液壓傳動課件

液壓傳動

（武漢科技大學(xué)）

1液壓傳動概述

1.1液壓傳動定義與發(fā)展概況一

1.2液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成

1.3液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)一

1.4液壓傳動的工作介質(zhì)

教學(xué)內(nèi)容：

本章首先介紹液壓傳動的定義、發(fā)展概況，接著討論液壓傳動的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，最后

簡介液壓傳動工作介質(zhì)的主要內(nèi)容和編號。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.從實(shí)例出發(fā)，深入淺出對液壓傳動進(jìn)行定義；

2.介紹液壓傳動的起源與發(fā)展過程；

3.簡介液壓傳動所的優(yōu)缺點(diǎn)、研究范圍與應(yīng)用領(lǐng)域；

4.簡介液壓傳動工作介質(zhì)的主要內(nèi)容。

教學(xué)難點(diǎn)：

1.怎么樣理解液壓傳動；

2.液壓傳動作為一門學(xué)科有什么意義；

教學(xué)方法：

課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來表示抽象概念。

教學(xué)要求：

重點(diǎn)掌握液壓傳動的本質(zhì)原理，?般了解液壓傳動的主要研究范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。

1.1液壓傳動定義與發(fā)展概況

1.1.1液壓傳動的定義

一部完整的機(jī)器是由原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)（含輔助裝置）組成。原動機(jī)

包括電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，

車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工

作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳

動機(jī)構(gòu)，其作用是把原動機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。

傳動機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動、電氣傳動和流體傳動機(jī)構(gòu)。流體傳動是以流體為工作介質(zhì)

進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。

液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主

要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。由于

液壓傳動有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交

通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天

航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。

1.1.2液壓傳動的發(fā)展概況

液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原

理，18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動已有2?3百年的歷史，只是由于早期

技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,

對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期

間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。

第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六

角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì)30年代才用上了液壓傳動。第二次世界大戰(zhàn)期間，在

兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動作準(zhǔn)的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，

也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂

和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制

造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、

微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測

在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加

工中心、冶金自動線等。采用液壓傳動的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

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1.2液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理

圖1.1為磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。液壓泵4在電動機(jī)(圖中未畫出)的帶動下旋轉(zhuǎn),

油液由油箱1經(jīng)過濾器2被吸入液壓泵，由液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥11,節(jié)流閥

13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的

油液經(jīng)換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖1.1(b)所示的狀態(tài)，則壓力油進(jìn)入

液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排

回油箱。工作臺19的移動速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸18的油液

增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的

壓力油除了進(jìn)人節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥6流回油箱。如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換

成如圖1.1(c)所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時(shí)工作臺停止運(yùn)動,

液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。

19

圖1.1磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理

1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向

閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺

1()

9

圖1.2用圖形符號表示的磨床工作分液壓系統(tǒng)圖

1-油箱；2-過濾器;3-液壓泵;4-溢流閥；5-手動換向閥;6-節(jié)流閥；7-換向間;8-活塞;9-液壓缸

1.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成

從上述例子可以看出，液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓

傳動系統(tǒng)由以下兒部分組成：

(1)液壓泵(動力元件)：是將原動機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用

是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。

(2)執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓

缸和液壓馬達(dá)。

(3)控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行

控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。

(4)輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等

為輔助元件。

1.2.3液壓系統(tǒng)的圖形符號

圖1.1(a)所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但難于繪制。在

實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，?般都采用國標(biāo)GB/T786.1—93所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號(參看附

錄)來繪制，如圖1.2所示。圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油

路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過

程。使用圖形符號既便于繪制，又可使液壓系統(tǒng)簡單明了。

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1.3液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)

1.3.1液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。例如同功率液壓馬達(dá)的重量約只

有電動機(jī)的1/6左右。

(2)液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；

(3)液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻

繁的換向；

(4)操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá)2000：1),它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)

速；

(5)一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動面可自行潤滑，使用壽命長；

(6)容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動；

(7)既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)

大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動控制。

(8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。

1.3.2液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)

(1)液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏造成的。

(2)工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。

(3)山于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場地，而且

還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。

(4)為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對油液的污染比較敏感。

總的說來，液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)最突出的，它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)己大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

而進(jìn)一步得到克服。

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1.4液壓傳動的工作介質(zhì)

1.4.1液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求

液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油(有部分液壓介質(zhì)已不含油的成份)。液壓介質(zhì)的性能對液壓系統(tǒng)的工作

狀態(tài)有很大影響，對液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的基本要求如下：

(1)有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?/p>

粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起

著重要作用。粘度過高，各部件運(yùn)動阻力增加，溫升快，泵的自吸能力下降，同時(shí)，管道壓力降和功率損

失增大。反之，粘度過低會增加系統(tǒng)的泄漏，并使液壓油膜支承能力下降，而導(dǎo)致摩擦副間產(chǎn)生摩擦。所

以工作介質(zhì)要有合適的粘度范圍，同時(shí)在溫度、壓力變化下和剪切力作用下，油的粘度變化要小。

液壓介質(zhì)粘度用運(yùn)動粘度。表示。在國際單位制中。的單位是"尸/s,而在實(shí)用上油的粘度用

2

mmIs(cSt,厘海)表示。

粘度是液壓油(液)劃分牌號的依據(jù)。按國標(biāo)GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號用粘度的等級表

示，即用該液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動粘度中心值表示。

表1.1是常用液壓油的新、舊粘度等級牌號的對照(注：82年以前的舊標(biāo)準(zhǔn)是以50℃時(shí)的粘度值作為

液壓油的粘度等級牌號)。

表1.1常用液壓油的牌號和粘度

ISO3448-92GB/T3141-944(TC的運(yùn)動粘度83-90年的82年以前相近的

粘度等級粘度等級（現(xiàn)牌號）厘施過渡牌號舊牌號

ISOVG151513.5—16.5N1510

ISOVG222219.8—24.2N2215

ISOVG323228.8—35.2N3220

ISOVG464641.4—50.6N4630

ISOVG686861.2—74.8N6840

ISOVGI0010090-110N10060

所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特

性通常用粘度指數(shù)表示。一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時(shí)，為了獲得較高的容積效率，不使油

