第二章液壓泵和液壓馬達

1、本章主要內(nèi)容液壓泵和液壓馬達的基本原理與性能參數(shù)齒輪式、葉片式、柱塞式液壓泵高速液壓馬達及低速大扭矩馬達要求：1、掌握泵、馬達的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達是怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的）結(jié)構(gòu)及主要性能特點2、掌握各種泵和馬達的流量、排量、功率、效率、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的計算方法，理解其內(nèi)在聯(lián)系3、了解不同類型泵和馬達之間的性能差異及適用范圍 一、液壓泵與液壓馬達的基本原理：目前在液壓系統(tǒng)中使用的都是容積式泵， 下面以單柱塞泵說明其工作原理：(動畫）液壓泵與液壓馬達都是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件液壓泵 由原動機驅(qū)動，把輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能，再以壓力、流量的形式輸?shù)较到y(tǒng)中去，是液壓傳動系

2、統(tǒng)的心臟，也是液壓系統(tǒng)的動力源。液壓馬達將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。 液壓馬達是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，從理論上講，向容積式泵中輸入液壓油，使其轉(zhuǎn)動就成為液壓馬達，即容積式泵都可以做液壓馬達使用。 但在實際中，由于性能、結(jié)構(gòu)對稱性等要求，一般情況下，液壓泵和液壓馬達是不能互換的。 依靠工作腔的容積變化而進行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因而這種泵也稱為容積泵。 構(gòu)成容積泵必須具備以下基本條件： 1、結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)具有密封性能的可變工作腔。 2、工作腔能周而復(fù)始的增大和減少，當它增大時與吸油腔相連，減少時與排油腔相連。 3、吸油與

3、排油口不能連通，即不能同時開啟。 二、分類及職能符號：齒輪泵葉片泵螺桿泵回 轉(zhuǎn) 式外嚙合內(nèi)嚙合式單作用式雙作用式雙螺桿三螺桿 1、分類：按運動方式分有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩類 按單位時間內(nèi)輸出流量能否調(diào)節(jié)又分為： 變量泵：流量能調(diào)節(jié) 定量泵：流量不能調(diào)節(jié) 2、職能符號：GB78676 對泵來說：都是輸入機械能輸出液壓能 對馬達來說：都是輸入液壓能輸出機械能 往 復(fù) 式軸向柱塞泵徑向柱塞泵斜盤式斜軸式偏心式多作用式雙向變量泵單向定量 雙向定量 單向變量 雙向變量 馬達 馬達 馬達 馬達單向定量泵雙向定量泵單向變量泵三、液壓泵和液壓馬達的基本性能參數(shù)： 1、工作壓力和額定壓力p：N/m2 基本性能參數(shù)有

4、：壓力、排量、流量、功率和效率。指液壓泵（馬達）的輸出（入）壓力： （1）工作壓力： 指液壓泵（馬達）實際的輸出（入）壓力，即系統(tǒng)壓力，是由外負載決定的（例1）。 （2）額定壓力： 指液壓泵（馬達）在正常工作情況下，允許使用的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大工作壓力，即標牌壓力，超過此值即為超載。 （3）最高壓力： 指液壓泵（馬達）在超載情況下，允許短暫使用的極限壓力。到了這個壓力，泵和馬達就會損壞。2、排量和流量： （1）排量V： m3/r (ml/r) （ 2）流量Q：m3/s (l/min) 每轉(zhuǎn)排量V每弧度排量Vd泵（馬達）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其幾何尺寸計算而得到的排出（或吸入）液體的體積 m3/r 泵（馬達）

5、每轉(zhuǎn)一弧度，由其幾何尺寸計算而得到的排出（或吸入）液體的體積 m3/rad 指泵（馬達）在單位時間內(nèi)所輸出（入）的液體體積。 流量有理論流量、實際流量和額定流量之分： 1）理論流量Qt： 理論流量等于排量與轉(zhuǎn)速的乘積：Qt= V n= Vd 指泵（馬達）實際上所輸出（入）的有效液體體積。mlmlmlmlmtmmplplplplptpppkqqqqqpkqqqqq馬達的泄漏流量馬達：泵的泄漏流量泵：2）實際流量q ：3)額定流量qn: 指在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出（或馬達輸入）的實際流量。3、功率N和扭矩T： 不計損失的情況下，輸入功率和輸出

