第2章 液压动力元件

1、式中取泄漏量q=klp。这是因为液压泵工作构件之间的间隙很小，泄漏液体的流动状态可以看作是层流，即泄漏量和泵的工作压力 p成正比。Kl 是液压泵的泄漏系数。 2）机械损失 指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效率表征，即 （25） 在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸、压油口的压力差p往往用液压泵出口压力p代入。 液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。下图给出了某液压泵的性能曲线。 式中，pv齿轮泵的容积效率。 式(214)中的q是齿轮泵的平均流量，实际上，在齿轮啮合过程齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时

2、流量，则流量脉动率q为 （215） 式中，K系数 ；对于主动轮，K0.75。对从动轮，K = 0.85；p 泵进、出口压力差；De齿顶圆直径。 由此可见，当泵的尺寸确定以后，油液压力越高径向不平衡力就越大。其结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。减小径向不平衡力的方法有： （1） 缩小压油腔 （2） 开压力平衡槽 右图（动画）为单作用叶片泵工作原理图。单作用叶片泵也是由转子l、定子2、叶片3和配油盘(图中未画出 )等零件组成。与双作用叶片泵明显不同之处是，定子的内表面是圆形的 ， 转子与定子之间有一偏心量e ，配油盘只开一个吸油窗口和一个压油窗口。当转子转动时，由

3、于离心力作用，叶片顶部始终压在定子内圆表面上 。这样，两相邻叶片间就形成了密封容腔 。显然 ，当转子按图示方向旋转时， 单作用叶片泵工作原理图中右侧的容腔是吸油腔，左侧的容腔是压油腔，它们容积的变化分 1转子；2定子；3叶片别对应着吸油和压油过程。封油区 如图中所示。由于在转子每转一周的过程中，每个密封容腔完成吸油、压油各一次，因此也称为单作用式叶片泵。单作用式叶片泵的转子受不平衡液压力的作用,故又被称为非卸荷式叶片泵。 右图是单作用叶片泵排量和流量计右图是单作用叶片泵排量和流量计算简图。定子、转子直径分别为算简图。定子、转子直径分别为D和和d , , 宽度为宽度为B ，两叶片间夹角为，两叶片

4、间夹角为，叶片数为，叶片数为Z， 定子与转子的偏心量为定子与转子的偏心量为e 。当泵的。当泵的转子转一转时，两相邻叶片间的密封容转子转一转时，两相邻叶片间的密封容积的变化量为积的变化量为V1 - - V2。若把。若把AB和和CD看看作是以作是以O1为中心的圆弧，则为中心的圆弧，则所以，单作用叶片泵的排量所以，单作用叶片泵的排量为为 泵的实际流量q为 泵的实际流量q为 泵的实际流量泵的实际流量q q为为 泵的理论流量泵的理论流量q qt t为为 q qt=t= nn 考虑到=2/Z，所以式中，B一叶片的宽度，R、r 定子的长半径和短半径。实际上叶片有一定厚度，叶片所占的空间减小了密封工作容腔的容

5、积。因此转子每转因叶片所占体积而造成的排量损失为式中， s 叶片厚度； 叶片倾角。考虑到=2/Z，所以式中，B一叶片的宽度，R、r 定子的长半径和短半径。实际上叶片有一定厚度，叶片所占的空间减小了密封工作容腔的容积。因此转子每转因叶片所占体积而造成的排量损失为式中， s 叶片厚度； 叶片倾角。 配油盘是泵的配油机构。为了保证配油盘配油盘是泵的配油机构。为了保证配油盘的吸、压油窗口在工作中能隔开，就必须的吸、压油窗口在工作中能隔开，就必须使配油盘上封油区夹角使配油盘上封油区夹角大于或等于两个相大于或等于两个相邻叶片间的夹角，如图邻叶片间的夹角，如图3.17所示，即所示，即式中，式中，Z一一 叶片