的粘度過低，應(yīng)采用高牌號液壓油；低溫時(shí)或泵的吸入條件不好時(shí)（壓力低，阻力大），應(yīng)采用低牌號液壓

汕。

（2）氧化安定性和剪切安定性好。

工作介質(zhì)與空氣接觸，特別是在高溫、高壓下容易氧化、變質(zhì)。氧化后酸值增加會增強(qiáng)腐蝕性，氧化

生成的粘稠狀油泥會堵塞濾油器，妨礙部件的動作以及降低系統(tǒng)效率。因此，要求它具有良好的氧化安定

性和熱安定性。

剪切安定性是指工作介質(zhì)通過液壓節(jié)流間隙時(shí)，要經(jīng)受劇烈的剪切作用，會使一些聚合型增粘劑高分

子斷裂，造成粘度永久性下降，在高壓、高速時(shí)，這種情況尤為嚴(yán)重。為延長使用壽命，要求剪切安定性

好。

（3）抗乳化性、抗泡沫性好。

工作介質(zhì)在工作過程中可能混入水或出現(xiàn)凝結(jié)水?；煊兴值墓ぷ鹘橘|(zhì)在泵和其它元件的長期劇烈攪

拌下，易形成乳化液，使工作介質(zhì)水解變質(zhì)或生成沉淀物，引起工作系統(tǒng)銹蝕和腐蝕，所以要求工作介質(zhì)

有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空氣混入工作介質(zhì)后會產(chǎn)生氣泡，混有氣泡的介質(zhì)在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，

會產(chǎn)生異常的噪聲、振動，所以要求工作介質(zhì)具有良好的抗泡性和空氣釋放能力。

（4）閃點(diǎn)、燃點(diǎn)要高，能防火、防爆。

（5）有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。

（6）對人體無害，成本低。

1.4.2液壓介質(zhì)的種類

液壓傳動介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油和難燃液

壓液兩大類。

1.4.2.1石油基液壓油

（DL-HL液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加

劑調(diào)合而成，是當(dāng)前我國供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0℃以上的工作環(huán)境。其牌

號有：HL—32、HL—46、HL—68。在其代號上也中，L代表潤滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧

化型，最后的數(shù)字代表運(yùn)動粘度。

（2）L-HM液壓油（又名抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，除加有抗氧、防銹劑

外，主劑是極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于T5c以上的高壓、高速工程機(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。

其牌號有:州一32、HM—46、HM-68、HM—100、HM—150。

（3）L-HG液壓油（又名液壓一導(dǎo)軌油）：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，除普通液壓油所具有的全部添加劑

外，還加有油性劑，用于導(dǎo)軌潤滑時(shí)有良好的防爬性能。適用于機(jī)床液壓和導(dǎo)軌潤滑合用的系統(tǒng)。

（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）：用深度脫蠟的精制礦物油，加

抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。其粘溫特性好，有較好的潤滑性，以保

證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機(jī)床液壓系統(tǒng)。

（5）其它專用液壓油：如航空液壓油（紅油）、炮用液壓油、艦用液壓油等。

1.4.2.2難燃液壓液

難燃液壓液可分為合成型、油水乳化型和高水基型三大類。

（1）合成型抗燃工作液

①水一乙二醉液（L-HFC液壓液）：這種液體含有35%?55%的水，其余為乙二醉及各種添加劑（增稠

劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是凝點(diǎn)低（—50℃）,有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于

要求防火的液壓系統(tǒng)，使用溫度范圍為-18?65℃。其缺點(diǎn)是價(jià)格高，潤滑性差，只能用于中等壓力（20Mpa

以下）。這種液體密度大，所以吸入困難。水一乙二醇液能使許多普通油漆和涂料軟化或脫離，可換用環(huán)

氧樹脂或乙烯基涂料p

②磷酸酯液（L-HFDR液壓液）這種液體的優(yōu)點(diǎn)是，使用的溫度范圍寬（-54??135℃）,抗燃性好，抗氧

化安定性和潤滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓下工作。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴（為液壓油的5~8倍）；

有毒性；與多種密封材料（如丁氟橡膠）的相容性很差，而與丁基膠、乙丙膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙

烯等均可相容。

（2）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB,L-HFAE液壓液）

油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一種液體以極小的液滴均勻地分散在另一種液體中所形

成的抗燃液體。分水包油乳化液和油包水乳化液兩大類。

（3）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液壓液）

這種工作液不是汕水乳化液。其主體為水，占95%,其余5%為各種添加劑（抗磨劑、防銹劑、抗

腐劑、乳化劑、抗泡劑、極壓劑、增粘劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，抗燃性好，不污染環(huán)境。其缺點(diǎn)是粘度

低，潤滑性差。

2液壓泵和液壓馬達(dá)

2.1液樂泵、嗎達(dá)概述

2.2齒輪泵

2.3葉片泵

2.5液壓馬達(dá)

2.6液壓泵及液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn)__________________________________________________

本章習(xí)題

內(nèi)容提要：本章主要內(nèi)容為①液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù)。②齒輪式、葉片式、

柱塞式液壓泵。③高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)。通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握這幾種泵和

馬達(dá)的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達(dá)怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、

及主要性能特點(diǎn)；了解不同類型的泵馬達(dá)之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定

