液壓與氣壓傳動(dòng)-第六節(jié)葉片泵

課程名稱：液壓與氣壓傳動(dòng)

院系：機(jī)電學(xué)院機(jī)械電子系

姓名：沈剛

第三章液壓泵3.4

葉片泵1.雙作用葉片泵的工作原理如圖所示為雙作用葉片泵的工作原理。定子的兩端裝有配流盤，定子3的內(nèi)表面曲線由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧以及四段過(guò)渡曲線組成。定子3和轉(zhuǎn)子2的中心重合。在轉(zhuǎn)子2上沿圓周均布開有若干條（一般為12或16條）與徑向成一定角度（一般為13）的葉片槽，槽內(nèi)裝有可自由滑動(dòng)的葉片。在配流盤上，對(duì)應(yīng)于定子四段過(guò)渡曲線的位置開有四個(gè)腰形配流窗口，其中兩個(gè)與泵吸油口4連通的是吸油窗口；另外兩個(gè)與泵壓油口1連通的是壓油窗口。1－壓油窗口；2－轉(zhuǎn)子；3－定子；4－吸油窗口雙作用葉片泵雙作用葉片泵2當(dāng)轉(zhuǎn)子2在傳動(dòng)軸帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片在離心力和底部液壓力（葉片槽底部始終與壓油腔相通）的作用下壓向定子3的內(nèi)表面，在葉片、轉(zhuǎn)子、定子與配流盤之間構(gòu)成若干密封空間。第三章液壓泵當(dāng)葉片從小半徑曲線段向大半徑曲線滑動(dòng)時(shí)，葉片外伸，這時(shí)所構(gòu)成的密封容積由小變大，形成部分真空，油液便經(jīng)吸油窗口吸入；而處于從大半徑曲線段向小半徑曲線滑動(dòng)的葉片縮回，所構(gòu)成的密封容積由大變小，其中的油液受到擠壓，經(jīng)過(guò)壓油窗口壓出。這種葉片泵每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)密封容腔完成兩次吸、壓油過(guò)程，故這種泵稱為雙作用葉片泵。同時(shí)，泵中兩吸油區(qū)和兩壓油區(qū)各自對(duì)稱，使作用在轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力互相平衡，所以這種泵又被稱為平衡式葉片泵或雙作用卸荷式葉片泵。這種泵的排量不可調(diào)，因此它是定量泵。第三章液壓泵第三章液壓泵2.雙作用葉片泵排量和流量由圖可知，泵軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，從吸油窗口流向壓油窗口的液體體積為大半徑為R，小半徑為r，寬度為b的圓環(huán)的體積。因?yàn)槭请p作用泵，所以雙作用葉片泵的排量為則泵的實(shí)際輸出流量為式中b——葉片的寬度（m）。葉片體積對(duì)排量無(wú)影響。因?yàn)樵趬河颓?，葉片縮回排出的液體體積補(bǔ)償了葉片在壓油腔所占的體積。第三章液壓泵

