第3章 液壓動力元件

第一節(jié)

液壓泵概述第二節(jié)

齒輪泵第三節(jié)

葉片泵第四節(jié)

柱塞泵第五節(jié)

液壓泵的選用第三章液壓動力元件研究意義：1、向液壓系統(tǒng)提供動力源（壓力能）；2、能量轉換的核心元件。原理：液壓泵是靠密封容積的變化來工作的，一般稱為容積式液壓泵。分類第一節(jié)液壓泵概述一、液壓泵的工作原理及特點偏心輪柱塞缸體彈簧單向閥單向閥1、工作原理以單柱塞液壓泵原理為例：偏心輪旋轉，柱塞往復運動向右空間由小到大（吸油）向左空間由大到?。▔河停⒃瓌訖C輸入的機械能液體的壓力能；原動機不停旋轉，實現(xiàn)不斷的吸、壓油過程。功用：將電動機或其它原動機輸入的機械能轉換為液體的壓力能，向系統(tǒng)供油。液壓泵工作原理動畫2、液壓泵工作特點（1）具有密封空間且能產(chǎn)生周期性變化；（2）油箱的液體壓力必須等于或大于大氣壓（實現(xiàn)吸油）；（3）具有配油機構（隔開吸、壓油腔，保證有規(guī)律吸排液體）。

二、液壓泵的主要性能參數(shù)（1）工作壓力p：實際工作時輸出壓力

p=f(F)=F/A（與外負載及排油壓力損失有關）1、壓力Pa(N/m2)MPabar1MPa=10bar=10.2kgf/cm2=106Pa（2）額定壓力pn

：指泵在正常工作條件下，按實驗標準規(guī)定能夠連續(xù)運轉的最高壓力（受泵本身泄漏和結構強度限制）（3）最高允許壓力:泵短時間工作時的最高壓力值，一般超過額定壓力10～25%液壓系統(tǒng)所需要的壓力通常分為幾個等級，如下表。壓力分及低壓中壓中高壓高壓超高壓壓力（Mpa）2.52.5~88~1616~32>32排量V：2、排量和流量理論流量qvt：實際流量qv額定流量qn公稱流量銘牌流量不考慮泄露的情況下，單位時間內所排出的液體的體積。qvt=Vn泵工作時實際輸出的流量。qv=qvt-△qv指泵在正常工作條件下（額定轉速和額定壓力），按試驗標準規(guī)定必須保證的輸出流量。在沒有泄漏的情況下，泵每轉一周所排出的液體的體積。（定量泵和變量泵）qV≤qn≤qvt（1）泵的功率損失3、功率和效率表示方法：原因：指泵流量上的損失（qvt

＞qv

），實際輸出流量總是小于理論流量

1）容積損失:

1)內泄漏2)油液壓縮3)密封程度4)油液粘度大3、功率和效率2）機械損失:

原因：1)機械摩擦2)液體粘性

表示方法：指泵在轉矩上的損失實際輸入轉矩Ti＞理論上所需要的轉矩Tt（2）泵的功率1）輸入功率（T輸入轉矩、角速度）：作用在液壓泵上的機械功率。2）輸出功率（F，V）:液壓泵實際壓力和實際輸出流量的乘積。單位：W（3）泵的總效率液壓泵的功率：（4）泵的特性曲線T

q

ηq

tT

tTη

Vq

sη

mηT

1pq

液壓泵是由電動機驅動的，可根據(jù)液壓泵的功率計算出電動機所需要的功率，再考慮液壓泵的轉速，然后從樣本中合理地選定標準的電動機。 驅動液壓泵所需的電動機功率確定：式中，PM表示電動機所需的功率(W)；p泵表示泵所需的最大工作壓力(Pa)；q泵表示泵所需輸出的最大流量(m3/s)；η表示泵的總效率。

各種泵的總效率大致為 齒輪泵：0.6～0.7；葉片泵：0.6～0.75； 柱塞泵：0.8～0.85。(5)電動機參數(shù)選擇例題某液壓系統(tǒng)，泵的排量V＝10mL/r，電機轉速n＝1200rpm，泵的輸出壓力p=5Mpa泵容積效率ηv＝0.92，總效率η＝0.84，求：

