液壓動(dòng)力元件

1、第三章 液壓動(dòng)力元件（液壓泵）液壓動(dòng)力元件起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓泵將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。第一節(jié) 液壓泵的概述一、 液壓泵的工作原理及特點(diǎn)液壓泵和液壓馬達(dá)是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件，液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓傳動(dòng)的心臟，也是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達(dá)都是容積式的，依靠容積變化進(jìn)行工作。1.液壓泵的工作原理圖31 液壓泵工作原理圖液壓泵都是依靠密封容

2、積變化的原理來(lái)進(jìn)行工作的，故一般稱(chēng)為容積式液壓泵，圖3-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個(gè)密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)a有小變大時(shí)就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開(kāi)單向閥6進(jìn)入油箱a而實(shí)現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小時(shí)，a腔中吸滿的油液將頂開(kāi)單向閥5流入系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。2.液壓泵的特點(diǎn) 單柱塞液壓泵具有一切容積式液壓泵的基本特點(diǎn)：(

3、1)具有若干個(gè)密封且又可以周期性變化空間。液壓泵輸出流量與此空間的容積變化量和單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。這是容積式液壓泵的一個(gè)重要特性。(2)油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。(3)具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)，將吸油腔和排液腔隔開(kāi)，保證液壓泵有規(guī)律地、連續(xù)地吸、排液體。液壓泵的結(jié)構(gòu)原理不同，其配油機(jī)構(gòu)也不相同。如圖3-1中的單向閥5、6就是配油機(jī)構(gòu)。容積式液壓泵中的油腔處于吸油時(shí)稱(chēng)為吸油腔。吸油腔的壓力決定于吸油高度和吸油管路的阻力，吸油高度過(guò)高或吸油管路阻力太大

4、，會(huì)使吸油腔真空度過(guò)高而影響液壓泵的自吸能力；油腔處于壓油時(shí)稱(chēng)為壓油腔，壓油腔的壓力則取決于外負(fù)載和排油管路的壓力損失，從理論上講排油壓力與液壓泵的流量無(wú)關(guān)。 容積式液壓泵排油的理論流量取決于液壓泵的有關(guān)幾何尺寸和轉(zhuǎn)速，而與排油壓力無(wú)關(guān)。但排油壓力會(huì)影響泵的內(nèi)泄露和油液的壓縮量，從而影響泵的實(shí)際輸出流量，所以液壓泵的實(shí)際輸出流量隨排油壓力的升高而降低。液壓泵按其在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出的油液的體積是否可調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類(lèi)；按結(jié)構(gòu)形式可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類(lèi)。 二、液壓泵的主要性能參數(shù)1.壓力(1)工作壓力。液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱(chēng)為工作壓力。工作壓力的大小取決于外負(fù)載的大小

5、和排油管路上的壓力損失,而與液壓泵的流量無(wú)關(guān)。(2)額定壓力。液壓泵在正常工作條件下,按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱(chēng)為液壓泵的額定壓力。(3)最高允許壓力。在超過(guò)額定壓力的條件下,根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,允許液壓泵短暫運(yùn)行的最高壓力值,稱(chēng)為液壓泵的最高允許壓力。2.排量和流量(1)排量V。液壓泵每轉(zhuǎn)一周,由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出液體的體積叫液壓泵的排量。排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱(chēng)為變量泵;排量為常數(shù)的液壓泵則稱(chēng)為定量泵。(2)理論流量qi。理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的情況下,在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積的平均值。顯然,如果液壓泵的排量為V,其主軸轉(zhuǎn)速為n,則該液壓泵的理論流量q

6、i為： (3-1)(3)實(shí)際流量q。液壓泵在某一具體工況下,單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積稱(chēng)為實(shí)際流量,它等于理論流量qi減去泄漏流量q,即： (3-2)(4)額定流量qn。液壓泵在正常工作條件下,按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下)必須保證的流量。3.功率和效率(1)液壓泵的功率損失。液壓泵的功率損失有容積損失和機(jī)械損失兩部分:容積損失。容積損失是指液壓泵流量上的損失,液壓泵的實(shí)際輸出流量總是小于其理論流量,其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過(guò)程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來(lái)表示,

7、它等于液壓泵的實(shí)際輸出流量q與其理論流量qi之比即： (3-3)因此液壓泵的實(shí)際輸出流量q為 (3-4)式中：V為液壓泵的排量(m3/r)；n為液壓泵的轉(zhuǎn)速(r/s)。液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大而減小,且隨液壓泵的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同而異,但恒小于1。機(jī)械損失。機(jī)械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩T0總是大于理論上所需要的轉(zhuǎn)矩Ti,其主要原因是由于液壓泵體內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間因機(jī)械摩擦而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失以及液體的粘性而引起的摩擦損失。液壓泵的機(jī)械損失用機(jī)械效率表示,它等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩Ti與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩T0之比,設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為T(mén),則液壓泵的機(jī)械效率為： (2)液壓泵的功

8、率。輸入功率Pi。液壓泵的輸入功率是指作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率,當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩為T(mén)0，角速度為時(shí),有： (3-6)輸出功率Po。液壓泵的輸出功率是指液壓泵在工作過(guò)程中的實(shí)際吸、壓油口間的壓差p和輸出流量q的乘積,即： (3-7)式中：p為液壓泵吸、壓油口之間的壓力差(N/m2);q為液壓泵的實(shí)際輸出流量(m3/s);p為液壓泵的輸出功率(N·m/s或W)。 在實(shí)際的計(jì)算中,若油箱通大氣,液壓泵吸、壓油的壓力差往往用液壓泵出口壓力p代入。 (3)液壓泵的總效率。液壓泵的總效率是指液壓泵的實(shí)際輸出功率與其輸入功率的比值,即： (3-8)其中pqi為理論輸入轉(zhuǎn)矩Ti。由式(3-8)可知，液

9、壓泵的總效率等于其容積效率與機(jī)械效率的乘積，所以液壓泵的輸入功率也可寫(xiě)成： (3-9) 液壓泵的各個(gè)參數(shù)和壓力之間的關(guān)系如圖3-2所示。圖3-2 液壓泵的特性曲線第二節(jié) 齒輪泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，體積小，重量輕，自吸性能好，對(duì)油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點(diǎn)是流量和壓力脈動(dòng)大，噪聲大，排量不可調(diào)。它一般做成定量泵,按結(jié)構(gòu)不同,齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵,而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。下面以外嚙合齒輪泵為例來(lái)剖析齒輪泵。一、齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)齒輪泵的工作原理如圖3-3所示，它是分離三片式結(jié)構(gòu)，三片是指泵蓋4，8和泵體7。

