1.3 液压动力装置（课件）《液压与气压传动》（高教版·第3版）同步精品课堂

1.3 液压动力装置 《液压与气压传动》（高教版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 学习 目标 1.能说出液压泵的作用及齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的结构特点和工作原理 2.记住流量、压力、效率等主要性能参数的含义 3.掌握不同泵的适用场景及选用基本规则 4.能根据设备工况（如压力大小、精度要求）初步判断应选用哪种液压泵 新知学习 情景导入 同学们，你们见过挖掘机一伸手就轻松举起几吨重的石头吗？那些力气大到惊人的机械臂，动力可不是凭空来的哦！在它们的“心脏”部位，藏着一种叫“液压泵”的装置——就像一台超级“抽水机”，能把液压油加压后送到各个部件，让机械臂灵活干活。今天咱们就来认识这些“动力心脏”：有像齿轮咬合转动的齿轮泵，有靠叶片旋转工作的叶片泵，还有力气超大的柱塞泵。它们各有啥本事？怎么选才能让机器更给力？跟着老师一起拆解开这些“动力密码”，以后修设备时就能一眼认出它们啦！ 新知学习 1.液压泵的工作原理 如图以单柱塞液压泵为例：柱塞2安装在泵体3内，柱塞在弹簧的作用下与偏心轮1接触。当偏心轮不停地转动时，柱塞作左右往复运动。柱塞向右运动时，柱塞和泵体所形成的密封容积a增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀6进入泵体a腔，即液压泵吸油。柱塞向左运动时密封容积a减小，由于单向阀6封住了吸油口，避免a腔油液流回油箱，于是a腔的油液经单向阀5压向系统，即液压泵压油。 新知学习 一、液压泵概述 新知学习 从上述泵的工作过程可以看出，液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和排油的，其输出油量的多少取决于柱塞往复运动的次数和密封容积变化的大小，故液压泵又称为容积式泵。 通过上述分析可以得出液压泵工作的基本条件： (1)在结构上能形成密封的工作容积； (2)密封工作容积实现周期性变化，工作容积由小变大与吸油腔相通，由大变小与排油腔相通； (3)且吸油腔和排油腔必须相互隔开。 新知学习 一、液压泵概述 新知学习 2.液压泵的类型 液压泵的类型很多，按其排量能否可以调节而分成定量泵和变量泵两类，前者排量V不可以调节，后者排量V是可以调节的。 新知学习 一、液压泵概述 新知学习 单向定量泵 双向定量泵 单向变量泵 双向变量泵 液压泵的图形符 液压泵按其结构形式的不同，可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类，每类中还有很多种形式，例如：齿轮泵有外啮合式和内啮合式，叶片泵有单作用式和双作用式，柱塞泵有径向式和轴向式，如下图所示。 新知学习 一、液压泵概述 新知学习 齿轮泵在液压系统中应用广泛，按其结构形式可分为外啮合式和内啮合式两种。外啮合式齿轮泵，由于结构简单、制造方便、价格低廉、工作可靠、维修方便，因些已广泛应用于低压系统。 1.外啮合齿轮泵的工作原理 图示为外啮合齿轮泵的工作原理图，在泵体内有一对外啮合齿轮，齿轮的两端面靠泵端盖（图中未画出）密封。壳体、端盖和齿轮的各个齿间组成了许多密封工作腔。 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 （a） （b） 外啮合齿轮泵 当齿轮泵按图示箭头方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，使密封容积逐渐增大而形成局部真空，油箱中的油液被吸进来，将齿间槽充满，并随着齿轮的旋转被带到左腔。而左边的油腔，由于轮齿逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便从排油口排出。当齿轮不断旋转时，吸油腔不断吸油，压油腔不断排油。综上所述，外啮合齿轮泵的工作原理是通过齿轮的啮合与脱离，造成密封容积的周期性变化完成吸、压油。轮齿脱离啮合的一侧，由于密封容积增大是吸油腔；轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小是压油腔。 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 2.