第八章葉片泵

1、第八章葉片泵葉片泵具有流量均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)床、工程機(jī)械、船舶、壓鑄 及冶金設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。中低壓葉片泵的工作壓力一般為8MPa，中高壓葉片泵的工作壓力可達(dá)25 MPa至32MPa。泵的轉(zhuǎn)速范圍為6002500r/min。葉片泵對(duì)油液的清潔度要求較高。此外，與齒輪泵相 比，葉片泵的制造工藝要求也較高。葉片泵主要分為單作用（轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)完成吸、排油各一次）和雙作用（轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)完成吸、排油各二次） 兩種形式。雙作用葉片泵與單作用式相比，其流量均勻性好，轉(zhuǎn)子體所受的徑向液壓力基本平衡。雙作用 葉片泵都做成定量泵形式，單作用葉片泵一般設(shè)計(jì)成可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)排量的變量泵。 8

2、-1雙作用葉片泵的工作原理和流量一、雙作用葉片泵工作原理圖8-1是雙作用葉片泵的工作原理圖。定子的腰圓形表面由二段半徑為R的大圓弧，二段半徑為 r的小圓弧以及四段連接大小圓弧的平滑曲線組成。葉片在轉(zhuǎn)子的葉片槽內(nèi)可以滑動(dòng)。轉(zhuǎn)子、葉片、定子都夾 在前后兩個(gè)配流盤(pán)中間。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片受離心力而緊貼定子內(nèi)表面，起密封作用，將吸油腔與排油 腔隔開(kāi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子與葉片從定子內(nèi)表面的小圓弧區(qū)向其大圓弧區(qū)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)油封葉片之間的容積增大，通 過(guò)配流盤(pán)上的配油窗口（吸油槽）吸油；由大圓弧區(qū)移向小圓弧區(qū)時(shí)，通過(guò)配流盤(pán)上的配油窗口（排油槽） 排油。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，葉片在槽內(nèi)往復(fù)兩次，完成兩個(gè)吸、排油過(guò)程，故稱雙作用式。

3、泵轉(zhuǎn)子體中的葉片槽底部通排油腔。因此在建立排油壓力后，處在吸油區(qū)的葉片貼緊定子內(nèi)表面的壓 緊力為其離心力和葉片底部液壓力之和。在壓力還未建立起來(lái)的啟動(dòng)時(shí)刻，此壓緊力僅由離心力產(chǎn)生。女口 果離心力不夠大，葉片就不能與定子內(nèi)表面貼緊以形成高，低壓腔之間的可靠密封，泵由于吸、排油腔溝 通而不能進(jìn)行正常工作。這就是葉片泵最低轉(zhuǎn)速不能太低的原因。雙作用葉片泵的兩個(gè)排油腔及兩個(gè)吸油腔均為對(duì)稱布置，故作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力互相平衡，軸和軸 承的壽命較長(zhǎng)。圖8-2是配流盤(pán)和定子曲線相對(duì)位置關(guān)系的示意圖。圖中的點(diǎn)劃線為定子內(nèi)表面曲線 （簡(jiǎn)稱定子曲線），1和2分別為大圓弧段及小圓弧段所對(duì)應(yīng)的中心角，1及：-2為在大

4、圓弧區(qū)及小圓弧區(qū)的吸、排油槽之間的封油角。吸、排油槽開(kāi)在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的配流盤(pán)上。假定泵的葉片數(shù)為z,為保證吸、排油腔間的密封，應(yīng)使：-1 _2二/z , ：-2 _2二/Z。為了避免發(fā)生困油現(xiàn)象，應(yīng)使兩封油葉片之間的容腔在：-1及：-2角度范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)（這時(shí)，容腔與高、低壓腔均不通）。其容積大小保持不變。即保證圓弧段的包角；、_2。圖8-2中陪流盤(pán)上排油槽端部的三角槽用來(lái)減少液壓沖擊，起消振作用。若轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩相 鄰葉片間的油腔從吸油區(qū)進(jìn)入大圓弧區(qū)時(shí)，油腔中的壓力保持為低壓。 當(dāng)此油腔轉(zhuǎn)到開(kāi)始與排油區(qū)接通時(shí)，高壓油流入此密閉容腔并壓縮其中的油液，因此壓力驟升。這個(gè)過(guò)程會(huì)發(fā)生壓力沖擊，并因而

5、產(chǎn)生噪聲。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，一般采用設(shè)置上述減振槽的方法，使高、低壓油進(jìn)入密閉容腔時(shí)受到節(jié)流阻尼，從而 減緩了壓力沖擊現(xiàn)象。圖8-2中的環(huán)形槽 通過(guò)配流盤(pán)背面的溝槽（虛線所示）和排油區(qū)接通。此環(huán)形槽的位置與轉(zhuǎn)子的葉片 槽底部相對(duì)應(yīng)，以便將高壓油引到葉片底部，產(chǎn)生使葉片向外緊貼定子內(nèi)表面的壓緊力。二、雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量和理論排量由圖8-1的雙作用葉片泵工作原理圖可知：假如葉片為無(wú)限薄，當(dāng)轉(zhuǎn)子在dt時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)d角度后，葉片泵排出的液體體積為葉片在大圓弧段掃過(guò)的體積和葉片在小圓弧段掃過(guò)的體積之差。實(shí)際上，葉片是 有厚度的。在排油區(qū)，葉片兩端均為高壓，它的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生吸排油作用；在吸油區(qū)，葉片頭部