10、泵體7內(nèi)裝有一對(duì)齒數(shù)相同、寬度和泵體接近而又互相嚙合的齒輪6，這對(duì)齒輪與兩端蓋和泵體形成一密封腔，并由齒輪的齒頂和嚙合線把密封腔劃分為兩部分，即吸油腔和壓油腔。兩齒輪分別用鍵固定在由滾針軸承支承的主動(dòng)軸12和從動(dòng)軸15上，主動(dòng)軸由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。圖3-3 外嚙合型齒輪泵工作原理CBB齒輪泵的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，當(dāng)泵的主動(dòng)齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪泵右側(cè)（吸油腔）齒輪脫開(kāi)嚙合，齒輪的輪齒退出齒間，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管路、吸油腔進(jìn)入齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入齒間的油液被帶到另一側(cè)，進(jìn)入壓油腔。這時(shí)輪齒進(jìn)入嚙合，使密封容積逐漸減小，齒輪間部分的

11、油液被擠出，形成了齒輪泵的壓油過(guò)程。齒輪嚙合時(shí)齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開(kāi)，起配油作用。當(dāng)齒輪泵的主動(dòng)齒輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒脫開(kāi)嚙合的一側(cè)，由于密封容積變大則不斷從油箱中吸油，輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)，由于密封容積減小則不斷地排油，這就是齒輪泵的工作原理。泵的前后蓋和泵體由兩個(gè)定位銷(xiāo)17定位，用6只螺釘固緊如圖3-3。為了保證齒輪能靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又要保證泄露最小，在齒輪端面和泵蓋之間應(yīng)有適當(dāng)間隙（軸向間隙），對(duì)小流量泵軸向間隙為0.0250.04mm，大流量泵為0.040.06mm。齒頂和泵體內(nèi)表面間的間隙（徑向間隙），由于密封帶長(zhǎng)，同時(shí)齒頂線速度形成的剪切流動(dòng)又和油液泄露方向相反，故

12、對(duì)泄露的影響較小，這里要考慮的問(wèn)題是：當(dāng)齒輪受到不平衡的徑向力后，應(yīng)避免齒頂和泵體內(nèi)壁相碰，所以徑向間隙就可稍大，一般取0.130.16mm。為了防止壓力油從泵體和泵蓋間泄露到泵外，并減小壓緊螺釘?shù)睦Γ诒皿w兩側(cè)的端面上開(kāi)有油封卸荷槽16，使?jié)B入泵體和泵蓋間的壓力油引入吸油腔。在泵蓋和從動(dòng)軸上的小孔，其作用將泄露到軸承端部的壓力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同時(shí)也潤(rùn)滑了滾針軸承。圖3-4 CBB齒輪泵的結(jié)構(gòu)1-軸承外環(huán) 2-堵頭 3-滾子 4-后泵蓋 5-鍵 6-齒輪 7-泵體8-前泵蓋 9-螺釘 10-壓環(huán) 11-密封環(huán) 12-主動(dòng)軸 13-鍵 14-瀉油孔15-從動(dòng)軸 16-瀉油槽

13、 17-定位銷(xiāo)二、齒輪泵的流量計(jì)算齒輪泵的排量V相當(dāng)于一對(duì)齒輪所有齒谷容積之和,假如齒谷容積大致等于輪齒的體積,那么齒輪泵的排量等于一個(gè)齒輪的齒谷容積和輪齒容積體積的總和,即相當(dāng)于以有效齒高(h=2m)和齒寬構(gòu)成的平面所掃過(guò)的環(huán)形體積,即： (3-10)式中：D為齒輪分度圓直徑，D=mz(cm);h為有效齒高,h=2m(cm)；B為齒輪寬(cm);m為齒輪模數(shù)(cm)；z為齒數(shù)。實(shí)際上齒谷的容積要比輪齒的體積稍大,故上式中的常以3.33代替,則式(3-10)可寫(xiě)成： (3-11)齒輪泵的流量q(1/min)為： (3-12)式中：n為齒輪泵轉(zhuǎn)速(rpm);v為齒輪泵的容積效率。實(shí)際上齒輪泵的輸

14、油量是有脈動(dòng)的,故式(3-12)所表示的是泵的平均輸油量。從上面公式可以看出流量和幾個(gè)主要參數(shù)的關(guān)系為:(1)輸油量與齒輪模數(shù)m的平方成正比。(2)在泵的體積一定時(shí),齒數(shù)少，模數(shù)就大,故輸油量增加,但流量脈動(dòng)大;齒數(shù)增加時(shí)，模數(shù)就小,輸油量減少,流量脈動(dòng)也小。用于機(jī)床上的低壓齒輪泵,取z=1319,而中高壓齒輪泵,取z=614,齒數(shù)z14時(shí),要進(jìn)行修正。(3)輸油量和齒寬B、轉(zhuǎn)速n成正比。一般齒寬B=(610)m;轉(zhuǎn)速n為750r/min：1000 r/min、1500r/min,轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)造成吸油不足,轉(zhuǎn)速過(guò)低，泵也不能正常工作。一般齒輪的最大圓周速度不應(yīng)大于56m/s。三、齒輪泵存在的問(wèn)

15、題（結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）1、 齒輪泵的困油問(wèn)題齒輪泵要能連續(xù)地供油,就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)大于1,也就是當(dāng)一對(duì)齒輪尚未脫開(kāi)嚙合時(shí),另一對(duì)齒輪已進(jìn)入嚙合,這樣,就出現(xiàn)同時(shí)有兩對(duì)齒輪嚙合的瞬間,在兩對(duì)齒輪的齒向嚙合線之間形成了一個(gè)封閉容積,一部分油液也就被困在這一封閉容積中見(jiàn)圖3-5(a),齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí),這一封閉容積便逐漸減小,到兩嚙合點(diǎn)處于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱(chēng)位置時(shí)見(jiàn)圖3-5(b),封閉容積為最小,齒輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),封閉容積又逐漸增大,直到圖3-5(c)所示位置時(shí),容積又變?yōu)樽畲蟆Ｔ诜忾]容積減小時(shí),被困油液受到擠壓,壓力急劇上升,使軸承上突然受到很大的沖擊載荷,使泵劇烈振動(dòng),這時(shí)高壓油從一切可能泄漏的縫隙中

16、擠出,造成功率損失,使油液發(fā)熱等。當(dāng)封閉容積增大時(shí),由于沒(méi)有油液補(bǔ)充,因此形成局部真空,使原來(lái)溶解于油液中的空氣分離出來(lái),形成了氣泡,油液中產(chǎn)生氣泡后,會(huì)引起噪聲、氣蝕等一系列惡果。以上情況就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。這種困油現(xiàn)象極為嚴(yán)重地影響著泵的工作平穩(wěn)性和使用壽命。圖3-5齒輪泵的困油現(xiàn)象為了消除困油現(xiàn)象,在CBB型齒輪泵的泵蓋上銑出兩個(gè)困油卸荷凹槽,其幾何關(guān)系如圖3-6所示。卸荷槽的位置應(yīng)該使困油腔由大變小時(shí),能通過(guò)卸荷槽與壓油腔相通,而當(dāng)困油腔由小變大時(shí),能通過(guò)另一卸荷槽與吸油腔相通。兩卸荷槽之間的距離為a,必須保證在任何時(shí)候都不能使壓油腔和吸油腔互通。按上述對(duì)稱(chēng)開(kāi)的卸荷槽,當(dāng)困油封閉腔由

