第3章 液壓動(dòng)力元件3

3.4

柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動(dòng)方式的不同分軸向柱塞泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵柱塞的軸線和傳動(dòng)軸的軸線平行徑向柱塞泵柱塞的軸線和傳動(dòng)軸的軸線垂直軸向柱塞泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為斜盤式和斜軸式兩大類，目前我國生產(chǎn)的三個(gè)基本系列為CY14-1型、ZB型、Z*B型,并且結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變量等優(yōu)點(diǎn)。不論在國防工業(yè)，民用工業(yè)都廣泛得到應(yīng)用，一般在液壓系統(tǒng)若需高壓時(shí)，均用它來發(fā)揮作用，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、起重機(jī)械等設(shè)備的液壓系統(tǒng)。2/3/20231武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院一配流軸式徑向

柱塞泵缸體均布有五~七個(gè)柱塞孔，柱塞底部空間為密閉工作腔。柱塞其頭部滑履與定子內(nèi)圓接觸。定子與缸體存在偏心。配流軸傳動(dòng)軸2/3/20232武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院配流軸式徑向柱塞泵

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)配流軸配流，因配流軸上與吸、壓油窗口對(duì)應(yīng)的方向開有平衡油槽，使液壓徑向力得到平衡，容積效率較高。柱塞頭部裝有滑履，滑履與定子內(nèi)圓為面接觸，接觸面比壓很小?？梢詫?shí)現(xiàn)多泵同軸串聯(lián)，液壓裝置結(jié)構(gòu)緊湊。改變定子相對(duì)缸體的偏心距可以改變排量，且變量方式多樣。排量流量由于柱塞在缸體中移動(dòng)的速度是變化的，各個(gè)柱塞在缸中移動(dòng)的速度也不相同，所以徑向柱塞泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。柱塞數(shù)為奇數(shù)要比柱塞數(shù)為偶數(shù)時(shí)的瞬時(shí)流量脈動(dòng)小得多，因此，徑向柱塞泵的柱塞數(shù)為奇數(shù)。2/3/20233武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院圖3-18直軸式軸向柱塞泵的工作原理1—傳動(dòng)軸2—斜盤3—柱塞4—缸體5—配流盤缸體直接安裝在傳動(dòng)軸上，通過斜盤使柱塞相對(duì)缸體往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓力和功率較小者，以柱塞的球端直接與斜盤做點(diǎn)接觸；壓力和功率較大者，柱塞通常是通過滑履與斜盤接觸。依靠柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得密封油腔容積變化而實(shí)現(xiàn)吸油和壓油當(dāng)傳動(dòng)軸帶著缸體和柱塞一起旋轉(zhuǎn)時(shí)（圖示逆時(shí)針），柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)，柱塞逐漸向外伸出，使缸體內(nèi)密封油腔容積增加，形成局部真空，于是油液就通過配油盤的吸油窗口a進(jìn)入缸體中。在自上而下的半周內(nèi)，柱塞被斜盤推著逐漸向里縮回，使密封油腔容積減小，將液體從配油窗口b排出去。缸體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，完成一次吸油和一次壓油。軸向柱塞泵2/3/20234武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院軸向柱塞泵柱塞行程柱塞泵排量實(shí)際輸出流量Z56789101112σq%4.9813.92.537.81.535.01.023.53柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)，脈動(dòng)較小，當(dāng)柱塞數(shù)愈多，則脈動(dòng)率σq愈小。2/3/20235武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院軸向柱塞泵的

工作特點(diǎn)(2)缸體端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償。使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機(jī)械裝置或彈簧的推力外，還有柱塞孔底部臺(tái)階面上所受的液壓力，它比彈簧力大很多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受力緊貼著配油盤，就使端面間隙得到了補(bǔ)償。(3)滑履結(jié)構(gòu)。在柱塞頭部裝一滑履?；陌挫o壓原理設(shè)計(jì)，缸體中的壓力油經(jīng)柱塞球頭中間小孔流入滑履油室，致使滑履和斜盤間形成液體潤(rùn)滑，因此改善了接觸應(yīng)力。使用這種結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵壓力可達(dá)32MPa以上，流量也可以很大。(4)軸向柱塞泵沒有自吸能力?？考釉O(shè)輔助設(shè)備，采用回程盤或在每個(gè)柱塞后加返回彈簧，也可在柱塞泵前安裝一個(gè)輔助泵提供低壓油液強(qiáng)行將柱塞推出，以便吸油充分。(1)柱塞和柱塞孔的加工、裝配精度高。柱塞上開設(shè)均壓槽，以保證軸孔的最小間隙和良好的同心度，使泄漏流量減小。2/3/20236武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院缸體柱塞滑履組配流盤2/3/20237武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院變量機(jī)構(gòu)變量軸向柱塞泵中的主體部分大致相同，其變量機(jī)構(gòu)有各種結(jié)構(gòu)型式，有手動(dòng)、手動(dòng)伺服、恒功率、恒流量、恒壓變量等。2/3/20238武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院2/3/20239武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院斜盤式軸向柱塞泵