6、為吸油壓力， 葉片底部的高壓油要用來(lái)推動(dòng)葉片向外伸，所以泵的排出油量應(yīng)減去這一部分體積心。因此，葉片泵在dt時(shí)間內(nèi)排出的油液體積為L(zhǎng)b 221 sbdV =2 （R -r ） -dt - Vidt（8-1）2i【cos K式中R定子曲線大圓弧半徑；r定子曲線小圓弧半徑；B 葉片寬度；-.葉片泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；s 葉片厚度；n位于一個(gè)吸油區(qū)內(nèi)的葉片數(shù)；Vi在吸油區(qū)內(nèi)，葉片伸岀葉片槽的徑向速度；71 在葉片和定子曲線接觸處，葉片安置方向和吸油區(qū)定子過(guò)渡曲線矢徑方向的夾角（見(jiàn) 圖 8-3 ）。式（8-1）中括號(hào)外邊的系數(shù) Z是考慮到雙作用葉片泵同時(shí)有兩對(duì)葉片起排有作用，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全一 樣。式

7、（8-1）可用瞬時(shí)流量形式表示為nQsh =B (R2 _r2) _2BS1(8-2)若用T表示定子曲線上的各點(diǎn)到轉(zhuǎn)子中心的距離，表示泵軸的轉(zhuǎn)角。則將此式代入式（8-2）,可得d（R才）2S送起i z COS 活(8-3)如近似認(rèn)為寸為常數(shù)， 卄？。則泵的瞬時(shí)流量均勻性僅和吸油區(qū)的7 dT/d：值有關(guān)。即僅與泵在吸油區(qū)的葉片數(shù)和此區(qū)域定子曲線的形狀有關(guān)。雙作用葉片泵的理論排量可由圖8-1得出：22Rr$-丄、SZ Iq =2血（R -r ） 2ZBS-=2B（R r 桝（R+r 卜 I（8-4）cos 克cos 反式中%為在轉(zhuǎn)子外圓上葉片安置方向與徑向間的偏角（見(jiàn)圖 8-3 ）8-2雙作用葉片

8、泵的定子曲線及葉片數(shù)雙作用葉片泵的定子曲線（即定子內(nèi)表面曲線）對(duì)葉片泵的流量均勻性、吸入性能和壽命有很大影響。定子曲線由兩段半徑為 R的大圓弧、兩段半件為 r的小圓弧以及四段過(guò)渡曲線組成。一、定子曲線的要求（一）過(guò)渡曲線四條過(guò)渡曲線是對(duì)稱的。為了保證工作平穩(wěn)和輸岀流量均勻，過(guò)渡曲線應(yīng)滿足下列要求：1. 使葉片不發(fā)生脫空轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在轉(zhuǎn)子槽中作徑向滑動(dòng)，葉片頭部應(yīng)緊貼在過(guò)渡曲線上。葉片作徑向滑動(dòng)的加速度大小與過(guò)渡曲線的形狀有關(guān)。在葉片泵剛啟動(dòng)，尚未建立起油壓的時(shí)候，葉片根部沒(méi)有液壓壓緊力。此時(shí) 若葉片徑向運(yùn)動(dòng)的向心慣性力大于隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，葉片就會(huì)與定子內(nèi)表面脫離，稱為脫空。以后,當(dāng)葉

9、片重新和定子內(nèi)表面接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生撞擊、產(chǎn)生噪聲、降低壽命。故即使葉片短時(shí)間脫空也不允許。圖8-4表示了四分之一的定子曲線。過(guò)渡曲線的范圍對(duì)應(yīng)于中心角角。在角從0變到a的范圍內(nèi)，過(guò)渡曲線的矢徑從_r變到當(dāng)葉片頭部在過(guò)渡曲線上向外滑動(dòng)時(shí)。如前所述，其徑向速度2dv 2 d Pa歹dt d -：2保證葉片不脫空的條件是葉片做圓周運(yùn)動(dòng)的離心力大于其沿葉片槽滑動(dòng)的向心慣性力。即m葉片的質(zhì)量；P葉片與過(guò)渡曲線接觸點(diǎn)的矢徑；L 葉片的長(zhǎng)度。式中或者a。從小圓弧的終點(diǎn)為起點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)- R。V = dd 。徑向加速度為(8-5)d ：2(8-6)（8-6）為在吸油過(guò)渡曲線區(qū)葉片不脫空的條件。在排油過(guò)渡曲線區(qū)，葉

10、片相對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片槽作向心 運(yùn)動(dòng)。其速度變化的規(guī)律是從零值增至最大值，然后再減小到零值。此時(shí)，向心運(yùn)動(dòng)減速度的慣性力必須 小于離心力。否則也要出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。在排油區(qū)不脫空的條件同樣可用式（8-6）來(lái)表示。由于雙作用葉片泵的四條過(guò)渡曲線是對(duì)稱的，因此若滿足吸油過(guò)渡曲線區(qū)葉片不脫空的條件，則排油區(qū)的不脫空條件同樣 得到滿足。2. 減小沖擊、噪聲和磨損葉片經(jīng)過(guò)定子曲線的圓弧部分與過(guò)渡曲線的連接處，以及沿過(guò)渡曲線滑行時(shí)，希望徑向速度和加速度 的變化盡可能小，不應(yīng)發(fā)生突變，以免產(chǎn)生沖擊和噪聲。徑向速度的突變將使徑向加速度為無(wú)窮大，這種 現(xiàn)象稱為“硬沖”。在排油過(guò)渡曲線區(qū)的“硬沖”會(huì)使定子內(nèi)表面對(duì)葉片的推力