1）

泵的理論流量；

2）泵的實際流量；

3）泵的輸出功率；

4）驅動電機功率。解：1）泵的理論流量

qvt=V×n×10-3=10×1200×10-3＝12L/min

2)泵的實際流量

qv

＝qvt×ηv＝12×0.92＝11.04L/min

3)泵的輸出功率

4）驅動電機功率第二節(jié)齒輪泵外嚙合齒輪泵工作原理吸油壓油端蓋結構圖動畫3、2、1外嚙合齒輪泵的工作原理工作原理：密封容積形成—齒輪、泵體內表面、前后端蓋圍成齒輪退出嚙合,容積↑吸油密封容積變化<

齒輪進入嚙合,容積↓壓油吸壓油口隔開—兩齒輪嚙合線及泵蓋工作原理動畫齒輪泵的流量計算排量計算

流量計算瞬時流量排量計算∵齒槽容積>輪齒體積∴取V=6.66zm2b式中m:模數(shù)

z:齒數(shù)

b:齒寬

n:泵轉速ηv:泵容積效率流量計算理論流量：qt=Vn=6.66zm2bn實際流量：q=qtηv=6.66zm2bnηv結論

1齒輪泵的qt是齒輪幾何參數(shù)和轉速的函數(shù)；

2∵轉速等于常數(shù)，流量等于常數(shù)

∴定量泵

3理論流量與出口壓力無關。3、2、2外嚙合齒輪泵的流量計算∵齒輪嚙合時，嚙合點位置瞬間變化，其工作容積變化率不相等?！嗨矔r流量不均勻—即脈動。（三）外嚙合齒輪泵存在的幾個問題1）泄漏內泄漏：即一部分液壓油從壓油腔流回吸油腔，沒有輸送到系統(tǒng)中去。泄漏降低了液壓泵的容積效率?？傊罕脡毫τ撸孤┯?。齒側泄漏—通過齒輪嚙合線處的間隙泄漏。約占齒輪泵總泄漏量的5%。徑向泄漏—通過頂隙，即泵體內表面和齒頂圓間的徑向間隙。軸向泄漏

—通過端面間隙即齒輪兩端面和蓋板間的間隙。約占齒輪泵總泄漏量的70%~80%3、2、4提高外嚙合齒輪泵壓力措施問題：齒輪泵存在間隙，p↑△q↑ηv↓提高齒輪泵壓力的方法：浮動軸套補償原理：

將壓力油引入軸套背面，使之緊貼齒輪端面，補償磨損，減小間隙。浮動軸套式2）徑向作用力不平衡2）徑向作用力不平衡產(chǎn)生原因：吸壓油腔壓力綜合作用產(chǎn)生徑向不平衡力分布規(guī)律：沿圓周從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐齒降低。危害：p↑，徑向不平衡力增大,輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn)生振動和噪聲①軸彎曲②軸承磨損2）徑向作用力不平衡改善措施：1）縮小壓油口，減小壓力油作用面積。增大泵體內表面和齒頂間隙，避免輪齒與泵體碰撞。2）開壓力平衡槽，會使泄漏增大，容積效率降低?！?/p>

為保證齒輪連續(xù)平穩(wěn)運轉，又能夠使吸壓油口隔開，齒輪嚙合時的重合度必須大于1。3）困油現(xiàn)象及其消除措施a)困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因困油現(xiàn)象動畫

a→b容積縮小

b→c容積增大∴有時會出現(xiàn)兩對輪齒同時嚙合的情況，故在齒向嚙合線間形成一個封閉容積。a→b:容積縮小p↑,高壓油從一切可能泄漏的縫隙強行擠出，使軸和軸承受很大沖擊載荷，泵劇烈振動，同時無功損耗增大，油液發(fā)熱。b→c:容積增大p↓,形成局部真空，產(chǎn)生氣穴，引起振動、噪聲、汽蝕等。總之：由于困油現(xiàn)象，使泵工作性能不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動、噪聲等，直接影響泵的工作壽命。b）困油引起的結果原則：a→b：密封容積減小，使之通壓油口b→c：密封容積增大，使之通吸油口b：

