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1、会计学1 叶片泵与叶片马达叶片泵与叶片马达 第1页/共40页 (一)单作用叶片泵的工作原理 134 e 排油口 1-输入轴 2-转子 3-定子 4-叶片 吸油口 2 第2页/共40页 如图所示的单作用叶片泵工作原理图由输入轴1、 转子2、定子3、叶片4、配流盘(图中虚线表示其 配流窗口)、端盖等零件组成。叶片可在转子槽 内灵活的滑动。叶片多为奇数,以使流量均匀。 定子为圆形,其中心相对于转子中心存在着偏心 矩e。单作用叶片泵通常通过调整定子改变定子与 转子之间的偏心矩,改变泵的排量,从而成为变 量泵。 第3页/共40页 转子、定子和配流盘所形成的密封空间,当输入 轴带动转子高速旋转时,叶片在离
2、心力的作用下 从叶片槽内滑出,其顶部紧贴在定子内表面上滑 动,于是叶片把密封空间分割为许多的密封工作 容腔(有几个叶片就有几个密封工作容腔)。当 转子按照图示方向旋转时,处于转子右侧的叶片 在离心力的作用之下向外伸出,因而处于右半侧 的叶片所形成的密封工作腔增大,产生真空,油 箱中的液体在大气压力的推动之下,经过吸油管 路和配流盘右侧的配流窗口填补真空。这就是单 作用叶片泵的吸油过程。 第4页/共40页 在右半侧密封工作腔吸油的同时,处于转子左半 侧的叶片在定子的强制作用下向叶片槽内缩回, 因而处于左半侧叶片所形成的密封工作腔收缩, 迫使其内的部分液体经排油口进入液压系统。这 就是单作用叶片泵
3、的排油过程。由于叶片在转子 上是均部的,故在任意瞬时吸油腔和排油腔都有 叶片所形成的密封工作腔存在,因此当转子连续 旋转时,吸、排有腔的容积变化也是连续的,泵 也就连续的吸入和排出液体了。 第5页/共40页 (二)双作用叶片泵的工作原理 12345 1-定子 2-转子 3-叶片 4-传动轴 5-泵体 排油口吸油口 第6页/共40页 当输入轴带动转子高速旋转时,叶片在离心力和 叶片底部高压油的作用下,紧贴在定子内表面上 滑动。于是叶片把由转子、定子和配流盘(分前、 后配流盘)形成的密封容积分割为多个密封工作 腔。叶片在离心力和底部高压油的作用下,由短 半径圆弧通过过渡曲线向长半径圆弧过渡时,向
4、外伸出。于是对应于此位置由叶片、转子、定子 所包容的工作腔增大(此工作腔时刻在运动中), 形成真空,油箱中的液体在大气压力的推动之下, 经吸油管路和配流盘上的配流窗口进入密封工作 腔。叶片由长半径圆弧向短半径圆弧过渡时,在 定子的强制作用下向叶片槽内缩回,于是对应于 此位置由叶片、转子、定子所包容的密封工作腔 收缩,部分液体被强迫排入液压系统。 第7页/共40页 由工作原理图可见转子转动一周,叶片伸缩两次, 任意两叶片所形成的密封工作腔进行了两次吸油 和两次排油,为此这种叶片泵被称为双作用叶片 泵。由于叶片在转子上均布,所以任意瞬时在排 油区和吸油区均有叶片形成的工作腔存在,于是 当转子连续旋
5、转时,排油区容积在连续的收缩, 吸油区容积在连续的膨胀,泵可以连续的吸油和 排油。 第8页/共40页 第9页/共40页 1.瞬时流量计算 由双作用叶片泵的工作原理图可知:假如叶片无 限。币镀赿t时间内转过d(d=dt)角度 后,叶片泵排出的液体体积为叶片在大半径圆弧 扫过的体积和叶片在小半径圆弧扫过的体积之差, 即 dtrRBVd)( 22 然而实际上叶片是有厚度的。在排油区,叶片上 下两端均为高压,它的运动不产生吸、排油作用; 在吸油区,叶片的头部为吸油压力,叶片的底部 的高压油要用来推动叶片的伸出,所以泵的排油 量应减 第10页/共40页 去这部分体积。因此叶片泵在dt时间内排出的液
6、体 体积(图3-3-3所示)为 s 短半径圆弧 过渡曲线 长半径圆弧 r R i i s dt SB vdtrRBdV i n i i cos 2)( 1 22 第11页/共40页 vi叶片在吸油区过渡曲线上的径向速度, dt d v i i 双作用叶片泵的瞬时流量为: ) cos (2)( 1 22 n i i i v BSrRB dt dV Q i n i s dt dBs rRB dt dV Q 1 22 cos 2 )( 第12页/共40页 由上式可知,只要 使 n i i i v BS 1 cos 2 为常数,则双 作用叶片泵的瞬时流量在理论上恒定不变 。 n i i i v BS