外啮合齿轮泵的结构 CB-B型齿轮泵是三片式结构的低压齿轮泵，其结构如图2所示。它是分离三片式结构，三片式指泵体7和泵前、后端盖4、8，三片由两个圆柱销11定位，用6个螺钉5固定，并构成齿轮泵的密封腔。主动轴10装有主动轴齿轮，从动轴1装有从动齿轮。泄露通道b将泄露到轴承的油，通过从动轴中心孔及通道c留回吸油腔。卸荷沟槽d使泵体与前后端盖结合面外泄的高压油流回吸油腔。 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 （a） （b） CB-B型齿轮泵 3.外啮合齿轮泵的特点及用途 外啮合齿轮泵结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强（允许的吸油真空度大），对油液污染不敏感，维护容易。但一些机件要承受不平衡径向力，磨损严重，泄露大，使得工作压力的提高受到限制；此外，它的流量脉动大，因而压力脉动和噪声都较大。故外啮合齿轮泵主要用于低压或对噪声污染要求不高的场合。 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 4.内啮合齿轮泵工作原理结构和特点 内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其工作原理和主要特点与外啮合齿轮泵相同，只是两个齿轮的大小不一样，且相互偏置，其工作原理如图3所示。当小齿轮按图示方向旋转时，齿轮退出啮合，容积增大而吸油。进入啮合则容积减小而压油。在渐开线齿形内啮合齿轮泵腔中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙形隔板，把吸油腔和压油腔隔开,如图所示。 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 （a） （b） （c） 内啮合齿轮泵的结构特点： 结构简单、价格低廉、工作可靠、自吸性好； 啮合的重叠度大，传动平稳，噪声小，流量脉动小； 效率低、漏油现象严重； 存在径向不平衡力问题。 一般用在低压系统中或作为辅助液压泵供油。 注：自吸性：在额定转速下，液压泵从低于其以下的开式油箱中自行吸油的能力。用吸油高度来表示（一般h = 0.5 m） 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 5.齿轮泵的常见故障及排除方法 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 新知学习 二、齿轮泵 新知学习 叶片泵在机床液压系统中应用较广。它具有结构紧凑、体积小、瞬时流量脉动微小、运转平稳、噪声小使用寿命较长等优点。但也存在着结构复杂、吸油性能较差、对油液污染比较敏感等缺点。 按叶片泵输出流量是否可变，可分为定量叶片泵和变量叶片泵。 叶片泵按工作原理可分为双作用泵和单作用泵两类，其中双作用泵由于输出排量不能变化，属于定量泵，而单作用叶片泵由于输出排量能变化，所以属于变量泵。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 1.定量叶片泵的工作原理与结构特点 （1）双作用叶片泵 组成：由定子、转子、叶片、配油盘和泵体等组成。 结构特点： 转子和定子中心重合,定子内表面近似为椭圆柱形。 由于吸、压油口对称分布，转子和轴承所承受的径向力是平衡的。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 图示为双作用叶片泵的工作原理图，它由转子1、定子2、叶片3、泵体4和配油盘5等组成。转子和定子同心安装，定子内表面由两段长径R圆弧、两段短径r圆弧和四段过渡曲线组成。当转子转动时，叶片在离心力和根部压力油的作用下，紧贴在定子内表面，在叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封工作容积。当转子按图示顺时针方向转动时，密封的容积在左上角和右下角处逐渐增大，形成局部真空而吸油，为吸油区；在右上角和左下角处逐渐减小而压油，为压油区。当转子每转一周，每个工作容积要完成两次吸油和压油，所以称之为双作用叶片泵，这种叶片泵由于有两个对称的吸油腔和两个压油腔，所以作用在转子上的油液压力相互平衡，因此双作用叶片泵又称为平衡式叶片泵。