能互换使用，而是各自专用。 液压马达符号液压马达符号5-1-2 5-1-2 液压马达的性能参数液

17、压马达的性能参数 1、液压马达的工作压力、额定压力 马达工作压力是马达入口处的油液实际压力，工作压力大小取决于马达负载大小。相反，泵的工作压力是液压泵出口处的实际压力；液压泵入口处的压力叫做吸入压力，自吸泵通常低于当地大气压力。 马达入口压力（即工作压力）与出口压力的差值称为马达的工作压差。当马达出口接入油箱时，认为马达的出口压力近似为零（通常低于当地大气压力），此时马达工作压力就是马达工作压差。液压马达的额定压力: 正常工作时，正常工作时，连续运转连续运转的最高压力值（由试验确定）的最高压力值（由试验确定）2 2、马达的流量、功率、总效率、马达的流量、功率、总效率 设理论流量（在不考虑泄漏时

18、，马达在单位时间内所需输入液体的体积）为qmmt，实际流量为qm，则马达的泄漏量q为：qMtqMq则马达的容积效率Mv 为：1M tMM tM vMqqqq即马达的输入功率PMi为：MiMpqP其中：其中：p为马达的进出口压差;当马达出口接入油箱时，认为马达的出口压力近似为零（通常低于当地大气压力），此时马达工作压力就是马达工作压差。马达的机械效率Mm为：马达实际输出的转矩TM、理论转矩TMt之比，记作：1MM mM tTT马达的输出功率PMo为:nTTPMMoM2马达的总效率等于马达输出功率PMo与输入功率PMi之比，记作：mMvMiMoMMPP5-1-3 5-1-3 高速液压马达高速液压马

19、达 1 1、高速、低速马达的定义、高速、低速马达的定义：一般来说，高速马达的额定转速高于500r/min；额定转速低于500r/min的马达叫做低速马达。 2 2、高速马达的主要特点、高速马达的主要特点：转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况（对于低速大扭矩工况，如起重、运输、建筑、矿山和船舶等，需选用低速大扭矩马达）3、高速液压马达的分类高速液压马达的分类：齿轮式、叶片式（只有双作用式定量马达，而无单作用只有双作用式定量马达，而无单作用式变量马达式变量马达）和轴向柱塞式等。 叶片式高速液压马达非圆齿轮式高速液压马达

20、5-1-4 5-1-4 低速液压马达低速液压马达 1 1、低速（大扭矩）液压马达定义、低速（大扭矩）液压马达定义：相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式。主要特点是：最低转速低，大约在5-10转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。 2 2、低速（大扭矩）马达应用特点、低速（大扭矩）马达应用特点：可与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速（大扭矩）液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。对于高速小扭矩工况，需选用高速（小扭矩）马达。3 3、低速（大扭矩）马达的分类、低速（大扭矩）马达的分类：曲柄连杆马达、静力平衡马达、

21、多作用内曲线马达。 内曲线马达内曲线马达5-1-5 1、马达应能正、反运转。故要求液压马达在设计时具有结构对称性。2、当液压马达惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，易较高液压冲击，此时应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。3、内部泄漏难免，当马达排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，需要长时间精确制动时，应另设防滑转制动器。 4、某些型式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作.5-1-6 5-1-6 典型液压马达的性能及其选用原则典型液压马达的性能及其选用原则表表5-1 5-1 常用液压马达性能比较常用液压马达性能比较液压马达选择原则液压马达选择原则1、基本原则：选择液

22、压马达时，应根据液压系统所确定的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等合理选定马达的具体类型和规格。2、经验：若工作机构速度高、负载小，宜选用齿轮马达或叶片马达；速度平稳性要求高时，选用双作用叶片马达；当负载较大时，则宜选用轴向柱塞马达。若工作机构速度低、负载大，则有两种方案选择：一种是用高速小扭矩马达，配合减速装置来驱动工作机构；一种是选用低速大扭矩马达，直接驱动工作机构，到底选用那种方案，要经过技术经济比较才能确定。 4、经验：液压马达在选择时应尽量与液压泵匹配，减少损失，提高效率。3、经验：对于获得连续回转和转矩的场合，应尽量采用电动机，原因是液压马达成本高，结构复杂，而且液压马