17、大變至最小時(shí)(圖3-6),由于油液不易從即將關(guān)閉的縫隙中擠出,故封閉油壓仍將高于壓油腔壓力;齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)封閉腔和吸油腔相通的瞬間,高壓油又突然和吸油腔的低壓油相接觸,會(huì)引起沖擊和噪聲。于是CBB型齒輪泵將卸荷槽的位置整個(gè)向吸油腔側(cè)平移了一個(gè)距離。這時(shí)封閉腔只有在由小變至最大時(shí)才和壓油腔斷開(kāi),油壓沒(méi)有突變,封閉腔和吸油腔接通時(shí),封閉腔不會(huì)出現(xiàn)真空也沒(méi)有壓力沖擊,這樣改進(jìn)后,使齒輪泵的振動(dòng)和噪聲得到了進(jìn)一步改善。圖3-6齒輪泵的困油卸荷槽圖 圖3-7齒輪泵的徑向不平衡力2、 徑向不平衡力齒輪泵工作時(shí),在齒輪和軸承上承受徑向液壓力的作用。如圖3-7所示,泵的右側(cè)為吸油腔,左側(cè)為壓油腔。在壓油腔內(nèi)

18、有液壓力作用于齒輪上,沿著齒頂?shù)男孤┯?具有大小不等的壓力,就是齒輪和軸承受到的徑向不平衡力。液壓力越高,這個(gè)不平衡力就越大,其結(jié)果不僅加速了軸承的磨損,降低了軸承的壽命,甚至使軸變形,造成齒頂和泵體內(nèi)壁的摩擦等。為了解決徑向力不平衡問(wèn)題,在有些齒輪泵上,采用開(kāi)壓力平衡槽的辦法來(lái)消除徑向不平衡力,但這將使泄漏增大,容積效率降低等。CBB型齒輪泵則采用縮小壓油腔,以減少液壓力對(duì)齒頂部分的作用面積來(lái)減小徑向不平衡力,所以泵的壓油口孔徑比吸油口孔徑要小。3、 齒輪泵的泄漏通道在液壓泵中，運(yùn)動(dòng)件間是靠微小間隙密封的，這些微小間隙從運(yùn)動(dòng)學(xué)上開(kāi)成摩擦副，而高壓腔的油液通過(guò)間隙向低壓腔泄漏是不可避免的；齒輪

19、泵壓油腔的壓力油可通過(guò)三條途徑泄漏到吸油腔去；一是通過(guò)齒輪嚙合線處的間隙（齒側(cè)間隙）；二是通過(guò)體定子環(huán)內(nèi)孔和齒頂間隙的徑向間隙（齒頂間隙）；三是通過(guò)齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙（端面間隙）。在這三類(lèi)間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油液就愈多，因此為了實(shí)現(xiàn)齒輪泵的高壓化，為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，需要從結(jié)構(gòu)上來(lái)采取措施，對(duì)端面間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。四、高壓齒輪泵的特點(diǎn)上述齒輪泵由于泄漏大(主要是端面泄漏,約占總泄漏量的70%80%),且存在徑向不平衡力,故壓力不易提高。高壓齒輪泵主要是針對(duì)上述問(wèn)題采取了一些措施,如盡量減小徑向不平衡力和提高軸與軸承的剛度;對(duì)泄漏量最大處的端

20、面間隙,采用了自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。下面對(duì)端面間隙的補(bǔ)償裝置作簡(jiǎn)單介紹。1.浮動(dòng)軸套式 圖3-8(a)是浮動(dòng)軸套式的間隙補(bǔ)償裝置。它利用泵的出口壓力油,引入齒輪軸上的浮動(dòng)軸套1的外側(cè)A腔,在液體壓力作用下,使軸套緊貼齒輪3的側(cè)面,因而可以消除間隙并可補(bǔ)償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵起動(dòng)時(shí),靠彈簧4來(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力,保證了軸向間隙的密封。圖3-8端面間隙補(bǔ)償裝置示意圖2.浮動(dòng)側(cè)板式 浮動(dòng)側(cè)板式補(bǔ)償裝置的工作原理與浮動(dòng)軸套式基本相似,它也是利用泵的出口壓力油引到浮動(dòng)側(cè)板1的背面見(jiàn)圖3-8(b),使之緊貼于齒輪2的端面來(lái)補(bǔ)償間隙。起動(dòng)時(shí),浮動(dòng)側(cè)板靠密封圈來(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力。3.撓性側(cè)板式 圖3-8(c)是撓性側(cè)板

21、式間隙補(bǔ)償裝置,它是利用泵的出口壓力油引到側(cè)板的背面后,靠側(cè)板自身的變形來(lái)補(bǔ)償端面間隙的,側(cè)板的厚度較薄,內(nèi)側(cè)面要耐磨(如燒結(jié)有0.50.7mm的磷青銅),這種結(jié)構(gòu)采取一定措施后,易使側(cè)板外側(cè)面的壓力分布大體上和齒輪側(cè)面的壓力分布相適應(yīng)。 六、內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理也是利用齒間密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油壓油的。圖3-9所示是內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖。圖3-9所示是內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖它是由配油盤(pán)(前、后蓋)、外轉(zhuǎn)子(從動(dòng)輪)和偏心安置在泵體內(nèi)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(主動(dòng)輪)等組成。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子相差一齒,圖中內(nèi)轉(zhuǎn)子為六齒,外轉(zhuǎn)子為七齒,由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子是多齒嚙合,這就形成了若干密封容積。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子圍繞中

22、心O1旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子繞外轉(zhuǎn)子中心O2作同向旋轉(zhuǎn)。這時(shí),由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂A1和外轉(zhuǎn)子齒谷A2間形成的密封容積C(圖中陰線部分),隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)密封容積就逐漸擴(kuò)大,于是就形成局部真空,油液從配油窗口b被吸入密封腔,至A1、A2位置時(shí)封閉容積最大,這時(shí)吸油完畢。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí),充滿油液的密封容積便逐漸減小,油液受擠壓,于是通過(guò)另一配油窗口a將油排出,至內(nèi)轉(zhuǎn)子的另一齒全部和外轉(zhuǎn)子的齒凹A2全部嚙合時(shí),壓油完畢,內(nèi)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂和外轉(zhuǎn)子齒谷所構(gòu)成的每個(gè)密封容積,完成吸、壓油各一次,當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),即完成了液壓泵的吸排油工作。內(nèi)嚙合齒輪泵的外轉(zhuǎn)子齒形是圓弧,內(nèi)轉(zhuǎn)子齒形為短幅外擺線的等距線

