第三章 液壓泵 改 2015109

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

液壓與氣壓傳動(dòng)第三章

液壓泵天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2015年3月21日12

第3章液壓泵

目錄★3.1液壓泵概述★3.2柱塞泵★3.3葉片泵★3.4齒輪泵3

第3章液壓泵

本章重點(diǎn)液壓泵的工作原理，性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；液壓泵的工作壓力、排量、流量的概念及計(jì)算方法；液壓泵的功率與效率及其計(jì)算方法；限壓式變量葉片泵的工作原理及泵的流量壓力特性曲線。4

第3章液壓泵

思考：

液壓泵是如何實(shí)現(xiàn)工作的？

它的原理是什么？5

第3章液壓泵

液壓泵：是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。液壓泵性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性?！?.1液壓泵概述6

第3章液壓泵

液壓泵的工作原理液壓系統(tǒng)中所用的各種液壓泵的工作原理都是依靠液壓泵密封工作腔容積大小交替變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的，因此稱為容積式液壓泵。7

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單柱塞式液壓泵工作原理

1.液壓泵的工作原理8

第3章液壓泵

構(gòu)成液壓泵的基本條件是：

（1）具有若干個(gè)密封且又可以周期性變化的空間。

（2）密封工作容腔大小交替變化，變大時(shí)與吸油口相通，變小時(shí)與壓油口相通。

（3）吸油口與壓油口不能相通。9

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液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的壓力液壓泵的排量

液壓泵的流量液壓泵的功率

效率1）2）3）4）5）10

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壓力（1）工作壓力P：液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力。（2）額定壓力Ps：在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。（3）最高允許壓力：在超過額定壓力條件下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運(yùn)行的最高壓力值。11

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排量排量V：液壓泵每轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得出的排出液體的體積。排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；排量不可以調(diào)節(jié)的稱為定量泵。12

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流量（3）額定流量qn:泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下）必須保證的流量。（2）實(shí)際流量q:液壓泵在某一具體工況下，單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排出的液體體積。因存在泄漏流量Δq（1）理論流量qt:在不考慮液壓泵泄漏流量的條件下，液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出出的液體體積。13

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功率（1）輸入功率:作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩為，角速度為時(shí)：（2）輸出功率：在液壓泵工作過程中的實(shí)際吸、壓油口間的壓差和輸出流量的乘積。在實(shí)際計(jì)算中，若郵箱與大氣相通，壓力差往往用液壓泵出口壓力

代替。14

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（1）容積效率：用來表示液壓泵的容積損失。（2）機(jī)械效率：用來表示液壓泵的機(jī)械損失。（3）液壓泵的總效率效率

液壓泵的功率流程圖第3章液壓泵

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4.液壓泵的分類按液壓泵的排量能否變化分為定量泵和變量泵。按泵的結(jié)構(gòu)來分主要有：齒輪泵葉片泵柱塞泵螺桿泵液壓泵按進(jìn)出油口的方向是否可變還可以分為單向泵和雙向泵。1)2)3)液壓泵的圖形符號(hào)

第3章液壓泵

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第3章液壓泵

★3.2柱塞泵原理分類柱塞泵是依靠柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)使泵內(nèi)密封工作腔容積發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的。按柱塞排列方式分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。其中，軸向柱塞泵又分為斜盤式和斜軸式。徑向柱塞泵又分為配油軸式和閥配流式。19柱塞泵特別適合于高壓、大流量和大功率的系統(tǒng)中以及流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合下。適應(yīng)場(chǎng)合

第3章液壓泵

龍門刨床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶20

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★3.2柱塞泵配油軸

式徑向

柱塞泵21

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3.2.1徑向柱塞泵工作原理襯套與工作腔對(duì)應(yīng)開有油孔，安裝在配油軸與轉(zhuǎn)子中間。徑向柱塞泵每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工作腔容積變化一次，完成吸油、壓油各一次。改變其偏心距可使其輸出流量發(fā)生變化，成為變量泵。22

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（1）由于該泵上下各部分為吸油區(qū)和壓油區(qū)，因此，泵在工作時(shí)受到徑向不平衡力作用，易磨損，限制其轉(zhuǎn)速和壓力的提高。（2）徑向尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自吸能力差。缺點(diǎn)23

