系统回路分析

1、 以单柱塞泵为例 液压传动系统的能源元件:各种类型的液压泵。 在传动过程中，通过能源元件将原动机（电动机，发动机等） 的机械能转变为液体的压力能输送到系统中。由此可见，能源元件 在液压传动系统中起着核心作用。 液压泵的三个工作条件液压泵的三个工作条件: 1. 结构上必须要有若干个容积可变的密封工作腔。 2. 工作中所有工作腔都能够由小到大，由大到小平稳连续地变化。 容积由小变大吸油，由大变小压油； 3. 必须保证吸油和排油严格分开。即要有配油机构（如图3 1中吸 油阀5和排油阀6）。 柱塞泵 叶片泵 变量泵 定量泵 液压泵 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 外啮合式 内啮合式 单作用式 双作用式 轴向柱

2、塞式 径向柱塞式 单作用式 轴向柱塞式 径向柱塞式 图形符号： 三. . 液压泵主要工作参数 （一）液压泵的压力（一）液压泵的压力 单位为 N/m2、Pa或MPa 1.实际压力实际压力(工作压力工作压力) Pp:实际工作中克服负载产生的压力。实际工作中克服负载产生的压力。 2.额定压力额定压力Pn ：按试验标准在额定转速、额定流量下能达到的最大允许使用压按试验标准在额定转速、额定流量下能达到的最大允许使用压 力。力。 3最高压力最高压力Pmax ：泵短时间之内可以承受的最大压力。：泵短时间之内可以承受的最大压力。 （二）液压泵的排量和流量（二）液压泵的排量和流量 1排量排量Vp ：泵轴转动一周

3、从排油口排出液体体积。泵轴转动一周从排油口排出液体体积。排量的大小仅与泵的几排量的大小仅与泵的几 何尺寸有关。何尺寸有关。 2理论流量理论流量qtp 单位时间内，排出液体体积。单位时间内，排出液体体积。 3实际流量实际流量qp 一定负载下，液压泵输出的流量。一定负载下，液压泵输出的流量。 4额定流量额定流量qnp ：额定转速额定压力下泵的最大流量。：额定转速额定压力下泵的最大流量。 qtp=Vpni p pippptpp pKnVqqq pn pp maxn pp 3 /mr 3 /ms （三）液压泵的功率Pp Nm/s,W 1. 液压泵的输入功率Pip ：原动机通过传动轴输入的机械功率。 i

4、pipipipip 2TnTP 2. 液压泵的输出功率Pop ：具有一定压力和流量的功率。 ppop qpP ippptpptpiptp 2nVpqpTnP 3. 液压泵的理论功率Ptp：不考虑任何功率损失的计算功率。 （四）液压泵的效率 1. 机械效率mp 2. 容积效率Vp tpmpip PP iP tP ipip tpip ip tp mp 2 2 T T Tn Tn P P ip pp ipip tpp ip tp mp 22T Vp Tn qp P P opVptp PP ipp p tp p tp ptp tp p tpp pp tp op Vp 11 nV pK q q q qq

5、 q q qp qp P P 3. 总效率p tpip pp tp op Vp 2Tn qp P P oppip PP （一）工作原理 齿轮式液压泵结构简单，制造容易，体积和重量小，对油液污 染不太敏感，自吸能力强，工作可靠。因此, 应用较为普遍。 齿轮泵主要分为：外啮合式、内啮合式和螺杆式。 （二）排量及流量计算 1排量Vp AbZVZV22 p bZ t h 2 2= bZ m m 2 22 = bZmbZmV 22 p 66.62 2理论流量qtP 2实际流量qP = 外啮合齿轮泵实际输出流量仍有一定的脉动。齿数越少，流量 脉动越大。流量脉动率用表示。 q qq minmax 为了消除简