6、数。叶片数。 此外，还要求定子圆弧部分的夹角此外，还要求定子圆弧部分的夹角，以免产生困油和气穴现象。，以免产生困油和气穴现象。 从上图可以看出，在配油盘的压油窗口上开有一个三角槽从上图可以看出，在配油盘的压油窗口上开有一个三角槽 ，它的作用主要是用来减，它的作用主要是用来减小泵的流量脉动和压力脉动小泵的流量脉动和压力脉动 。封油区中两相邻叶片之间的油液其压力基本与吸油区压力。封油区中两相邻叶片之间的油液其压力基本与吸油区压力相同，当这部分液体从封油区到达压油窗口时相同，当这部分液体从封油区到达压油窗口时 ，相当于一个低压区域突然和一个高压区，相当于一个低压区域突然和一个高压区域接通，这势必造成

7、压油腔中的域接通，这势必造成压油腔中的 油液倒流进来，引起泵输出流量和压力的脉动。在配油油液倒流进来，引起泵输出流量和压力的脉动。在配油盘上叶片从封油区进入压油窗口的一边开三角槽，可使那块低压液体逐渐进入压油窗口盘上叶片从封油区进入压油窗口的一边开三角槽，可使那块低压液体逐渐进入压油窗口, ,压力逐渐上升，从而降低泵的流量脉动和压力脉动。三角槽的尺寸压力逐渐上升，从而降低泵的流量脉动和压力脉动。三角槽的尺寸 通常由实验来确定。通常由实验来确定。 定子工作表面曲线如左上图所示。它由四段圆弧和四段过渡曲定子工作表面曲线如左上图所示。它由四段圆弧和四段过渡曲线组成。理想的过渡曲线应保证使叶片在转子槽

8、中滑动时径向速度线组成。理想的过渡曲线应保证使叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀，保证叶片对定子表面的冲击尽可能小。目前定和加速度变化均匀，保证叶片对定子表面的冲击尽可能小。目前定子的过渡曲线一般都使用等加子的过渡曲线一般都使用等加等减速曲线，如右上图所示。等减速曲线，如右上图所示。 定子工作表面曲线如左上图所示。它由四段圆弧和四段过渡曲定子工作表面曲线如左上图所示。它由四段圆弧和四段过渡曲线组成。理想的过渡曲线应保证使叶片在转子槽中滑动时径向速度线组成。理想的过渡曲线应保证使叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀，保证叶片对定子表面的冲击尽可能小。目前定和加速度变化均匀，保证

9、叶片对定子表面的冲击尽可能小。目前定子的过渡曲线一般都使用等加子的过渡曲线一般都使用等加等减速曲线，如右上图所示。等减速曲线，如右上图所示。 叶片在转子中的安放应当有利叶片在转子中的安放应当有利于叶片的滑动，磨损要小。右图给于叶片的滑动，磨损要小。右图给出了叶片的受力分析。在工作过程出了叶片的受力分析。在工作过程中，受离心力和叶片根部压力油的中，受离心力和叶片根部压力油的作用，叶片紧紧地与定子接触。定作用，叶片紧紧地与定子接触。定子内表面给叶片顶部的反作用力子内表面给叶片顶部的反作用力N可分解为两个力，即与叶片垂直的可分解为两个力，即与叶片垂直的力力T和沿叶片槽方向的力和沿叶片槽方向的力P。显

10、然，。显然，力力T容易使叶片折断。为此，通常容易使叶片折断。为此，通常将转子槽按旋转方向倾斜将转子槽按旋转方向倾斜角，这样角，这样可以减小力可以减小力T T的值。由理论分析和实的值。由理论分析和实验验证，一般取验验证，一般取为为10o14o。叶片倾角 YBX型外反馈限压式变量叶片泵型外反馈限压式变量叶片泵 l预紧力调整螺钉；预紧力调整螺钉； 2限压弹簧；限压弹簧；3泵体；泵体； 4转子；转子；5定子定子 6滑块；滑块；7泵轴；泵轴；8叶片；叶片； 9反馈柱塞；反馈柱塞； 10最大偏心调整螺钉最大偏心调整螺钉 上图是一种实用的上图是一种实用的YBX型外反馈限压式变量叶片泵。其组成和工作原理不再赘