6、功率應(yīng)相等。tttTpqN理論輸入（輸出）轉(zhuǎn)矩為)2/(VpVpTdt工作壓力為VTVTptdt/)2(/理論流量為：VnVVqdt)2/( 效率是衡量能量損失相對大小的一項重要指標，相應(yīng)有容積效率 V、機械效率 M、總效率 ，三者之間的關(guān)系為： = V MppppipopptplptplptptppVpTqpNNqqqqqqqpump輸入功率輸出功率理論流量實際流量：14、效率：tfftttmpTTTTTTT11實際轉(zhuǎn)矩理論轉(zhuǎn)矩例2：定量泵轉(zhuǎn)速n=1500r/min，在輸出壓力為6.3MPa時，輸出流量為53 l/min，這時實測泵消耗功率為7kW；當泵空載卸荷運轉(zhuǎn)時，輸出流量56 l/mi

7、n，試求該泵的容積效率及總效率。解：實測泵消耗功率即為泵的輸入功率或驅(qū)動功率；取空載流量為理論流量，得： 946. 0tvqq泵的輸出功率：kWpqNo565. 560/1053103 . 636795. 07565. 5ioNN作業(yè)：某液壓泵輸出油壓 p=20 MPa，液壓泵轉(zhuǎn)速n=1450 r/min， 排量V=100 cm3/r，已知該泵容積效率 0.95 ，總效率 0.9，試求：1）該泵輸出的液壓功率；2）驅(qū)動該泵的電機功率。v解：（1）輸出功率：kWnVpqpNV9 .4595. 010100602）輸入功率：kWNNi519 . 0/9 .45/0特點：結(jié)

8、構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸能力強，對油液污染不敏感，工作可靠。缺點：流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。 齒輪泵是一種常用的液壓泵。齒輪泵多數(shù)是外嚙合式的，但亦有內(nèi)嚙合式的一、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理： 1、結(jié)構(gòu)：殼體、前后端蓋及一對外嚙合齒輪2、工作原理：(動畫）二、流量及其脈動： V = D h b = 2 Z m2 b式中：齒輪的模數(shù)m、 齒數(shù)Z、 節(jié)園直徑D=mZ 有效齒高h=2m 實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大些，并且齒數(shù)越少誤差越大，在實際計算中，用3.333.5來代替式中的值V =（6.667）Z m2 b2、流量：q= V nV =（6.667） Z

9、 m2 bnV 3、 流量脈動：1、排量：oqqqminmax齒輪泵流量脈動最大，且齒數(shù)越少，脈動越大。三、困油現(xiàn)象： 1、什么是困油現(xiàn)象？ 為了使齒輪泵能連續(xù)供油，就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)1，這樣就有兩對輪齒同時嚙合，從而形成閉死容積。齒輪在嚙合的過程中，閉死容積的大小是發(fā)生變化的，由大變小時，油液受壓使壓力急劇升高；由小變大時，壓力降低，產(chǎn)生真空；由此造成壓力急劇變化的現(xiàn)象稱為困油現(xiàn)象。 2、減弱困油現(xiàn)象的措施： 在端蓋上開卸荷槽。開卸荷槽的原則：1）當閉死容積最小時，與吸、壓油口都不 相通；2）當閉死容積由大變小時，與壓油腔相通；3）當閉死容積由小變大時，與吸油腔相通。危害：影響工作、縮

10、短壽命四、齒輪泵的泄漏與壓力補償： 1、齒輪泵的泄漏：1）軸向端面間隙泄漏：指齒輪端面與側(cè)端蓋之間的泄漏，約占總泄漏量的7080%；2）徑向間隙泄漏：指齒頂圓與泵體內(nèi)表面之間的泄漏，約占總泄漏量的1520%；3）輪齒接觸處間隙泄漏：這個泄漏量較小，約占總泄漏量的45%，通常忽略不計2、壓力補償：常用的有浮動側(cè)板或浮動軸套危害：v五、齒輪泵的徑向負荷： 1、徑向負荷：由于齒輪泵的吸油腔和壓油腔對稱地分布在泵的兩側(cè)，壓油腔的油液壓力作用在齒輪上，又由于齒頂和泵體內(nèi)表面有徑向間隙，沿齒頂泄漏的油液壓力是逐漸降低的，這樣就使上、下兩齒輪及軸承受到一個不平衡的徑向合力。2、采取措施： 1)、開壓力平衡槽