密封容積最小，隔開吸壓油方法：在泵蓋（或軸承座）上開卸荷槽以消除困油。c）消除困油的方法優(yōu)點：1）結構簡單尺寸小制造方便2）價格低廉3）工作可靠自吸力強4）對油污染不敏感，維護簡單缺點：1）承受徑向不平衡力摩擦嚴重2）泄漏大工作壓力提高受到限制3）壓力、流量脈動大噪音大4）排量不能調節(jié)（四）外嚙合齒輪泵優(yōu)缺點

齒輪泵通常被用于工作環(huán)境比較惡劣的各種低壓、中壓系統(tǒng)中。(a)單向定量液壓泵液壓泵的符號(d)雙向變量液壓泵(b)單向變量液壓泵(c)雙向定量液壓泵雙聯(lián)和三聯(lián)齒輪泵二、螺桿泵和內嚙合齒輪泵1、螺桿泵（1）基本組成泵體螺桿1凸螺桿（主動螺桿）

2凹螺桿（被動螺桿）（2）工作原理實質是一種外嚙合的擺線齒輪泵。①密封空間螺桿嚙合線分割成多個空間②空間變化左端形成（吸油）向右移動右端消失（壓油）③配流機構：嚙合線隔開高低壓腔螺桿泵原理動畫（3）結構特點

①螺桿直徑D↑槽深↑排量V↑②螺桿長度L↑密封層次↑壓力p↑（4）優(yōu)缺點①輸油均勻、平穩(wěn)（基本無脈動）②容積效率最高（達90～95%）③摩擦損失小，使用壽命長④對油污染不敏感⑤制造困難（5）應用范圍①精密機床、設備②作輸送泵2、內嚙合齒輪泵內嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種，其工作原理也是利用齒間密封容積的變化來實現(xiàn)吸油和壓油。無困油現(xiàn)象，流量脈動小。結構緊湊，尺寸小，重量輕，運轉平穩(wěn)，噪聲低，在高轉速工作時有較高的容積效率。低速高壓下工作時，壓力脈動大，容積效率低，一般用于中、低壓系統(tǒng)。在閉式系統(tǒng)中常用作補油泵。齒形復雜，加工困難，價格較貴，且不適合高速調壓工況。內嚙合齒輪泵-漸開線動畫內嚙合齒輪泵-擺動線動畫擺線泵（1）工作原理①密封空間嚙合形成外齒輪凹齒齒數(shù)7、9、11內齒輪凸齒齒數(shù)6、8、10②空間變化偏心e=2～5mme↑q↑③配流機構端蓋上有配流槽（2）特性①結構小巧②q、p脈動小噪音?、圻\動件磨損小壽命長④齒形復雜制造困難（3）應用較多用于汽車、拖拉機潤滑系統(tǒng)（曲軸等）。(a)單向定量液壓泵液壓泵的符號(d)雙向變量液壓泵(b)單向變量液壓泵(c)雙向定量液壓泵第三節(jié)葉片泵運轉平穩(wěn)、壓力脈動小，噪音??；結構緊湊、尺寸小、流量大、壽命較長。優(yōu)點對油液要求高，如油液中有雜質，則葉片容易卡死；與齒輪泵相比結構較復雜。缺點廣泛應用于機械制造中的專用機床，自動線等中、低壓液壓系統(tǒng)中。分類