6、化齿形带来的误差,可用 3.333.5代替, 少齿数的取大值 vpip 2 vpippp 66. 6bZnmnVq ip bZnmnVq 2 ipptp 66. 6 1. 困油问题及解决措施 困油是由于啮合系数 1造成的。困 油会造成严重的气穴现象, 点蚀齿面, 产 生噪声等不利影响。 （三）外啮合齿轮泵结构上的关键问题及解决措施 解决措施: 在泵盖内侧开卸荷槽 。 开设卸荷槽的原则开设卸荷槽的原则：两槽间距：两槽间距为为 最小闭死容积，而使闭死容积由最小闭死容积，而使闭死容积由 小变大时与吸油腔相通，闭死容小变大时与吸油腔相通，闭死容 积由大变小时与压油腔相通。积由大变小时与压油腔相通。 2

7、. 径向力不平衡问题及解决措施 齿轮泵工作时：从排油区到吸油区的压力逐 渐减小 原因：齿顶间隙（缝隙流）的阻尼效应。 结果：齿轮及其传动轴会受到径向不平衡力 的作用，使齿轮及其传动轴被推向吸油口 一侧。负载越大，作用效果越大。 解决措施：通过减小排油口通径来减小径向 不平衡力。有的高压齿轮泵还采用了径向 压力补偿措施。 3. 泄漏问题及其解决措施 主要的泄漏途径： （1）齿顶与泵体内表面之间的径向间隙泄漏（占总泄漏 量的12%左右） （2）齿轮端面与泵盖之间的轴向间隙泄漏（占 总泄漏量的70%80%以上）； （3）齿轮啮合面的间隙泄漏（占总泄漏量的5%左右） 解决泄漏问题的措施：选用合适的间隙

8、 通常径向间隙控制在（0.130.16）mm；轴 向间隙控制在（0.030.04）mm。高压级以上 的齿轮泵还采用轴向压力补偿，或轴向径向联 合压力补偿措施控制间隙。 (四) 外啮合齿轮泵一般结构及高压齿轮泵 在强度允许的情况下在强度允许的情况下, , 解决了泄漏问题即可提高其工解决了泄漏问题即可提高其工 作压力。目前，高压外啮合齿轮泵采用了各种压力补偿和二次密作压力。目前，高压外啮合齿轮泵采用了各种压力补偿和二次密 封措施，使其额定压力能达到封措施，使其额定压力能达到2525MPaMPa，最高压力可达最高压力可达2828MPaMPa。 提高压力措施提高压力措施： 减小轴向泄漏减小轴向泄漏 提

9、高轴承强度提高轴承强度 减小径向泄漏减小径向泄漏 方法：方法： 浮动轴套式浮动轴套式 浮动侧板式浮动侧板式 挠性侧板式挠性侧板式 （思考） 31、2、3 （作业） 39、10 、11 根据齿形的不同内啮合齿轮泵分类：齿形为摆线的称 为摆线式转子泵；齿形为渐开线的称为渐开线齿形内 啮合齿轮泵。 优点：体积小，重量轻，结构紧凑，噪声小 缺点：内齿轮加工困难 （一）摆线式转子泵工作原理 摆线泵摆线泵原理原理：内转子为主动轮，外转子为从动轮，内转：内转子为主动轮，外转子为从动轮，内转 子比外转子少一个齿。两转子回转中心有偏心距子比外转子少一个齿。两转子回转中心有偏心距e e。 渐开线泵渐开线泵： 小齿

10、轮为主动轮，大齿轮为从动轮。两轮小齿轮为主动轮，大齿轮为从动轮。两轮 偏心安装。为了形成密封工作腔，未啮合部分用月偏心安装。为了形成密封工作腔，未啮合部分用月 牙板隔开。牙板隔开。 （二）渐开线齿形内啮合齿轮泵 螺杆泵有单螺杆式、双螺杆式、三螺杆式和五螺杆式等。其螺 杆的螺旋线外廓又有不同形状之分。从螺杆横截面看去又像特殊齿 形的齿轮啮合, 所以也把螺杆泵列为齿轮泵类中。 优点：优点：结构紧凑、工作平稳、流量脉动小、噪声小 缺点：缺点：螺杆精度要求高、加工较困难 叶片式液压泵优点叶片式液压泵优点：体积小，流量脉动小，噪声小，广泛 用于机床、注塑机等液压 系统中。 缺点：缺点：结构复杂，抗油液污