11、：在殼體或側(cè)板上開壓力平衡槽，將高壓油引到低壓腔，將低壓油引到高壓腔，使作用在齒輪上的徑向力趨于平衡。2)、縮小壓油口3)、增加徑向間隙。危害： 軸承磨損、刮殼。注意： 壓油口縮小后，安裝時注意不能反轉(zhuǎn)。 六、內(nèi)嚙合齒輪泵1. 漸開線齒輪泵特點: 結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，流量脈動小，噪聲小。2. 擺線齒輪泵（轉(zhuǎn)子泵） 特點: 結(jié)構(gòu)簡單，體積小 重疊系數(shù)大，傳動平穩(wěn) 吸油條件好脈動小，噪聲小齒形復(fù)雜，加工精度要求高，造價高。 應(yīng)用：機床低壓系統(tǒng)七、小結(jié)： 齒輪泵與其它形式的泵相比，具有如下的優(yōu)、缺點：一、優(yōu)點： 1、結(jié)構(gòu)上：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕； 2、性能上：工作可靠、自吸性好、對油液污染

12、不敏感；3、其它方面：制造維修方便，價格低。二、缺點： 1、流量、壓力脈動大，引起的振動、噪聲大； 2、由于承受較大的不平衡徑向力，因而磨損嚴重，泄漏大。 葉片泵按其作用次數(shù)的不同，可以分為： 單作用式和雙作用式 1、結(jié)構(gòu)及工作原理：工作原理： (動畫）一、單作用葉片泵：結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3 和配油盤等主要 零件組成2. 流量計算和流量脈動： 2) 流量脈動：流量脈動：22525. 1zz奇數(shù)葉片偶數(shù)葉片結(jié)論：z,. 奇數(shù)比偶數(shù)時小。 一般取z = 13、15片 就變量泵的變量工作原理來分，有內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。3、單作用葉片泵的變量原理：（1）限壓式內(nèi)反饋變量葉片泵 工作原理：

13、 限壓式外反饋變量葉片泵是一種能夠根據(jù)負載大小自動調(diào)節(jié)排量的變量葉片泵。（2）限壓式外反饋變量葉片泵eoo特性曲線： 當ppc 時，偏心距減小，輸出流量減少，對應(yīng)圖中BC段； 當p=p max 時， Q=0 特性曲線的調(diào)節(jié)： 3）改變彈簧的剛度k s ，可改變BC段的斜率，從而改變限定壓力pc和最大壓力p max之間的距離。2）調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)螺釘（即調(diào)節(jié)彈簧的予壓縮量x0 ），可使BC段左右平移，從而改變限定壓力pc和最大壓力p max的大小： 1）調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)螺釘（即調(diào)節(jié)e max），可使線段AB上下平移，從而改變泵的最大輸出流量，此時因BC段不變，則pc 發(fā)生變化； 優(yōu)、缺點及應(yīng)用： 優(yōu)

14、點： 能按負載大小自動調(diào)節(jié)流量，功率利用合理，發(fā)熱小。缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，泄漏大，且軸承承受不平衡的徑向力，噪聲大。 應(yīng)用： 用于執(zhí)行元件速度有快、有慢和需要保壓的場合 （例子） 二、雙作用式葉片泵：1、結(jié)構(gòu)及工作原理 工作原理： (動畫）結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子、定子、葉片 和配油盤等主要零件組成，葉片可在葉片槽內(nèi)徑向自由滑動。 與單作用式葉片泵的不同之處是：轉(zhuǎn)子與定子同心，定子內(nèi)表面由兩段長半徑為R，兩段短半徑為 r 和四段過渡曲線所組成2、特點：2）泵的兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)分別對稱布置，故壓力作用在軸承上的徑向力是平衡的，所以稱為平衡式葉片泵 （或卸荷式葉片泵）； 3）這種泵只能作定量泵。1）轉(zhuǎn)子每