按照轉子旋轉一周密閉工作腔吸排油次數(shù)不同，分為兩種結構形式：單作用葉片泵；雙作用葉片泵。單作用葉片泵多為變量泵；雙作用葉片泵為定量泵。1）工作原理：葉片泵原理-雙作用動畫①密封空間葉片、轉子、定子、配油盤等圍成②空間變化軸轉動（2、4象限吸油，1、3象限壓油）③配流機構配油盤（2、4象限吸油口，1、3象限壓油口）葉片泵定子內表面近似橢圓，轉子和定子同心安裝，有兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)對稱布置。1.雙作用葉片泵1）∵轉子轉一轉，吸、壓油各兩次?！喾Q雙作用式2）∵吸、壓油口對稱，轉子和軸承所受的徑向液壓力平衡。∴稱平衡式葉片泵3）葉片伸縮伸離心力（不夠大）液壓力（接高壓油到葉片底部）縮隨定子內表面過渡曲線壓回2)特點：由葉片泵的工作原理可知，當葉片泵每轉一周，每兩葉片間油液的排出量等長半徑R圓弧段的容積和短半徑r圓弧段的容積之差，若不計葉片所占的體積，泵的排量正好為環(huán)形體積的兩部。R—定子長半徑r—定子短半徑b—轉子厚度n—泵的轉速ηv—泵容積效率雙作用葉片泵的平均實際流量

3）排量和流量：雙作用葉片泵為定量泵，存在流量脈動，當葉片數(shù)為4的整數(shù)倍時流量脈動較小，故通常取葉片數(shù)為12或16。一般

q=6～100L/minn=1000～1500r/m4）基本結構：定子曲線四段圓弧曲線：封油曲線；四段過渡曲線：工作曲線過渡曲線采用：等加速等減速曲線葉片傾角：前傾θ=10°～14°減少徑向力，防止葉片折斷。5）提高雙作用葉片泵壓力的措施1、采取措施減小葉片底部油液壓力（裝阻尼槽、減壓閥）減小葉片承壓面積子母葉片b.階梯葉片1）雙級葉片泵2、雙級葉片泵和雙聯(lián)葉片泵由兩個單級葉片泵串接而成，轉子裝在一根動力軸上。工作壓力：為單級的兩倍。職能符號：2、雙級葉片泵和雙聯(lián)葉片泵2）雙聯(lián)葉片泵

由兩個單級葉片泵串接而成，轉子裝在一根動力軸上。流量：可得兩種不同流量，可用于需要兩種互不影響的獨立油路中。職能符號：1）組成：傳動軸、定子、轉子、葉片、配油盤、殼體等。3、單作用葉片泵與雙作用式相比差異之處：

1）定子內表面：圓表面

2）定子、轉子偏置e3）配油盤上兩個槽532412）工作原理3、單作用葉片泵吸壓油腔隔開：配油盤上封油區(qū)和葉片密封腔形成：密封腔變化由定子、轉子、葉片、配流盤圍成。

右半周，葉片伸出，v密↑，吸油左半周，葉片縮回，v密↓，壓油葉片泵原理-單作用動畫532413）實際流量結論：

e大小變化，流量大小變化；方向變化，輸油方向變化；故：單作用葉片泵可做雙向變量泵。實際流量：q=Vn=4πRebnηvV=π[(R+e)2-(R-e)2)b=4πReb單作用葉片油泵的理論排量4）特點1.∵轉子轉一轉，吸壓油各一次?！喾Q單作用式2∵吸壓油口各半，徑向力不平衡。

∴稱非平衡式葉片泵，一般不宜用于高壓，p額＜7MPa3.改變定子和轉子之間的偏心量即可改變流量

：e↑q↑(變量泵）e反向吸壓油口反向（雙向泵）4）特點4.葉片數(shù)與安裝角葉片數(shù)：奇數(shù)13、15

脈動小。

安裝角：后傾φ=20~30°

為減小葉片與定子間摩擦，葉片底部吸壓油分別通各自油腔，葉片頂部和底部所受液壓力平衡，葉片向外伸出主要靠旋轉的離心力實現(xiàn)。后傾更利于葉片在離心力作用下與定子接觸。4、限壓式外反饋變量葉片泵在單作用式葉片泵的基礎上，增加了三個裝置：a）限壓彈簧b）反饋柱塞c）調節(jié)螺釘1)結構：作用:當壓力升高到預調的限定壓力后，流量自動減小。2)工作原理根據(jù)泵出口負載壓力的大小自動調節(jié)泵的排量。柱塞的液壓力F=p·A(A柱塞底面積）當彈簧選定時，ks一定，F(xiàn)S=ks·x0

