液压与气动技术液压与气动动力装置.ppt
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1、第第2章章 液压与气动动力装置液压与气动动力装置2.1 概述概述2.2 液压泵液压泵2.3 气源装置气源装置12.1 概述概述1.动力装置的组成动力装置的组成动力装置有两大类动力装置有两大类.即液压动力装置和气源装置。液压动力装即液压动力装置和气源装置。液压动力装置用来向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介置用来向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介质质;而气源装置则向气动系统输送一定压力和流量的洁净的压而气源装置则向气动系统输送一定压力和流量的洁净的压缩空气。液压动力装置可以是和主机分离的单独的液压泵站缩空气。液压动力装置可以是和主机分离的单独的液压泵站.也可以是和主机一起的
2、液压泵组也可以是和主机一起的液压泵组;而气源装置一般都是单独的。而气源装置一般都是单独的。液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件(过滤器、热交换器、过滤器、热交换器、蓄能器、管件等蓄能器、管件等)组成组成.这些辅件是相对独立的这些辅件是相对独立的.根据系统不同根据系统不同的要求进行取舍的要求进行取舍;气源装置由空压机、压缩空气的净化设备气源装置由空压机、压缩空气的净化设备(后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器等后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器等)、气动三联件、气动三联件(分水过滤器、油雾器和减压阀分水过滤器、油雾器和减压阀)组成组成.还有一些必要的辅件还有
3、一些必要的辅件.如自动排水器、消声器等。如自动排水器、消声器等。下一页返回22.1 概述概述2.对动力装置的基本要求对动力装置的基本要求动力装置外观应与主机协调。动力装置外观应与主机协调。动力装置上所装元件的排列布置应匀称动力装置上所装元件的排列布置应匀称.调节或维护应方便调节或维护应方便.更换元件容易。更换元件容易。动力装置应节能动力装置应节能.在系统不需要高压流体时在系统不需要高压流体时.动力装置应卸荷动力装置应卸荷或采取其他节能措施。或采取其他节能措施。动力装置应工作平稳动力装置应工作平稳.产生振动小产生振动小.噪声小噪声小.噪声水平应符合噪声水平应符合有关规定。有关规定。和电气、电子控
4、制结合使用时和电气、电子控制结合使用时.能远程控制动力装置以符合能远程控制动力装置以符合主机对所需的工作参数主机对所需的工作参数(压力、流量等压力、流量等)变化的要求。变化的要求。上一页 下一页返回32.1 概述概述动力装置工作高度可靠动力装置工作高度可靠.可采用过载保护或其他适当的措施可采用过载保护或其他适当的措施确保其工作可靠。确保其工作可靠。一般情况下一般情况下.动力装置应尽量采用标准的元件组合而成动力装置应尽量采用标准的元件组合而成.万不万不得已时才进行个别元件的单独设计。得已时才进行个别元件的单独设计。动力装置应减小泄漏动力装置应减小泄漏.因工作液的泄漏因工作液的泄漏.不仅浪费能源不
5、仅浪费能源.而且而且污染环境。污染环境。对工作介质的温度必须进行严格的监控对工作介质的温度必须进行严格的监控.因传动和控制的特因传动和控制的特性和介质的温度有关。性和介质的温度有关。上一页返回42.2 液压泵液压泵2.2.1 液压泵概述液压泵概述1.液压泵工作原理液压泵工作原理液压系统中所用的各种液压泵液压系统中所用的各种液压泵.其工作原理都是利用密封工作其工作原理都是利用密封工作容积的大小交替变化进行吸油和压油的容积的大小交替变化进行吸油和压油的.所以所以.液压泵都是容积液压泵都是容积式泵。式泵。图图2-1所示为单柱塞式液压泵工作原理。当凸轮所示为单柱塞式液压泵工作原理。当凸轮1旋转旋转时时