11、為無(wú)窮大（實(shí)際上，由于葉 片與定子表面的彈性變形，此值為一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)）。因而產(chǎn)生撞擊。徑向加速度在數(shù)值上有限的突變，稱為“軟沖”。“軟沖”使葉片和定子內(nèi)表面的壓緊力產(chǎn)生突變。過(guò)大的“軟沖”也是不希望的。3. 使泵排岀流量均勻由式（8-3）可見(jiàn)，為了使泵的瞬時(shí)流量均勻，葉片數(shù)和定子曲線形狀的選擇應(yīng)使吸油區(qū)過(guò)渡曲線上 所有葉片徑向速度之和 7 dd在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程（即不同轉(zhuǎn)角時(shí)）等于或接近常數(shù)。（二）圓弧區(qū)段從式（8-4）可以看到，增大定子曲線的大、小圓弧半徑之差 Rr可以增加泵的排量。但是增大Rr 值受到以下條件的制約：1. 葉片和轉(zhuǎn)子體強(qiáng)度的制約R -r值越大，則葉片伸岀轉(zhuǎn)子體的部分越長(zhǎng)，液壓

12、力產(chǎn)生的彎曲力矩越大，因而葉片受力惡化、轉(zhuǎn) 子體強(qiáng)度下降。2. 葉片對(duì)定子不脫空的條件的制約為保證葉片不脫空，必須滿足式（8-6）在確定過(guò)渡曲線區(qū)葉片速度變化規(guī)律時(shí)，值d2P/d2與過(guò)渡曲線始點(diǎn)和終點(diǎn)的矢徑差值R -r及其對(duì)應(yīng)的中心角a大小有關(guān)。R -r值越大，則d?/d ;2值也越大，不利于保證條件式（8-6）。當(dāng)然，d2p/d0值還與過(guò)渡曲線上的葉片徑向運(yùn)動(dòng)速度變化規(guī)律有關(guān)。計(jì)算分 析表明，當(dāng)葉片徑向移動(dòng)按等加速、等減速規(guī)律變化時(shí)，為了滿足式（8-6），可以允許選用較大的R/r值,因而可得到較大的 R -r值，產(chǎn)生較大排量。這就是過(guò)渡曲線廣泛采用等加速、等減速曲線的主要原因。二、定子過(guò)渡曲

13、線及其特點(diǎn)過(guò)渡曲線有以下幾種：1） 修正的阿基米德螺線2）正弦加速曲線3）等加速等減速曲線4）高次曲線（一）阿基米德螺線按照數(shù)學(xué)定義，阿基米德螺線的矢徑和轉(zhuǎn)角微分d.?/d：-為常數(shù)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子以等角速度，旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果過(guò)渡曲線為阿基米德螺線，葉片相對(duì)轉(zhuǎn)子的徑向運(yùn)動(dòng)速度Vi就等于常數(shù)。只要保持過(guò)渡曲線中葉片數(shù)不變，便可使式（8-3）中的a djd厲為恒值，瞬時(shí)流量可近似地為常值。圖8-5表示了阿基米德螺線為過(guò)渡曲線時(shí)，（d/d ?）及（d2J/d：2）值隨角的變化規(guī)律。葉片在定子圓弧段滑動(dòng)時(shí)的d .?/d ：-=0。因此，圓弧曲線與阿基米德螺線的交接點(diǎn)處的d；-d值產(chǎn)生突變。在這一瞬2 2間，

14、（d -/d -）值為無(wú)窮大（如圖8-5a所示）。這便發(fā)生“硬沖”或脫空。為了防止發(fā)生“硬沖”和脫空，可在曲線的圓弧段和阿基米德螺線的交接處進(jìn)行某種修正（如圖8-5b所示）。經(jīng)修正后，避免了“硬沖”。但是，葉片在過(guò)渡曲線的大部分區(qū)段做徑向勻速運(yùn)動(dòng)，而在一個(gè)范圍 內(nèi)，其徑向速度從零升到某一值，故加速度的變化量及最大加速度都較大。為了使葉片不脫空，只能將R/r值限止得較小。故目前這種過(guò)渡曲線已很少應(yīng)用。使葉片的徑向加速度按正弦規(guī)律變化的過(guò)渡曲線稱為正弦加速曲線（如圖8-6中實(shí)線所示）由圖可見(jiàn)，正弦加速曲線避免了 “硬沖。其加速度的變化也平穩(wěn)。但是這種過(guò)渡曲線的（amax）數(shù)值較高，為滿足式（8-6