（x0預壓縮量）1)當pA<ksx0時，定子不動，e=e0=emax，q=

qmax2)當pA=ksx0時，定子即將移動，e=e0=emax，q=

qmax

此時：pB=ksx0/A，pB即為泵的限定壓力。3）當pA>ksx0時，定子右移，e↓q↓，e0q0

p·A=ks(

x0+x),x為附加壓縮量2)工作原理2)工作原理最高輸出壓力通過彈簧和調節(jié)螺釘控制，所以稱為限壓式。反饋控制作用在定子套外部，稱為外反饋。2)特征曲線工作原理動畫調節(jié)彈簧的預緊力Fs

，可以使BC段左右平移，改變pb和pmax值；調節(jié)柱塞的限位螺釘，可以調節(jié)emax，使AB段上下平移，從而調節(jié)了泵的最大輸出流量和pmax值；更換彈簧，可以改變彈簧的剛度k，從而可以改變BC段的斜率（pc不變，pmax隨之變化）。在使用過程中，可以調整改變泵的流量-壓力特性：(a)單向定量液壓泵液壓泵的符號(d)雙向變量液壓泵(b)單向變量液壓泵(c)雙向定量液壓泵限壓式變量葉片泵與雙作用葉片泵的區(qū)別1）葉片底部通油情況2)葉片傾角3）結構例題某變量葉片泵轉子外徑d=83mm，定子內徑D=89mm，葉片寬度B=30mm，試求：（1）葉片泵排量為16ml/r時的偏心量e；（2）葉片泵最大可能的排量VBmax（轉子與外部定子之間必須保持0.5mm的最小間隙）。

靠柱塞在缸體中作往復運動造成密封容積的變化來實現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵。第四節(jié)柱塞泵與齒輪泵和葉片泵相比的優(yōu)點：1、構成密封容積的柱塞和缸孔為圓柱表面，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可達到92%-98%，額定工作壓力高，可達35MPa；2、只需改變柱塞的工作行程就能改變排量和流量，易于實現(xiàn)變量；與齒輪泵和葉片泵相比的優(yōu)點：3、柱塞泵中的主要零件均受壓應力作用，材料強度性能可得到充分利用。流量壓力脈動小，運轉平穩(wěn)。4、工作轉速高，功率重量比是所有泵中最大的。5、零件制造精密，成本高；使用時對油液的清潔度要求高。

由于柱塞泵壓力高，結構緊湊，效率高，流量調節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應用。按柱塞排列軸向柱塞泵徑向柱塞泵

斜盤式斜軸式第四節(jié)柱塞泵軸向柱塞泵是指柱塞與缸體的軸線相平行。徑向柱塞泵指柱塞排列形式是跟輸出軸垂直的。1.軸向柱塞泵（斜盤式）1)組成:配油盤、柱塞、缸體、傾斜盤等2)工作原理V密形成：柱塞和缸體配合形成V密變化，缸體逆轉：右半周,V密增大，吸油，左半周，V密減小，壓油吸壓油口隔開：配油盤上的封油區(qū)及缸體底部的通油孔斜盤式軸向柱塞泵動畫3)排量和流量d柱塞直徑

γ斜盤傾角D柱塞分布圓直徑Dtanγ柱塞的行程z柱塞數(shù)排量流量1.軸向柱塞泵（斜盤式）3)排量和流量排量流量∵γ=0q=0γ大小變化，流量大小變化;γ方向變化，輸油方向變化；∴斜盤式軸向柱塞泵可作雙向變量泵。1.軸向柱塞泵（斜盤式）4)軸向柱塞泵的典型結構靜壓支撐動畫4）“滑履”結構改善了柱塞與斜盤接觸情況改為面接觸應力↓摩擦↓靜壓軸承作用摩擦↓5、變量機構①手動螺母絲桿式②伺服閥式4—滑履5—柱塞6—缸體7—配油盤8—傳動軸1—閥芯2—鉸鏈3—斜盤4—活塞5—殼