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 双作用叶片泵 1—转子 2—定子 3— 叶片 4—泵体 5—配油盘 （2）双联叶片泵 双联叶片泵相当于由一大一小两个双作用叶片 泵组合而成，工作原理如图所示，其主要工作部件 装在一个泵体内，由同一根传动轴驱动，泵体有一 个共同的吸油口，两个各自独立的出油口。 双联叶片泵的输出流量可以分开使用，也可合并使用。例如，有快速行程和工作进给要求的机床液压系统，在快速轻载时，由大小两泵同时供给低压油；在重载低速时，高压小流量泵单独供油，大泵卸荷。这样可减少油液发热，降低功率损耗。双联泵也可用于为两个独立油路供油的液压系统中。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 1—空气压缩机 2—冷却器 3—油水分离器 4—储气罐 5—分水滤气器 6—减压阀 7—油雾器 8—行程阀9—气控换向阀 10—气缸 11—工料 2.变量叶片泵的工作原理与结构特点 （1）单作用叶片泵 组成：由定子、转子、叶片、配油盘和泵体等组成。 结构特点： 转子和定子中心存在一偏心距e,定子内表面为圆形； 径向液力不平衡，不适于高压。 叶片泵转子每转一周，转子、定子、叶片和配油盘之间形成的密封容积只变化一次，完成一次吸油和压油，因此称之为单作用叶片泵。转子不停的旋转，泵就不断地吸油和压油，因这种转子受不平衡的径向液压力作用，所以又称之为非平衡式叶片泵。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 （2）限压式变量叶片泵 限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用 实现的，它有外反馈和内反馈两种形式。当油压较低 时，柱塞6对定子2产生的推力不能克服弹簧3的作用 力时，定子被弹簧推在最左边的位置上，此时偏心量 最大，泵输出流量也最大。柱塞6的一端紧贴定子， 另一端则通压力油。柱塞对定子的推力随油压升高而加大，当它大于调压弹簧3的预紧力时，定子向右偏移，偏心距减小。所以，当泵输出压力大于弹簧预紧力时，泵的输出流量开始变化，随着油压升高，输出流量减小。 新知学习 三、叶片泵 新知学习 3.叶片泵的常见故障及其排除办法 新知学习 三、叶片泵 新知学习 新知学习 三、叶片泵 新知学习 柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封容积发生变化来实现吸油和压油的。柱塞泵的优点是压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便等；其缺点是结构复杂、价格高、加工精度和日常维护要求高，对油液的污染较敏感。 柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。 1.轴向柱塞泵的工作原理 轴向柱塞泵是指柱塞在缸体内轴向排列并沿圆周均匀分布， 柱塞的轴线平行于缸体旋转轴线。按其结构特点可分为斜 盘式和斜轴式两类。 新知学习 四、柱塞泵 新知学习 2.径向柱塞泵的工作原理与结构特点 如图所示，径向柱塞泵主要由定子1、转子（缸体） 2、柱塞3、配油轴4等组成。其中配油轴固定不动， 柱塞3径向排列装在转子中，转子由电动机带动旋 转，柱塞3在离心力或在低压油作用下，压紧定子 1的内壁。当转子按图示方向转动时，由于定子和转子之间有偏心距e，上半部的柱塞在离心力的作用下向外伸出，径向孔内的密封工作腔容积逐渐增大，从配油轴4的吸油腔的孔吸油；当转子转到下半周时，柱塞因受定子内表面的推压作用而缩回，密闭容积逐渐减小，经配油轴的压油腔的孔向外压油。 新知学习 四、柱塞泵 新知学习 径向柱塞泵 1—定子 2—转子 3— 柱塞 4—配油轴 1.液压泵的主要性能参数 （1）工作压力和额定压力 工作压力：液压泵的工作压力是指泵实际工作时的压力。 额定压力 : 是指液压泵在使用中允许达到的最高工作压力。 由于液压传动的用途不同，系统所需压力也不相同。为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，见下表。 新知学习 五、液压泵的主要性能参数及选用原则 新知学习 （2）排量和流量 排量：是指泵每转一转，理论上所能排出油液的液体体积。常用单位cm3/r或mL/r。排量的大小取决于液压泵的密封腔的几何尺寸，又称几何排量。 流量：是指液压泵在单位时间内排出油液的体积。 a.