11、述。型外反馈限压式变量叶片泵。其组成和工作原理不再赘述。 YBX型限压式变量叶片泵在结构上与双作用叶片泵有以下三点不同：型限压式变量叶片泵在结构上与双作用叶片泵有以下三点不同： 1） 限压式变量叶片泵的叶片倾角与双作用叶片泵的叶片倾角相反，即叶片倾角沿转限压式变量叶片泵的叶片倾角与双作用叶片泵的叶片倾角相反，即叶片倾角沿转子径向向后倾斜子径向向后倾斜角；角； 2） 限压式变量叶片泵的配油盘使处于压油区的叶片底部通压油腔，处于吸油区的叶限压式变量叶片泵的配油盘使处于压油区的叶片底部通压油腔，处于吸油区的叶片底部通吸油腔。这样使叶片顶部与底部液压作用力基本平衡片底部通吸油腔。这样使叶片顶部与底部液

12、压作用力基本平衡 ，避免了双作用定量叶片，避免了双作用定量叶片泵在吸油区因液压作用力径向不平衡而导致定子内表面严重磨损的问题。泵在吸油区因液压作用力径向不平衡而导致定子内表面严重磨损的问题。 3）根据理论分析，当叶片数为奇数时，限压式变量叶片泵瞬时流量脉动小）根据理论分析，当叶片数为奇数时，限压式变量叶片泵瞬时流量脉动小, ,而双作用而双作用叶片泵的叶片数为偶数时流量脉动小叶片泵的叶片数为偶数时流量脉动小 。所以限压式变量叶片泵的叶片数通常为。所以限压式变量叶片泵的叶片数通常为 15 片左片左右。右。 这种泵的工作原理如左图动画所示。由图可见，与外反馈限压式变量叶片泵的主要差别是没有反馈活塞,

13、 且配油盘上的压油窗口对垂直轴是不对称的，向弹簧那边转过了角。这样作用在定子内壁上液压力的合力P在X轴方向上存在一个分力PSin，它就是进行自动调节的反馈力。具体调节过程类似于外反馈限压式变量叶片泵。 内反馈限压式变量叶片泵1预紧力调整螺钉；预紧力调整螺钉；2一定子；一定子；3转子；转子；4一限压弹簧；一限压弹簧； 根据上述工作原理，外反馈限压式变量叶片泵的输出流量根据上述工作原理，外反馈限压式变量叶片泵的输出流量q与工作压力与工作压力p的的关系为关系为 式中，式中，kq是泵的流量常数，由泵的几何参数决定。是泵的流量常数，由泵的几何参数决定。kl是泵的泄漏系数。是泵的泄漏系数。 当液压反馈力小

14、于弹簧预紧力时，定子处于最右端位置，故有当液压反馈力小于弹簧预紧力时，定子处于最右端位置，故有 当液压反馈力大于弹簧预紧力时，定子向左移动。考虑到滚针轴承处的摩擦当液压反馈力大于弹簧预紧力时，定子向左移动。考虑到滚针轴承处的摩擦力可取不同方向，此时定子在弹簧力方向上的受力平衡方程为力可取不同方向，此时定子在弹簧力方向上的受力平衡方程为， 式中，式中， Ff滚针支承处的摩擦力。如令摩擦系数为滚针支承处的摩擦力。如令摩擦系数为f，定子内壁的承压，定子内壁的承压 面积为面积为Ay，则摩擦力则摩擦力Ff= pAyf； k弹簧刚度。由式（弹簧刚度。由式（226）和式（）和式（228）可以得到）可以得到

15、外反馈限压式变量叶片泵的流量外反馈限压式变量叶片泵的流量- -压力曲线，如下图所示。图中的压力曲线，如下图所示。图中的AB段如果不考虑泄漏的段如果不考虑泄漏的影响，这段特性是定量泵特性；影响，这段特性是定量泵特性；BCBC段表明叶片泵输出的流量随着工作压力的增大迅速减段表明叶片泵输出的流量随着工作压力的增大迅速减少，这是压力反馈式的变量泵特性。其中，拐点压力少，这是压力反馈式的变量泵特性。其中，拐点压力p pc和最大工作压力和最大工作压力p pmax分别是定量泵分别是定量泵阶段和变量泵阶段液压泵工作压力的最大值。根据上面的关系可以求出阶段和变量泵阶段液压泵工作压力的最大值。根据上面的关系可以求

