液壓傳動(dòng)第4章課件

第一節(jié)

概述

第二節(jié)齒輪泵

第三節(jié)葉片泵

第四章液壓泵和液壓馬達(dá)第四節(jié)柱塞泵第七節(jié)

液壓泵中的氣穴現(xiàn)象

第八節(jié)液壓泵的噪聲第五節(jié)液壓馬達(dá)

第六節(jié)

擺動(dòng)液壓馬達(dá)

第九節(jié)液壓泵的選用液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的油液的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。液壓馬達(dá)也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把輸入油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使主機(jī)的工作部件克服負(fù)載及阻力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)概述一、作用和分類液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中使用的液壓泵和液壓馬達(dá)都是容積式的。圖4-1所示為容積式泵的工作原理。液壓泵（液壓馬達(dá)）按其在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出（所需輸入）油液體積可否調(diào)節(jié)而分為定量泵（定量馬達(dá)）和變量泵（變量馬達(dá)）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。容積式液壓泵工作原理動(dòng)態(tài)圖

l一凸輪；2一柱塞；3－泵體；4－彈簧；5-吸油（單向）閥；6-壓油（單向）閥

指液壓泵在實(shí)際工作時(shí)輸出油液的壓力值，也稱為系統(tǒng)壓力。⑴工作壓力

⑵額定壓力

指在保證液壓泵的容積效率、使用壽命和額定轉(zhuǎn)速的前提下，泵連續(xù)長期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)允許使用的壓力最大限定值。

⑶極限壓力指泵在在短時(shí)間內(nèi)所允許超載使用的極限。

液壓泵的性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、流量和排量、功率和效率等。壓力（MPa）

二、壓力、排量和流量液壓泵（液壓馬達(dá)）的幾何排量（用V表示，以下簡稱排量）是指泵（馬達(dá)）軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容腔幾何尺寸變化所算得的排出（輸入）液體的體積，數(shù)值上等于在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能排出（所需輸入）的液體體積。液壓泵（液壓馬達(dá)）的幾何流量（用qt表示）是指泵（馬達(dá)）在單位時(shí)間內(nèi)由其密封容腔幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出（輸入）的液體體積，數(shù)值上等于在無泄漏的情況下單位時(shí)間內(nèi)所能排出（所需輸入）的液體體積。如果不考慮液壓泵（液壓馬達(dá)）在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的幾何功率是三、功率和效率式中Tt——液壓泵（液壓馬達(dá)）的幾何轉(zhuǎn)矩；

ω——液壓泵（液壓馬達(dá)）的角速度。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。實(shí)際上，液壓泵（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。兩者之差為功率損失。功率損失分為容積損失和機(jī)械損失：容積損失：因泄露、氣穴和油液在高壓下的壓縮（內(nèi)泄漏）而造成的流量損失。

機(jī)械損失：因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的容積效率：液壓泵的機(jī)械效率：液壓泵的總效率：

液壓泵的圖形符號(hào)a.單向定量液壓泵b.單向變量液壓泵c.單向定量馬達(dá)d.單向變量馬達(dá)e.雙向變量液壓泵f.雙向變量馬達(dá)第二節(jié)齒輪泵一、外嚙合齒輪泵的工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理如下所示。l一殼體

2-主動(dòng)齒輪

3－從動(dòng)齒輪

這里嚙合點(diǎn)處的齒面接觸線一直起著分隔高、低壓腔的作用，因此在齒輪泵中不需要設(shè)置專門的配流機(jī)構(gòu)。

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，密封腔容積不斷增大，構(gòu)成吸油并被旋轉(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。二、排量計(jì)算和流量脈動(dòng)設(shè)齒間槽的容積等于輪齒的體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為z、分度圓直徑為D、模數(shù)為m、工作齒高為hw（hw=2m）、齒寬為b時(shí)，泵的排量為考慮到齒間槽容積比輪齒的體積稍大些，所以通常按下式計(jì)算式中C--修正系數(shù)，z=13～20時(shí)，取C=1.06；z=6～12時(shí)，取C=1.115。由于齒輪嚙合過程中壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。設(shè)qmax、qmin表示最大、最小瞬時(shí)流量，q表示平均流量。流量脈動(dòng)率σ可用下式表示外嚙合齒輪泵的齒數(shù)愈少，脈動(dòng)率σ就愈大，其值最高可達(dá)0.20以上，內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動(dòng)率就小得多。三、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)（一）困油齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重合度必須大于1，于是總有兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合，并有一部分油液被圍困在兩對(duì)輪齒所形成的封閉容腔之間，如圖4-4所示。困油現(xiàn)象的危害：