7、1 cos 2 是否为常数由定子过渡曲线和叶片的 个数决定。适当的叶片数与相应的定子过渡曲线 的配合才能保证叶片泵的瞬时流量在理论上为常 值。 第13页/共40页 2.双作用叶片泵的平均流量计算 1)排量 转子转动一周任意相邻两叶片所形成的工作腔均 进行了两次吸油和两次排油,把它们排列起来刚 好为大半径圆弧和小半径圆弧所围的环形圆柱体 的体积的两倍。 )(2 2 2 rRBq 考虑吸油区叶片所占有的容积没有参加工作,双 作用叶片泵的排量为 第14页/共40页 22 2()2 cos 2 ()() cos Rr qB RrZBS SZ B RrRr 2)双作用叶片泵的平均流量 2()() cos
8、 Qqn SZ Bn RrRr 第15页/共40页 三. 双作用叶片泵的结构 A-A 排油口吸油口 A A 123457 8910 6 1-转子 2-叶片 3-传动轴 4-右配六盘 5-销钉 6-定子 7-左配流盘 8-左泵体 9-右泵体 10-连接螺钉 环形槽c 第16页/共40页 第17页/共40页 (一)定子低压区的磨损问题 在工作中的双作用叶片泵的叶片,当他处在高压 区时,其顶部受高压油压力的作用。为了防止叶 片在高压区脱离定子内表面,保证叶片和定子内 表面紧密接触,叶片的底部往往与排油腔相通 (图3-3-4的槽c为配流盘上开设的环槽,它与排油 腔相通,高压油通过配流盘配流窗口c引入叶
9、片 底部)。当叶片处在吸油区时,叶片的底部仍然 与排油腔相通,而顶部却与吸油腔相通,于是底 部和顶部出现了很大的压力差,这一压差使叶片 和定子之间产生较大的相互作 第18页/共40页 用力,加速了定子低压区的磨损,影响了泵的使 用寿命。随着泵的工作压力的提高着一问题更加 突出。为此高压叶片泵采取了各种各样的措施, 减小叶片对定子的压紧力,减缓定子低压区的磨 损。常用措施有: 1.双叶片结构 如图所示,在每个叶片槽中安装两个叶片,叶片 的底部不与排油腔相通。两叶片的倒角部分构成 从叶片底部通向头部的V型油道,使作用在叶片底 部和顶部的液压力基本相等。槽内两叶片可以相 对滑动,以保证在任何位置两个
10、叶片的头部都和 定子内表面接触。 第19页/共40页 低压孔 高压孔 通向叶片插入端的圆弧槽 a b c 第20页/共40页 2.子母叶片结构 如图3-3-6所示,母叶片3和子叶片4之间的油室e 始终与排油腔相通,而母叶片底部a腔则经转子1 上的孔c和所在的油腔相通。这样当叶片处在吸油 区时,对定子内表面的作用力不会太大。 1 23 4 1-转子 2-定子 3-母叶片 4-子叶片 s b a e B c 第21页/共40页 3.阶梯叶片结构 如图3-3-7所示 ,排油腔始终同阶梯叶片和阶梯槽 之间的油室b相通,叶片底部通过流道c和a与所在 油腔相通。因此叶片处在吸油区时对定子内表面 的作用力也
11、不会过大。这种结构由于叶片及槽的 形状较复杂,加工工艺性较差。 cb a 第22页/共40页 (二)叶片的安放角 叶片底部通高压油后,保证了叶片与定子内表面 的紧密接触,也保证了叶片在低压区向外伸出。 然而对于处在排油区的叶片,其顶部受到定子内 表面的反作用推力和与滑动方向相反的摩擦力的 作用,他们的合力可分解为沿叶片槽方向的分力 和垂直于叶片的分力。垂直分力在叶片与叶片槽 的接触处产生较大的摩擦力。叶片与定子内表面 接触压力角越大,垂直分力也越大,叶片与叶片 槽之间的摩擦力也越大,由于排油区叶片的底部 也受到排油区压力的作用,所以叶片的向心运动 仅由定子对叶片的推力来完成不可靠。 第23页/
12、共40页 为了避免接触区压力角过大而造成叶片在槽中滑 动困难或产生摩擦自锁,叶片槽相对转子半径沿 旋转方向前倾角(图3-3-8)以减小压力角,一 般取=1014,YB形双作用叶片泵=13。 第24页/共40页 第25页/共40页 1. 阿基米德螺线 阿基米德螺线的数学表达式为 = r +C 根据边界条件:当=时,=R得积分常数C为 C = (Rr)/ 故 rR r 第26页/共40页 由上式可推得 rR d d 由于d=dt,所以叶片的径向速度 rR dt d 可见叶片在阿基米德螺线上滑动时,当转子得角 速度为常值时,叶片的径向速度为常值,为此这 种曲线又称为等速运动曲线。 第27页/共40页
