總課件-第二章：第二、三、四節(jié)：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵

齒輪泵是液壓泵中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種泵，它的抗污染能力強(qiáng)，價(jià)格最便宜。但一般齒輪泵容積效率較低，軸承上不平衡力大，工作壓力不高。齒輪泵的另一個(gè)重要缺點(diǎn)是流量脈動(dòng)大，運(yùn)行時(shí)噪聲水平較高，在高壓下運(yùn)行時(shí)尤為突出。齒輪泵主要用于低壓或噪聲水平限制不嚴(yán)的場(chǎng)合。一般機(jī)械的潤(rùn)滑泵以及非自吸式泵的輔助泵都采用齒輪泵。從結(jié)構(gòu)上看齒輪泵可分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩類，其中以外嚙合齒輪泵應(yīng)用更廣泛。外嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵一、外嚙合齒輪泵工作原理外嚙合齒輪泵由一對(duì)完全相同的齒輪嚙合，由于

>1，產(chǎn)生上下體積變化，這就形成了吸油區(qū)和壓油區(qū)。同時(shí)在嚙合過(guò)程中嚙合點(diǎn)沿嚙合線移動(dòng)，把這兩區(qū)分開(kāi)，起配流作用。吸油壓油1、密封工作腔齒輪的齒間槽、泵體、前后配油盤(pán)組成許多個(gè)密封工作腔。2、通過(guò)齒頂與泵體、輪齒與輪齒的嚙合、前后配油盤(pán)形成高壓腔和低壓腔。3、通過(guò)輪齒與輪齒的嚙合造成密封工作腔容積發(fā)生變化完成吸壓油。輪齒與輪齒退出嚙合是吸油過(guò)程、輪齒與輪齒進(jìn)入嚙合是壓油過(guò)程圖為外嚙合齒輪泵實(shí)物結(jié)構(gòu)二：外嚙合齒輪泵排量和流量計(jì)算下面我們來(lái)分析一下齒輪泵的排量。根據(jù)齒輪泵的工作原理我們知道，泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出的液體體積，就等于兩個(gè)齒輪的齒頂與輪齒所組成的齒間槽的體積。我們?nèi)绻捎脴?biāo)準(zhǔn)齒輪，并假設(shè)齒間槽的體積就等于輪齒的體積，那么，齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的體積就可近似等于外徑為齒頂圓(mZ+2m)，內(nèi)徑為齒根圓（mZ-2m)，厚度為齒輪的厚度B所組成的圓環(huán)的體積，即

在實(shí)際中，要使齒輪能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使齒間槽的體積大于輪齒的體積，由于這個(gè)原因，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際中獲得的排量要比理論推導(dǎo)的大一些，為此，一般以3.33代替公式中的，這樣與實(shí)際情況更接近。

哪么齒輪泵的排量為:V=6.66m2ZB

齒輪泵的理論流量為：qth=6.66m2ZBn

齒輪泵的實(shí)際流量為：q=6.66m2ZBPV.n

但是需要注意的一點(diǎn)是，這個(gè)排量和流量是平均值，在實(shí)際中，由于輪齒在每一個(gè)瞬間容積的變化率是不均勻的，因此，所有泵的瞬時(shí)流量都是脈動(dòng)的，假設(shè)在某一瞬間的最大流量為qmax，另外一個(gè)瞬間的最小流量為qmin，那么，

流量脈動(dòng)的大小我們用流量脈動(dòng)

率σ來(lái)表示，則：三、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)1、泄漏

通過(guò)齒輪泵工作原理的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)齒輪泵泄漏的途徑主要有三個(gè)部位：（1）發(fā)生在齒頂與泵體之間的徑向間隙泄漏。（2）齒輪的端面與端蓋之間的軸向間隙泄漏。（3）輪齒與輪齒嚙合處之間的泄漏。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于齒頂與泵體的徑向間隙較小，輪齒與輪齒嚙合處的間隙更小，這兩部分的泄漏量比較小，而端面與端蓋之間的軸向間隙較大，泄漏量也比較大，它占總泄漏量的75%～80%，因此要想減小齒輪泵的泄漏提高齒輪泵的容積效率，就要想法減小端面與端蓋之間的軸向間隙的泄漏，通常的方法是采用浮動(dòng)配油盤(pán)，并把高壓油引到油盤(pán)的后面使配油盤(pán)緊緊壓到齒輪的端面上2、困油