如不考慮葉片厚度，在一定的條件下，則理論上雙作用葉片泵無(wú)流量脈動(dòng)。這是因?yàn)樵趬河蛥^(qū)位于壓油窗口的葉片不會(huì)造成它前后兩個(gè)工作腔之間的隔絕不通，此時(shí)，這兩個(gè)相鄰的工作腔已經(jīng)連成一體，形成了一個(gè)組合的密封工作腔。隨著轉(zhuǎn)子的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，位于大、小半徑圓弧處的葉片均在圓弧上滑動(dòng)，因此組合密封工作腔的容積變化率是均勻的。實(shí)際上，由于存在制造工藝誤差，兩圓弧有不圓度，也不可能完全同心；其次，葉片有一定的厚度，根部又連通壓油腔，葉片底槽在吸油區(qū)時(shí)，消耗壓力油，但在壓油區(qū)時(shí)，壓力油又被壓出，同樣會(huì)造成了流量脈動(dòng)。由理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，雙作用葉片泵的脈動(dòng)率在葉片數(shù)為4的整數(shù)倍且大于8時(shí)最小，故雙作用葉片泵的葉片數(shù)通常取為12或16。第三章液壓泵3.雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）定子過(guò)渡曲線定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成（見圖）。理想的過(guò)渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動(dòng)時(shí)的徑向速度和加速度變化均勻，而且應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過(guò)渡曲線和圓弧交接點(diǎn)處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲。目前雙作用葉片泵一般都使用綜合性能較好的等加速、等減速曲線或高次曲線作為過(guò)渡曲線。第三章液壓泵（2）葉片安放角如圖所示，葉片在壓油區(qū)工作時(shí)，它們均受定子內(nèi)表面推力的作用不斷縮回槽內(nèi)。當(dāng)葉片在轉(zhuǎn)子中徑向安放時(shí)，定子表面對(duì)葉片作用力的方向與葉片沿槽滑動(dòng)的方向所成的壓力角β較大，因而葉片在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦力也較大，使葉片滑動(dòng)困難，甚至被卡住或折斷。為了解決這一矛盾，可以將葉片不按徑向安放，而是順轉(zhuǎn)向前傾一個(gè)角度θ，這時(shí)的壓力角就是。壓力角的減小有利于葉片在槽內(nèi)的滑動(dòng)，所以雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片槽常做成向前傾斜一個(gè)安放角θ。在葉片前傾安放時(shí)，葉片泵的轉(zhuǎn)子就不允許反轉(zhuǎn)。雙作用葉片泵葉片傾角上述的葉片安放形式不是絕對(duì)的，實(shí)踐表明，通過(guò)配流孔道以后的壓力油引入到葉片根部后，其壓力值小于葉片頂部所受的壓油腔壓力，因此在壓油區(qū)推壓葉片縮回的力除了定子內(nèi)表面的推力之外，還有液壓力（由頂部壓力與根部壓力之差引起），所以上述壓力角過(guò)大使葉片難以縮回的推理就不十分確切。目前，有些葉片泵的葉片作徑向安放仍能正常工作。第三章液壓泵（3）端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償葉片泵同樣存在著泄漏問(wèn)題，特別是端面的泄漏。為了減少端面泄漏，采取的間隙自動(dòng)補(bǔ)償措施是將配流盤的外側(cè)與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向定子。泵的工作壓力愈高，配流盤就會(huì)愈加貼緊定子。同時(shí)，配流盤在液壓力作用下發(fā)生變形，亦對(duì)轉(zhuǎn)子端面間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。（4）提高工作壓力的主要措施雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子所承受的徑向力是平衡的，因此工作壓力的提高不會(huì)受到這方面的限制。同時(shí)泵采用配流盤對(duì)端面間隙進(jìn)行補(bǔ)償后，泵在高壓下工作也能保持較高的容積效率。雙作用葉片泵工作壓力的提高，主要受葉片與定子內(nèi)表面之間磨損的限制。前面已經(jīng)提到，為了保證葉片頂部與定子內(nèi)表面緊密接觸，所有葉片的根部都是與壓油腔相通的。當(dāng)葉片處于吸油區(qū)時(shí)，其根部作用著壓油腔的壓力，頂部卻作用著吸油腔的壓力，這一壓力差使葉片以很大的力壓向定子內(nèi)表面，加速了定子內(nèi)表面的磨損。當(dāng)泵的工作壓力提高時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就更顯突出，所以必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，使吸油區(qū)葉片壓向定子的作用力減小。第三章液壓泵

可以采取的措施有多種，下面介紹在高壓葉片泵中常用的雙葉片結(jié)構(gòu)和子母葉片結(jié)構(gòu)。(a)雙葉片結(jié)構(gòu)。如圖所示，在轉(zhuǎn)子2的每一槽內(nèi)裝有兩片葉片1，葉片的頂端和兩側(cè)面的倒角構(gòu)成V形通道，使根部壓力油經(jīng)過(guò)通道進(jìn)入頂部（圖中未標(biāo)出通油孔道），這樣，葉片頂部和根部壓力相等，但承壓面積并不一樣，從而使葉片1壓向定子3的作用力不致過(guò)大。第三章液壓泵1－葉片；2－轉(zhuǎn)子；3－定子

第三章液壓泵(b)子母葉片結(jié)構(gòu)。子母葉片又稱復(fù)合葉片，如圖所示。定子，轉(zhuǎn)子，母葉片，子葉片，壓力通道，中間壓力腔，壓力平衡孔各部分的作用。P1,P2,B,b,t的含義第三章液壓泵(b)子母葉片結(jié)構(gòu)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)。母葉片的根部L腔經(jīng)轉(zhuǎn)子2上的油孔始終和頂部油腔相通，而子葉片4和母葉片1之間的小腔C通過(guò)配流盤經(jīng)壓力平衡K槽總是接通壓力油。葉片作用在定子上的力：在吸油區(qū)，，則。在排油區(qū)，