23、,故又稱(chēng)為內(nèi)嚙合擺線齒輪泵,也叫轉(zhuǎn)子泵。內(nèi)嚙合齒輪泵有許多優(yōu)點(diǎn),如結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,零件少,轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000r/mim,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),噪聲低,容積效率較高等。缺點(diǎn)是流量脈動(dòng)大,轉(zhuǎn)子的制造工藝復(fù)雜等,目前已采用粉末冶金壓制成型。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,擺線齒輪泵的應(yīng)用將會(huì)愈來(lái)愈廣泛內(nèi)嚙合齒輪泵可正、反轉(zhuǎn),可作液壓馬達(dá)用。第三節(jié) 葉片泵葉片泵的結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜,但其工作壓力較高,且流量脈動(dòng)小,工作平穩(wěn),噪聲較小,壽命較長(zhǎng)。所以它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中的專(zhuān)用機(jī)床、自動(dòng)線等中低液壓系統(tǒng)中，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油特性不太好，對(duì)油液的污染也比較敏感。根據(jù)各密封工作容積在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周吸、排油液次數(shù)的不同，葉片泵分為

24、兩類(lèi)，即完成一次吸、排油液的單作用葉片泵和完成兩次吸、排油液的雙作用葉片泵。單作用葉片泵多為變量泵，工作壓力最大為7.0Mpa，雙作用葉片泵均為定量泵，一般最大工作壓力亦為7.0Mpa，結(jié)構(gòu)經(jīng)改進(jìn)的高壓葉片泵最大的工作壓力可達(dá)16.021.0Mpa。一、單作用葉片泵1、單作用葉片泵的工作原理 單作用葉片泵的工作原理如圖3-10所示，單作用葉片泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等組成。定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距。葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁，這樣在釘子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤(pán)間就形成若干個(gè)密封的工作空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示的方向回

25、轉(zhuǎn)時(shí)，在圖的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的工作空間逐漸增大，從吸油口吸油，這是吸油腔。在圖的左部，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi)，工作空間逐漸縮小，將油液從壓油口壓出，這是壓油腔，在吸油腔和壓油腔之間，有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開(kāi)，這種葉片泵在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)工作空間完成一次吸油和壓油，因此稱(chēng)為單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和排油。圖3-10 單作用葉片泵的工作原理2.單作用葉片泵的排量和流量計(jì)算 單作用葉片泵的排量為各工作容積在主軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)所排出的液體的總和,如圖3-11所示,兩個(gè)葉片形成的一個(gè)工作容積V近似地等于扇形體積V1和V2之差,即：圖3-10單作用葉片泵的工作原理

26、 圖3-11單作用葉片泵排量計(jì)算簡(jiǎn)圖1 轉(zhuǎn)子2定子3葉片 (3-13)式中：R為定子的內(nèi)徑(m);e為轉(zhuǎn)子與定子之間的偏心矩(m);B為定子的寬度(m);為相鄰兩個(gè)葉片間的夾角,=2/z;z為葉片的個(gè)數(shù)。因此,單作用葉片泵的排量為： (3-14)故當(dāng)轉(zhuǎn)速為n,泵的容積效率為v時(shí)的泵的理論流量和實(shí)際流量分別為： (3-15) (3-16)在式(3-14)至式(3-16)中的計(jì)算中并未考慮葉片的厚度以及葉片的傾角對(duì)單作用葉片泵排量和流量的影響，實(shí)際上葉片在槽中伸出和縮進(jìn)時(shí),葉片槽底部也有吸油和壓油過(guò)程,一般在單作用葉片泵中,壓油腔和吸油腔處的葉片的底部是分別和壓油腔及吸油腔相通的,因而葉片槽底部的

27、吸油和壓油恰好補(bǔ)償了葉片厚度及傾角所占據(jù)體積而引起的排量和流量的減小,這就是在計(jì)算中不考慮葉片厚度和傾角影響的緣故。單作用葉片泵的流量也是有脈動(dòng)的,理論分析表明,泵內(nèi)葉片數(shù)越多,流量脈動(dòng)率越小,此外,奇數(shù)葉片的泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片的泵的脈動(dòng)率小,所以單作用葉片泵的葉片數(shù)均為奇數(shù),一般為13或15片。3.單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心便可改變流量。偏心反向時(shí),吸油壓油方向也相反。(2)處在壓油腔的葉片頂部受到壓力油的作用,該作用要把葉片推入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。為了使葉片頂部可靠地和定子內(nèi)表面相接觸，壓油腔一側(cè)的葉片底部要通過(guò)特殊的溝槽和壓油腔相通。吸油腔一側(cè)的葉片底部要和吸油腔相通,

28、這里的葉片僅靠離心力的作用頂在定子內(nèi)表面上。(3)由于轉(zhuǎn)子受到不平衡的徑向液壓作用力,所以這種泵一般不宜用于高壓。(4)為了更有利于葉片在慣性力作用下向外伸出，而使葉片有一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的傾斜角，稱(chēng)后傾角，一般為24°。二、雙作用葉片泵1.雙作用葉片泵的工作原理 雙作用葉片泵的工作原理如圖3-12所示,泵也是由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3和配油盤(pán)(圖中未畫(huà)出)等組成。轉(zhuǎn)子和定子中心重合,定子內(nèi)表面近似為橢圓柱形,該橢圓形由兩段長(zhǎng)半徑R、兩段短半徑r和四段過(guò)渡曲線所組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉片在離心力和(建壓后)根部壓力油的作用下,在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)作徑向移動(dòng)而壓向定子內(nèi)表,由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子

29、的外表面和兩側(cè)配油盤(pán)間形成若干個(gè)密封空間,當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí),處在小圓弧上的密封空間經(jīng)過(guò)渡曲線而運(yùn)動(dòng)到大圓弧的過(guò)程中,葉片外伸,密封空間的容積增大,要吸入油液;再?gòu)拇髨A弧經(jīng)過(guò)渡曲線運(yùn)動(dòng)到小圓弧的過(guò)程中,葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi),密封空間容積變小,將油液從壓油口壓出,因而,當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,每個(gè)工作空間要完成兩次吸油和壓油,所以稱(chēng)之為雙作用葉片泵,這種葉片泵由于有兩個(gè)吸油腔和兩個(gè)壓油腔,并且各自的中心夾角是對(duì)稱(chēng)的,所以作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡,因此雙作用葉片泵又稱(chēng)為卸荷式葉片泵,為了要使徑向力完全平衡,密封空間數(shù)(即葉片數(shù))應(yīng)當(dāng)是雙數(shù)。圖3-12雙作用葉片泵的工作原理1 定子2轉(zhuǎn)子3葉