根據(jù)機(jī)械原理我們知道，要保證一對(duì)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，吸壓油口的嚴(yán)格分開(kāi)，重疊系數(shù)ε必須大于1，也就是說(shuō)在同一時(shí)間內(nèi)有兩對(duì)齒輪的輪齒處于嚙合狀態(tài)，這樣在兩個(gè)嚙合線之間的液體既不與吸油口相通，也不與壓油口相通，而是被圍困在一個(gè)密閉的容積內(nèi)，隨著點(diǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)密閉容積的大小又要發(fā)生變化，從而使液體受壓或產(chǎn)生真空，這就是困油現(xiàn)象，如書(shū)圖2-4的所示：從節(jié)點(diǎn)P上下分開(kāi)，假設(shè)節(jié)點(diǎn)以上的體積為V1，節(jié)點(diǎn)以下的體積為V2，兩個(gè)嚙合點(diǎn)之間的總體積為V，那么V=V1+V2，現(xiàn)在我們看V1，V2，是怎樣變化的，當(dāng)齒輪沿著圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們知道齒輪的一方向轉(zhuǎn)動(dòng)另一方向輪點(diǎn)與輪點(diǎn)之間還要沿著點(diǎn)口滑動(dòng)，我們看上面的這個(gè)嚙合點(diǎn)它是沿點(diǎn)面向點(diǎn)根方向滑動(dòng)，從而使V1減小，而下面這相嚙合點(diǎn)它是沿點(diǎn)面的向點(diǎn)頂方向滑動(dòng)，從而使V2增大，但是大從圖a向圖b轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上面這個(gè)嚙合點(diǎn)距節(jié)點(diǎn)的距離比較大，回轉(zhuǎn)半徑比較大，沿齒面滑動(dòng)量也比較大，從而使V1的減小量比較大，而下面這個(gè)嚙合點(diǎn)距節(jié)點(diǎn)的距離比較小，回轉(zhuǎn)半徑比較小，沿點(diǎn)面滑動(dòng)量也比較小，從而使用權(quán)V2的增大量比較小，這樣在從圖a向圖b轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于V1的減小量比較大，V2的增大量比較小，從而使總體積V減小，由于液

體不可壓縮，必然使兩嚙

合點(diǎn)之間液體的壓力迅速

增大，產(chǎn)生高壓困油，直

到轉(zhuǎn)到圖b上下兩個(gè)嚙合

點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離一樣，總

體積V減小到最小，被困

液體的壓力達(dá)到最大那么從圖b到c那隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，上面的嚙合點(diǎn)仍然向齒根滑動(dòng)，使用權(quán)V1減小，而下邊的嚙合點(diǎn)仍然向點(diǎn)頂滑動(dòng)，使用權(quán)V2增大，但是上邊這個(gè)嚙合點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離越來(lái)越大，而下邊這個(gè)嚙合點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離是越來(lái)越小，從而使V2的增大量越來(lái)越大，這樣從圖b到圖c時(shí)，由于V1的減小量比較小，V2的增大量比較大，從而使總的體積V增大由于液體不可壓縮也不會(huì)彭脹，必然使兩嚙合點(diǎn)之間的壓力迅速減小，產(chǎn)生真空，出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲，產(chǎn)生所謂的低壓困油，直到圖c下邊這個(gè)嚙合點(diǎn)要脫開(kāi)，開(kāi)始吸油，這個(gè)點(diǎn)間槽困油全部結(jié)束，這就是困油的全過(guò)程，在這里無(wú)論是高壓困油還是低壓困油，對(duì)泵的危害都是很大的，在實(shí)際中要想法清除困油現(xiàn)象，那么怎么清除通常是在兩個(gè)蓋板上開(kāi)兩個(gè)卸荷槽，在體積V減小時(shí)通過(guò)卸荷槽，使兩嚙合點(diǎn)之間的液體與壓油口相通，體積V增大時(shí)，通過(guò)卸荷槽使兩嚙合點(diǎn)之間的液體與吸油口相通進(jìn)行補(bǔ)油，從而消除困油現(xiàn)象，但在這里應(yīng)該注意的是兩卸荷槽之間的距離必須保證在任何時(shí)候吸壓油口都不申通，這是點(diǎn)輪泵的困油現(xiàn)象。