基礎(chǔ)。

教學(xué)內(nèi)容：

本章首先介紹液壓泵和馬達(dá)的工作原理，接著介紹了齒輪泵及齒輪馬達(dá)、口卜片泵及葉片

馬達(dá)、柱塞泵及柱塞馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，最后簡介兒種泵和馬達(dá)的工作特點(diǎn)。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.對容積式泵和馬達(dá)工作原理進(jìn)行闡述，對容積式泵和馬達(dá)的效率進(jìn)行計(jì)算；

2.介紹兒種泵和馬達(dá)：齒輪泵及齒輪馬達(dá)、葉片泵及葉片馬達(dá)、柱塞泵及柱塞馬達(dá)的基

本結(jié)構(gòu)、工作原理與效率；

3.簡介幾種泵和馬達(dá)的工作特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域。

教學(xué)難點(diǎn)：

1.泵馬達(dá)的基本原理及效率計(jì)算;

2.柱塞泵及柱塞馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)與工作原理；

3.分析馬達(dá)產(chǎn)生輸出扭矩的方法。

教學(xué)方法：

課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來表示抽象概念，利用泵和馬達(dá)的拆

裝實(shí)驗(yàn)，了解液壓泵和馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及工作原理。

教學(xué)要求：

重點(diǎn)掌握泵馬達(dá)的基本原理及效率計(jì)算，了解葉片泵及葉片馬達(dá)、齒輪泵及齒輪馬達(dá)的

基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握柱塞泵及柱塞馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握分析馬達(dá)產(chǎn)生輸出

扭矩的方法。

2.1液壓泵、馬達(dá)概述

2.1.1容積式泵、馬達(dá)的工作原理

液壓泵和液壓馬達(dá)都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動，把輸入

的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的

動力源；液壓馬達(dá)則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做

功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

圖2.1容積泵的工作原理

在液壓傳動系統(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。圖2.1

為容積式泵的工作原理簡圖，凸輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2在凸輪和彈簧3的作用下，在缸體的柱

塞孔內(nèi)左、右往復(fù)移動，缸體與柱塞之間構(gòu)成了容積可變的密封工作腔4。柱塞向右移動時(shí),

工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過吸油閥5吸入；柱塞2向左移動時(shí)，工作腔容積變

小，已吸入的油液便通過壓油閥6排到系統(tǒng)中去。在工作過程中。吸、排油閥5、6在邏輯上

互逆，不會同時(shí)開啟。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。

液壓馬達(dá)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，迫

使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。但在實(shí)際中由于性能及

結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達(dá)不能互換。

液壓泵按其在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)

構(gòu)形式可以分為齒輪式，葉片式和柱塞式三大類；液壓馬達(dá)也具有相同的形式。

根據(jù)工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油是液壓泵的共同特點(diǎn)，因而這種泵又稱為容積

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(shí)現(xiàn)具有密封性能的可變工作容積。

(2)工作腔能周而復(fù)始地增大和減??；當(dāng)它增大時(shí)與吸油口相連，當(dāng)它減小時(shí)與排

油口相通。

(3)吸油口與排油口不能溝通，即不能同時(shí)開啟。

從工作過程可以看出，在不考慮油漏的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸入或排出的

油液體積只取決于工作構(gòu)件的兒何尺寸，如柱塞泵的柱塞直徑和工作行程。

在不考慮泄漏等影響時(shí)，液壓泵單位時(shí)間排出的油液體積與泵密封容積變化頻率成正比,

也與泵密封容積的變化量成正比；在不考慮液體的壓縮性時(shí)，液壓泵單位時(shí)間排出的液體體

積與工作壓力無關(guān)。

2.1.2液壓泵、馬達(dá)的基本性能參數(shù)

液壓泵的基本性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、排量、流量、功率和效率等。

工作壓力：指泵、馬達(dá)實(shí)際工作時(shí)的壓力，對泵來說，工作壓力是指它的輸出壓力；對

馬達(dá)來講，則是指它的輸入壓力。實(shí)際工作壓力取決于相應(yīng)的外負(fù)載。

額定壓力：泵、馬達(dá)在額定工況條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此

值就是過載。

排量：泵、馬達(dá)的軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔幾何體積變化所排出、吸入液體的體積，

亦即在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)動一周時(shí)油液體積的有效變化量。

理論流量：在單位時(shí)間內(nèi)由其密封容腔幾何體積變化而排出、吸入的液體體積。泵、馬

達(dá)的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積。

額定流量：指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和

額定壓力下泵輸出的流量。因?yàn)楸煤婉R達(dá)存在內(nèi)泄漏，油液具有壓縮性，所以額定流量和理

論流量是不同的。

功率和效率：液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量;

如果不考慮液壓泵、馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們

的理論功率是：

N=pq=2%n（2j）

式中：空,〃一液壓泵、馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩(N.m)和轉(zhuǎn)速(r/min)。

一液壓泵、馬達(dá)的壓力(Pa)和流量("7/s)

實(shí)際上，液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。

兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機(jī)械損失兩部分。

容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失，對液壓泵來說，輸出

壓力增大時(shí)，泵實(shí)際輸出的流量q減小。設(shè)泵的流量損失為為,則而泵的容積損

失可用容積效率”來表征

〃=2=亞二"=1一如

,%%%(2.2)

對液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量4必然大于它的理論流量%即。=%+力，它的

容積效率。

機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。對液壓泵來說，泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其

理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為馬,理論轉(zhuǎn)矩為(，則泵實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩為T+〃，

用機(jī)械效率以來表征泵的機(jī)械損失，則

。(2.4)

對于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失的存在，其實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T小于理論轉(zhuǎn)矩(，它的機(jī)

械效率"”為

液壓泵的總效率〃是其輸出功率和輸入功率之比，由式(2.1),式(2.2),式(2.4)可得

〃=(2.6)