6、.柱塞柱塞2在凸轮和弹簧在凸轮和弹簧3作用下在缸体中左、右移动。当柱作用下在缸体中左、右移动。当柱塞右移时塞右移时.缸体中的密封工作腔生容积增大缸体中的密封工作腔生容积增大.产生真空产生真空.油液通油液通过吸油阀过吸油阀5吸入吸入.此时压油阀此时压油阀6关闭关闭;当柱塞左移时当柱塞左移时.缸体中的密缸体中的密封工作腔容积变小封工作腔容积变小.将吸入的油液通过压油阀输入到液压系统将吸入的油液通过压油阀输入到液压系统中中.此时吸油阀关闭。由此可知此时吸油阀关闭。由此可知.液压泵是利用密封工作容积的液压泵是利用密封工作容积的大小不断交替变化实现吸油和压油的。大小不断交替变化实现吸油和压油的。下一页返
7、回52.2 液压泵液压泵2.液压泵的分类液压泵的分类按泵的排量是否可调节按泵的排量是否可调节.分为定量泵和变量泵分为定量泵和变量泵;按结构形式按结构形式.分分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。3.液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数(1)压力压力工作压力是液压泵的出口处实际压力工作压力是液压泵的出口处实际压力.其大小取决于负载。额其大小取决于负载。额定压力是液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。定压力是液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。(2)排量排量排量排量V是液压泵在没有泄漏的条件下是液压泵在没有泄漏的条件下.泵转过一转时所能排出泵转过一转时所能
8、排出的油液体积。的油液体积。上一页 下一页返回62.2 液压泵液压泵(3)流量流量流量分为理论流量、实际流量和额定流量。流量分为理论流量、实际流量和额定流量。理论流量理论流量qt是指在没有泄漏的情况下是指在没有泄漏的情况下.单位时间内所输出的油单位时间内所输出的油液体积。单位为液体积。单位为L/min或或m3/s。qt=Vn式中式中V排量排量.m3;n泵轴转速泵轴转速.r/s。实际流量实际流量q是液压泵工作时实际输出的流量是液压泵工作时实际输出的流量.由于泵在工作时由于泵在工作时.存在油液泄漏存在油液泄漏.所以所以qqt,即实际流量小于理论流量。即实际流量小于理论流量。额定流量额定流量qs是指
9、在额定转速和额定压力下输出的流量。是指在额定转速和额定压力下输出的流量。上一页 下一页返回(2.1)72.2 液压泵液压泵(4)功率和效率功率和效率输入功率输入功率Pi是驱动液压泵轴的机械效率是驱动液压泵轴的机械效率.即电动机的输出功率即电动机的输出功率.为为 Pi=T式中式中T电动机输出转矩电动机输出转矩;角速度角速度;输出功率输出功率Po为液压泵的输出功率。若不考虑液压泵转换过程为液压泵的输出功率。若不考虑液压泵转换过程中的损失中的损失.则输出功率等于输入功率但实际上液压泵转换过程则输出功率等于输入功率但实际上液压泵转换过程中是存在损失的中是存在损失的.输出功率总是小于输入功率。输出功率总
10、是小于输入功率。上一页 下一页返回(2.2)82.2 液压泵液压泵 Po=pq式中式中p液压泵的输出压力液压泵的输出压力;q液压泵的输出流量。液压泵的输出流量。液压泵的总效率液压泵的总效率是输出功率与输入功率之比。是输出功率与输入功率之比。式中式中V液压泵的容积效率液压泵的容积效率;m液压泵的机械效率。液压泵的机械效率。由此可见,液压泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。由此可见,液压泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。上一页 下一页返回(2.3)(2.4)92.2 液压泵液压泵2.2.2 齿轮泵齿轮泵1.工作原理工作原理图图2-2所示为齿轮泵工作原理所示为齿轮泵工作原理.泵由壳体、一对