15、）， R/r值不能選得太大。所以這類曲線用得也不多。（三）等加速、等減速曲線等加速、等減速曲線（或簡(jiǎn)稱等加速曲線）是目前用得較廣泛的一種曲線。它的、d；7d及d2r/d2對(duì)轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖8-6中雙點(diǎn)劃線所示。圖中 a表示過(guò)渡曲線所對(duì)應(yīng)的中心角。這種曲線允許選用 較大的（R/r ）值，故在同樣體積下，可以獲得較大的流量。由圖可見(jiàn)，一個(gè)葉片的d：7d與的關(guān)系是線性的，因而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整過(guò)渡曲線部分的葉片數(shù)就能使a d：、/d宀為常數(shù)，從而得到均勻的輸岀流量。這種曲線的缺點(diǎn)是在：護(hù)=0、：護(hù)=0.5a和 =a處，加速度發(fā)生突變（存在“軟沖”）以下對(duì)等加速曲線作一些分析。其分析方法同樣適用于其它曲線。

16、等加速曲線要求葉片在過(guò)渡區(qū)前半段的徑向速度從零開(kāi)始線性地增加。在過(guò)渡曲線的中點(diǎn) ?=0.5（R r）處，速度達(dá)最大值。然后徑向速度線性地減小，在過(guò)渡區(qū)結(jié)束時(shí);：=a徑向速度為零，然后進(jìn)入圓弧段。這就避免了“硬沖”。由于徑向加速度ao為常數(shù)。因此，對(duì)式（8-5 ）進(jìn)行積分可得到(8-7)對(duì)式（8-7）再進(jìn)行一次積分，便得到過(guò)渡曲線的矢徑表達(dá)式a2?C2（8-8）2式中G、C2積分常數(shù)，由邊界條件來(lái)決定。在曲線的前半段（0_ -0.5a ），當(dāng) =0 時(shí)，d ;?/d =0、-r，則 g =0、Cr。當(dāng) =0.5a 時(shí),20.5(R -r)，故(8-9)(8-10)(8-11)(8-12)_ 4(

17、R_r)co2a。2ad24(R -r)產(chǎn)二a22R亡2a4(R-r)V 2a在:護(hù)=0.5a處速度為最大值:V 二 vmax 2(Rr),(8-13)在曲線的后半段(0.5a _ _a)，當(dāng)=a 時(shí)，v=0、R，則 G=-aoa/J、C2 = R 0.5aa2/ ,2。當(dāng) =05a 時(shí)，=0.5(R -r)，故2“ 4(Rr) -(8-14)(8-15)aJ當(dāng)=0時(shí)，二二為=r，葉片離心力最小，易于脫空。將式(8-10)代入條件式(8-16)8-6)，可得4(R-r)12L假定葉片的徑向長(zhǎng)度L為定子曲線大、小圓弧半徑之差的三倍:(8-17)的最大長(zhǎng)度約為葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)長(zhǎng)度的一半，葉片的受

18、力情況較好。L =3 R _r。此時(shí),此時(shí)式(8-17)葉片在轉(zhuǎn)子體外可寫(xiě)成.2a(8-18)R11 -r4121.5a考慮到a :、0.5二-2二/Z，則可求得等加速曲線所允許的大、小圓弧半徑之比(R/r)max ，如表8-1所示。表8-1葉片數(shù)Z8101216大、小圓弧半徑之比(R/r)max1.131.171.191.23(四) 高次曲線葉片泵噪聲主要來(lái)源于葉片和定子內(nèi)表面的機(jī)械噪聲。因此，定子曲線就成了降低葉片泵噪聲的關(guān)鍵。葉片按定子曲線給岀的軌道進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度變化將引起慣性力的變化。從振動(dòng)的角度來(lái)看，這是一種外界作用于葉片的沖擊力。此力正比于三階導(dǎo)數(shù)d2/dt2 (當(dāng)葉片泵主

19、軸以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，d2/dt2與d2 ；-/d -2成正比)，反映了運(yùn)動(dòng)的助振情況。等加速等減速定子曲線在d2 / d - ：2從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，j =d2/dt2為無(wú)窮大，發(fā)生激振。此時(shí)葉片運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性受到破壞，葉片和定子內(nèi)表面發(fā)生撞擊振動(dòng)，產(chǎn)生 噪聲。為此，希望定子曲線的三階導(dǎo)數(shù)j的變化小，同時(shí)也滿足對(duì)一階導(dǎo)數(shù)(vd/dt )及二階導(dǎo)數(shù)(a =d2 dt2 )的要求。采用高次方程曲線可對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足一定的邊界條件，又滿足三階 導(dǎo)數(shù)特性及兼顧一、二階導(dǎo)數(shù)的變化。適用于低噪聲葉片泵定子曲線的高次方程基本上有二種：其一為對(duì)稱形，相應(yīng)方程式為T(mén) 二S3 C4 * CsJ(8-19)其二為非

20、對(duì)稱形，相應(yīng)方程式為=3V3 C4J C5 C6(8-20)式中：一一過(guò)渡區(qū)定子曲線的矢徑長(zhǎng)度；丁無(wú)因次量，丁- /aC3、C4、C5、C6 考慮邊界條件及速度、加速度和j值的系數(shù)。所謂對(duì)稱形是指曲線規(guī)定的葉片位移的二、三階導(dǎo)數(shù)a、j的變化在v -0到v -1的區(qū)間內(nèi)是對(duì)稱的（圖8-7）。如圖8-4所示，在日=0變到日=1時(shí)，葉片處于吸油區(qū)。由圖8-7可見(jiàn)：對(duì)稱形的a及j值均較小，說(shuō)明它有良好的綜合動(dòng)力性能。非對(duì)稱形曲線性能歲在a、j值方面大于對(duì)稱形，但它在壓油區(qū)的起始段（-1附近）加速度變化平緩，并且加速度j值連續(xù)。因此它可使葉片在壓油區(qū)平緩地由徑向速度等于零進(jìn)入徑向變速運(yùn)動(dòng)。所以從消除激振