，故

。為了使母葉片和定子的接觸壓力適當(dāng)，需正確選擇子葉片和母葉片的寬度之比。第三章液壓泵（5）減振槽圖2-14(P51)，由于雙作用葉片泵的工作壓力較高，為避免兩葉片間的閉死容積在吸油、壓油腔之間轉(zhuǎn)移時(shí)，因壓力突變而引起壓力沖擊，導(dǎo)致葉片的撞擊噪聲，一般在配流盤的吸油、壓油窗口的前端開有三角形減振槽，三角尖槽與配流窗口尾端之間的封油角小于兩葉片之間的夾角，對(duì)配流窗口前端開有減振槽的雙作用葉片泵不允許反轉(zhuǎn)。第三章液壓泵4.單作用葉片泵(1)單作用葉片泵的工作原理圖為單作用葉片泵工作原理圖。與雙作用葉片泵明顯不同的是，單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是一個(gè)圓形，轉(zhuǎn)子與定子間有一偏心量e，兩端的配流盤上只開有一個(gè)吸油窗口和一個(gè)壓油窗口。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，每一葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)一次，每相鄰兩葉片間的密封容腔容積發(fā)生一次增大和縮小的變化，容積增大時(shí)通過(guò)吸油窗口吸油，容積減小時(shí)通過(guò)壓油窗口將油擠出。圖

單作用葉片泵工作原理1－壓油口；2－轉(zhuǎn)子；3－定子；4－葉片；5－吸油口單作用葉片泵第三章液壓泵由于這種泵在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周過(guò)程中，每個(gè)密封容腔容積吸油壓油各一次，故稱為單作用葉片泵。又因這種泵的轉(zhuǎn)子受有不平衡的液壓作用力，故又稱不平衡式葉片泵。由于軸和軸承上的不平衡負(fù)荷較大，因而使這種泵工作壓力的提高受到了限制。改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e值，可以改變泵的排量，因此單作用葉片泵是變量泵。第三章液壓泵(2)單作用葉片泵的排量和流量單作用葉片泵的葉片轉(zhuǎn)到吸油區(qū)時(shí)，葉片根部與吸油窗口連通，轉(zhuǎn)到壓油區(qū)時(shí)，葉片根部與壓油窗口連通。因此，葉片的厚度對(duì)排量計(jì)算無(wú)影響。如圖所示，當(dāng)單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，每?jī)上噜徣~片間的密封容積變化量為V1-V2。泵的排量近似表達(dá)式為泵的實(shí)際流量為第三章液壓泵上式也表明，只要改變偏心距e，即可改變泵的輸出流量。單作用葉片泵的定子內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子外徑都為圓柱面，由于偏心安置，其容積變化是不均勻的，因此有流量脈動(dòng)。理論分析表明，葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)脈動(dòng)率較小，而且泵內(nèi)的葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率就越小?？紤]到上述原因和結(jié)構(gòu)上的限制，一般葉片數(shù)為13或15。第三章液壓泵(3)單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（a）為了調(diào)節(jié)泵的輸出流量，需移動(dòng)定子位置，以改變偏心距e。（b）徑向液壓作用力不平衡，因此限制了工作壓力的提高。單作用葉片泵的額定壓力一般不超過(guò)7MPa；（c）存在困油現(xiàn)象。由于定子和轉(zhuǎn)子兩圓柱面偏心安置，當(dāng)相鄰兩葉片同時(shí)在吸、壓油窗口之間的密封區(qū)內(nèi)工作時(shí)，封閉容腔會(huì)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。為了消除困油現(xiàn)象帶來(lái)的危害，通常在配流盤壓油窗口邊緣開三角形卸荷槽。（d）葉片后傾。單作用葉片泵葉片傾角安裝得主要矛盾不在壓油腔，而在吸油腔。因?yàn)閱巫饔萌~片泵在壓油區(qū)的葉片根部通壓力油，而在吸油區(qū)的葉片根部不通壓力油而與吸油口連通，為了使吸油區(qū)的葉片能在離心力的作用下順利甩出，葉片采取后傾一個(gè)角度安放。通常后傾角為24°。第三章液壓泵(4)限壓式變量葉片泵（a）外反饋式變量葉片泵的工作原理。下圖為外反饋限壓式變量葉片泵工作原理圖。轉(zhuǎn)子2的中心O1是固定的，定子3可以左右移動(dòng)，在限壓彈簧5的作用下，定子3被推向左端，使定子中心O2和轉(zhuǎn)子中心O1之間有一初始偏心量e0。它決定了泵的最大流量qmax。定子3的左側(cè)裝有反饋液壓缸6，其油腔與泵出口相通。1－最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2－轉(zhuǎn)子；3－定子；4－限定壓力調(diào)節(jié)螺釘；5－限壓彈簧；6－反饋液壓缸限壓式變量葉片泵第三章液壓泵