23、达必须与液压泵配套使用。若结构要求特别紧凑和大范围的无级调速，更适合选用液压马达。一般精度差、价格低、效率低的场合可选用齿轮马达；而高速、小转矩及要求动作灵敏的工作场合，应采用叶片式液压马达，如磨床液压系统；低速大扭矩、大功率的场合应采用径向柱塞液压马达。5、经验：究竟选择单向还是双向、定量还是变量马达,需根据运动部件的运动要求而定。此外注意以下：u 高速、低转矩时用齿轮马达，(容积效率v低、转矩脉动性较大)；u正反向转动变化频率较高，要求动作灵敏、高速、低转矩的场合，一般用叶片马达（因其转动惯量小）；u 在低速下，功率和转矩变化范围较大时，用轴向柱塞马达；u 低速、大转矩，一般用径向柱塞马达

24、。5-2 5-2 液压缸液压缸5-2-1 5-2-1 液压缸概念液压缸概念液压缸案例液压缸案例1 1、液压缸的功能、液压缸的功能液压缸液压缸（油缸）功能：油缸与液压马达一样，均同属于液压执行元件，只是前者主要用于实现机构的直线往复运动或者摆动，后者实现回转运动。液压缸主要特点是：结构简单，制造工艺性好，工作可靠，应用广泛。p1p2FVdQ21pppA图图5-4 5-4 双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸液压缸液压缸压力p p 流量Q Q液压功率作用力F F 速度V V机械功率图图5-5 5-5 液压缸的输入液压缸的输入- -输出量和能量转换输出量和能量转换2 2、液压缸分类、液压缸分类按供油方向分：

25、单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。AFQPv单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸AFQPv双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸AFQPv柱塞式液压缸柱塞式液压缸伸缩液压缸伸缩液压缸增压缸增压缸齿条活塞液压缸齿条活塞液压缸5-2-2 5-2-2 不同液压缸的工作原理简介不同液压缸的工作原理简介1 1、活塞式液压缸工作原理、活塞式液压缸工作原理 活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，而任何一种结构形式的安装又分为缸筒固定、活塞杆固定两种方式。特点：应用很广泛；缸孔加工精度很高，行程较长时缸孔加工工艺性更差，制造成本更高。u 双

26、杆式活塞缸特点双杆式活塞缸特点：通常活塞两侧的活塞杆的直径通常相等，故活塞左右二腔的有效作用面积相等，在油压力和流量不变时，液压缸可实现其往返二个方向上的直线平动速度和推力相等，即运动具有对称性，常用于要求往返运动速度相同的场合。往返速度V与推力F大小公式如下：vvdDqAqv)(422mppdDF)(42122A(a)缸筒固定式(b)活塞杆固定式图5-6 双杆式活塞缸的二种安装形式 单活塞杆液压缸特点单活塞杆液压缸特点：活塞仅一端带有活塞杆，因活塞左右二腔的有效作用面积不相等，在油压力和流量不变时，液压缸可实现其往返二个方向上的不相等直线平动速度和推力，即运动具有不对称性，常用于要求往返运动

27、速度不相同的场合。无杆腔进油时活塞的速度与推力大小：有杆腔进油时活塞的速度与推力大小：2A1v(a)无杆腔进油1P2P1ADdq2A2F(b)有杆腔进油1P2P1A2vq图5-7 单杆式活塞缸（含杆固定或活塞固定安装形式）mmpDpdDApApF)(4)(2212211222 差动联接特点：差动联接特点：当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动联接差动联接。显著优点显

28、著优点：不增加液压泵容量和功率条件下：不增加液压泵容量和功率条件下，有效地实现快速运动。，有效地实现快速运动。3F(c)差动联接1P1A3vqvvdqAAqv22134vmpdAApF1221134)(图5-7 单杆式活塞缸（两腔进油,差动联接形式）单活塞杆液压缸三单活塞杆液压缸三种联接方式的速度比较种联接方式的速度比较 2 2、柱塞式液压缸工作原理简介、柱塞式液压缸工作原理简介u 应用场合： 当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加；某些场合所用的液压缸并不要求双向控制。此时，可考虑选用价格低廉的柱塞式液压缸。u结构特点：柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。图5-8 柱塞式液压缸3 3、伸缩式或多级式液压缸简介、伸缩式或多级式液压缸简介u 应用场合：当液