30、片2.雙作用葉片泵的排量和流量計(jì)算 雙作用葉片泵的排量計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-13所示,由于轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中,每個(gè)密封空間完成兩次吸油和壓油,所以當(dāng)定子的大圓弧半徑為R,小圓弧半徑為r、定子寬度為B,兩葉片間的夾角為=2/z弧度時(shí),每個(gè)密封容積排出的油液體積為半徑為R和r、扇形角為、厚度為B的兩扇形體積之差的兩倍,因而在不考慮葉片的厚度和傾角時(shí)雙作用葉片泵的排量為：圖3-13雙作用葉片泵排量計(jì)算簡(jiǎn)圖V=2z1/2(R2-r2)B=2(R2-r2)B (3-17)一般在雙作用葉片泵中,葉片底部全部接通壓力油腔,因而葉片在槽中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),葉片槽底部的吸油和壓油不能補(bǔ)償由于葉片厚度所造成的排量減小,為

31、此雙作用葉片泵當(dāng)葉片厚度為b、葉片安放的傾角為時(shí)的排量為：V=2(R2-r2)B-2 bzB= 2B(R2-r2)- bz (3-18)所以當(dāng)雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n,泵的容積效率為v時(shí),泵的理論流量和實(shí)際輸出流量分別為： qi=Vn=2B(R2-r2)-bzn (3-19) q=qiv=2B(R2-r2)-bznv (3-20)雙作用葉片泵如不考慮葉片厚度,泵的輸出流量是均勻的,但實(shí)際葉片是有厚度的,長(zhǎng)半徑圓弧和短半徑圓弧也不可能完全同心,尤其是葉片底部槽與壓油腔相通,因此泵的輸出流量將出現(xiàn)微小的脈動(dòng),但其脈動(dòng)率較其他形式的泵(螺桿泵除外)小得多,且在葉片數(shù)為4的整數(shù)倍時(shí)最小,為此，雙作用葉片

32、泵的葉片數(shù)一般為12或16片。圖3-14配油盤(pán)1，3壓油窗口2，4吸油窗口c環(huán)形槽3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)配油盤(pán) 雙作用葉片泵的配油盤(pán)如圖3-14所示,在盤(pán)上有兩個(gè)吸油窗口2、4和兩個(gè)壓油窗口1、3,窗口之間為封油區(qū),通常應(yīng)使封油區(qū)對(duì)應(yīng)的中心角稍大于或等于兩個(gè)葉片之間的夾角，否則會(huì)使吸油腔和壓油腔連通，造成泄漏，當(dāng)兩個(gè)葉片間密封油液從吸油區(qū)過(guò)渡到封油區(qū)(長(zhǎng)半徑圓弧處)時(shí),其壓力基本上與吸油壓力相同,但當(dāng)轉(zhuǎn)子再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小角度時(shí)，使該密封腔突然與壓油腔相通，使其中油液壓力突然升高,油液的體積突然收縮,壓油腔中的油倒流進(jìn)該腔,使液壓泵的瞬時(shí)流量突然減小,引起液壓泵的流量脈動(dòng)、壓力脈動(dòng)和

33、噪聲,為此在配油盤(pán)的壓油窗口靠葉片從封油區(qū)進(jìn)入壓油區(qū)的一邊開(kāi)有一個(gè)截面形狀為三角形的三角槽(又稱(chēng)眉毛槽),使兩葉片之間的封閉油液在未進(jìn)入壓油區(qū)之前就通過(guò)該三角槽與壓力油相連,其壓力逐漸上升,因而緩減了流量和壓力脈動(dòng)，并降低了噪聲。環(huán)形槽c與壓油腔相通并與轉(zhuǎn)子葉片槽底部相通,使葉片的底部作用有壓力油。(2)定子曲線 定子曲線是由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成的。過(guò)渡曲線應(yīng)保證葉片貼緊在定子內(nèi)表面上,保證葉片在轉(zhuǎn)子槽中徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)速度和加速度的變化均勻,使葉片對(duì)定子的內(nèi)表面的沖擊盡可能小。過(guò)渡曲線如采用阿基米德螺旋線,則葉片泵的流量理論上沒(méi)有脈動(dòng),可是葉片在大、小圓弧和過(guò)渡曲線的連接點(diǎn)處產(chǎn)生很大的徑向加

34、速度,對(duì)定子產(chǎn)生沖擊,造成連接點(diǎn)處嚴(yán)重磨損,并發(fā)生噪聲。在連接點(diǎn)處用小圓弧進(jìn)行修正,可以改善這種情況,在較為新式的泵中采用“等加速一等減速”曲線,如圖3-15(a)所示。這種曲線的極坐標(biāo)方程為：=r+2 (0a/2) =2r-R+(-) (a/2a) (3-21)式中符號(hào)見(jiàn)圖3-15所示。圖3-15定子的過(guò)渡曲線由式(3-21)可求出葉片的徑向速度dp/dt和徑向加速度d2p/dt2,可知:當(dāng)0/2時(shí),葉片的徑向加速度為等加速度,當(dāng)/2時(shí)等減速。由于葉片的速度變化均勻,故不會(huì)對(duì)定子內(nèi)表面產(chǎn)生很大的沖擊,但是,在=0、=/2和=處,葉片的徑向加速度仍有突變,還會(huì)產(chǎn)生一些沖擊,如圖2-15(b)所

35、示。所以在國(guó)外有些葉片泵上采用了三次以上的高次曲線作為過(guò)渡曲線。(3)葉片的傾角 葉片在工作過(guò)程中,受離心力和葉片根部壓力油的作用,使葉片和定子緊密接觸。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)至壓油區(qū)時(shí),定子內(nèi)表面迫使葉片推向轉(zhuǎn)子中心,它的工作情況和凸輪相似,葉片與定子內(nèi)表面接觸有一壓力角為,且大小是變化的,其變化規(guī)律與葉片徑向速度變化規(guī)律相同,即從零逐漸增加到最大,又從最大逐漸減小到零,因而在雙作用葉片泵中,將葉片順著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向前傾一個(gè)角，使壓力角減小到,這樣就可以減小側(cè)向力FT,使葉片在槽中移動(dòng)靈活,并可減少磨損,如圖3-16所示,根據(jù)雙作用葉片泵定子內(nèi)表面的幾何參數(shù),其壓力角的最大值max24°。一般取=

36、(1/2)max,因而葉片泵葉片的傾角一般10°14°。YB型葉片泵葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子徑向連線前傾13°。但近年的研究表明,葉片傾角并非完全必要,某些高壓雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子槽是徑向的,且使用情況良好。4.提高雙作用葉片泵壓力的措施由于一般雙作用葉片泵的葉片底部通壓力油,就使得處于吸油區(qū)的葉片頂部和底部的液壓作用力不平衡,葉片頂部以很大的壓緊力抵在定子吸油區(qū)的內(nèi)表面上,使磨損加劇,影響葉片泵的使用壽命,尤其是工作壓力較高時(shí),磨損更嚴(yán)重,因此吸油區(qū)葉片兩端壓力不平衡,限制了雙作用葉片泵工作壓力的提高。所以在高壓葉片泵的結(jié)構(gòu)上必須采取措施,使葉片壓向定子的作用力減小。常用的