11、染能力差。 分类：分类：单作用式（变量泵）和双作用式（定量泵） 随泵轴转一周，每个工作腔进行一次吸油和一次排油的 泵 称为单作用式叶片泵；随泵轴转一周，每个工作腔进行两次吸 油和两次排油的泵称为双作用式叶片泵。 （一）单作用式叶片泵工作原理 单作用叶片泵的特点：单作用叶片泵的特点： 定子曲线定子曲线：单作用叶片泵定子内表面为圆面：单作用叶片泵定子内表面为圆面; ; 叶片倾角叶片倾角：为保证叶片所受合力与运动方向一致，：为保证叶片所受合力与运动方向一致， 减少叶片受弯的力，叶片减少叶片受弯的力，叶片槽后槽后倾倾2424角角; ; 径向力：径向力：转轴所受径向力不平衡，有径向不平衡转轴所受径向力不

12、平衡，有径向不平衡 力力; ; 根部通油：根部通油：叶片槽根部分别接通吸、压油腔叶片槽根部分别接通吸、压油腔; ; 叶片数：叶片数：叶片数取为奇数，以减小流量的脉动叶片数取为奇数，以减小流量的脉动; ; 变量泵：变量泵：可以通过改变定子的偏心距可以通过改变定子的偏心距 e e 来调节泵来调节泵 的排量和流量的排量和流量; ; 叶片伸出：叶片伸出：主要靠离心力作用。主要靠离心力作用。 （二）排量和流量计算 1. 排量Vp 2. 理论流量qtp qtp = Vpnip = 2 B D e nip 单作用叶片泵输出流量有一定脉动，叶片为奇数时脉动相对 小些，一般采用Z=13或15. ( ( p VV

13、 A 小大 小大 -V) z =-A) Bz 2 1 2 rA = 22 12 ()( ) 222 Dd Ae z 大= 22 12 ()( ) 222 Dd Ae z 小= p V =2 BD e AA z 小大- =2D e 二双作用式叶片泵二双作用式叶片泵 泵轴旋转一周，每个工作腔吸油两次，排油两次的称为双 作用叶片泵（平衡式）。 （一）双作用式叶片泵工作原理（一）双作用式叶片泵工作原理 （二）排量和流量计算（二）排量和流量计算 1.排量Vp Vp= 2（V大V小）Z =2（A大A小）BZ = =2B（R2r2） BZrrrR 2 0 2 0 2 1 2 2. 理论流量理论流量qtp 叶

14、片厚度=（1.84）mm。当考虑叶片所占容积时， 双作用式叶片泵流量脉动较小。当叶片数为4的整倍 数， 且大于8时脉动率最小。一般Z=12。 ip 22 ipPtp 2nrRBnVq con 2 2 ip ip 22 tp ZnrRB nrRBq ip 22 con 2n rRZ rRB 双作用叶片泵的结构特点：双作用叶片泵的结构特点： 定子曲线定子曲线：由八段弧线组成，两段半径为：由八段弧线组成，两段半径为r r的圆弧，两段长的圆弧，两段长 半径为半径为R R的圆弧，四段夹角为的圆弧，四段夹角为的过渡曲线：的过渡曲线：等加（减）等加（减） 速曲线速曲线 阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线 径向力：

15、径向力：径向力平衡，无径向不平衡力径向力平衡，无径向不平衡力 根部通油：根部通油：为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面， 叶片槽根部全部通压油腔压力油。在压油区，叶片径向力叶片槽根部全部通压油腔压力油。在压油区，叶片径向力 平衡，在吸油区，叶片径向力不平衡。平衡，在吸油区，叶片径向力不平衡。 叶片数：叶片数：叶片数（叶片数（Z8Z8，4 4的倍数的倍数），可使理论流量均匀，），可使理论流量均匀， 噪声低噪声低 定量泵：定量泵：双作用叶片泵转子转一转，吸、压油各两次，为双作用叶片泵转子转一转，吸、压油各两次，为 定量泵定量泵 叶片伸出主要靠离心力和压力油

