液压与气液传动教案任务二-液压动力元件的选用

液压与气动控制1任务二液压动力元件的选用课程名称液压与气动控制班级学习任务液压动力元件的选用计划学时6教学目标知识目标能力目标素质目标1.掌握液压泵的用途分类、工作原理和技术性能；2.能够了解不同液压泵结构及及用途；3.能够分析液压泵常见故障及排除方法。1.进行常见液压泵的拆装；2.能够根据生产情况，选择液压泵；3.能进行液压泵常见故障的诊断排除。培养学生动手的能力教学重点1.液压泵的用途分类、工作原理和技术性能；2.能够了解不同液压泵结构及及用途；教学过程环节教学内容方式参考时间任务导入液压泵将所输入的电动机(或其他发动机)的机械能转换成为油液的压力能的装置，是液压系统的心脏。在液压系统中，液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，液压泵是动力元件，在液压系统占非常重要的地位。分析、演示任务分析本任务主要了解液压泵的分类及工作原理，掌握液压泵的性能参数及效率，为选择和使用液压泵打下基础。小组讨论任务实施1、分析液压泵的用途和分类。2．液压泵的工作原理3、液压泵的主要性能参数及图形符号教师讲解，学生自主实施，教师进行指导任务总结与考核总结所学知识点、技能点，小组互评任务完成情况小组互评，进行分析，完成课后题，总结本次课所学内容。拓展任务液压泵的选用与使用学生自主训练[工作任务导入]：液压泵将所输入的电动机(或其他发动机)的机械能转换成为油液的压力能的装置，是液压系统的心脏。在液压系统中，液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，液压泵是动力元件，在液压系统占非常重要的地位。液压与气动控制2[工作任务分析]：本任务主要了解液压泵的分类及工作原理，掌握液压泵的性能参数及效率，为选择和使用液压泵打下基础。[工作任务实施]：一、动力元件的认识1．液压泵的用途和分类按排量是否可调分：定量泵和变量泵按结构形式分：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵按常用基础标准中压力分级：低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵和超高压泵(≥32MPa）。2．分析液压泵的工作原理现以单柱塞泵为例说明液压泵的基本工作原理。图2-1液压泵工作原理1－偏心轮；2－柱塞；3－缸体；4－弹簧；5－吸油阀；6－压油阀从单柱塞泵的工作过程可以看出，密封工作容积不断重复地由小变大，再由大变小变化是吸油和排油的根本原因；在吸油过程中必须使油箱与大气相通；单向阀5、6起配油作用，为配油装置（各种类型液压泵、液压马达的配油装置在形式上多种多样，但基本作用相同）。3．液压泵的主要性能参数及图形符号液压泵的主要性能参数有压力、排量、流量、功率和效率。1）压力（1）工作压力：（2）额定压力：（3）最高允许压力：液压与气动控制32）排量和流量（1）排量V：液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。（2）理论流量tq：（3）实际流量：（4）额定流量nq：3）功率和效率如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是他们的理论功率是2itiiPpqpVnTTn（1）液压泵的功率损失实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。两者之间的差值即为功率损失，功率损失有容积损失和机械损失两部分。容积损失:容积损失是指液压泵流量上的损失,液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量,其主要原因是由于液压泵内部存在着泄漏。液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小,且随液压泵的结构类型不同而异,但恒小于1。机械损失：机械损失是指液压泵在转矩上的损失。（2）液压泵的功率输入功率iP：输出功率oP：（3）液压泵的总效率：液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,即：.mvioPpqPT4）液压泵的图形符号液压泵的图形符号=所示。