11、外啮合齿轮和泵由壳体、一对外啮合齿轮和两个端盖两个端盖(图中画出图中画出)等主要零件组成。等主要零件组成。当齿轮按图示方向旋转时当齿轮按图示方向旋转时.右侧吸油腔的轮丙逐渐脱开右侧吸油腔的轮丙逐渐脱开.密封工密封工作腔的容积逐渐增大作腔的容积逐渐增大.形成部分真空。因此形成部分真空。因此.油箱中的油液在大油箱中的油液在大气的作用下气的作用下.经吸油管进入吸油腔经吸油管进入吸油腔(右侧右侧).随着齿轮的旋转随着齿轮的旋转.吸吸入右腔的油液被带到左侧。由于左侧的轮齿逐渐进入啮合入右腔的油液被带到左侧。由于左侧的轮齿逐渐进入啮合.密密封工作容积逐渐减小封工作容积逐渐减小.齿间槽中的油液被挤出齿间槽中
12、的油液被挤出.从压油腔进入系从压油腔进入系统。由于齿轮的旋转是连续的统。由于齿轮的旋转是连续的.因此齿轮泵就实现了连续的吸因此齿轮泵就实现了连续的吸油和压油。油和压油。上一页 下一页返回102.2 液压泵液压泵2.齿轮泵的性能特点齿轮泵的性能特点齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、自吸性能好以及对油液污染不敏感、维护方便等优点自吸性能好以及对油液污染不敏感、维护方便等优点.因而广因而广泛应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流量和压力的脉泛应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流量和压力的脉动较大动较大.噪声大噪声大.排量不可
13、改变排量不可改变.效率较低。随着结构技术的发效率较低。随着结构技术的发展展.噪声有了很大的降低噪声有了很大的降低.效率和寿命都有很大的提高。效率和寿命都有很大的提高。3.齿轮泵主要参数齿轮泵主要参数(1)排量排量齿轮泵的排量是其两个齿轮的齿间槽容积的总和。如果近似齿轮泵的排量是其两个齿轮的齿间槽容积的总和。如果近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积,则齿轮泵的排量地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积,则齿轮泵的排量V为为上一页 下一页返回(2.5)112.2 液压泵液压泵式中式中D齿轮的节圆直径齿轮的节圆直径.m;h齿轮的有效工作高度齿轮的有效工作高度.m;b齿宽齿宽.m;z齿数齿数;m齿轮模数齿轮
14、模数.m实际上实际上.齿间的容积比轮齿的体积稍大齿间的容积比轮齿的体积稍大.因此因此.用修正系数用修正系数3.333.5代替代替值值.齿数少取大值齿数少取大值上一页 下一页返回(2.6)122.2 液压泵液压泵(2)流量流量齿轮泵实际流量齿轮泵实际流量q为为式中,式中,n齿轮泵的转速齿轮泵的转速.r/s pv齿轮泵的容积效率。齿轮泵的容积效率。上一页 下一页返回(2.7)132.2 液压泵液压泵4.齿轮泵存在的问题齿轮泵存在的问题(1)泄漏泄漏泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因索。外啮合齿轮泵泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因索。外啮合齿轮泵中存在中存在3个可能产生泄漏部位个可能产生泄漏部
15、位(指内泄漏指内泄漏):一是端面泄漏一是端面泄漏.通过通过齿轮端面与端盖配合处齿轮端面与端盖配合处;二是径向间隙泄漏二是径向间隙泄漏.通过齿轮外圆与通过齿轮外圆与泵体配合处泵体配合处;三是齿啮合处泄漏三是齿啮合处泄漏.通过两个齿轮的啮合处通过两个齿轮的啮合处(因有因有齿向误差齿向误差.齿轮的全部宽度不可能都啮合齿轮的全部宽度不可能都啮合).因此普通齿轮泵的因此普通齿轮泵的容积效率较低。容积效率较低。上一页 下一页返回142.2 液压泵液压泵(2)液压径向力不平衡液压径向力不平衡齿轮泵工作时,齿轮圆周上所受压力是不同的,压力分布状齿轮泵工作时,齿轮圆周上所受压力是不同的,压力分布状况如图况如图2