§2-3

葉片泵

目前使用的葉片泵主要有兩大類：一種是單作用葉片泵，另一種是雙作用葉片泵，單作用式葉片泵就是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)每一個(gè)密封工作腔吸壓油各一次，單作用式葉片泵往往做成變量泵，而雙作用葉片泵就是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)每一個(gè)密封工作腔吸壓油各二次，對(duì)于雙作用葉片泵，目前全部是定量泵?，F(xiàn)在我們首先來(lái)分析單作用式葉片泵的工作原理、排量與流量的計(jì)算一、單作用葉片泵1、結(jié)構(gòu)和工作原理

圖示為單作用式葉片泵的工作原理圖。它主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3、殼體以及前后兩側(cè)的配流盤(pán)所組成，現(xiàn)在我們來(lái)分析它的工作原理。（一）結(jié)構(gòu)和工作原理二、雙作用葉片泵

圖中為雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)。它主要由殼體1、7，轉(zhuǎn)子3，定子4，葉片5，配流盤(pán)2、6和主軸9等組成。

雙作用葉片泵工作原理可由下圖說(shuō)明。當(dāng)轉(zhuǎn)子2和葉片3一起按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，葉片緊貼在定子1的內(nèi)表面，通過(guò)定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、葉片和兩個(gè)配流盤(pán)形成若干個(gè)密封容積。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，每一個(gè)密封工作腔容積會(huì)周期性地變大和縮小。一轉(zhuǎn)內(nèi)密封容積變化兩個(gè)循環(huán)。所以密封容積每轉(zhuǎn)內(nèi)吸油、壓油兩次，稱為雙作用泵。雙作用使流量增加一倍，流量也相應(yīng)增加。四、限壓式變量葉片泵1.限壓式變量葉片泵變量葉片泵有內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。（1）限壓式外反饋?zhàn)兞咳~片泵左圖中表示限壓式變量葉片泵的原理，右圖為其特性曲線。泵的輸出壓力作用在定子右側(cè)的活塞1上。當(dāng)壓力作用在活塞上的力不超過(guò)彈簧2的預(yù)緊力時(shí)，泵的輸出流量基本不變。當(dāng)泵的工作壓力增加，作用于活塞上的力超過(guò)彈簧的預(yù)緊力時(shí)，定子向左移動(dòng)，偏心量減小，泵的輸出流量減小。當(dāng)泵壓力到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，偏心量接近零，泵沒(méi)有流量輸出。所謂限壓式變量葉片泵是指，泵本身可以根據(jù)外負(fù)載的大小，自動(dòng)調(diào)整泵的排量，從而限制泵的最高供油能力，如圖為限壓式變量葉片泵的工作原理，在這里轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，隨傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而傳動(dòng)軸又通過(guò)軸承固定在甭體上，使傳動(dòng)軸連同轉(zhuǎn)子不能軸向和徑向移動(dòng)，只能傳動(dòng)，而定子那它是通過(guò)單作用式葉片泵徑向不平衡力，使它在徑向不平衡力的作用下緊緊的壓在滾針軸承上，這樣我們?cè)诙ㄗ拥淖筮呍O(shè)置一個(gè)限壓彈簧，而在定子的右邊設(shè)一個(gè)反饋柱塞缸，通過(guò)柱塞缸和限壓彈簧就可以使定子左右移動(dòng)，來(lái)改變定子相對(duì)于輪子的偏心距，從而改變泵的排量，在這里我們假設(shè)彈簧在最大偏心距e0的情況下彈簧壓縮量為x0，實(shí)際工作中的偏心距為e彈簧新產(chǎn)生的壓縮量為x，反饋柱塞面積為A，由于反饋柱塞工作腔與泵壓油口相通，這樣反饋柱塞缸工作腔的壓力也就等于泵的供油壓力，假設(shè)為P，在忽略滑塊上的摩擦力時(shí)定子在水平方向上的力為：