二、齿轮泵1．齿轮泵的工作原理如图所示为外啮合齿轮泵的工作原理图。当齿轮按图示方向旋转时，在B腔啮合着的轮齿逐渐脱开啮合，使该腔容积逐渐增大，形成局部真空。油箱内的油液在大气压的作用下经油管和壳体上的吸油口进入B腔（吸油腔）。吸入到B腔齿间的油液在密封的工作空间中随着齿轮旋转，沿泵体内壁带入到A腔；而轮齿在A腔逐渐进入啮合，密封工作空间逐渐减小，使齿间的油液被挤压并经压油口排出（A腔为压油腔）。当齿轮不断地旋转时，B腔就不断地从油箱中吸油，A腔就连续不断地输出压力油。液压与气动控制4图2-3外啮合齿轮泵工作原理图齿轮泵吸、压油腔是分别独立的，所以齿轮泵不需要专门配流机构，故其结构简单。齿轮泵的结构决定它只能是定量泵。2．齿轮泵的结构图2-4所示为CB-B型齿轮泵结构图，主要由泵体3，主从动齿轮，前后端盖1、4，传动轴5及滚针轴承等组成。a、c、d为泄油通道，b为端盖卸荷槽。在端盖1、4内面中心两侧还开有双卸荷槽，以消除困油现象。图2-4CB-B型齿轮泵的结构CB-B型采用内泄漏结构，前后端盖上都铣有槽a和b，使轴向泄漏的油液经通道a和b，使油向泄漏油液经通道a和b流回吸油腔。泵体的两端面上都铣有压力卸荷槽c，侧面泄漏的油液由此槽流向吸油腔，这样既可防止向外泄漏，又可降低泵体与泵盖接合面处的压力，并减少紧固螺钉的拉力。闷盖和油封可防止油向外泄漏及空气进入工作腔内。齿轮泵具有结构简单、工作可靠、成本低以及对液压油的污染不太敏感、便于维护等优点；缺点是噪音高，流量脉动较大并只能作定量泵使用。外啮合齿轮泵的结构要点如下：1）困油现象及其消除措施液压与气动控制5图2-5齿轮泵的卸荷槽2）径向作用力不平衡图2-6齿轮泵径向受力简图图2-7齿轮泵的压力平衡槽1、2-压力平衡槽减小径向不平衡力：一是缩小压油口的直径；二是增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙；三是开压力平衡槽。3）端面泄漏及端面间隙的自动补偿一是通过齿轮的啮合处的间隙；二是通过泵体内表面和齿轮齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两端面和盖板间的端面间隙。以端面间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的75%～80%。图2-8CB型中高压齿轮泵结构图三、叶片泵1．单作用叶片泵1）单作用叶片泵的工作原理如图2-10所示为单作用叶片泵的工作原理图。当转子旋转一周，各叶片间工作容积各完成一次吸油与压油过程，因此称为单作用式叶片泵。因转子受不平衡液压与气动控制6径向液压力作用，轴承负荷较大，又称为非平衡式叶片泵。由于轴承承受负荷大，压力提高受到限制，故单作用式叶片泵工作压力较低，一般为2.5～7MPa。若将泵的偏心距e做成可调的，则可成为变量泵。单作用叶片泵多为变量泵。图2-10单作用叶片泵的工作原理图2)单作用叶片泵的结构特点（1）改变偏心距e可以调节泵的输出流量。（2）工作压力低，单作用叶片泵的额定压力一般不超过7MPa。（3）存在困油现象。（4）叶片后倾。3)限压式变量叶片泵（1）外反馈式变量叶片泵的工作原理。图2-11外反馈限压式变量叶片泵工作原理图2-12内反馈限压式变量叶片泵工作原理1－最大流量调节螺钉；2－转子；3－定子；1－最大流量调节螺钉；2－转子；3－定子；4－限定压力调节螺钉；5－限压弹簧；6－反馈液压缸4－限定压力调节螺钉；5－限压弹簧（2）内反馈变量叶片泵的工作原理。（3）限压式变量叶片泵的特点是：第一，流量可以自动地改变来适应于负载的实际需要，有利于系统节省能量；第二，可降低系统的工作温度，延长液压油液和密封圈的使用寿命；液压与气动控制7第三，在系统中可以使用较小的油箱，可不用溢流阀或单向阀，从而简化液压传动系统。限压式变量叶片泵常用于执行机构需要有快慢速要求的液压传动系统中。单作用叶片泵的定子内缘和转子外缘都为圆柱面，由于偏心安置，其容积变化是不均匀的，故有流量脉动。理论分析表明，叶片数为奇数时脉动率较小，故一般叶片数为13或15。2．双作用叶片泵双作用叶片泵也是由转子、定子、叶片和端盖等组成。