16、出外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵的流量压力曲线的流量压力曲线 右图右图( (动画）是径向柱塞泵的工作动画）是径向柱塞泵的工作原理图。这种泵由柱塞原理图。这种泵由柱塞 、转子、衬套、转子、衬套、定子和配油轴组成。定子和转子之间定子和配油轴组成。定子和转子之间有一个偏心有一个偏心 e。衬套固定在转子孔内。衬套固定在转子孔内随之一起转动。配油轴是固定不动的。随之一起转动。配油轴是固定不动的。柱塞在转子（缸体柱塞在转子（缸体 ）的径向孔内运动）的径向孔内运动, ,形成了泵的密封工作容腔。显然，当形成了泵的密封工作容腔。显然，当转子按图示方向转动时，位于上半周转子按图示方向转动时，位于上半

17、周的工作容腔处于吸油状态，油箱中的的工作容腔处于吸油状态，油箱中的油液经配油轴的油液经配油轴的a孔进入孔进入b腔腔; 位于下半位于下半周的工作容腔则处于压油状态，周的工作容腔则处于压油状态，c 腔中腔中的油将从配油轴的的油将从配油轴的d d孔向外输出。改变孔向外输出。改变定子与转子偏心距定子与转子偏心距e的大小和方向，就的大小和方向，就可以改变泵的输出流量和泵的吸、压可以改变泵的输出流量和泵的吸、压油方向。因此径向柱塞泵可以做成单油方向。因此径向柱塞泵可以做成单向或双向变量泵。向或双向变量泵。 由于径向柱塞泵的径向尺寸大，自由于径向柱塞泵的径向尺寸大，自吸能力差，配油轴受径向不平衡液压吸能力差

18、，配油轴受径向不平衡液压力作用，易于磨损。这些原因限制了力作用，易于磨损。这些原因限制了转速和工作压力的提高。转速和工作压力的提高。径向柱塞泵的工作原理图径向柱塞泵的工作原理图阀配油径向柱塞泵1偏心轮；2 柱塞；3 弹簧；4 压油阀； 5 吸油阀；6 滚动轴承 从结构上来说，前面介绍的是轴配油径向柱塞泵，即配油机构设置在一根轴上。下从结构上来说，前面介绍的是轴配油径向柱塞泵，即配油机构设置在一根轴上。下面介绍另一种结构的径向柱塞泵面介绍另一种结构的径向柱塞泵阀配油径向柱塞泵。阀配油径向柱塞泵。 上图上图( (动画动画) )是它的工作原理图。是它的工作原理图。泵轴泵轴O带动偏心轮带动偏心轮1转动

19、，偏心轮上装有滚动轴承转动，偏心轮上装有滚动轴承6。柱塞。柱塞2在弹簧在弹簧3的作用下压紧在滚动的作用下压紧在滚动轴承上。偏心轮转一周活塞完成一个往复行程。显然，柱塞向下运动时通过吸油阀轴承上。偏心轮转一周活塞完成一个往复行程。显然，柱塞向下运动时通过吸油阀5 吸油，吸油，向上运动时通过压油阀向上运动时通过压油阀4压油。压油。 阀配油径向柱塞泵的主要问题是吸、压油过程对柱塞的运动有一定的滞后。当柱塞阀配油径向柱塞泵的主要问题是吸、压油过程对柱塞的运动有一定的滞后。当柱塞从吸油过程转换到压油过程时，柱塞在开始向上运动的瞬间，吸油阀尚未关闭，压油阀从吸油过程转换到压油过程时，柱塞在开始向上运动的瞬