使閉死容積中的壓力急劇升高，使軸承受到很大的附加載荷，同時(shí)產(chǎn)生功率損失及液體發(fā)熱等不良現(xiàn)象；溶解于液體中的空氣便析出產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，引起振動(dòng)和噪聲。

通常是在兩端蓋板上開一對(duì)矩形卸荷槽。開卸荷槽的原則是：當(dāng)封閉容腔減小時(shí)，讓卸荷槽與泵的壓油腔相通，這樣可使封閉容腔中的高壓油排到壓油腔中去；當(dāng)封閉容腔增大時(shí)，使卸荷槽與泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及時(shí)補(bǔ)入到封閉容腔中，從而避免產(chǎn)生真空，這樣使困油現(xiàn)象得以消除。消除困油的方法：開設(shè)卸荷槽的原則：閉死容積由大變小時(shí)與壓油腔相通閉死容積由小變大時(shí)與吸油腔相通圖4-5所示為幾種異形卸荷槽，其消除困油現(xiàn)象的效果更佳。

液壓泵中組成密封工作容積的零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其間隙產(chǎn)生的泄漏影響液壓泵的性能。外嚙合齒輪泵壓油主要通過三條途徑泄漏到低壓腔中去。（1）泵體內(nèi)表面和齒頂徑向間隙的泄漏

由于齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與泄漏方向相反，壓油腔到吸油腔通道較長，所以其泄漏量相對(duì)較小，約占總泄漏量的10%~15%。（2）齒面嚙合處間隙的泄漏

由于齒形誤差會(huì)造成沿齒寬方向接觸不好而產(chǎn)生間隙，使壓油腔與吸油腔之間造成泄漏，這部分泄漏量很少。

齒輪端面與前后端蓋之間的端面間隙教大，此端面間隙封油長度又短，所以泄漏量最大，可占總泄漏量的70%~75%。（3）齒輪端面間隙的泄漏（二）泄漏（三）徑向不平衡力

在齒輪泵中，由于在壓油腔和吸油腔之間存在著壓差，又因泵體表面與齒輪齒頂存在著徑向間隙，可以認(rèn)為壓油腔壓力逐漸分級(jí)下降到吸油腔壓力。徑向不平衡力的組成：

液壓力

嚙合力（三）徑向不平衡力液體壓力分布規(guī)律：齒輪泵中，從壓油腔經(jīng)過泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙向吸油腔泄露的油液，其壓力隨徑向位置而不同。從壓油腔到吸油腔的壓力是逐級(jí)下降的。其合力相當(dāng)于給齒輪軸一個(gè)徑向作用力，稱為徑向不平衡力。工作壓力越高，徑向不平衡力越大，影響軸承壽命。徑向不平衡力很大時(shí)能使軸彎曲，齒頂和殼體表面產(chǎn)生摩擦。解決措施：減小壓油口的直徑（單向泵）開壓力平衡槽（但泄露量增大）（四）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單尺寸小制造方便價(jià)格低廉工作可靠自吸能力強(qiáng)對(duì)油液污染不敏感維護(hù)容易缺點(diǎn)機(jī)件承受不平衡徑向力磨損嚴(yán)重泄露大在高、中壓齒輪泵中，一般采用軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)霓k法。其原理是把與齒輪端面相接觸的部件制作成軸向可移動(dòng)的，并將壓油腔的壓力油經(jīng)專門的通道引入到這個(gè)可動(dòng)部件背面一定形狀的油腔中，使該部件始終受到一個(gè)與工作壓力成比例的軸向力壓向齒輪端面，從而保證泵的軸向間隙能與工作壓力自動(dòng)適應(yīng)且長期穩(wěn)定。四、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施這個(gè)可動(dòng)部件可以是能整體移動(dòng)的，如浮動(dòng)軸套（見圖4-6）或浮動(dòng)側(cè)板（見圖4-7），也可以是能產(chǎn)生一定撓度的彈性側(cè)板。（一）螺桿泵五、螺桿泵和內(nèi)嚙合齒輪泵（二）內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵（又名轉(zhuǎn)子泵）兩種。