37、措施有:(1)減小作用在葉片底部的油液壓力。將泵的壓油腔的油通過(guò)阻尼槽或內(nèi)裝式小減壓閥通到吸油區(qū)的葉片底部,使葉片經(jīng)過(guò)吸油腔時(shí),葉片壓向定子內(nèi)表面的作用力不致過(guò)大。(2)減小葉片底部承受壓力油作用的面積。葉片底部受壓面積為葉片的寬度和葉片厚度的乘積,因此減小葉片的實(shí)際受力寬度和厚度,就可減小葉片受壓面積。減小葉片實(shí)際受力寬度結(jié)構(gòu)如圖3-17(a)所示,這種結(jié)構(gòu)中采用了復(fù)合式葉片(亦稱(chēng)子母葉片),葉片分成母葉片1與子葉片2兩部分。通過(guò)配油盤(pán)使K腔總是接通壓力油,引入母子葉片間的小腔c內(nèi),而母葉片底部L腔,則借助于虛線所示的油孔,始終與頂部油液壓力相同。這樣,無(wú)論葉片處在吸油區(qū)還是壓油區(qū),母葉片頂

38、部和底部的壓力油總是相等的,當(dāng)葉片處在吸油腔時(shí),只有c腔的高壓油作用而壓向定子內(nèi)表面,減小了葉片和定子內(nèi)表面間的作用力。圖3-17(b)所示的為階梯片結(jié)構(gòu),在這里,階梯葉片和階梯葉片槽之間的油室d始終和壓力油相通,而葉片的底部和所在腔相通。這樣,葉片在d室內(nèi)油液壓力作用下壓向定子表面,由于作用面積減小,使其作用力不致太大,但這種結(jié)構(gòu)的工藝性較差。圖3-17減小葉片作用面積的高壓葉片泵葉片結(jié)構(gòu)1母葉片2子葉片3轉(zhuǎn)子4定子5葉片(3)使葉片頂端和底部的液壓作用力平衡。圖3-18(a)所示的泵采用雙葉片結(jié)構(gòu),葉片槽中有兩個(gè)可以作相對(duì)滑動(dòng)的葉片1和2,每個(gè)葉片都有一棱邊與定子內(nèi)表面接觸,在葉片的頂部形

39、成一個(gè)油腔a,葉片底部油腔b始終與壓油腔相通,并通過(guò)兩葉片間的小孔c與油腔a相連通,因而使葉片頂端和底部的液壓作用力得到平衡。適當(dāng)選擇葉片頂部棱邊的寬度,可以使葉片對(duì)定子表面既有一定的壓緊力,又不致使該力過(guò)大。為了使葉片運(yùn)動(dòng)靈活,對(duì)零件的制造精度將提出較高的要求。圖3-18(b)所示為葉片裝彈簧的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)葉片1較厚,頂部與底部有孔相通,葉片底部的油液是由葉片頂部經(jīng)葉片的孔引入的,因此葉片上下油腔油液的作用力基本平衡,為使葉片緊貼定子內(nèi)表面,保證密封,在葉片根部裝有彈簧。圖3-18葉片液壓力平衡的高壓葉片泵葉片結(jié)構(gòu)1，2葉片3定子4轉(zhuǎn)子三、雙級(jí)葉片泵和雙聯(lián)葉片泵1.雙級(jí)葉片泵 為了要得到較

40、高的工作壓力,也可以不用高壓葉片泵,而用雙級(jí)葉片泵,雙級(jí)葉片泵是由兩個(gè)普通壓力的單級(jí)葉片泵裝在一個(gè)泵體內(nèi)在油路上串接而成的,如果單級(jí)泵的壓力可達(dá)7.0MPa,雙級(jí)泵的工作壓力就可達(dá)14.0MPa。圖3-19雙級(jí)葉片泵的工作原理1，2管路雙級(jí)葉片泵的工作原理如圖3-19所示,兩個(gè)單級(jí)葉片泵的轉(zhuǎn)子裝在同一根傳動(dòng)軸上,當(dāng)傳動(dòng)軸回轉(zhuǎn)時(shí)就帶動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。第一級(jí)泵經(jīng)吸油管從油箱吸油,輸出的油液就送入第二級(jí)泵的吸油口,第二級(jí)泵的輸出油液經(jīng)管路送往工作系統(tǒng)。設(shè)第一級(jí)泵輸出壓力為p1,第二級(jí)泵輸出壓力為p2。正常工作時(shí)p2=2p1。但是由于兩個(gè)泵的定子內(nèi)壁曲線和寬度等不可能做得完全一樣,兩個(gè)單級(jí)泵每轉(zhuǎn)一周

41、的容量就不可能完全相等。如查第二級(jí)泵每轉(zhuǎn)一周的容量大于第一級(jí)泵,第二級(jí)泵的吸油壓力(也就是第一級(jí)泵的輸出壓力)就要降低,第二級(jí)泵前后壓力差就加大,因此載荷就增大;反之,第一級(jí)泵的載荷就增大,為了平衡兩個(gè)泵的載荷,在泵體內(nèi)設(shè)有載荷平衡閥。第一級(jí)泵和第二級(jí)泵的輸出油路分別經(jīng)管路1和2通到平衡閥的大滑閥和小滑閥的端面,兩滑閥的面積比A1/A2=2。如第一級(jí)泵的流量大于第二級(jí)時(shí),油液壓力p1就增大,使p11/2p2,因此p1A1p2A2,平衡閥被推向右,第一級(jí)泵的多余油液從管路1經(jīng)閥口流回第一級(jí)泵的進(jìn)油管路,使兩個(gè)泵的載荷獲得平衡;如果第二級(jí)泵流量大于第一級(jí)時(shí),油壓p1就降低,使p1A1p2A2,平衡

42、閥被推向左,第二級(jí)泵輸出的部分油液從管路2經(jīng)閥口流回第二級(jí)泵的進(jìn)油口而獲得平衡,如果兩個(gè)泵的容量絕對(duì)相等時(shí),平衡閥兩邊的閥口都封閉。2.雙聯(lián)葉片泵 雙聯(lián)葉片泵是由兩個(gè)單級(jí)葉片泵裝在一個(gè)泵體內(nèi)在油路上并聯(lián)組成。兩個(gè)葉片泵的轉(zhuǎn)子由同一傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),有各自獨(dú)立的出油口,兩個(gè)泵可以是相等流量的,也可以是不等流量的。雙聯(lián)葉片泵常用于有快速進(jìn)給和工作進(jìn)給要求的機(jī)械加工的專(zhuān)用機(jī)床中,這時(shí)雙聯(lián)泵由一小流量和一大流量泵組成。當(dāng)快速進(jìn)給時(shí),兩個(gè)泵同時(shí)供油(此時(shí)壓力較低),當(dāng)工作進(jìn)給時(shí),由小流量泵供油(此時(shí)壓力較高),同時(shí)在油路系統(tǒng)上使大流量泵卸荷,這與采用一個(gè)高壓大流量的泵相比,可以節(jié)省能源,減少油液發(fā)熱。這種