液壓馬達(dá)的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比，可由式(2.1)、式(2.3)、式(2.5)

得到與式(2.6)相同的表達(dá)式。這就是說，液壓泵或液壓馬達(dá)的總效率都等于各自容積效率和

機(jī)械效率的乘積。

事實(shí)上，液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損

失有關(guān)，而泄漏及摩擦損失則與泵、馬達(dá)的工作壓力、油液粘度、泵和馬達(dá)轉(zhuǎn)速有關(guān)，為了

P

更確切的表達(dá)效率與這些原始參數(shù)之間的關(guān)系，以無因次壓力0V〃為變量來表示液壓泵、馬

P

達(dá)的效率。圖2.2給出了液壓泵、馬達(dá)無因次壓力外”與效率之間的關(guān)系，其中：夕，丫分別

為油液的密度和運(yùn)動粘度，其余符號意義同前，由圖可見，在不同的無因次壓力下，液壓泵

和馬達(dá)的這些參數(shù)值相似但不相同，而在不同的轉(zhuǎn)速和粘度下，液壓泵和液壓馬達(dá)的效率值

也不同的，可見液壓泵、馬達(dá)的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動介質(zhì)均會影響使用效率。

a）液壓泵b）液壓馬達(dá)

圖2.2液壓泵、馬達(dá)的特性曲線

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2.2齒輪泵

齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價(jià)格低廉，體積小,

重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點(diǎn)是流量和壓力脈動大，噪聲

大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備，冶金設(shè)備，建筑機(jī)械，工程機(jī)械，農(nóng)林

機(jī)械等各個(gè)行業(yè)。

齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，

而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵，下面分別介紹。

2.2.1外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵體及

側(cè)板等主要零件構(gòu)成。泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪2和3與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封

工作容積，齒輪的嚙合點(diǎn)將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí),

右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封工作腔容積不斷增大，形成部分真空，油液在大氣壓力

作用下從油箱經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪

齒不斷進(jìn)入嚙合，使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油

和壓油過程。在齒輪泵的嚙合過程中，嚙合點(diǎn)沿嚙合線，把吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。

圖2.3外嚙合齒輪泵的工作原理

1-泵體;2.主動齒輪;3-從動齒輪

2.2.2齒輪泵的流量和脈動率

外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個(gè)嚙合齒輪的齒谷容積之和，若假設(shè)齒谷容積等于

輪齒體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為z,模數(shù)為〃?，節(jié)圓直經(jīng)為d,有效齒高為人，齒寬為人時(shí)，根據(jù)

齒輪參數(shù)計(jì)算公式有d=MZ,〃=2加，齒輪泵的排量近似為

V=ndhb~iTtznvb(2.7)

實(shí)際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此，在實(shí)際計(jì)算中用

3.33?3.50來代替上式中乃值，齒數(shù)少時(shí)取大值。齒輪泵的排量為

V=(6.66~7)zm2b(2.8)

由此得齒輪泵的輸出流量為

2

q=(6.66~l)zmbnr]v(29)

實(shí)際上，由于齒輪泵在工作過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動，瞬時(shí)流量

也是脈動的。流量脈動會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振

動和噪聲。如果脈動頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致，還將引起共振，加劇振動和噪聲。若用4-X、

“min來表示最大、最小瞬時(shí)流量，%表示平均流量，則流量脈動率為

_qmaxqmin

a=---------------

q。(2.10)

它是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大,

并且齒數(shù)愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個(gè)弱點(diǎn)。

2.2.3齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖2.4所示，齒輪泵因受其自身結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)性能上其有以下特征。

圖2.4齒輪泵的結(jié)構(gòu)

1-殼體;2.主動齒輪;3-從動齒輪;4-前端蓋;5-后端蓋;6-浮動軸套;7-壓力蓋

2.2.3.1困油的現(xiàn)象

齒輪泵要平穩(wěn)地工作，齒輪嚙合時(shí)的重疊系數(shù)必須大于1,即至少有一對以上的輪齒同時(shí)

嚙合，因此，在工作過程中，就有一部分油液困在兩對輪齒嚙合時(shí)所形成的封閉油腔之內(nèi)，

如圖2.5所示，這個(gè)密封容積的大小隨齒輪轉(zhuǎn)動而變化。圖2.5(a)到2.5(b),密封容積逐漸減

??；圖2.5(b)到2.5(c),密封容積逐漸增大；圖2.5(c)到2.5(d)密封容積又會減小，如此

產(chǎn)生了密封容積周期性的增大減小。受困油液受到擠壓而產(chǎn)生瞬間高壓，密封容腔的受困油

液若無油道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等零件也受到附加

沖擊載荷的作用；若密封容積增大時(shí)，無油液的補(bǔ)充，又會造成局部真空，使溶于油液中的

氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。

困油現(xiàn)象使齒輪泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，并引起振動和汽蝕，同時(shí)降低泵的容積效率，影響

工作的平穩(wěn)性和使用壽命。消除困油的方法，通常是在兩端蓋板上開卸槽，見圖2.5(d)中

的虛線方框。當(dāng)封閉容積減小時(shí)，通過右邊的卸荒槽與壓油腔相通，而封閉容積增大時(shí)，通

過左邊的卸荷槽與吸油腔通，兩卸荷糟的間距必須確保在任何時(shí)候都不使吸、排油相通。

圖2.5齒輪泵的困油現(xiàn)象及消除措施

223.2徑向不平衡力

在齒輪泵中，油液作用在輪外緣的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋

轉(zhuǎn)的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用，工作壓力越高，徑向不平衡

力越大，徑向不平衡力很大時(shí)，能使泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂壓向定子的低壓端，使定子偏磨，

同時(shí)也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。為了減小徑向不平衡力的影響，常采取縮小壓