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵的工作原理圖1-小齒輪（主動(dòng)齒輪）;2-內(nèi)齒輪（從動(dòng)齒輪）；3-月牙板；4-吸油腔；5-壓油腔

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；但在低速、高壓下工作時(shí)，壓力脈動(dòng)大，容積效率低；一般用于中、低壓系統(tǒng)，或作為補(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，且不適合高壓工況。

內(nèi)嚙合擺線齒輪泵

1.外齒輪

2.內(nèi)齒輪

內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動(dòng)率僅是外嚙合齒輪泵流量脈動(dòng)率的5%～10%。還具有結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小和效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。它的不足之處是齒形復(fù)雜，需要專門的高精度加工設(shè)備，因此多被用在一些要求較高的系統(tǒng)中。

內(nèi)嚙合擺線齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。但流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大。所以通常在工作壓力為2.5～7MPa的液壓系統(tǒng)中作為潤滑、補(bǔ)油等輔助泵使用。圖4-11所示為單作用葉片泵的工作原理。第三節(jié)

葉片泵

一、單作用葉片泵（一）工作原理密封容積形成：定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面葉片與配油盤組成。

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(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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。

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。轉(zhuǎn)子單方向受力，軸承負(fù)載大。改變偏心距，可改變泵排量，形成變量葉片泵。

（二）排量計(jì)算單作用葉片泵的排量近似為V=2beπD式中b—轉(zhuǎn)子寬度；

e—轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距；

D—定子內(nèi)圓直徑。（三）特點(diǎn)單作用葉片泵的特點(diǎn)如下：改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心便可改變流量。處在壓油腔的葉片頂部受有壓力油的作用，要把葉片推入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子受有不平衡的徑向液壓作用力。二、雙作用葉片泵圖中，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。

三、限壓式變量葉片泵單作用式葉片泵的具體結(jié)構(gòu)類型是很多的：它按改變偏心方向的不同而分為單向變量泵和雙向變量泵兩種向；它按改變偏心方式的不同又可有手調(diào)式變量泵和自動(dòng)調(diào)節(jié)式變量泵之分，自動(dòng)調(diào)節(jié)式變量泵又有限壓式變量泵、穩(wěn)流量式變量泵等多種形式。限壓式變量泵又可分為外反饋式和內(nèi)反饋式兩種。圖4-14所示為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理。外反饋限壓式變量葉片泵第四節(jié)柱塞泵

柱塞泵是依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)吸油、壓油的。與齒輪泵和葉片泵相比它具有以下特點(diǎn)：（1）工作壓力高

由于密封容腔是由柱塞孔和柱塞構(gòu)成，圓柱面相對(duì)容易加工，可以達(dá)到較高的尺寸精度，因此這種泵的密封性很好，有較高的容積效率。柱塞泵的工作壓力一般為20～40MPa，最高可達(dá)1000MPa。（2）易于變量

由于便于改變柱塞的行程，因此容易實(shí)現(xiàn)單向或雙向變量。（3）流量范圍大

設(shè)計(jì)上可以選用不同的柱塞直徑或數(shù)量，因此可得到不同的流量。柱塞泵也存著在對(duì)油污染敏感和價(jià)格較昂貴等缺點(diǎn)。

第四節(jié)柱塞泵一、軸向柱塞泵（一）直軸式軸向柱塞泵1.工作原理2.排量計(jì)算3.流量脈動(dòng)