13、 由双作用叶片泵的瞬时流量公式可知,过渡曲线 采用阿基米德螺线,转子旋转时,只要在低压区 的叶片个数为常值,则泵的瞬时流量理论上为常 值。即当叶片数Z为 式中 n自然数(1、2、3)。 此时叶片泵的瞬时理论流量为常值。 ) 1(4nZ 第28页/共40页 阿基米德螺线的缺陷:由于叶片在阿基米德螺线 上滑动时的径向速度为常数,在圆弧曲线上滑动 时的径向速度为0,所以在过渡曲线与圆弧的连接 点上叶片的径向速度发生了突变(或者说过渡曲 线与圆弧没有公切线),叶片与定子发生硬性冲 击。为此,必须在阿基米德螺线与圆弧曲线的连 接点附近对曲线进行修正。阿基米德螺线近年来 应用已经较少了。 第29页/共40
14、页 2. 等加速率等减速率曲线 为了防止过渡曲线与圆弧曲线在连接点上的硬性 冲击,可以采用等加速率等减速率曲线。等加速 率等减速率曲线由两部分组成,前半部分为等价 速率后半部分为等减速率,且加速度的绝对值相 等,这样可保证与长、短半径圆弧都有公切线。 等加速率等减速率曲线的数学表达式为 当0/2 2 2 )(2 rR r 第30页/共40页 2 )(4rR d d 22 2 )(4 rR d d 当/2时 2 2 )( )(2 rR R 2 2 )( )(4 rR d d 22 2 )(4 rR d d 第31页/共40页 等加速率等减速率区县的特点: 1)等加速率等减速率曲线是应用较广泛的一
15、种曲 线,它的优点是在叶片不“脱空”的条件下(不 脱空的条件rL/2(d2/d2),式中L是叶片的 径向长度,即使离心力大于叶片伸出运动的惯性 力),可以得到最大的R/r值,这样采用此种曲线 在体积相同时可具有较大的排量 2)只要在低压区的叶片个数为偶常数就可以组合 成 常数 i d d 的情形,可使叶片泵的瞬时流量为 常值。因为定子过渡曲线上的叶片数为偶常数, 则在加速区段和减速区段都有不变且相等的叶片 个数 第32页/共40页 存在,于是加、减速度抵消,其合速度为常值。 为达此目的叶片数应为 Z=4(2n+1)) 式中 n自然数(n=1、2、3) 3)等加速率等减速率曲线的缺点是最大压力较
16、偏 大。 4)由图3-3-9可知加速度在=0、=/2和 =三点发生了突变,造成惯性力的突变,通常 这三处有三条清晰的磨痕这种现象称为“软冲现 象”。 第33页/共40页 3. 高次曲线 采用等加速率邓建速率的双作用叶片泵的噪声主 要来源于叶片和定子内表面的机械噪声。其原因 是叶片按定子曲线给出的轨道进行径向运动时, 加速度的变化将引起惯性力的变化。从震动角度 看,这是一种外界作用于叶片的冲击力。此力正 比于三阶导数d3/dt3(当转子角速度=常数时, d3/dt3与d3/d3成正比),反映了运动的助振 情况。等加速率等减速率曲线在与圆弧的两个连 接点和过渡曲线的中点位置,加速度d2/dt2均发
17、 生了突变,d3/dt3为无穷大,发生激振。 第34页/共40页 此时叶片运动的平稳性受到破坏,叶片和定子内 表面发生撞击振动,产生噪声。为此希望定子曲 线的三阶导数的变化。币猜愣砸唤椎际 (d/dt)和二阶导数(d2/dt2)的要求。采用 高次方程曲线可对多个参数进行调整,以满足一 定的边界条件,又满足三阶导数特性及兼顾一、 二阶导数的变化。 适用于低噪声叶片泵定子曲线的高次方程有两种 一种为对称形,相应的方程式为 =C33+ C44+ C55 第35页/共40页 另一种为非对称形,相应的方程式为 =C33+ C44+ C55+ C66 式中 过渡区定子曲线矢径长; 无因次量,=/;
18、 C3、C4、C5、C6考虑边界条件及速度、加速度 和d3/dt3值的 系数。 第36页/共40页 第37页/共40页 1 2 3 4 56 7 8 第38页/共40页 如图236所示为双作用叶片马达的工作原理图。 当叶片1、2、3所形成的工作腔为高压区时,叶片 1、3的单测和叶片2的两侧都受到高压油的作用。 叶片2两侧的作用力大小相等方向相反相互抵消。 由于叶片3处在长半径圆。镀1处在短半径圆 。砸镀3的受力面积(F1)大于叶片1的受力 面积(F2);作用在叶片1上的液压力的作用点到回 转中心的距离(r1)大于作用在叶片1上的液压力 的作用点到回转中心的距离(r2)。所以 F1r1F2r2 pF1r1pF2r2 第39页/共40页
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