21、的角度來(lái)看，非對(duì)稱曲 線更好。三、雙作用葉片泵葉片數(shù)的選擇從轉(zhuǎn)子徑向力平衡的觀點(diǎn)岀發(fā)，雙作用葉片泵的葉片數(shù)應(yīng)該取偶數(shù)。為避免葉片槽對(duì)轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的削弱，葉片數(shù)越少越好。根據(jù)葉片泵的工作原理，定子曲線必須有過(guò)渡曲線。因此，定子曲線的圓弧部分對(duì)應(yīng)的 中心角眇.0.5二。為了保證吸、排油腔間的密封，應(yīng)使|：；亠2二/Z。由此可推論出Z .4，即雙作用葉片泵的最小葉片數(shù)為6。如圖8-2所示，配流盤(pán)的吸、排油窗口開(kāi)在過(guò)渡曲線區(qū)。如果葉片數(shù)過(guò)少，則角較大過(guò)渡曲線所對(duì)應(yīng)的范圍小，造成吸油窗口不夠大、吸油流速過(guò)高而導(dǎo)致汽濁（一般葉片泵吸油窗口流 速不超過(guò)6m/s）。因此，通常葉片泵的葉片數(shù)在8到12之間。葉片數(shù)對(duì)

22、流量均勻性也有很大影響。以下分析定子過(guò)渡曲線為等加速曲線時(shí)，葉片泵葉片數(shù)對(duì)流量均 勻性的影響。為使泵的流量均勻，必須保證吸油區(qū)葉片徑向速度之和 7Vi為常數(shù)。對(duì)于葉片數(shù)Z=8的雙作用葉片泵， 始終只有一個(gè)葉片在吸油過(guò)渡曲線區(qū)。由圖8-6可知，此葉片的徑向速度與轉(zhuǎn)角 成線性關(guān)系，不能滿足i為常數(shù)的條件。其中一個(gè)在曲線的前半段，另一個(gè)在曲線的后半段。根據(jù)式（8-12）和（8-16）可知弋4(Rr)朋 丄4(Rr)V2aa.2 二1 12a= 4(rh_(R-rr 二常數(shù)(8-21)因而理論流量均勻、無(wú)脈動(dòng)。根據(jù)上述分析可以推論岀：為了使流量均勻，對(duì)于等加速定子曲線的雙作用葉片泵，應(yīng)該保證過(guò)渡曲 線

23、的葉片數(shù)為偶數(shù)。即 Z =4 2n亠1，式中n為正整數(shù)。考慮到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及工藝性，Z空20。在大部分情況下，雙作用葉片泵的葉片數(shù)取為Z =12。圖8-8表示了葉片數(shù)為Z =8、10、12時(shí)理論流量隨轉(zhuǎn)角 的變化情況。流量脈動(dòng)以 Z =8時(shí)為最甚， Z=10時(shí)較好，Z =12時(shí)沒(méi)有流量脈動(dòng)。由于葉片安置角二實(shí)際上不是常數(shù)，并且當(dāng)兩相鄰葉片間容腔從低壓區(qū)進(jìn)入高壓時(shí)，因?yàn)橛偷目蓧嚎s性，一部分排岀的高壓油灌入此工作容腔，造成排岀油液瞬時(shí)減少。 所以即使理論流量完全均勻，實(shí)際輸岀流量仍有少量脈動(dòng)。 8-3雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)一、雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）葉片及定子如前所述，葉片底部與高壓油相接通。在高壓區(qū)

24、，葉片頭部也是高壓，故液壓力基本上平衡，只有葉 片隨轉(zhuǎn)子作圓周運(yùn)動(dòng)的離心力和葉片在葉片槽內(nèi)徑向運(yùn)動(dòng)的慣性力、摩擦力共同作用，產(chǎn)生一定大小的力 使葉片緊貼定子內(nèi)表面。在低壓區(qū)時(shí)，葉片頭部為低壓油。而葉片根部為高壓油，因此葉片以相當(dāng)大的壓 緊力貼緊定子內(nèi)表面。工作時(shí)葉片頭部又以很高的相對(duì)速度在定子內(nèi)表面上滑動(dòng)。所以工作條件十分惡劣。解決定子內(nèi)表面與葉片頭部的磨損問(wèn)題是提高葉片泵壽命的關(guān)鍵。通常采取下列措施。1. 采用耐磨材料葉片頭部磨損后，尚可自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。定子磨損后便留下痕跡，一般采用38CrMoAI合金鋼進(jìn)行氮化處理后作為定子，其內(nèi)表面的耐磨性就比較高，可以保證泵的壽命。葉片采用高速鋼 W18