左邊向右的限壓彈簧的彈簧力FS=ks(x0+x)，其中在偏心距最大時(shí)的彈簧為PB=Fs0=ksx0右邊向左的反饋柱塞的作用力為PA=F2,而定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的工作位置就有這兩個(gè)力來(lái)決定,下面我們分三種情況來(lái)分析:（1）當(dāng)泵的供油壓力P小于FS0/A=PB時(shí)，我們可以看出反饋柱塞缸對(duì)定子的作用力F2=PA＜FS0/A.A＜FS0，這樣反饋柱塞對(duì)定子向左的作用力小于限壓彈簧的預(yù)緊力FS,也就是說(shuō)作用在定子左邊的力大,右邊的力小,這樣定子就是限壓彈簧的作用下處于最右邊使定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子處于最大偏心,e0=e泵在最大偏心下工作,輸出的流量也最大,V1=2πDe0b這時(shí)它就是相當(dāng)于單作用定量式葉片泵，這是第一種情況泵的供油壓力P小于FS/A時(shí)，下面我們來(lái)看當(dāng)泵拓供油壓力升高時(shí)的情況。(2)當(dāng)泵的供油壓力升高使P＞PB這時(shí)我們可以看出反饋柱塞對(duì)定子的作用力F2=PA＞FS0/A.A＞FS0，這時(shí)作用在定子右邊反饋拉塞的作用力大，而定子左邊限壓彈簧的彈簧預(yù)緊力小，定子就要在反饋柱塞缸的作用下推動(dòng)定子克服限壓彈簧的彈簧力使定子向左移動(dòng)，當(dāng)定子移動(dòng)到定子中心相對(duì)于輪子的中心為e時(shí)，限壓彈簧的彈簧力增大到正好等于反饋柱塞的作用力時(shí)，定子在偏心距為e處處于平衡，這時(shí)泵的供油壓力為PA=KS(x0+x),那么P=KS(x0+x)/A,泵輸出的排量為：V2=2πDeb，拿這種情況與上一種情況相比，由于e0＞e，顯然V1＞V2，泵輸出的流量自然減小，這是第二種情況泵的供油壓力大于FS/A時(shí)，下面我們看第三種情況下泵的最大供油壓力為多少。（3）當(dāng)泵的供油壓力達(dá)到最大值時(shí)，我們看泵的供油壓力增大，反饋柱塞對(duì)定子向左的作用力一直增大，定子一直左移，偏心距e一直減小，直到泵輸出的排量V=2πDeb=0，這時(shí)無(wú)論負(fù)載有多大，由于液壓泵不再向外輸出壓力油，泵的供油壓力也就不會(huì)再增大了，從而使作用在定子上反饋柱塞的作用力F2與彈簧力Fs相平衡，即F2=Fs，Pmax.A=ks(e0+x0)Pmax=ks(e0+x0)/A，這就是限壓式變量葉片泵的最大供油壓力，這里所謂的限壓就是通過(guò)改變流量來(lái)限制最高壓力。另外我們想一下，實(shí)際中的液壓泵定子相對(duì)于輪子的偏心距會(huì)不會(huì)完全等于零，這是不會(huì)的，那么為什么，我們知道液壓泵本身存在泄漏，當(dāng)e=0時(shí)，由于液壓泵的泄漏，必然使泵的供油壓力減小，定子右移偏心增大，泵的供油壓力增大，e減小，直到泵的供油壓力增大到最大時(shí)，定子相對(duì)于輪子的偏心距減小到e時(shí)使泵產(chǎn)生的流量全部用來(lái)補(bǔ)充泄漏而輸出流量為零，泵的供油壓力就保持在最大值不變了。第四節(jié)柱塞泵三、徑向柱塞泵1.徑向柱塞泵的工作原理圖為徑向柱塞泵的工作原理。之所以稱為徑向柱塞泵是因?yàn)橛卸鄠€(gè)柱塞徑向地配置在一個(gè)共同的缸體2內(nèi)。缸體由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，柱塞要靠離心力甩出，但其頂部被定子4的內(nèi)壁所限制。定子4是一個(gè)與缸體偏心放置的圓環(huán)。因此，當(dāng)缸體旋轉(zhuǎn)時(shí)柱塞就做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這里采用配流軸配油，又稱徑