16、作用叶片伸出主要靠离心力和压力油作用 叶片径向力问题及解决措施 : （1）通过自身减压阀降低油液压力供给叶片底部。 （2）采用双叶片结构，见图3 14。利用双叶片之间的油道 将叶片底部压力油引到叶片顶部，使作用在叶片顶部和底部 的液压力保持平衡。 （3）采用子母叶片结构，见图3 15 油腔a通压油腔，油腔c通工作腔。 1叶片倾角 YB型和YB1双作用叶片泵装配时，叶片顺旋转方向前倾 1014。而新型泵设计成径向放置，且叶顶做成圆柱面。 2轴向间隙补偿 利用浮动配油盘压力补偿措施，自动控制轴向间隙，以 提高容积效率。 3. 双联泵 双作用式叶片泵结构上也有双联泵，应用较广。 4 排量可调性 双作

17、用式叶片泵不仅理论上已证明能够实现变量， 而且, 国外已设计和制造出产品。 国产双座叶片泵结构图 目前国内市场所见的变量叶片泵都是由单作用 式设计而成。 常见的有限压式、恒压式、恒流式和功率匹配式。 限压式变量泵面市较早，而且有内反馈式和外反馈 式两大类。 三变量叶片泵 （一）内反馈限压式变量叶片泵（一）内反馈限压式变量叶片泵 利用定子内侧不平利用定子内侧不平 衡液压力实现变量。衡液压力实现变量。 转子中心O固定，定 子可以左右移动。 流量调节螺钉流量调节螺钉：调节 定子和转子偏心量， 确定泵最大流量。 调压螺钉调压螺钉：调节作用 在定子上的弹簧力。 调压弹簧力 压力油水平分力 当外负载较小时

18、，FxFs时，定子不动，泵输出流量 qp=2BD nipVpe0 当外负载增大到FxFs时，定子克服弹簧力向右移动x，直到 Fx=Fs达到新的平衡才停止移动。此时， 输出流量 自动减小到 qp=2BD nip Vp（e0 x） 当外负载达到无限大，FxFs时，定子向右移动x = e0，直至 Fx=Fs为止。此时 输出流量 qp = 2BD nip Vp（e0e0）= 0 尽管外负载无穷大，由于输出流量为零，压力不会增到无穷大 0ss Fk x x F 0 () xss FFk xx 00 () xss FFk xe 1.外反馈限压式变量叶片泵工作原理 利用泵的出口压力 和反馈控制缸活塞 实现变

19、量。 利用排油口压力油 作用在变量活塞上 产生的作用力， 与调压弹簧相平衡。 弹簧力 泵的流量系数Kq=2BD nip Vp 泵实际输出流量qp = Kq( e0 x) K pp 当当F = 0时，时，pp = 0，pp Ab= 0 , qp = Kqe0 输出为所调的最大流量输出为所调的最大流量 当当F0时，时，pp 0 , ppAb0， pp = pc时，时，pcAb = Ks x0 , qp = Kqe0K pc 输出流量减小到变量点输出流量减小到变量点 当当F0，pp pc时，时，ppAb Ks x0， pp Ab = Ksx0+ Ksx 进入变量段进入变量段,输出流量与负输出流量与负

20、 载压力相适应载压力相适应,此时此时 s 0sbp K xKAp x 0 () ss Fk xx 0 0 () pbs pqlp s p Ak x qKeK p k 00 ()() q sl pqbp sq K k K qKexAp kK 当外负载当外负载F = 时，时，pp = pmax，定子在变量活塞推动下快速右移x = e0， 定子与转子同心，使泵的输出流量qp = 0。此时，泵的最大工作压力 pmax为 q s b 00s s b s q 00q max = )( )( K KK A xeK K KK A K K xeK p q 特性曲线及物理意义特性曲线及物理意义 （1）图中）图中A