16、-3所示,出口压力所示,出口压力pg大于进口压力大于进口压力pd。齿顶和泵体内表面间有径向间隙齿顶和泵体内表面间有径向间隙.所以齿轮外圆上油液的压力所以齿轮外圆上油液的压力是逐步降低的。不平衡液压力作用在齿轮上是逐步降低的。不平衡液压力作用在齿轮上.使轴承受到径向使轴承受到径向负载。减小径向不平衡力可采取缩小压油口的办法和开压力负载。减小径向不平衡力可采取缩小压油口的办法和开压力平衡槽等。平衡槽等。(3)困油现象困油现象为了使传动平稳为了使传动平稳.啮合齿轮的重叠系数必须大于啮合齿轮的重叠系数必须大于1.也就是说存也就是说存在两个齿轮同时啮合的情况在两个齿轮同时啮合的情况.这样就有一部分油液被
17、困在两对这样就有一部分油液被困在两对轮齿啮合点之间的密封腔内轮齿啮合点之间的密封腔内.如图如图2-4(a)所示所示.上一页 下一页返回152.2 液压泵液压泵该腔形成时较大该腔形成时较大.在继续旋转过程中在继续旋转过程中.其容积变小其容积变小.当转到如图当转到如图2-4(b)所示的某个位置时所示的某个位置时.容积最小容积最小.随后随着泵的旋转其容随后随着泵的旋转其容积再次变大积再次变大.当前一对齿轮脱离啮合其容积最大当前一对齿轮脱离啮合其容积最大.如图如图2-4(c)所示所示.由于该密封腔既不与吸油腔相通由于该密封腔既不与吸油腔相通.又不与压油腔相通又不与压油腔相通.因因此当该密封腔容积变小时
18、此当该密封腔容积变小时.其内的油液受到挤压其内的油液受到挤压.产生很高的压产生很高的压力力.使机件受到很大的额外负载使机件受到很大的额外负载.而当该密封腔容积变大时而当该密封腔容积变大时.又又会造成局部真空会造成局部真空.形成气穴形成气穴.无论是前者还是后者无论是前者还是后者.都将造成强都将造成强烈的噪声烈的噪声.这种现象称之为困油现象。消除困油现象的方法这种现象称之为困油现象。消除困油现象的方法:通常在两端盖板上开一对矩形卸荷槽通常在两端盖板上开一对矩形卸荷槽.如图如图2-4虚线所示。虚线所示。上一页 下一页返回162.2 液压泵液压泵2.2.3 叶片泵叶片泵叶片泵有两类叶片泵有两类.即双作
19、用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片即双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵是定量泵泵是定量泵.单作用叶片泵则往往做成变量泵。单作用叶片泵则往往做成变量泵。1.单作用叶片泵单作用叶片泵(1)结构和工作原理结构和工作原理如图如图2-5所示所示.单作用叶片泵主要由转子单作用叶片泵主要由转子2、定子、定子3、叶片、叶片4、配油盘、传动轴和壳体组成。配油盘、传动轴和壳体组成。定子的内表面为圆柱形孔定子的内表面为圆柱形孔.定子和转子的中心不重合定子和转子的中心不重合.相距一偏相距一偏心距。叶片可以在转子槽内灵活地滑动心距。叶片可以在转子槽内灵活地滑动.配油盘上开有一个腰配油盘上开有一个腰形的吸油孔和压油
20、孔。定子、转子、两相邻叶片和配油盘组形的吸油孔和压油孔。定子、转子、两相邻叶片和配油盘组成密封工作腔成密封工作腔.当转子逆时针方向转动时当转子逆时针方向转动时.右侧的叶片向外伸右侧的叶片向外伸.其密封工作腔容积增大其密封工作腔容积增大.形成局部真空形成局部真空.经吸油口和配油盘上的经吸油口和配油盘上的吸油口将油液吸入吸油口将油液吸入.此为吸油过程此为吸油过程;左侧的叶片向内缩左侧的叶片向内缩.其密封其密封工作腔容积变小工作腔容积变小.油液经吸油口和配油盘上的压油口进入系统油液经吸油口和配油盘上的压油口进入系统这种叶片泵这种叶片泵.当转子每转一周当转子每转一周.每个叶片在槽内往复滑动一次每个叶片