43、雙聯(lián)葉片泵也常用于機(jī)床液壓系統(tǒng)中需要兩個(gè)互不影響的獨(dú)立油路中。四、限壓式變量葉片泵圖 3-20限壓式變量葉片泵的工作原理1轉(zhuǎn)子2定子3吸油窗口4活塞5螺釘6活塞腔7通道8壓油窗口9調(diào)壓彈簧10調(diào)壓螺釘1.限壓式變量葉片泵的工作原理 限壓式變量葉片泵是單作用葉片泵,根據(jù)前面介紹的單作用葉片泵的工作原理,改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e,就能改變泵的輸出流量,限壓式變量葉片泵能借助輸出壓力的大小自動(dòng)改變偏心距e的大小來(lái)改變輸出流量。當(dāng)壓力低于某一可調(diào)節(jié)的限定壓力時(shí),泵的輸出流量最大; 壓力高于限定壓力時(shí),隨著壓力增加,泵的輸出流量線性地減少,其工作原理如圖3-20所示。泵的出口經(jīng)通道7與活塞6相通。在泵

44、未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),定子2在彈簧9的作用下,緊靠活塞4,并使活塞4靠在螺釘5上。這時(shí),定子和轉(zhuǎn)子有一偏心量e0，調(diào)節(jié)螺釘5的位置，便可改變e0。當(dāng)泵的出口壓力p較低時(shí),則作用在活塞4上的液壓力也較小,若此液壓力小于上端的彈簧作用力,當(dāng)活塞的面積為A、調(diào)壓彈簧的剛度ks、預(yù)壓縮量為x0時(shí),有：pAksx0 (3-22)此時(shí),定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心量最大,輸出流量最大。隨著外負(fù)載的增大,液壓泵的出口壓力p也將隨之提高,當(dāng)壓力升至與彈簧力相平衡的控制壓力pB時(shí),有:pBA=ksx0 (3-23)當(dāng)壓力進(jìn)一步升高,使pAksx0,這時(shí),若不考慮定子移動(dòng)時(shí)的摩擦力,液壓作用力就要克服彈簧力推動(dòng)定子向上移動(dòng),隨之泵的

45、偏心量減小,泵的輸出流量也減小。pB稱(chēng)為泵的限定壓力,即泵處于最大流量時(shí)所能達(dá)到的最高壓力,調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘10,可改變彈簧的預(yù)壓縮量x0即可改變pB的大小。設(shè)定子的最大偏心量為e0,偏心量減小時(shí),彈簧的附加壓縮量為x,則定子移動(dòng)后的偏心量e為： e=e0-x (3-24)這時(shí)，定子上的受力平衡方程式為： pA=ks(x0+x) (3-25)將式(3-23)、式(3-25)代入式(3-24)可得： e=e0-A(p-pB)/ks(ppB) (3-26)式(3-26)表示了泵的工作壓力與偏心量的關(guān)系,由式可以看出,泵的工作壓力愈高,偏心量就愈小,泵的輸出流量也就愈小,且當(dāng)p=ks(e0+x0)/A時(shí)

46、,泵的輸出流量為零,控制定子移動(dòng)的作用力是將液壓泵出口的壓力油引到柱塞上,然后再加到定子上去,這種控制方式稱(chēng)為外反饋式。2.限壓式變量葉片泵的特性曲線 限壓式變量葉片泵在工作過(guò)程中,當(dāng)工作壓力p小于預(yù)先調(diào)定的限定壓力pc時(shí),液壓作用力不能克服彈簧的預(yù)緊力,這時(shí)定子的偏心距保持最大不變,因此泵的輸出流量qA不變,但由于供油壓力增大時(shí),泵的泄漏流量pl也增加,所以泵的實(shí)際輸出流量q也略有減少,如圖3-21限壓式變量葉片泵的特性曲線中的AB段所示。圖3-21限壓式變量葉片泵的特性曲線調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)螺釘5(見(jiàn)圖3-20)可調(diào)節(jié)最大偏心量(初始偏心量)的大小。從而改變泵的最大輸出流量qA,特性曲線AB段上

47、下平移,當(dāng)泵的供油壓力p超過(guò)預(yù)先調(diào)整的壓力pB時(shí),液壓作用力大于彈簧的預(yù)緊力,此時(shí)彈簧受壓縮定子向偏心量減小的方向移動(dòng),使泵的輸出流量減小,壓力愈高,彈簧壓縮量愈大,偏心量愈小,輸出流量愈小,其變化規(guī)律如特性曲線BC段所示。調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧10可改變限定壓力pc的大小,這時(shí)特性曲線BC段左右平移，而改變調(diào)壓彈簧的剛度時(shí)，可以改變BC段的斜率,彈簧越“軟”(ks值越小),BC段越陡,pmax值越小;反之,彈簧越“硬”(ks值越大),BC段越平坦,pmax值亦越大。當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心量為零時(shí),系統(tǒng)壓力達(dá)到最大值,該壓力稱(chēng)為截止壓力,實(shí)際上由于泵的泄漏存在,當(dāng)偏心量尚未達(dá)到零時(shí),泵向系統(tǒng)的輸出流量實(shí)

48、際已為零。3.限壓式變量葉片泵與雙作用葉片泵的區(qū)別(1)在限壓式變量葉片泵中,當(dāng)葉片處于壓油區(qū)時(shí),葉片底部通壓力油,當(dāng)葉片處于吸油區(qū)時(shí),葉片底部通吸油腔,這樣,葉片的頂部和底部的液壓力基本平衡,這就避免了定量葉片泵在吸油區(qū)定子內(nèi)表面嚴(yán)重磨損的問(wèn)題。如果在吸油腔葉片底部仍通壓力油,葉片頂部就會(huì)給定子內(nèi)表面以較大的摩擦力,以致減弱了壓力反饋的作用。(2)葉片也有傾角,但傾斜方向正好與雙作用葉片泵相反,這是因?yàn)橄迚菏阶兞咳~片泵的葉片上下壓力是平衡的,葉片在吸油區(qū)向外運(yùn)動(dòng)主要依靠其旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心慣性作用。根據(jù)力學(xué)分析,這樣的傾斜方向更有利于葉片在離心慣性作用下向外伸出。(3)限壓式變量葉片泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜,輪