21、点流量是空载流量，也是由流量螺钉限定的最大流量。点流量是空载流量，也是由流量螺钉限定的最大流量。 （2）B点流量是拐点（变量临界点）流量，即负载压力达到点流量是拐点（变量临界点）流量，即负载压力达到pc时，时， 泵要变量还未变量的临界点流量。泵要变量还未变量的临界点流量。 （3）C点流量是负载压力达到最大值时对应的流量，点流量是负载压力达到最大值时对应的流量，C点流量为零。点流量为零。 （4）AB线段线段说明泵的输出流量随负载增大而内部泄漏增多，实际说明泵的输出流量随负载增大而内部泄漏增多，实际 输出流量呈线性减小，泵工作在输出流量呈线性减小，泵工作在AB线段时不变量，特性像定量泵；线段时不变

22、量，特性像定量泵； BC线段线段是变量段，说明泵输出的流量随负载增大而自动减小，以是变量段，说明泵输出的流量随负载增大而自动减小，以 适应负载对小流量的要求；适应负载对小流量的要求； （5）调节流量螺钉可使）调节流量螺钉可使AB线段上下平移，调节调压螺钉可使线段上下平移，调节调压螺钉可使BC线线 段左右平移。更换不同刚度的弹簧，段左右平移。更换不同刚度的弹簧，BC线段的斜率将发生变化，线段的斜率将发生变化， Ks越小，越小，BC线段越陡，线段越陡，pmax越接近越接近pc值。值。 依靠柱塞在缸体内往复运动进行吸油和排油。 优点优点：由于工作柱塞及其柱塞孔均为圆柱面，因而加工方 便，配合精度高，

23、密封性能容易保证，容积效率高，所以工 作压力高。 缺点缺点：结构较为复杂，价格较高，对工作介质的纯洁度 要求较高。 柱塞式液压泵容积效率高，工作压力高，适应于高压大 流量系统。 分类：分类：轴向柱塞式，径向柱塞式。 1排量Vp 2理论流量qtp 轴向柱塞泵的输出流量也具有一定的脉动。 经过计算和 实践证明，具有奇数柱塞比具有偶数柱塞的泵脉动量小，通 常柱塞数为Z =79。 ZDdVtan 4 2 p ip 2 ipptp tan 4 ZnDdnVq 1柱塞与斜盘接触方式 斜盘式轴向柱塞泵的柱塞与斜盘有两种接触方式，即球头式 和滑履式。 球头式：简单，对斜盘接触应力大，不宜在较高压力下工作。 滑

24、履式：在工作柱塞头部装了滑履，而且采用了静压支承技 术，使得柱塞和斜盘之间变为有润滑的面接触，大大降低 了柱塞和斜盘的磨损及摩擦损失。 4变量轴向柱塞泵的变量机构 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 变量机构主要由1.上腔 2.提动杆 3.伺服阀芯 4. 过渡油孔 5.伺服阀套 6.变量活塞 7.销轴 8.油路通道 9.变 量头体 10.下腔 11.斜盘 12.回油孔 等组成 5. 传动轴支承问题 v工作原理工作原理 与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上 ，它们之间存在一个倾角，它们之间存在一个倾

25、角，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通 过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。 v特点特点 柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿 命长。命长。 （一）轴配油式径向柱塞泵（一）轴配油式径向柱塞泵 1排量排量VP ZeRdeRdV)( 4 )( 4 22 P eZd2 4 2 eZd 2 2 2理论流量理论流量qtp ip 2 ipptp 2 eZndnVq 配油轴式径向柱塞泵的工作原理配油轴式径向柱塞泵的工作原理 缸体缸体 均布柱塞孔，柱均布柱塞孔，柱 塞底部空间为密闭工作塞底部空间为密闭工作 腔腔 柱塞柱塞 其头部滑履与定其头部滑履与定 子内圆接触子内圆接触 定子定子 与缸体间存在偏与缸体间存在偏 心心 配油轴配油轴 不转动，分为不转动，分为 吸油和压油两个部分吸油和压油两个部分