21、在槽内往复滑动一次.密封工作腔容积增大和缩小一次密封工作腔容积增大和缩小一次.实现吸油和压油一次实现吸油和压油一次.因此叫因此叫单作用叶片泵。单作用叶片泵。上一页 下一页返回172.2 液压泵液压泵(2)主要参数主要参数泵的排量泵的排量:每个密封工作腔一次排油量应是其最大容积与最小每个密封工作腔一次排油量应是其最大容积与最小容积之差。容积之差。v=v1-v2式中式中v1最大容积最大容积;v2最小容积。最小容积。若考虑叶片所占体积的影响时若考虑叶片所占体积的影响时.则泵的近似排量为则泵的近似排量为 v=2ebD式中式中D定子内表面直径定子内表面直径.D=2r;e偏心距偏心距;b叶片宽度叶片宽度上
22、一页 下一页返回(2.8)(2.9)182.2 液压泵液压泵(3)性能特点性能特点单作用叶片泵的瞬时流量是脉动的单作用叶片泵的瞬时流量是脉动的.泵内叶片数越多越好泵内叶片数越多越好.则流则流量脉动越小。此外量脉动越小。此外.叶片数为奇数的脉动率比叶片数为偶数的叶片数为奇数的脉动率比叶片数为偶数的脉动率小。所以脉动率小。所以.单作用叶片泵的叶片数一般为单作用叶片泵的叶片数一般为13或或15。其。其主要缺点是转子受到来自排油腔的单向压力主要缺点是转子受到来自排油腔的单向压力.由于径向力不平由于径向力不平衡衡.使轴承上所受的载荷较大使轴承上所受的载荷较大.称为非平衡式叶片泵称为非平衡式叶片泵.故不官
23、故不官用作高压泵。用作高压泵。2.双作用叶片泵双作用叶片泵(1)结构和工作原理结构和工作原理如图如图2-6所示所示.双作用叶片泵的作用原理和单作用叶片泵相似双作用叶片泵的作用原理和单作用叶片泵相似.不同之处在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径不同之处在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和生段过渡曲线组成圆弧和生段过渡曲线组成.并且定子和转子是同心的。并且定子和转子是同心的。上一页 下一页返回192.2 液压泵液压泵当转子按顺时钊转动时当转子按顺时钊转动时.密封工作腔的容积在左上角和右下角密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大处逐渐增大.为吸油区为吸油区;在左下角和右上角
24、处逐渐减小在左下角和右上角处逐渐减小.为压油为压油区。在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。这种区。在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。这种叶片泵叶片泵.当转子每转一周当转子每转一周.每个叶片在槽内往复滑动两次每个叶片在槽内往复滑动两次.实现实现吸油和压油两次吸油和压油两次.因此叫双作用叶片泵。由于泵的吸油区和压因此叫双作用叶片泵。由于泵的吸油区和压油区呈对称分布油区呈对称分布.因此转子所受径向力是平衡的。因此转子所受径向力是平衡的。上一页 下一页返回202.2 液压泵液压泵(2)主要参数主要参数由图由图2-6可见可见.当不考虑叶片所占体积时当不考虑叶片所占体积时.双作用叶片泵的
25、排量双作用叶片泵的排量为为式中式中R定子内表面长圆弧半径定子内表面长圆弧半径;r定子内表面短圆弧半径定子内表面短圆弧半径;B叶片的宽度。叶片的宽度。考虑叶片厚度占对吸油和压油时油液体积的影响考虑叶片厚度占对吸油和压油时油液体积的影响.实际泵的排实际泵的排量为量为式中式中叶片相当于转子径向倾角叶片相当于转子径向倾角;叶片厚度叶片厚度上一页 下一页返回(2.10)212.2 液压泵液压泵(3)性能特点性能特点双作用叶片泵双作用叶片泵.其优点是其优点是:结构紧凑结构紧凑.流量及压力脉动率较小流量及压力脉动率较小.噪噪声小声小.运转平稳运转平稳.径向力小径向力小;其缺点是其缺点是:转速范围窄转速范围窄
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