25、Cr4V。由于葉片和定子內(nèi)表面的相對(duì)滑動(dòng)速度很大，摩擦使葉片頭部產(chǎn)生高溫。采用高速鋼后，在發(fā) 熱的情況下，葉片仍能具有相當(dāng)高的硬度和良好的耐磨性。2減小在低壓區(qū)時(shí)葉片對(duì)定子內(nèi)表面的壓緊力顯然，減薄葉片厚度可以減小葉片對(duì)定子內(nèi)表面的壓緊力。但減小葉片厚度受到葉片強(qiáng)度和制造工藝的限制。在大圓弧處，葉片伸岀較長(zhǎng)，伸岀部分受到葉 片兩面液壓差造成的彎曲力。同時(shí)，它的頭部和底部受到壓縮力。葉片太薄時(shí)其強(qiáng)度和剛度都受影響。對(duì) 工作壓力小于10Mpa的中壓葉片泵，采用1.8毫米厚的葉片，其強(qiáng)度已足夠。國(guó)外有的葉片泵其葉片厚度 僅1.4毫米。（用W18CrV材料），工作壓力也可達(dá)到14Mpa。減薄葉片的主要障

26、礙在于制造工藝，會(huì)給葉 片及葉片槽的加工帶來(lái)困難。一般按照結(jié)構(gòu)及工藝情況，葉片厚度在1.82.2mm范圍內(nèi)。同時(shí)，為了改善葉片的受力情況，要求葉片留在槽內(nèi)的最短長(zhǎng)度不小于其總長(zhǎng)度的三分之一。（二）轉(zhuǎn)子葉片泵的轉(zhuǎn)子是關(guān)鍵零件之一。它的破壞通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子體兩相鄰葉片槽根部的斷裂。為了提高轉(zhuǎn)子的抗沖擊強(qiáng)度，同時(shí)又保證葉片槽有足夠的硬度以防止槽磨損，轉(zhuǎn)子體一般采用沖擊韌性好的40Cr淬火處理。采用20Cr滲碳淬火，對(duì)提高轉(zhuǎn)子的抗沖擊強(qiáng)度效果更好。葉片數(shù)增加會(huì)使相鄰葉片槽底部的距離縮短，因而轉(zhuǎn)子體的強(qiáng)度減弱。為了保證轉(zhuǎn)子有足夠的強(qiáng)度，一般葉片泵的葉片數(shù)不超過(guò)16,常用12個(gè)葉片。當(dāng)工作壓力超過(guò)14Mpa

27、時(shí)，為提高轉(zhuǎn)子強(qiáng)度，多數(shù)為10個(gè)葉片。（三）葉片的安放角葉片沿定子曲線滑動(dòng)時(shí)，其端部受到定子內(nèi)表面的反作用推力和與滑動(dòng)方向相反的摩擦力的作用，它 們的合力可分解為沿葉片槽方向的分力和垂直于葉片的分力。由于葉片的外伸部分是懸臂梁形式，所以垂 直分力會(huì)在葉片與槽側(cè)壁的接觸處產(chǎn)生較大的摩擦力。葉片與定子曲線的接觸壓力角越大，垂直分力也越 大。對(duì)于排油區(qū)的葉片，曾經(jīng)認(rèn)為其頭部和底部同時(shí)受高壓油的作用，所以液壓力是平衡的。它的向心運(yùn) 動(dòng)僅由定子對(duì)葉片的推力來(lái)完成。為了避免接觸壓力角過(guò)大而造成葉片在槽中滑動(dòng)困難或被卡住（自鎖），結(jié)構(gòu)上將葉片槽相對(duì)轉(zhuǎn)子半徑沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向前傾一個(gè)角度二，以減小壓力角。一般取 ：i

28、 -13 o后來(lái)的實(shí)踐證明，弓I入葉片底部的油壓力為液體通過(guò)配流盤(pán)配油窗口以后的油壓力，其數(shù)值略小于泵 的工作排油腔的油壓力。轉(zhuǎn)速越高（即配油窗口的流速越高），此差值越明顯。因此，在排油區(qū)推動(dòng)葉片向心運(yùn)動(dòng)的力除了定子內(nèi)表面的推力外，還有液壓力。這樣，上述關(guān)于接觸壓力角過(guò)大使葉片發(fā)生自鎖現(xiàn)象 的推力就不確切。許多葉片泵的葉片徑向布置仍能正常工作就是一個(gè)證明。由于沿襲了以前的結(jié)構(gòu)，目前 中低壓葉片泵多數(shù)還是采用葉片槽前傾布置。（四）配流盤(pán)女口上所述，在高轉(zhuǎn)速時(shí)，配油窗口的壓差增加，葉片頭部與其底部的液壓力差值也增大，因而容易發(fā) 生葉片脫空現(xiàn)象。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以將配流盤(pán)上用于把葉片底部和輸

29、岀壓力溝通的環(huán)形槽分隔 為吸油區(qū)和排油區(qū)的兩部分，在兩者之間開(kāi)一個(gè)節(jié)流槽（見(jiàn)圖8-9） o葉片向心運(yùn)動(dòng)時(shí)，其底部所排出的油液通過(guò)節(jié)流槽的作用，油壓可略高于葉片頭部的壓力，有利于防止葉片的脫空。二、典型結(jié)構(gòu)示例圖8-10為YBt葉片泵結(jié)構(gòu)。泵的左、右配流盤(pán)、定子、轉(zhuǎn)子、葉片用長(zhǎng)螺釘裝配成一個(gè)組件插入前泵 體1的定位孔內(nèi)。12個(gè)葉片裝在轉(zhuǎn)子葉片槽中，并和槽保持精密的滑動(dòng)配合，葉片槽沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向前傾。排 油腔的高壓油通過(guò)配流盤(pán) 3上的小孔及油槽通入葉片底部，使葉片頂部始終和定子內(nèi)表面緊密接觸。配流 盤(pán)3的右端承受高壓，使其貼緊定子。同時(shí)，在高壓油的作用下，配流盤(pán)3本身發(fā)生變形，對(duì)轉(zhuǎn)子和配流盤(pán)的端面間隙