20、间，吸油阀尚未关闭，压油阀还未打开，还未打开， 这样，柱塞将油压到吸油腔。同理，当柱塞从压油过程转换到吸油过程时，这样，柱塞将油压到吸油腔。同理，当柱塞从压油过程转换到吸油过程时，在柱塞开始往下运动的瞬间，压油阀尚未关闭，吸油阀还未打开，这样柱塞将从压油腔在柱塞开始往下运动的瞬间，压油阀尚未关闭，吸油阀还未打开，这样柱塞将从压油腔吸油。因此，阀配流径向柱塞泵的实际排量比理论计算值要低。泵的转速愈高这种滞后吸油。因此，阀配流径向柱塞泵的实际排量比理论计算值要低。泵的转速愈高这种滞后现象愈严重。所以，此类泵的额定转速一般不高。现象愈严重。所以，此类泵的额定转速一般不高。若泵的转速为若泵的转速为n，

21、容积效率为，容积效率为pv，则泵的流量为，则泵的流量为径向柱塞泵的输出流量是脉动的。理论与实验分析表明，径向柱塞泵的输出流量是脉动的。理论与实验分析表明，柱塞的数量为奇数时流量脉动小，因此，径向柱塞泵柱塞柱塞的数量为奇数时流量脉动小，因此，径向柱塞泵柱塞的个数通常是的个数通常是7个或个或9个。个。直轴式1传动轴；2一斜盘；3一柱塞；4缸体；5一配油盘斜轴式l传动轴；传动轴；2一连杆；一连杆；3缸体；缸体；4一柱塞；一柱塞；5一平面配油盘一平面配油盘 泵的排量和流量分别为泵的排量和流量分别为 式中，式中，n一泵的转速；一泵的转速；pv一泵的容积效率。一泵的容积效率。 轴向柱塞泵的输出流量是脉动的

22、。理论分析和实验研究表明，轴向柱塞泵的输出流量是脉动的。理论分析和实验研究表明， 当柱塞个数当柱塞个数多且为奇数时流量脉动较小。从结构和工艺考虑，柱塞个数多采用多且为奇数时流量脉动较小。从结构和工艺考虑，柱塞个数多采用7或或9。流量脉动率与柱塞数流量脉动率与柱塞数Z的关系的关系Z 5 6 7 8 9 10 11 12 q(%) 4.98 14 2.53 7.8 1.53 4.98 1.02 3.45 （1）直轴式轴向柱塞泵）直轴式轴向柱塞泵 右图右图 是一种轴向柱塞泵的结构简图。是一种轴向柱塞泵的结构简图。传动轴传动轴8通过花键带动缸体通过花键带动缸体6旋转。柱塞旋转。柱塞5( (七个七个)

23、)均匀安装在缸体上。均匀安装在缸体上。 柱塞的头柱塞的头部装有滑靴部装有滑靴4，滑靴与柱塞是球铰连接，滑靴与柱塞是球铰连接，可以任意转动。由弹簧通过钢球和压板可以任意转动。由弹簧通过钢球和压板3将滑靴压靠将滑靴压靠 在斜盘在斜盘2上。这样，当缸上。这样，当缸体转动时，柱塞就可以在缸体中往复运体转动时，柱塞就可以在缸体中往复运动，完成吸油和压油过程。配油盘动，完成吸油和压油过程。配油盘7与与泵的吸油口和压油口相通，固定在泵体泵的吸油口和压油口相通，固定在泵体上。另外，在滑靴与斜盘相接触的部分上。另外，在滑靴与斜盘相接触的部分有一个油室，压力油通过柱塞中间的小有一个油室，压力油通过柱塞中间的小孔进入油室，在滑靴与斜盘之间形成一孔进入油室，在滑靴与斜盘之间形成一个油膜，起着静压支承作用，从而减少个油膜，起着静压支承作用，从而减少了磨损。了磨损。 滑靴的静压支承原理如滑靴的静压支承原理如图图右右图图所示。所示。 这种泵的变量机构是手动的。转动这种泵的变量机构是手动的。转动手把手把1 1，通过丝杠螺母副可以改变斜盘，通过丝杠螺母副可以改变斜盘的倾角，从而改变泵的输出流量。的倾角，从而改变泵的输出流量。 滑靴的静压支承原理图1.柱塞 2.滑靴 3.斜盘 （2）斜轴式轴向柱塞泵）斜轴式轴向柱塞泵 下下图是一种斜轴式轴向柱塞泵的结构简图。这是一个定量泵。它由主轴图是一种斜轴式轴向柱塞泵的结构