理论流量qt 是指泵在不计泄露的情况下，单位时间内排出油液的体积。它等于排量和转速的乘积，即 新知学习 五、液压泵的主要性能参数及选用原则 新知学习 转速n的单位：r/min b.实际流量：是指液压泵工作时实际输出的流量，由于泵存在内泄露，所以实际流量小于理论流量。流量单位为L/min或m^3/s。 c.额定流量 ：是指液压泵在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。 （3）功率和效率 输出功率Pi：是指驱动液压泵的电动机所需的功率。 输出功率 Po: 是指液压泵的工作压力和实际输出流量的乘积，即 Po=pq 新知学习 五、液压泵的主要性能参数及选用原则 新知学习 容积效率ηV : 由于液压泵在工作中因泄露造成了流量损失 ∆q，故其输出的实际流量 总小于理论流量，即q=qt−∆q。液压泵的容积效率为实际输出流量与理论流量的比值，即 ηV= = 机械效率ηm: 由于液压泵在工作中存在机械损耗和液体粘性引起的摩擦损失，因此，液压泵的实际输入转矩Ti必然大于泵所需理论转矩Tt。即 ηm = 总效率η ：液压泵的总效率为其输出功率Po与输入功率 Pi之比，即 η = = ηVηm 新知学习 五、液压泵的主要性能参数及选用原则 新知学习 2.液压泵的选用 在液压系统中，应根据液压设备的工作压力、流量、工作性能、工作环境等合理选用泵的类型和规格。同时，应考虑功率的合理利用、系统的发热及经济性等问题。液压泵的选用可参考以下原则： 轻载小功率的液压设备，可选用齿轮泵、双作用叶片泵。 精度较高的机械设备（磨床），可用双作用叶片泵、螺杆泵。 负载较大，并有快、慢速进给的机械设备（组合机床），可选用限压式变量叶片泵、双联叶片泵。 负载大、功率大的设备（刨床、拉床、压力机），可用柱塞泵。 机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等不重要场合，可选用价格低廉的齿轮泵。 新知学习 五、液压泵的主要性能参数及选用原则 新知学习 随堂练习 （1）选用液压泵时，需要考虑哪些因素？请举例说明。 （2）柱塞泵如何实现流量调节？ 课堂练习 答案：B 解析：容积式泵的流量与转速相关，转速降低，单位时间内密封腔变化次数减少，流量随之减小。 1.当液压泵转速降低时，其输出流量会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增后减 课堂练习 答案：B 解析：效率体现泵的能量转换能力，输出功率（液压能）越接近输入功率（机械能），效率越高，通常在70%-90%。 2.液压泵的效率是指（ ） A. 输入功率与输出功率的比值 B. 输出功率与输入功率的比值 C. 压力与流量的乘积 D. 无关参数 课堂练习 答案：C 解析：选型第一步是匹配系统需求，比如系统需要30MPa压力，就不能选额定压力20MPa的泵，否则会过载。 3.选择液压泵时，首先要考虑的参数是（ ） A. 品牌 B. 重量 C. 系统所需的工作压力和流量 D. 颜色 课堂练习 答案：B 解析：叶片泵流量均匀性好、噪音低，适合对运行平稳性要求高的精密机床，齿轮泵噪音稍大，柱塞泵成本高。 4.精密磨床需要流量均匀、噪音小的泵，应优先选（ ） A. 齿轮泵 B. 叶片泵 C. 柱塞泵 D. 任何泵都可以 课堂练习 答案：A 解析：密封差会导致油液泄漏，压力无法建立；转速过高可能使压力升高，粘度太大会增加阻力，负载增大会使压力升高。 5.下列会导致液压泵输出压力不足的是（ ） A. 密封不良，存在泄漏 B. 转速过高 C. 油液粘度太大 D. 负载增大 课堂练习 答案：B 解析：排量是泵的固有参数，指主轴转一圈理论上排出的油液体积，与转速无关，流量=排量×转速。 6.液压泵的“排量”是指（ ） A. 每分钟排出的油量 B. 每转一圈排出的油量 C. 总储油量 D. 最大排油量 课堂练习 答案：B 解析：径向柱塞泵的柱塞沿转子半径方向排列，绕主轴旋转时，柱塞被凸轮推动径向运动，实现吸排油。 7.径向柱塞泵的柱塞分布在（ ） A. 主轴两端 B. 转子的径向（半径方向） C. 与主轴平行的方向 D. 泵体外部 课堂练习 答案：C 解析：柱塞泵密封好，能提供高压，且可通过调节柱塞行程控制流量，适合高压小流量场景；齿轮泵、叶片泵压力较低。 8.选用液压泵时，若系统要求“高压、小流量”，应优先考虑（ ） A. 齿轮泵 B. 双作用叶片泵 C. 柱塞泵 D. 单作用叶片泵 课堂小结 感谢观看 $$