油口的辦法，使壓油腔的壓力僅作用在一個(gè)齒到兩個(gè)齒的范圍內(nèi)，同時(shí)，適當(dāng)增大徑向間隙,

使齒頂不與定子內(nèi)表面產(chǎn)生金屬接觸，并在支撐上多采用滾針軸承或滑動軸承。

223.3齒輪泵的泄漏通道及端面間隙的自動補(bǔ)償

在液壓泵中，運(yùn)動件間的密封是靠微小間隙密封的，這些微小間隙從運(yùn)動學(xué)上形成摩擦

副，同時(shí)，高壓腔的油液通過間隙向低壓腔的泄漏是不可避免的；齒輪泵壓油腔的壓力油可

通過三條途經(jīng)泄漏到吸油腔去：一是通過齒輪嚙合線處的間隙——齒側(cè)間隙，二是通過泵體

定子環(huán)內(nèi)孔和齒頂間的徑向間隙——齒頂間隙，三是通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙——端

面間隙。在這三類間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油就愈多。

因此，為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，實(shí)現(xiàn)齒輪泵的高壓化，需要從結(jié)構(gòu)上來取措施，

對端面間隙進(jìn)行自動補(bǔ)償。

通常采用的自動補(bǔ)償端面間隙裝置有：浮動軸套式和彈性側(cè)板式兩種，其原理都是引入

壓力油使軸套或側(cè)板緊貼在齒輪端面上，壓力愈高，間隙愈小，可自動補(bǔ)償端面磨損和減小

間隙。齒輪泵的浮動軸套是浮動安裝的，軸套外側(cè)的空腔與泵的壓油腔相通，當(dāng)泵工作時(shí)，

浮動軸套受油壓的作用而壓向齒輪端面，將齒輪兩側(cè)面壓緊，從而補(bǔ)償了端面間隙。

2.2.4內(nèi)嚙合齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種，其結(jié)構(gòu)示意可見圖2.6。這兩種內(nèi)嚙合齒輪

泵工作原理和主要特點(diǎn)皆同于外嚙合齒輪泵。在漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒

輪之間要裝一塊月牙隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開，如圖2.6(a)；擺線齒形嚙合齒輪泵

又稱擺線轉(zhuǎn)子泵，在這種泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪只相差一齒，因而不需設(shè)置隔板，如圖2.6

（b）o內(nèi)嚙合齒輪泵中的小齒輪是主動輪，大齒輪為從動輪，在工作時(shí)大齒輪隨小齒輪同向

旋轉(zhuǎn)。

圖2.6內(nèi)嚙合齒輪泵

1-吸油腔，2.壓油腔，3-隔板

內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，在高轉(zhuǎn)速工作時(shí)有較

高的容積效率。但在低速、高壓下工作時(shí)，壓力脈動大，容積效率低，所以一般用于中、低

壓系統(tǒng)。在閉式系統(tǒng)中，常用這種泵作為補(bǔ)油泵。內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點(diǎn)是齒形復(fù)雜，加工困

難，價(jià)格較貴，且不適合高速高壓工況。

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2.3葉片泵

葉片泵有單作用式和雙用式兩大類，它輸出流量均勻，脈動小，噪聲小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,

對油液的污染比較敏感。

2.3.1單作用葉片泵

23.1.1工作原理

圖2.7為單作用葉片泵的工作原理，泵由轉(zhuǎn)2、定子3、葉片4和配流盤等件組成。定子

的內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動，在轉(zhuǎn)

子轉(zhuǎn)動時(shí)的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是，兩相

鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個(gè)密封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖右

側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，油液通過吸油口5、配油盤上的

吸油窗口進(jìn)入密封工作腔；而在圖的左側(cè)，葉片往里縮進(jìn)，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔

中的油液排往配油盤排油窗口，經(jīng)排油口1被輸送到系統(tǒng)中去。這種泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一?轉(zhuǎn)的過程

中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。從力學(xué)上講，轉(zhuǎn)子上受有單方向的液壓不平衡

作用力，故又稱非平衡式泵，其軸承負(fù)載大。若改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距的大小，便可改

變泵的排量，形成變量葉片泵。

圖2.7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

2.3.1.2單作用葉片泵的平均流量計(jì)算

單作用葉片泵的平均流量可以用圖解法近似求出，圖2.8為單作用葉片泵平均流量計(jì)算原

理圖。假定兩葉片正好位于過渡區(qū)乃位置，此時(shí)兩葉片間的空間容積為最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿圖示

方向旋轉(zhuǎn)乃弧度，轉(zhuǎn)到定子/位置時(shí)，兩葉片間排出容積為AV的油液；當(dāng)兩葉從〃位置沿

圖示方向再旋轉(zhuǎn)"弧度，回到外位置時(shí)，兩葉片間又吸滿了容積為AV的油液。由此可見，

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，兩葉片間排出油液容積為AV。當(dāng)泵有z個(gè)葉片時(shí)。就排出z塊與AV相等的

油液容積，若將各塊容積加起來，就可以近似為環(huán)形體積，環(huán)形的大半經(jīng)為火+e,環(huán)形的小

半徑為R-e,因此，單作用葉片油泵的理論排量為

V=〃[(R+e>—(R—e)2]8=47ReB{2.11}

單作用葉片泵的流量為

q=Vn=Bn7,{2.12}

圖2.8單作用葉片泵的流量計(jì)算原理

0-轉(zhuǎn)子中心；r-轉(zhuǎn)子半徑；%-定子中心；R-定子半徑；e-偏心距；8-轉(zhuǎn)子寬度

單作用葉片泵的葉片底部小油室和工作油腔相通。當(dāng)葉片處于吸油腔時(shí)，它和吸油腔相

通，也參加吸油，當(dāng)葉片處于壓油腔時(shí)，它和壓油腔相通，也向外壓油，葉片底部的吸油和

排油作用，正好補(bǔ)償了工作油腔中葉片所占的體積，因此葉片對容積的影響可不考慮。

23.1.3單作用葉片泵和變量原理

就變量葉片泵的變量工作原理來分，有內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。

(1)限壓式內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵

內(nèi)反饋式變量泵操縱力來自泵本身的排油壓力，內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸，排油

窗口的布置如圖2.9。由于存在偏角以排油壓力對定子環(huán)的作用力可以分解為垂直于軸線。。?