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泵的排量：泵的實(shí)際輸出流量：24

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結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)（1）柱塞頭部裝有滑履，滑履與定子內(nèi)圓為面接觸，接觸面的比壓很小。（2）可以實(shí)現(xiàn)多泵同軸串聯(lián)，液壓裝置結(jié)構(gòu)緊湊。（3）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。（4）柱塞在缸體中移動(dòng)速度是變化的，因此輸出流量有脈動(dòng)，當(dāng)柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)，流量脈動(dòng)較小。。25

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3.2.2軸向柱塞泵軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩種。分類26

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缸體柱塞滑履組配油盤軸向柱塞泵的組成結(jié)構(gòu)

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下面主要介紹斜盤式軸向柱塞泵28斜盤式軸向柱塞泵工作原理

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29V密形成—柱塞和缸體配合而成。右半周，V密增大，吸油

V密變化

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。工作原理

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30軸向柱塞泵是靠改變斜盤的傾角，從而改變每個(gè)柱塞的行程使得泵的排量發(fā)生變化的。原理流量計(jì)算

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流量計(jì)算排量計(jì)算32三對(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。由于柱塞在缸體中運(yùn)動(dòng)的速度不是恒速，因此輸出流量有脈動(dòng)，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。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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33★3.2.3柱塞泵優(yōu)點(diǎn)工作壓力高。因此，其工作中泄漏較小，容積效率較高。結(jié)構(gòu)緊湊。特別是軸向柱塞泵其徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也較小。流量調(diào)節(jié)方便。

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適應(yīng)場(chǎng)合

機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動(dòng)線等中低壓液壓系統(tǒng)中。

3.3葉片泵

★3.3葉片泵

3.3葉片泵

葉片泵是一種常見的液壓泵，可以分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩種。前者用作變量泵；后者為定量泵。單作用葉片泵雙作用葉片泵

3.3.1單作用式葉片泵

單作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用葉片泵。1.工作原理圖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3.3.2單作用式葉片泵

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。此外，奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小，一般取13、15片葉片。泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小。3.3.2

單作用式葉片泵

排量計(jì)算工作容積V’=V1-V2排量3.3.2

單作用式葉片泵

流量計(jì)算流量3.3.2

單作用式葉片泵

單作用葉片泵的特點(diǎn)

1）可以通過改變定子的偏心距來調(diào)節(jié)泵的排量和流量。

2）處在壓油腔的葉片頂部受到壓力油的作用，為了使葉片可靠的和定子表面相接觸，壓油腔一側(cè)的葉片底部要通過特殊的溝槽和壓油腔相通。吸油腔一側(cè)的葉片底部要和吸油腔相通。只靠離心力頂在定子內(nèi)表面上。

3）因?yàn)槎ㄗ觾?nèi)環(huán)為偏心圓，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片矢徑是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，瞬時(shí)理論流量是脈動(dòng)的。葉片數(shù)取為奇數(shù)，以減小流量脈動(dòng)率。4）由于轉(zhuǎn)子自受到不平衡的徑向液壓力的作用，這種泵不易用于高壓。

1.工作原理圖中，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)。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

3.3.1雙作用式葉片泵

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(dòng)作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。

3.3.1雙作用式葉片泵

排量計(jì)算不考慮葉片厚度和傾角若考慮葉片厚度和傾角

3.3.1雙作用式葉片泵

流量計(jì)算

3.3.1雙作用式葉片泵

3.3.1雙作用式葉片泵

配油盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）配流盤的兩個(gè)吸油窗口和兩個(gè)壓油窗口對(duì)稱布置，因此作用在轉(zhuǎn)子和定子上的液壓徑向力平衡，軸承承受的徑向力小，壽命長。（2）為減少兩葉片間的密閉容積在吸壓油腔轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變而引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽。

3.3.1雙作用式葉片泵

（3）為保證葉片自由滑動(dòng)且始終緊貼定子內(nèi)表面，一般采用葉片槽根部全部通壓力油腔的辦法。（4）合理設(shè)計(jì)過渡曲線形狀和葉片數(shù)，可使理論流量均勻，噪聲低。

3.3.1雙作用式葉片泵

限壓式變量泵

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第3章液壓泵

★

3.4齒輪泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中最常見的一種泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種。無論是哪一種，都屬于定量泵。外嚙合內(nèi)嚙合50

第3章液壓泵

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3.4.1外嚙合齒輪泵外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)1—泵體;2—主動(dòng)齒輪;3—從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)組成一對(duì)幾何參數(shù)完全相同的齒輪，齒寬為B，齒數(shù)為z泵體前后蓋板長短軸雙向定量泵51

第3章液壓泵

工作原理

兩嚙合的輪齒將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，經(jīng)壓油口排油，退出嚙合的一側(cè)密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。液壓泵