在泵工作過(guò)程中，液壓缸6的活塞對(duì)定子3施加向右的反饋力pA（A為液壓缸6活塞的有效作用面積）。若泵的工作壓力達(dá)到pB值時(shí)，定子所受的液壓力與彈簧力相平衡，有pBA=kx0（k為彈簧剛度，為彈簧的預(yù)壓縮量），這里pB稱為泵的限定壓力。當(dāng)泵的工作壓力p<pB時(shí)，pA<kx0，定子e0不動(dòng)，最大偏心距保持不變，泵的流量也維持最大值qmax；當(dāng)泵的工作壓力p>pB時(shí)，pA>kx0。限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心距減小，泵的流量也隨之迅速減小。（b）內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵的工作原理。內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵的工作原理與外反饋式相似，但是，泵的偏心距的改變不是依靠外反饋液壓缸，而是依靠?jī)?nèi)反饋液壓力的直接作用。內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸、壓油窗口布置如圖所示，由于存在偏角θ，壓油區(qū)的壓力油對(duì)定子3的作用力F在平行于轉(zhuǎn)子、定子中心連線O1O2的方向有一分力Fx。隨著液壓泵工作壓力p的升高，F(xiàn)x也增大。當(dāng)Fx大于限壓彈簧5的預(yù)緊力kx0時(shí)，定子3就向右移動(dòng)，減小了定子和轉(zhuǎn)子的偏心距，從而使流量相應(yīng)變小。第三章液壓泵第三章液壓泵（c）限壓式變量葉片泵的流量壓力特性。限壓式變量葉片泵的流量壓力特性曲線如圖所示。曲線表示泵工作時(shí)流量隨壓力變化的關(guān)系。當(dāng)泵的工作壓力小于pB時(shí)，其流量變化用斜線表示，它和水平線（理論流量qt）的差值Δq為泄漏量。此階段的變量泵相當(dāng)于一個(gè)定量泵，AB稱定量段曲線。點(diǎn)B為特性曲線的拐點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的壓力pB就是限定壓力，它表示泵在原始偏心距e0時(shí)，可達(dá)到的最大工作壓力。當(dāng)泵的工作壓力超過(guò)pB以后，限壓彈簧被壓縮，偏心距被減小，流量隨壓力增加而急劇減小，其變化情況用變量段曲線BC表示。C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力pC為極限壓力（又稱截止壓力）。流量壓力特性第三章液壓泵泵的最大流量由最大流量調(diào)節(jié)螺釘1調(diào)節(jié)，它可改變限壓式變量葉片泵特性曲線中A點(diǎn)的位置，使AB線段上下平移。泵的限定壓力由限定壓力調(diào)節(jié)螺釘4調(diào)節(jié)，它可改變特性曲線中B點(diǎn)的位置，使BC線段左右平移。若改變彈簧剛度k，則可改變BC線段的斜率。為得到較好的動(dòng)作靈敏度，可配置不同的彈簧，以滿足實(shí)際需要。

第三章液壓泵限壓式變量葉片泵的特點(diǎn)是：第一，流量可以自動(dòng)地改變來(lái)適應(yīng)于負(fù)載的實(shí)際需要，有利于系統(tǒng)節(jié)省能量；第二，可降低系統(tǒng)的工作溫度，延長(zhǎng)液壓油液和密封圈的使用壽命；第三，在系統(tǒng)中可以使用較小的油箱，可不用溢流閥或單向閥，從而簡(jiǎn)化液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。限壓式變量葉片泵常用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要有快慢速要求的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。測(cè)試題1、為防止產(chǎn)生（），液壓泵的安裝高度不能太（）。

2、當(dāng)泵的輸出壓力增高時(shí)，液壓泵的排量（），泵的泄漏（），泵的容積效率（）。3、液壓泵出口壓力取決于（）。4、外嚙合齒輪泵由于齒輪傳動(dòng)的重合度大于１，而產(chǎn)生（）現(xiàn)象，解決方法是（）。5、減少外嚙合齒輪泵徑向力的方法是（）。6、解決齒輪泵困油現(xiàn)象的方法是（）。7、目前提高齒輪泵容積效率的常用方法是（）。第三章液壓泵8、單作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽中的安裝方向?yàn)檠剞D(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向（）安裝，雙作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽中的安裝方向?yàn)檠剞D(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向（）安裝。9、液壓泵常見的配流方式有

（）（）（）。10、在液壓傳動(dòng)中最重要的兩個(gè)參數(shù)為（）、（），其乘積表示（）。

11、齒輪泵的泄漏有三個(gè)渠道，其中以（）最為嚴(yán)重。12、在以下液壓泵中，（）不能作為變量泵來(lái)使用。齒輪泵；B.單作用葉片泵；C.軸向柱塞泵；D徑向柱塞泵13、液