双作用叶片泵的转子与定子中心重合，不能通过调节偏心距改变泵的流量，故为定量泵。双作用叶片泵的两个吸油区与两个排油区对称布置，转子上的油压作用力相互平衡，故又称为卸荷式叶片泵。这种泵改善了轴和轴承的受力状况，可以提高工作压力。目前双作用叶片泵额定压力达16～21MPa。图2-13双作用叶片泵的工作原理图1－压油窗口；2－转子；3－定子；4－吸油窗口这种泵转子与定子保持同心，为定量泵。与单作用叶片泵相比，同样体积可得到较大流量，且流量均匀。叶片泵的输出压力向高压化发展，存在的主要问题是泄漏量过大和吸油区叶片对定子内表面的压紧力过大，加速了定子低压区的磨损。为提高工作压力，中高压、高压叶片泵的结构有如下特点：1)自动补偿轴向间隙，提高容积效率。额定压力为10MPa的YB-D型叶片泵采用浮动式压力补偿配油盘，能够自动补偿轴向间隙，减少泄漏。2）采用叶片卸荷结构，即减小叶片对定子吸油区的压紧力。目前有两种方法，一种是平衡法，另一种为通过减压供油来减小叶片对定子的压紧力。图2-14双叶片结构图2-15子母叶片式结构1－叶片；2－转子；3－定子1－母叶片；2－转子；3－定子；4－子叶片四、柱塞泵根据柱塞分布方向的不同，柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。柱塞轴线平行油缸体旋转轴线的称为轴向柱塞泵；柱塞轴线与缸体轴线垂直的称为径向柱塞泵。1、斜轴式轴向柱塞泵工作原理液压与气动控制8图2-16斜盘式轴向柱塞泵工作原理图配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度。但不能相差太大,否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽,以减小冲击和噪声。轴向柱塞泵具有结构紧凑、单位功率体积小、重量轻、容积效率高、工作压力高、易变量等优点；缺点是结构复杂、造价高、对油的污染敏感、使用和维修要求严格。常用于大功率液压传动系统中。实际上，由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的,因而输出流量是有脉动的，当柱塞数为奇数时，脉动较小，且柱塞数多脉动也较小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11。2、斜盘式轴向柱塞泵的结构特点图2-17所示为一种斜盘式轴向柱塞泵的结构。图2-17斜盘式轴向柱塞泵结构1-转动手轮；2-斜盘；3-回程盘；4-滑履；5-柱塞；6-缸体；7-配有盘；8-传动轴；9-弹簧（1）端面间隙的自动补偿由图2-17可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。（2）滑靴的静压支撑结构液压与气动控制9在斜盘式轴向柱塞泵中，若各柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，这种泵称为点接触式轴向柱塞泵。点接触式轴向柱塞泵在工作时，由于柱塞球头与斜盘平面理论上为点接触，因而接触应力大，极易磨损。图2-18滑靴的静压支承原理图2-19手动伺服变量机构图（3）变量机构在斜盘式轴向柱塞泵中，通过改变斜盘倾角α的大小就可调节泵的排量，变量机构的结构型式是多种多样的，这里以手动伺服变量机构为例说明变量机构的工作原理。[工作任务小结]：本项目学习了液压泵的功用、性能参数、分类、工作原理、结构和液压泵的故障现象及排除方法。（1）液压泵要能吸油与排油，必须具备四个条件：可变的密封容积；吸油腔与压油腔隔开；有与密封容积变化相协调的配油机构；油箱与大气相通。（2）齿轮泵结构简单，运行较为可靠，但会出现困油现象、径向力不平衡问题，属于定量泵。（3）叶片泵结构紧凑，外形尺寸小，运转平稳，但结构比较复杂。叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。（3）柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵，结构较复杂，属于变量泵。[拓展任务]：液压泵的选用与使用教学后记学生通过大量的图片认识，提高学习液压与气动控制的积极性。