排量，是液壓泵每轉(zhuǎn)一周所排出的油液體積。即所有密封工作容積排出的油液體積總和，這里近似等于兩個(gè)齒輪的齒間槽容積之和。設(shè)齒間槽容積等于輪齒體積，則有

其中：D—節(jié)圓直徑，h—齒高

，B—齒寬，z—齒數(shù)，m—模數(shù)由于齒間容積比輪齒的體積稍大，所以通常修正為

排量和流量理論流量

其中：n——泵的轉(zhuǎn)速實(shí)際流量

其中：ηV——泵的容積效率流量脈動(dòng)率

上述q是齒輪泵的平均流量，實(shí)際上，在齒輪嚙合過程齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)變化的。設(shè)qmax和qmin分別表示齒輪泵的最大、最小瞬時(shí)流量，則流量脈動(dòng)率σ為液壓泵

結(jié)構(gòu)中存在的三大問題1）泄露指液壓泵的內(nèi)部泄漏，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。外嚙合齒輪泵的泄漏存在著三個(gè)可能產(chǎn)生泄漏的部位：齒輪端面和端蓋間——軸向間隙齒輪外圓和殼體內(nèi)孔間——徑向間隙兩個(gè)齒輪的輪面嚙合處——齒側(cè)間隙其中對(duì)泄漏影響最大的是齒輪端面和端蓋間的軸向間隙，這部分泄漏量約占總泄漏量的75%－80%，因?yàn)檫@里泄漏途徑短，泄漏面積大。軸向間隙過大，泄漏量多，會(huì)使泵的容積效率降低；但間隙過小，齒輪端面和端蓋間的機(jī)械摩擦損失增加，會(huì)使泵的機(jī)械效率降低。因此設(shè)計(jì)和制造時(shí)必須嚴(yán)格控制泵的軸向間隙。液壓泵

2）困油困油現(xiàn)象隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，這個(gè)密封容腔

逐漸減小，直到兩個(gè)嚙合點(diǎn)A、B

處于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱位置，此時(shí)

密封容腔減到最小，隨后密封容

腔又逐漸增大。密封容腔減小時(shí)，會(huì)使被困油液受擠壓而產(chǎn)生高壓（用液體顏色變深表示高壓特點(diǎn)），并從縫隙中強(qiáng)行擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，同時(shí)也使齒輪和軸承受到很大的不平衡徑向力。封閉容腔增大時(shí)，會(huì)造成局部真空（用液體顏色變淺表示低壓特點(diǎn)），使油液中溶解的氣體分離出來，產(chǎn)生空穴，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，影響泵的工作平穩(wěn)性，縮短泵的使用壽命。液壓泵

2）困油消除困油現(xiàn)象的措施在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上開一對(duì)矩形卸荷槽。開卸荷槽的作用：當(dāng)封閉容腔減小時(shí)，使卸荷槽與壓油腔相通，將封閉容腔中的高壓油排到壓油腔；當(dāng)封閉容腔增大時(shí)，使卸荷槽與吸油腔相通，將吸油腔的油補(bǔ)入封閉容腔，從而避免產(chǎn)生局部真空。液壓泵

開卸荷槽的原則：必須保證在任何時(shí)候都不能使吸油腔和壓油腔通過卸荷槽直接相通，否則將使泵的容積效率降低很多。卸荷槽間距也不能過大，否則困油現(xiàn)象不能徹底消除。3）徑向不平衡力在齒輪泵中，由于壓油腔和吸油腔之間存在著壓差，液體壓力的合力作用在齒輪和軸上，是一種徑向不平衡力。徑向不平衡力的大小為：F=K.Δp.B.De

式中，K—系數(shù)；主動(dòng)輪為0.75；從動(dòng)輪為0.85；Δp—泵進(jìn)出口壓力差；De—齒頂圓直徑。當(dāng)泵的尺寸確定以后，油液壓力越高徑向不平衡力就越大。結(jié)果是加速軸承的磨損，增大內(nèi)部泄漏，甚至造成齒頂與殼體內(nèi)表面的摩擦。減小徑向不平衡力的方法有：縮小壓油腔開壓力平衡槽液壓泵缺點(diǎn)承受徑向不平衡力，磨損嚴(yán)重內(nèi)部泄漏大，工作壓力的提高受到限制流量脈動(dòng)大，壓力脈動(dòng)和噪聲大排量不能調(diào)節(jié)

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。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，