的分力F1及與之平行的調(diào)節(jié)分力F2,調(diào)節(jié)分力F2與調(diào)節(jié)彈簧的壓縮恢復(fù)力、定子運(yùn)動的摩

擦力及定子運(yùn)動的慣性力相平衡。定子相對于轉(zhuǎn)子的偏心距、泵的排量大小可由力的相對平

衡來決定，變量特性曲線如圖2.10所示。

圖2.9變量原理

圖2.10變量特特性曲線

1-最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2.彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3-葉片；4-轉(zhuǎn)子；5-定子

當(dāng)泵的工作壓力所形成的調(diào)節(jié)分力F2小于彈簧預(yù)緊力時(shí)，泵的定子環(huán)對轉(zhuǎn)子的偏心距保

持在最大值，不隨工作壓力的變化而變，由于泄漏，泵的實(shí)際輸出流量隨其壓力增加而稍有

下降，如圖2.10中AB；當(dāng)泵的工作壓力超過外值后，調(diào)節(jié)分力F2大于彈簧預(yù)緊力，隨工

作壓力的增加，力F2增加，使定子環(huán)向減小偏心距的方向移動，泵的排量開始下降。當(dāng)工作

壓力到達(dá)時(shí)，與定子環(huán)的偏心量對應(yīng)的泵的理論流量等于它的泄漏量，泵的實(shí)際排出流量

為零，此時(shí)泵的輸出壓力為最大。

改變調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力可以改變泵的特性曲線，增加調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力使幾點(diǎn)向右移，

BC線則平行右移。更換調(diào)節(jié)彈簧，改變其彈簧剛度，可改變BC段的斜率，調(diào)節(jié)彈簧剛度增

加，BC線變平坦，調(diào)節(jié)彈簧剛度減弱，BC線變徒。調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)螺釘，可以調(diào)節(jié)曲線

A點(diǎn)在縱座標(biāo)上的位置。

內(nèi)反饋式變量泵利用泵本身的排出壓力和流量推動變量機(jī)構(gòu)，在泵的理論排量接近零工

況時(shí)，泵的輸出流量為零，因此便不可能繼續(xù)推動變量機(jī)構(gòu)來使泵的流量反向，所以內(nèi)饋式

變量泵僅能用于單向變量。

(2)限壓式外反饋?zhàn)兞咳~片泵

圖2.11為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理，它能根據(jù)泵出口負(fù)載壓力的大小自動調(diào)

節(jié)泵的排量。圖中轉(zhuǎn)子1的中心是固定不動的，定子3可沿滑塊滾針軸承4左右移動。定子

右邊有反饋柱塞5,它的油腔與泵的壓油腔相通。設(shè)反饋柱塞的受壓面積為4,則作用在定

子上的反饋力小于作用在定子上的彈簧力&時(shí)，彈簧2把定子推向最右邊，柱塞和流量

調(diào)節(jié)螺釘6用以調(diào)節(jié)泵的原始偏心的,進(jìn)而調(diào)節(jié)流量，此時(shí)偏心達(dá)到預(yù)調(diào)值e。，泵的輸出流

量最大。當(dāng)泵的壓力升高到〃4＞工時(shí)，反饋力克服彈簧預(yù)緊力，推定子左移距離x,偏心減

小，泵輸出流量隨之減小。壓力愈高，偏心愈小，輸出流量也愈小。當(dāng)壓力達(dá)到使泵的偏心

所產(chǎn)生的流量全部用于補(bǔ)償泄漏時(shí)，泵的輸出流量為零，不管外負(fù)載再怎樣加大，泵的輸出

壓力不會再升高，所以這種泵被稱為外反饋限壓式變量葉片泵。

圖2.11外反饋限壓式變量葉片泵

1-轉(zhuǎn)子；2.彈簧；3-定子；4-滑塊滾針支承；5-反饋柱塞；6-流量調(diào)節(jié)螺釘

下面對外反饋限壓式變量葉片泵的變量特性分析如下：

設(shè)泵轉(zhuǎn)子和定子間的最大偏心距為-max,此時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量為X。，彈簧剛度為右，泵

的偏心預(yù)調(diào)值為e。，當(dāng)壓力逐漸增大，使定子開始移動時(shí)壓力為P。，則有

P<A=k,.(Xo+emax-eo)(2.13)

當(dāng)泵壓力為P時(shí)，定子移動了x距離，也即彈簧壓縮量增加》,這時(shí)的偏心量為

e=e°-x(2.14)

如忽略泵在滑塊滾針支承出的摩擦力4,泵定子的受力方程為

Po4=/(/+emax-e0+x)(2.15)

由此(2.13)得；

kx.、

Po=—(Xo+emax-eo)

A(2.16)

泵的實(shí)際輸出流量為

4=勺"k/p(2.17)

式中：勺一泵的流量增益；

勺一泵的泄漏系數(shù)。

當(dāng)"A<工時(shí)，定子處于最右端位置，彈簧的總壓縮量等于其預(yù)壓縮量,定子偏心量為外，

泵的流量為

q=kqe0-klP(2.18)

而當(dāng)工時(shí)，定子左移，泵的流量減小。由式(2.14)；式(2.15)式(2.17)得

q=Z(%+6?^)-3凡+”-)P

卜勺(2.19)