的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三對(duì)磨擦副：柱塞與缸體孔，缸體與配流盤，滑履與斜盤。容積效率較高，額定壓力可達(dá)31.5MPa。泵體上有泄漏油口。傳動(dòng)軸是懸臂梁，缸體外有大軸承支承。為減小瞬時(shí)理論流量的脈動(dòng)性，取柱塞數(shù)為奇數(shù)：5，7，9。

為防止密閉容積在吸、壓油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽或減振孔。2/3/202310武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院斜軸式無鉸

軸向柱塞泵工作原理與斜盤式軸向柱塞泵類似，只是缸體軸線與傳動(dòng)軸不在一條直線上，它們之間存在一個(gè)擺角β，柱塞與傳動(dòng)軸之間通過連桿連接。傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)通過連桿撥動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)制帶動(dòng)柱塞在缸體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，不僅可增大擺角來增大流量，且耐沖擊、壽命長(zhǎng)。2/3/202311武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院軸向柱塞馬達(dá)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。應(yīng)用作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。2/3/202312武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院低速大扭矩馬達(dá)

單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)2/3/202313武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院結(jié)構(gòu)原理呈五星狀（或七星狀）的殼體內(nèi)均勻分布著柱塞缸。柱塞與連桿鉸接，連桿的另一端與曲軸偏心輪外圓接觸。高壓油進(jìn)入部分柱塞缸頭部，高壓油作用在柱塞上的作用力對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中心形成轉(zhuǎn)矩。另外部分柱塞缸與回油口相通。曲軸為輸出軸。配流軸隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)，各柱塞缸依次與高壓進(jìn)油和低壓回油相通（配流套不轉(zhuǎn)），保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。排量公式

v=πd2ez/2d為柱塞直徑；e為曲軸偏心距；z為柱塞數(shù)。應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸旋轉(zhuǎn)，也可以是曲軸固定殼體旋轉(zhuǎn)（可驅(qū)動(dòng)車輪或卷筒），但體積重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速穩(wěn)定性較差。采用靜壓支承或靜壓平衡后最低轉(zhuǎn)速可達(dá)3r/min。2/3/202314武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院低速大扭矩馬達(dá)

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)2/3/202315武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院結(jié)構(gòu)原理

殼體內(nèi)環(huán)由x個(gè)導(dǎo)軌曲面組成，每個(gè)曲面分為a、b兩個(gè)區(qū)段；缸體徑向均布有z個(gè)柱塞孔，柱塞球面頭部頂在滾輪組橫梁上，使之在缸體徑向槽內(nèi)滑動(dòng)；柱塞、滾輪組組成柱塞組件，a段導(dǎo)軌對(duì)柱塞組件的法向反力的切向分力對(duì)缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；配流軸圓周均布2x個(gè)配流窗口，其中x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于a段，通高壓油，x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于b段，通回油（x≠z)；輸出軸，缸體與輸出軸連成一體。2/3/202316武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院排量公式

v=（πd2/4）sxyzs為柱塞行程；x為作用次數(shù)；y為柱塞排數(shù)；z為每排柱塞數(shù)。應(yīng)用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，徑向力平衡，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，普遍用于工程、建筑、起重運(yùn)輸、煤礦、船舶、農(nóng)業(yè)等機(jī)械中。2/3/202317武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院液壓泵

的分類和選用按運(yùn)動(dòng)部件的形狀和運(yùn)動(dòng)方式分為齒輪泵，葉片泵，柱塞泵，螺桿泵。齒輪泵又分外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵葉片泵又分雙作用葉片泵，單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵柱塞泵又分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵按排量能否變量分定量泵和變量泵。單作用葉片泵，徑向柱塞泵和軸向柱塞泵可以作變量泵按工作特點(diǎn)選用：是否要求變量要求變量選用變量泵。工作壓力柱塞泵的額定壓力最高。工作環(huán)境齒輪泵的抗污能力最好。噪聲指標(biāo)雙作用葉片泵和螺桿泵屬低噪聲泵。效率軸向柱塞泵的總效率最高。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，也是液壓系統(tǒng)的核心元件。合理地選擇液壓泵對(duì)于降低能耗、提高效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作十分重要。2/3/202318武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院液壓泵和馬達(dá)

的選用原則應(yīng)根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對(duì)工作性能的要求，首先確定液壓泵的結(jié)構(gòu)類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號(hào)。從工作原理上講，它們是可逆的，但由于用途不同，故在結(jié)構(gòu)上各有其特點(diǎn)。因此，在實(shí)際工作中大部分泵和馬達(dá)是不可逆的。液壓泵選用原則液壓馬達(dá)是把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)變裝置。從能量互相轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，泵和馬達(dá)是統(tǒng)一體的矛盾著的兩個(gè)方面，它們可以依一定條件而變化。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即為泵，輸出壓力油（流量和壓力）；當(dāng)向其通入壓力油時(shí)，即為馬達(dá)，輸出機(jī)械能（扭矩和轉(zhuǎn)速）。2/3/202319武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院第3章內(nèi)容小結(jié)

一

泵、馬達(dá)的工作原理；⑴吸、排油原理——密封容積的形成和變化⑵變量原理——改變工作腔容積——改變定子偏心、改變柱塞行程二