軸向柱塞泵中的柱塞是軸向排列的。當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線重合時(shí)，稱為斜盤式軸向柱塞泵；當(dāng)缸體軸線和傳動(dòng)軸軸線不在一條直線上，而成一個(gè)夾角γ時(shí)，稱為斜軸式軸向柱塞泵。軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，工作壓力高，容易實(shí)現(xiàn)變量等優(yōu)點(diǎn)。直軸式軸向柱塞泵工作原理圖（二）斜軸式軸向柱塞泵這種軸向柱塞泵的傳動(dòng)軸中心線與缸體中心線傾斜一個(gè)角度γ，故稱斜軸式軸向柱塞泵，目前應(yīng)用比較廣泛的是無鉸斜軸式柱塞泵。圖4-17所示為該泵的工作原理。柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配油盤窗口b向外排出。缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油動(dòng)作。改變斜盤的傾角，就可以改變密封工作容積的有效變化量，實(shí)現(xiàn)泵的變量。

斜軸式軸向柱塞泵工作原理

l－傳動(dòng)軸；2一連桿；3－缸體；4一柱塞；5一平面配油盤（三）變量控制機(jī)構(gòu)1.手動(dòng)控制2.恒壓、恒流量、恒功率控制二、徑向柱塞泵（一）閥配油式徑向柱塞泵（二）軸配油式徑向柱塞泵徑向柱塞泵的排量和流量泵的平均排量為：泵的輸出流量：

當(dāng)徑向柱塞泵的轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距為e時(shí)，柱塞在缸體內(nèi)孔的行程則為2e。若柱塞數(shù)為ｚ，則泵的排量:若泵的轉(zhuǎn)速為n，容積效率為ηpv，則泵的流量為

:第五節(jié)液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，也是靠密封容積的變化來工作的。液壓馬達(dá)和液壓泵的工作原理是互逆的。但由于兩者的任務(wù)和要求有所不同，在實(shí)際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。

液壓馬達(dá)可分為高速液壓馬達(dá)和低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)兩大類。高速液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)迅速，動(dòng)作快，但輸出的轉(zhuǎn)矩相對(duì)小，主要有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種主要形式。

工作壓力

馬達(dá)入口油液的實(shí)際壓力稱為馬達(dá)的工作壓力，馬達(dá)入口壓力和出口壓力的差值稱為馬達(dá)的工作壓差。

流量和排量

馬達(dá)入口處的流量稱為馬達(dá)的實(shí)際流量。馬達(dá)密封腔容積變化所需要的流量稱為馬達(dá)的理論流量。實(shí)際流量和理論流量之差即為馬達(dá)的泄漏量。

馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達(dá)的排量。

液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)

容積效率和轉(zhuǎn)速

因馬達(dá)實(shí)際存在泄漏，由實(shí)際流量q計(jì)算轉(zhuǎn)速n

時(shí)，應(yīng)考慮馬達(dá)的容積效率。當(dāng)液壓馬達(dá)的泄漏流量為，馬達(dá)的實(shí)際流量為，則液壓馬達(dá)的容積效率為：

馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量與排量的比值，即

機(jī)械效率

輸出轉(zhuǎn)矩

因馬達(dá)實(shí)際存在機(jī)械摩擦，故實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機(jī)械效率。

設(shè)馬達(dá)的出口壓力為零，入口工作壓力為p，排量為V，則馬達(dá)的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達(dá)形式,即

馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論輸出轉(zhuǎn)矩：

功率和總效率

馬達(dá)的輸入功率為

馬達(dá)的輸出功率為

馬達(dá)的總效率為

由上式可見，液壓馬達(dá)的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機(jī)械效率與容積效率的乘積。

一、工作原理圖4-21所示為軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理。1.軸向柱塞式液壓馬達(dá)圖4-22所示為多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。2.徑向柱塞式液壓馬達(dá)二、主要參數(shù)設(shè)液壓馬達(dá)的進(jìn)、回油腔的壓差為Δp，輸入的流量為q，而液壓馬達(dá)的排量為V，容積效率為ηV，機(jī)械效率為ηm，則液壓馬達(dá)的幾何轉(zhuǎn)矩實(shí)際轉(zhuǎn)矩為液壓馬達(dá)