外反饋限壓式變量葉片泵的靜態(tài)特性曲線參見圖2.10,不變量的AB段與式(2.18)相對

應(yīng)，壓力增加時(shí)，實(shí)際輸出流量因壓差泄漏而減少；BC段是泵的變量段，與式(2.19)相對

應(yīng)，這一區(qū)段內(nèi)泵的實(shí)際流量隨著壓力增大而迅速下降，葉片泵處變量泵工況，B點(diǎn)叫做曲

線的拐點(diǎn)，拐點(diǎn)處的壓力PB=P。值主要由彈簧預(yù)緊力確定，并可以由式(2.16)算出。

限壓式變量葉片泵對既要實(shí)現(xiàn)快速行程，乂要實(shí)現(xiàn)保壓和工作進(jìn)給的執(zhí)行元件來說是一

種合適的油源；快速行程需要大的流量，負(fù)載壓力較低，正好使用其AB段曲線部分；保壓

和工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載壓力升高，需要流量減小，正好使用其BC段曲線部分。

2.3.2雙作用葉片泵

2.3.2.1工作原理

圖2.12為雙作用口十片泵的工作原理圖，它的作用原理和單作用葉片泵相似，不同之處只

在于定子內(nèi)表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，且定子和轉(zhuǎn)子

是同心的，在圖2.12中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封工作腔的容積在左上角和右下角處

逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一

段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動作

各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子

上的壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。

圖2.12雙作用葉片泵工作原理

1-定子；2.壓油口;3-轉(zhuǎn)子；4-葉片；5-吸油口

2.322雙作用葉片泵的平均流量計(jì)算；

雙作用葉片泵平均流量的計(jì)算方法和單作用葉片泵相同，也可以近似化為環(huán)形體積來計(jì)

算。圖2.13為雙作用葉片泵平均流量計(jì)算原理圖。當(dāng)兩葉片從a,b位置轉(zhuǎn)c,d位置時(shí)，排

出容積為M的油液，從c,d轉(zhuǎn)到e,f時(shí)，吸進(jìn)了容積為M的油液。從e,f轉(zhuǎn)到g,h時(shí)又

排出了容積為M的油液；再從g,h轉(zhuǎn)回到a,b時(shí)又吸進(jìn)了容積為M的油液。這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

一周，兩葉片間吸油兩次，排油兩次，每次容積為M,當(dāng)葉片數(shù)為Z時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周。所有

葉片的排量為2Z個(gè)M容積，若不計(jì)葉片幾何尺度，此值正好為環(huán)行體積的兩倍。所以，雙

作用葉片泵的理論排量為

V=2^R2-r2)B(2.20)

式中：R—定子長半徑;

r—定子短半徑；

8—轉(zhuǎn)子厚度。

雙作用葉片泵的平均實(shí)際流量為

4=2%(廢-廠2?〃小(2.21)

圖2.13雙作用葉片泵平均流量計(jì)算原理

式(2.21)是不考慮葉片兒何尺度時(shí)的平均流量計(jì)算公式。一般雙作用葉片泵，在葉片底

部都通以壓力油，并且在設(shè)計(jì)中保證高、低壓腔葉片底部總?cè)莘e變化為零，也就是說葉片底

部容積不參加泵的吸油和排油。因此在排油腔，葉片縮進(jìn)轉(zhuǎn)子槽的容積變化，對泵的流量有

影響，在精確計(jì)算葉片泵的平均流量時(shí)，還應(yīng)該考慮葉片容積對流量的影響。每轉(zhuǎn)不參加排

油的葉片總?cè)莘e為

匕Bbz

cos。(2.22)

式中：匕一葉片厚度；

z—葉片數(shù)；

。—葉片相對于轉(zhuǎn)子半徑的傾角；

則雙作用葉片泵精確流量計(jì)算公式為

q=12%(*-/)―2頁

cos。(2.23)

對于特殊結(jié)構(gòu)的雙作用葉片泵，如雙葉片結(jié)構(gòu)、帶彈簧式葉片泵，其葉片底部和單作用

葉片泵一樣也參加泵的吸油和排油，其平均流量計(jì)算方法仍采用式(2.21)o

23.2.3葉片泵的高壓化趨勢

隨著技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)不斷改進(jìn)，雙作用葉片的最高工作壓力已達(dá)成20?30MPa；這是因?yàn)?/p>

雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向力基本上是平衡的，因此不像高壓齒輪泵和單作用葉片泵那樣，

工作壓力的提高會受到徑向承載能力的限制。葉片泵采浮動配流盤對端面間隙進(jìn)行補(bǔ)償后，

泵在高壓下也能保持較高的容積效率，葉片泵工作壓力提高的主要限制條件是葉片和定子內(nèi)

表面的磨損，

為了解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油區(qū)口I?片對定子內(nèi)表面的壓緊力，目

前采取的主要結(jié)構(gòu)措施有以下兒種。

(1)雙葉片結(jié)構(gòu)

如圖2.14所示，各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)經(jīng)過倒角的葉片。葉片底部不和高壓油腔相通，兩

葉片的倒角部分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，因而作用在葉片底、頭部的油壓力相

等，合理設(shè)計(jì)葉片頭部的形狀，使口I,片頭部承壓面積略小于葉片底部承壓面積。這個(gè)承壓面

積的差值就形成葉片對定子內(nèi)表面的接觸力。也就是說，這個(gè)推力是能夠通過葉片頭部的形

狀來控制的，以便既保證葉片與定子緊密接觸，又不致于使接觸應(yīng)力過大。同時(shí)，槽內(nèi)兩個(gè)

葉片可以相互滑動，以保證在任何位置，兩個(gè)葉片的頭部和定子內(nèi)表面緊密接觸。

(2)彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)；

與雙葉片結(jié)構(gòu)類似的還有彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)。如圖2.15所示，葉片在頭部及兩側(cè)開有半