49、廓尺寸大,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件多,泄漏較大,軸上承受不平衡的徑向液壓力,噪聲較大,容積效率和機(jī)械效率都沒(méi)有定量葉片泵高;但是,它能按負(fù)載壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,在功率使用上較為合理,可減少油液發(fā)熱。限壓式變量葉片泵對(duì)既要實(shí)現(xiàn)快速行程,又要實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給(慢速移動(dòng))的執(zhí)行元件來(lái)說(shuō)是一種合適的油源：快速行程需要大的流量,負(fù)載壓力較低,正好使用特性曲線的AB段,工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載壓力升高,需要流量減少,正好使用其特性曲線的BC段,因而合理調(diào)整拐點(diǎn)壓力pB是使用該泵的關(guān)鍵。目前這種泵被廣泛用于要求執(zhí)行元件有快速、慢速和保壓階段的中低壓系統(tǒng)中,有利于節(jié)能和簡(jiǎn)化回路。第四節(jié) 柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成密封容

50、積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，構(gòu)成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實(shí)現(xiàn)變量；第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強(qiáng)度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量調(diào)節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，如龍門(mén)刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動(dòng)方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類(lèi)。一、徑向柱塞泵1 徑向柱塞泵的工

51、作原理 圖322 徑向柱塞泵的工作原理1 柱塞 2缸體 3襯套 4定子 5配油軸徑向柱塞泵的工作原理如圖322所示，柱塞1徑向排列裝在缸體2中，缸體由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)連同柱塞1一起旋轉(zhuǎn)，所以缸體2一般稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，柱塞1在離心力的（或在低壓油）作用下抵緊定子4的內(nèi)壁，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向回轉(zhuǎn)時(shí)，由于定子和轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，柱塞繞經(jīng)上半周時(shí)向外伸出，柱塞底部的容積逐漸增大，形成部分真空，因此便經(jīng)過(guò)襯套3（襯套3是壓緊在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并和轉(zhuǎn)子一起回轉(zhuǎn)）上的油孔從配油孔5和吸油口b吸油；當(dāng)柱塞轉(zhuǎn)到下半周時(shí)，定子內(nèi)壁將柱塞向里推，柱塞底部的容積逐漸減小，向配油軸的壓油口c壓油，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周時(shí)，每個(gè)柱塞底部的密封容積完

52、成一次吸壓油，轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即完成壓吸油工作。配油軸固定不動(dòng)，油液從配油軸上半部的兩個(gè)孔a流入，從下半部?jī)蓚€(gè)油孔d壓出，為了進(jìn)行配油，配油軸在和襯套3接觸的一段加工出上下兩個(gè)缺口，形成吸油口b和壓油口c，留下的部分形成封油區(qū)。封油區(qū)的寬度應(yīng)能封住襯套上的吸壓油孔，以防吸油口和壓油口相連通，但尺寸也不能大得太多，以免產(chǎn)生困油現(xiàn)象。2.徑向柱塞泵的排量和流量計(jì)算：當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子之間的偏心距為e時(shí)，柱塞在缸體孔中的行程為2e，設(shè)柱塞個(gè)數(shù)為z，直徑為d時(shí)，泵的排量為：V=d22ez （327）設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n，容積效率為V，則泵的實(shí)際輸出流量為：q=d22eznV =d2eznV （328）二、軸向柱塞泵

53、1. 軸向柱塞泵的工作原理 軸向柱塞泵是將多個(gè)柱塞配置在一個(gè)共同缸體的圓周上,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有兩種形式,直軸式(斜盤(pán)式)和斜軸式(擺缸式),如圖3-23所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體1、配油盤(pán)2、柱塞3和斜盤(pán)4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤(pán)軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤(pán)上(圖中為彈簧),配油盤(pán)2和斜盤(pán)4固定不轉(zhuǎn),當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸使缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于斜盤(pán)的作用,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),并通過(guò)配油盤(pán)的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。如圖3-23中所示回轉(zhuǎn)方向,當(dāng)缸體轉(zhuǎn)角在2范圍內(nèi),柱塞向外伸出,柱塞底部

54、缸孔的密封工作容積增大,通過(guò)配油盤(pán)的吸油窗口吸油;在0范圍內(nèi),柱塞被斜盤(pán)推入缸體,使缸孔容積減小,通過(guò)配油盤(pán)的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周,每個(gè)柱塞各完成吸、壓油一次,如改變斜盤(pán)傾角,就能改變柱塞行程的長(zhǎng)度,即改變液壓泵的排量,改變斜盤(pán)傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,即成為雙向變量泵。圖323軸向柱塞泵的工作原理1缸體2配油盤(pán)3柱塞4斜盤(pán)5傳動(dòng)軸6彈簧配油盤(pán)上吸油窗口和壓油窗口之間的密封區(qū)寬度l應(yīng)稍大于柱塞缸體底部通油孔寬度l1。但不能相差太大,否則會(huì)發(fā)生困油現(xiàn)象。一般在兩配油窗口的兩端部開(kāi)有小三角槽,以減小沖擊和噪聲。斜軸式軸向柱塞泵的缸體軸線相對(duì)傳動(dòng)軸軸線成一傾角,傳動(dòng)軸端部用萬(wàn)向鉸鏈、

55、連桿與缸體中的每個(gè)柱塞相聯(lián)結(jié),當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈、連桿使柱塞和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng),并迫使柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng),借助配油盤(pán)進(jìn)行吸油和壓油。這類(lèi)泵的優(yōu)點(diǎn)是變量范圍大,泵的強(qiáng)度較高,但和上述直軸式相比,其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,外形尺寸和重量均較大。軸向柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小,慣性小,容積效率高,目前最高壓力可達(dá)40.0MPa,甚至更高,一般用于工程機(jī)械、壓力機(jī)等高壓系統(tǒng)中,但其軸向尺寸較大,軸向作用力也較大,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。2. 軸向柱塞泵的排量和流量計(jì)算見(jiàn)圖3-23,柱塞的直徑為d,柱塞分布圓直徑為D,斜盤(pán)傾角為時(shí),柱塞的行程為s=Dtan,所以當(dāng)柱塞數(shù)為z時(shí),軸向柱塞泵的排量為： V=d2Dtanz/4 (3-29)設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n,容積效率為v則泵的實(shí)際輸出流量為： V=d2Dtanz nv/4 (3-30)實(shí)際上,由于柱塞在缸體孔中運(yùn)動(dòng)的速度不是恒速的,因而輸出流量是有脈動(dòng)的,當(dāng)柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí),脈動(dòng)較小,且柱塞數(shù)多脈動(dòng)也較小,因而一般常用的柱塞泵的柱塞個(gè)數(shù)為7、9或11。3.軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)典型結(jié)構(gòu)。圖3-24