15、轉(zhuǎn)一周，每個密封工作容腔完成兩次吸油和兩次壓油，所以叫做雙作用式葉片泵 排量：3、排量和流量：設(shè)：定子長半徑為R、短半徑為r、葉片寬度為b，當忽略葉片厚度時，其排量為： V=2 (R2r2) b 雙作用式, 葉片數(shù)一般為偶數(shù)，且對稱布置，所以脈動率很小，尤其當z為4的倍數(shù)時更小，一般為12或16 片。4、流量脈動：5、配油盤上的三角槽： 當葉片經(jīng)吸油腔進入封油區(qū)（兩腰形窗口之間的園?。r，其壓力基本與吸油腔壓力相同，但當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一微小角度，突然與壓油腔相通時，壓力由吸油壓力猛升至輸出壓力，引起壓油腔油液倒流，泵瞬時流量變小，加大了壓力脈動，流量脈動和噪聲。 措施： 配油盤上開三角槽。5、葉片泵

16、的高壓化趨勢（1）雙葉片結(jié)構(gòu)（2）彈簧葉片結(jié)構(gòu)（3）母子葉片結(jié)構(gòu)（四）階梯葉片結(jié)構(gòu)三、單作用葉片泵與雙作用葉片泵的特點比較（一）單作用葉片泵的特點（1）存在困油現(xiàn)象（2）葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜（3）葉片根部的容積不影響泵的流量（4）轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力（額定壓力7MPa)（二）雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點（1）定子過渡曲線采用等加速等減速曲線，目的：無剛性沖擊。（2）葉片安放角前傾13，目的：減小壓力角，使葉片滑動順暢。葉片泵根據(jù)需要可以組合在一起： 雙聯(lián)泵：兩泵并聯(lián) 雙級泵：兩泵串聯(lián)（3）端面間隙的自動補償(4) 配流盤上開三角尖槽，目的：使油壓力從吸油腔向壓油腔平穩(wěn)過渡，避免油液倒灌，引起沖擊 柱

17、塞按其在缸內(nèi)排列的方式不同，可分為： 軸向柱塞泵： 徑向柱塞泵：柱塞沿轉(zhuǎn)軸軸線排列柱塞按徑向輻射狀排列一、斜盤式軸向柱塞泵：axial piston pump 2、工作原理：（動畫）1、結(jié)構(gòu)：由柱塞、缸體、配油盤、斜盤等組成排量：ztgDdzldV2244流量：VVnztgDdnVq243、排量和流量： 4、流量脈動： 對奇數(shù)泵：由此可知：柱塞數(shù)為奇數(shù)時，流量脈動系數(shù)小；柱塞數(shù)越多，流量脈動系數(shù)越??；因此柱塞泵常用7或9個柱塞。同葉片泵一樣，柱塞泵的流量脈動系數(shù)和脈動頻率分別為：225.142zztgz30nzf 對偶數(shù)泵：252zztgz60nzf5、典型結(jié)構(gòu)：斜盤配油盤變量機構(gòu)壓盤缸體滑靴

18、配油盤傳動軸（1）結(jié)構(gòu)（2）特點1）端面間隙的自動補償2）滑靴及靜壓支承結(jié)構(gòu)3）變量機構(gòu)二、斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)：圖2-221、結(jié)構(gòu)：由定子、轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)缸體）、配油軸、襯套 、柱塞等零件組成三、徑向柱塞泵： radial piston pump徑向柱塞泵的工作原理圖 2、工作原理：（動畫）3、偏心軸式徑向柱塞泵：4、徑向柱塞泵結(jié)構(gòu)：5. 流量計算ededhAV22422zedzVV22vnzedq22調(diào)節(jié)e的大小變量泵改變e的方向雙向泵 液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置，可以實現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，其結(jié)構(gòu)與液壓泵相似，并且也是靠密封容積的變化進行工作的。常見的有：齒輪式葉片式柱塞式從轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)

19、矩分：高速馬達低速大扭矩馬達一、液壓馬達的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速vtqqvtVqVqnmtTT2pVTtmpVT2二、高速液壓馬達：axial piton motor 軸向分力F:pdF24垂直分力：tan4tan2pdFF單個柱塞產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩為：iiripRdRFTsintan4sin2液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩為：iNiNiipRdTTsintan4121二、低速大扭矩液壓馬達曲柄連桿馬達靜力平衡馬達 多作用內(nèi)曲線馬達1、曲柄連桿馬達2、靜力平衡馬達3、多作用內(nèi)曲線馬達1、液壓泵的工作特點（1）液壓泵的吸油腔壓力過低將會產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無法工作。（2）液壓泵的工作壓力取決于外負載，若負債為零，