圓型槽，在葉片的底面上開有三個(gè)彈簧孔。通過葉片頭部和底部相連的小孔及側(cè)面的半圓槽

使葉片底面與頭部溝通，這樣，葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動時(shí)，頭部和底部的壓力完全平衡。葉片

和定子內(nèi)表面的接觸壓力僅為葉片的離心力，慣性力和彈簧力，故接觸力較小。不過，彈簧

在工作過程中頻繁受交變壓縮，易引起疲勞損壞，但這種結(jié)構(gòu)可以原封不動地作為油馬達(dá)使

用，這是其它葉片泵結(jié)構(gòu)所不具備的。

圖2.15彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)

（3）母子葉片結(jié)構(gòu)；

如圖2.16所示，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滑動，

為了使母葉片和定子的接觸壓力適當(dāng)，須正確選擇子葉片和母葉片的寬度尺寸之比。轉(zhuǎn)子上

的壓力平衡孔使母葉片的頭部和底部液壓力相等，泵的排油壓力經(jīng)過配流盤，轉(zhuǎn)子槽通到母、

子葉片之間的中間壓力腔，如不考慮離心力，慣性力，由圖2.16可知，葉片作用在定子上的

力為

F=bt（p2-pj（2.24）

上式符號的意義見圖2.16,在吸油區(qū)，億=°,則~=P2仍；在排油區(qū)，0=必，故b=0。

由此可見，只要適當(dāng)?shù)剡x擇t和b的大小，就能控制接觸應(yīng)力，一般取子葉片的寬度b為母

葉片寬度的1/3?1/4。

在排油區(qū)F=0,葉片僅靠離心力與定子接觸。為防止葉片的脫空，在聯(lián)通中間壓力腔的

油道上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓?jié)流阻尼，使葉片運(yùn)動時(shí)中間油腔的壓力高于作用在母葉片頭部的壓力，

保證葉片在排油區(qū)時(shí)與定子緊密貼合。

（4）階梯葉片結(jié)構(gòu)

如圖2.17所示，葉片做階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相應(yīng)的形狀。它們之間的中間

油腔經(jīng)配流盤上的槽與壓力油相通，轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭部的壓力油引入葉片底

部，與母子葉片結(jié)構(gòu)相似，在壓力油引入中間油腔之前，設(shè)置節(jié)流阻尼，使葉片向內(nèi)縮進(jìn)時(shí),

此腔保持足夠的壓力，保證葉片緊貼定子內(nèi)表面。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀較為復(fù)雜，

加工工藝性較差，應(yīng)用較少。

圖2.16母子葉片結(jié)構(gòu)

圖2.17階梯葉片結(jié)構(gòu)

1-定子；2.轉(zhuǎn)子；3-中間油腔；4-壓力平衡油道

2.3.3單雙葉片泵的特點(diǎn)比較

2.3.3.1單作用葉片的特點(diǎn)

(1)存在困油現(xiàn)象

配流盤的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角，而單作用葉片泵的定子

不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此，當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時(shí)，會產(chǎn)生與齒輪泵相類

似的困油現(xiàn)象，通常，通過配流盤排油窗口邊緣開三角卸荷槽的方法來消除困油現(xiàn)象。

(2)葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜

葉片僅靠離心力緊貼定子表面，考慮到葉片上還受哥氏力和摩擦力的作用，為了使葉片

所受的合力與葉片的滑動方向一致，保證葉片更容易的從葉片槽滑出，葉片槽常加工成沿旋

轉(zhuǎn)方向向后傾斜。

(3)葉片根部的容積不影響泵的流量

由于葉片頭部和底部同時(shí)處在排油區(qū)或吸油區(qū)中，所以葉片厚度對泵的流量沒有多大影

響。

(4)轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力

單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負(fù)荷較大。這使泵的工作壓力和排量的

提高均受到限制。

2.332雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

(1)定子過度曲線

定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成，泵的動力學(xué)特性很大程度上受過渡

曲線的影響。理想的過渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動時(shí)的徑向速度變化均勻，而且應(yīng)使葉

片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧段交接點(diǎn)處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲，同時(shí)，還應(yīng)使泵

的瞬時(shí)流量的脈動最小。

(2)葉片安放角;

設(shè)置葉片安放角有利于葉片在槽內(nèi)滑動，為了保證葉片順利的從葉片槽滑出，減小葉片

的壓力角，根據(jù)過渡曲線的動力學(xué)特性，雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的口卜片槽常做成沿旋轉(zhuǎn)方向向前

傾斜一個(gè)安放角當(dāng)葉片有安放角時(shí)，葉片泵就不允許反轉(zhuǎn)。

（3）端面間隙的自動補(bǔ)償

為了提高壓力，減少端面泄漏，采取的間隙自動補(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轉(zhuǎn)子。泵的工作壓力愈高，配流盤就會愈加貼緊轉(zhuǎn)子，

對轉(zhuǎn)子端面間隙進(jìn)行自動補(bǔ)償。

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2.4柱塞泵

柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。由

于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，滑動表面配合精度高，所以這類泵的特點(diǎn)是泄漏小，容積

效率高，可以在高壓下工作。

2.4.1斜盤式軸向柱塞泵

軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類，圖2.18為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理。泵

由斜盤1、柱塞2、缸體3、配油盤4等主要零件組成，斜盤1和配油盤4是不動的，傳動軸

5帶動缸體3,柱塞2—起轉(zhuǎn)動，柱塞2靠機(jī)械裝置或在低壓油作用壓緊在斜盤上。當(dāng)傳動軸

按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2在其沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)逐漸向缸體外伸出，使缸體孔

內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配油盤4