30、進(jìn)行補(bǔ)償，以保持較高的容積效率。若需使泵的轉(zhuǎn)向相反，則可將轉(zhuǎn)子翻轉(zhuǎn)1800（在轉(zhuǎn)向改變后，使葉片仍保持前傾），定子以主軸為軸心旋轉(zhuǎn)90d這樣可以使泵的轉(zhuǎn)向改變，但吸、排油口和整個(gè)泵的性能不變。采用兩個(gè)不同排量的葉片泵裝在一個(gè)泵殼里，可以組成雙聯(lián)葉片泵。它由一個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)，合用一個(gè)吸 油口，各有自己的排油口。其作用如同兩個(gè)獨(dú)立的葉片泵，但結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合大、小排量不同的雙泵 液壓系統(tǒng)。 8-4中咼壓葉片泵自從1925年工作壓力為7Mpa的葉片泵問(wèn)世以來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)不斷改進(jìn)，葉片泵的最高工作壓力已達(dá)2030Mpa。雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向力基本上是平衡的。因此不像高壓齒輪泵那樣，工作壓力的

31、提高會(huì)受到徑 向軸承負(fù)載能力的限止。葉片泵采用配流盤(pán)對(duì)端面間隙進(jìn)行間隙補(bǔ)償后，泵在高壓下也能保持較高的容積 效率。葉片泵工作壓力提高的主要限止條件是葉片和定子內(nèi)表面的磨損。為了解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油區(qū)葉片對(duì)定子內(nèi)表面的壓緊力，目前采取的主要 結(jié)構(gòu)措施有：一、雙葉片結(jié)構(gòu)如圖8-11所示，各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)經(jīng)過(guò)倒角的葉片。葉片底部不和高壓油腔相通。兩葉片的倒角部 分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的 V型油道，因而作用在葉片頭、底部的油壓力相等。合理設(shè)計(jì)葉片頭部的形 狀，使葉片頭部與定子的接觸造成頭部的承壓面積小于葉片底部承壓面積。這個(gè)承壓面積的差值就形成葉 片對(duì)定子內(nèi)表面的推力。也就是

32、說(shuō)，這個(gè)推力是能夠通過(guò)葉片頭部的形狀來(lái)控制的，以便既保證葉片的定 子緊密接觸，又不致于使接觸應(yīng)力過(guò)大。同時(shí)，槽內(nèi)兩個(gè)葉片可以相互滑動(dòng)，以保證在任何位置兩個(gè)葉片 的頭部都和定子內(nèi)表面接觸。二、彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)與雙葉片結(jié)構(gòu)類似的還有彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)。如圖8-12所示，葉片在頭部及兩側(cè)開(kāi)有半圓型的槽，在葉片的底面上開(kāi)有三個(gè)彈簧孔。通過(guò)葉片頭部和底部相連的小孔及側(cè)面的半圓槽，葉片底面與頭部溝通。 這樣，葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)，頭部和底部的液壓力完全平衡。葉片和定子內(nèi)表面的接觸壓力僅為葉片的 離心力、慣性力和彈簧力，故接觸壓力較小。不過(guò)，彈簧在工作工程中頻繁受交變壓縮，易引起疲勞損壞。 但這種結(jié)構(gòu)可以原封

33、不動(dòng)地作為油馬達(dá)使用，這是其它葉片泵結(jié)構(gòu)所不具備的。三、母、子葉片結(jié)構(gòu)如圖8-13所示，在轉(zhuǎn)子葉片槽中裝有母葉片和子葉片。母、子葉片能自由地相對(duì)滑動(dòng)。為了使母葉片 和定子的接觸壓力適當(dāng)，須正確選擇子葉片和母葉片的寬度尺寸之比。轉(zhuǎn)子上的壓力平衡孔使母葉片的頭 部和底部液壓相等。泵的排油壓力經(jīng)過(guò)配流盤(pán)、轉(zhuǎn)子槽通到母子葉片之間的壓力腔。如不考慮離心力、慣 性力，由圖8-13可知，葉片作用在定子上的力為F 二 bt P2 - 3符號(hào)p、P2、t、b的意義見(jiàn)圖8-13。在吸油區(qū)，P1 =0，則F二p2tb。在排油區(qū)，p二P2，故F =0。由此可見(jiàn)，只要適當(dāng)?shù)倪x擇t和b的大小，就能控制接觸壓力。一般取子葉

34、片的寬度 b為母葉片寬度B 的 1/31/4。在排油區(qū)F =0，葉片僅靠離心力克服慣性力與定子接觸。為防止葉片的脫空，在聯(lián)通中間壓力腔與 排油腔的油道上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓?jié)流阻尼，使葉片向心運(yùn)動(dòng)時(shí)中間油腔的壓力高于作用在母葉片頭部的壓力， 保證葉片在排油區(qū)時(shí)的定子緊密貼合。四、階梯葉片結(jié)構(gòu)如圖8-14所示，葉片做成階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相應(yīng)的形狀。它們之間的中間油腔經(jīng)配流 盤(pán)上的槽與壓力油相通。設(shè)在轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭部的油壓引入葉片底部。與母子葉片結(jié)構(gòu)相 似，在壓力油引入中間油腔之前，設(shè)置節(jié)流阻尼，使葉片向內(nèi)縮時(shí)此腔保持足夠的壓力，保證葉片緊貼定 子內(nèi)表面。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀

35、較為復(fù)雜，加工工藝性較差。五、帶輔助減壓閥的結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的工作原理是利用定比或定值減壓閥，把泵的排油壓力進(jìn)行適當(dāng)減壓后再引入吸油區(qū)葉片底 部。在排油區(qū)，排油壓力則直接引至葉片底部。以上幾種結(jié)構(gòu)都致力于利用液壓力來(lái)減小吸油區(qū)葉片和定子的接觸應(yīng)力，因而減少磨損、延長(zhǎng)壽命。隨著工作壓力的提高，同時(shí)還必須加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，以防斷裂。因此，高壓葉片泵一般采用10個(gè)葉片，以增大轉(zhuǎn)子葉片槽根部強(qiáng)度（采用10個(gè)葉片時(shí)，輸岀流量稍有脈動(dòng)，但脈動(dòng)量不大）。為了增大泵的排量，通常用增大葉片寬度而不是用減小定子曲線小圓弧半徑r或增加大圓弧半徑R的辦法，以便不致于過(guò)分削弱葉片槽根部的強(qiáng)度或惡化此處受力情況。壓力提高后，葉

36、片泵主要零件的材料選擇和熱處理也更為講究。另外，還可以采用抗磨液壓油，以降 低葉片泵零件的磨損來(lái)適應(yīng)高壓化的要求。8-5變量葉片泵單作用葉片泵可以作為無(wú)級(jí)可調(diào)的變量葉片泵，其定子曲線是相對(duì)轉(zhuǎn)子軸線有偏心距的圓。通過(guò)改變 其偏心距可以改變泵的排量。變量葉片泵有單向變量及雙向變量?jī)深?，前者只能改變泵的排量，后者通過(guò)改變偏心的方向，還能改 變輸油方向（即改變泵的進(jìn)、岀油口）。它們的工作原理基本相同。一、變量葉片泵的工作原理變量葉片泵的工作原理如圖 8-15所示。與雙作用葉片泵相類似，當(dāng)轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片、定子、轉(zhuǎn)子 和配流盤(pán)間所圍的工作容積發(fā)生變化，進(jìn)行吸、排油。在工作原理上，單作用葉片泵與雙作用葉

37、片泵有如 下區(qū)別：1. 存在困油現(xiàn)象與雙作用葉片泵一樣，為了防止吸、排油腔的溝通，配流盤(pán)的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角。但是，單作用泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段。因此當(dāng)上述被封 閉的容腔發(fā)生變化時(shí)，會(huì)發(fā)生與齒輪泵相類似的困油現(xiàn)象。單作用葉片泵的困油現(xiàn)象不十分嚴(yán)重，通過(guò)配流盤(pán)排油窗口邊緣開(kāi)三角形卸荷槽的方法可以消除困油 現(xiàn)象帶來(lái)的危害。有時(shí)還利用困油時(shí)封閉容腔的被壓縮過(guò)程，當(dāng)封閉容腔中的油液被壓縮到接近額定工作 壓力時(shí)，再把此容腔接通排油腔，由于減小了和排油腔接通時(shí)的壓差，所以降低了液壓沖擊和噪聲。2. 在排油區(qū)葉片底部通低壓油此時(shí)由于葉片頭、底部的壓力始終平衡，葉片只靠離

38、心力緊貼定子表面?？紤]到葉片上還受哥氏力和摩擦力的作用，為了使葉片容易甩岀葉片槽，葉片槽常做成后傾（傾斜方向與轉(zhuǎn)向相反）。由于葉片頭部和底部同時(shí)處在排油壓力和吸油壓力中，所以葉片厚度對(duì)泵的流量沒(méi)有多大影響。3. 轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負(fù)荷較大。這使泵的工作壓力提高受到限制。圖8-15還表示了配流盤(pán)油槽與定子環(huán)的相對(duì)位置關(guān)系。配流盤(pán)中心和轉(zhuǎn)子中心重合，為Oi ;定子環(huán)中心為02。從圖中可以看出：在排油區(qū)葉片槽底部通高壓油；在吸油區(qū)葉片槽底部通低壓油；在吸、排油 槽間的密封區(qū)葉片槽底部通高壓油，使葉片緊貼定子保證可靠密封。、理論排量假如配流盤(pán)的吸、排油窗口對(duì)稱分布在定子環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子偏心距的兩側(cè)，吸、排油窗口間的密封角等于兩 相鄰葉片的夾角 2=Z （如圖8-16所示）。若不計(jì)葉片厚度的影響，單作用變量葉片泵的理論排量為 BZ （面積AB0 -面積AB0 ）。其中B為葉片寬度，Z為葉片數(shù)。面積Sabo和面積Sabo 可由積分求得(8-22)二/Z 1Sabo =2d ：(8-23)式中屮矢徑P與偏心距的夾角；?轉(zhuǎn)子中心到定子環(huán)內(nèi)表面點(diǎn)的距離