20、則泵的工作壓力為零。（3）變量泵可以通過調(diào)節(jié)排量來改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)節(jié)流量，但轉(zhuǎn)速增大受到吸油性能、泵的使用壽命、效率等的限制。（4）液壓泵的流量具有某種程度的脈動性質(zhì)，其脈動情況取決于泵的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。（5）液壓泵靠工作腔的容積變化來吸油、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過度密封區(qū)時存在容積變化，就會產(chǎn)生壓力急劇升高或降低的“困油現(xiàn)象”，從而影響容積效率，產(chǎn)生脈動、噪聲及工作機構(gòu)上的附加動載荷，這是液壓泵設(shè)計中需要注意的一個共性問題。二、液壓馬達的工作特點（1）在一般工作條件下，液壓馬達的進、出口壓力都高于大氣壓，因此不存在液壓泵那樣的吸入性能問題，但是，如果液

21、壓馬達可能在泵工礦下工作，它的進油口應(yīng)有最低壓力限制，以免產(chǎn)生氣蝕。（2）馬達應(yīng)能正、反運轉(zhuǎn)，一次，就要求液壓馬達在設(shè)計時具有結(jié)構(gòu)上的對稱性。（3）液壓馬達的實際工作壓差取決于負債力矩的大小，當被驅(qū)動負載的轉(zhuǎn)動慣量大、轉(zhuǎn)速高，并要求急劇制動或反轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生較高的液壓沖擊，為此，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置必要的安全閥、緩沖閥。（4）由于內(nèi)部泄漏不可避免，因此將液壓馬達的排油口關(guān)閉而進行制動時，仍會有緩慢的滑轉(zhuǎn)，所以，需要長時間精確制動時，應(yīng)另行設(shè)置防止滑轉(zhuǎn)的制動器。（5）某些形式的液壓馬達必須在回油口具有足夠的背壓才能保證正常工作，并且轉(zhuǎn)速越高所需背壓也越大，背壓得增高意味著油源的壓力利用率低，系統(tǒng)的損失大

22、。 一、性能： 壓力：由齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵逐漸增高； 效率：由齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵逐漸增高； 自吸性能：由齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵逐漸變差； 污染敏感性：由齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵逐漸敏感； 流量脈動： 齒輪泵最大，柱塞泵、單作用式葉片泵次之，螺桿泵、雙作用式葉片泵最??； 價格：由齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵逐漸變貴二、選用： 一般不重要系統(tǒng)：送料、夾緊等，用便宜的齒輪泵； 小功率、小負載系統(tǒng)： 用齒輪泵和雙作用式葉片泵； 精密機床：用螺桿泵和雙作用式葉片泵； 負載中等、速度有快有慢時：用限壓式變量泵； 大功率、大負載系統(tǒng)：用柱塞泵。 可變的密封容積、協(xié)調(diào)的

23、配油機構(gòu)及高、低壓腔相互隔開的結(jié)構(gòu)。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力源，構(gòu)成液壓泵所需的基本條件是：液壓泵的性能參數(shù)有：排量流量壓力功率效率幾何參數(shù)排量和轉(zhuǎn)速的乘積工作壓力取決于負載，最高壓力和額定壓力是設(shè)計參數(shù)泵輸出流量和工作壓力的乘積容積效率和機械效率分別反映了液壓泵的容積損失和機械損失。液壓泵從結(jié)構(gòu)形式上分：齒輪泵葉片泵柱塞泵抗污染，可用于環(huán)境比較惡劣的工作條件下。以流量、壓力脈動小，噪音低而見長是目前性能比較完善、壓力和效率最高的液壓泵 液壓馬達是液壓系統(tǒng)的最重要的執(zhí)行元件，它是液壓泵的逆工礦，向工作機構(gòu)提供機械能，并以轉(zhuǎn)速和扭矩的形式輸出。 軸向柱塞泵（馬達）與齒輪泵（馬達）、葉片泵（馬達）相比： 優(yōu)點： 1、能在高壓（31.5MPa) 、 高速（4000r/min)下可靠的工作； 2、容積效率高（可達95%）；3、易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬。 缺點： 1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高。價格貴； 2、自吸能