第3章 液压动力元件3

1、2022-2-2武汉理工大学机电学院13.4 柱塞泵柱塞泵按柱塞的排列和运动方式按柱塞的排列和运动方式的不同分的不同分 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 径向柱塞泵径向柱塞泵 轴向柱塞泵轴向柱塞泵柱塞的轴线和传动轴的轴线平行柱塞的轴线和传动轴的轴线平行径向柱塞泵径向柱塞泵柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直 轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类，目前我国生产的轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类，目前我国生产的三个基本系列为三个基本系列为CY14-1CY14-1型、型、ZBZB型、型、Z Z* *B B型型, ,并且结构上容易实现无级变量等优并且结构上容易实现无

2、级变量等优点。点。 不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压系统若需高压时，不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压系统若需高压时，均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床、液压机、起重机械等设备的液压系均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床、液压机、起重机械等设备的液压系统。统。2022-2-2武汉理工大学机电学院2一一 配流轴式径向配流轴式径向 柱塞泵柱塞泵n 缸体缸体 均布有五均布有五 七个柱塞孔，柱塞七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。底部空间为密闭工作腔。n 柱塞柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。其头部滑履与定子内圆接触。n 定子定子 与缸体存在偏心。与缸体存在偏心。n 配

3、流轴配流轴n 传动轴传动轴2022-2-2武汉理工大学机电学院3配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵结构特点结构特点n配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。使液压径向力得到平衡，容积效率较高。n柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。n可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。n改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。改变定子相对缸体的偏心距可以改变排

4、量，且变量方式多样。224VdeZ排量排量流量流量224VqdeZn 由于柱塞在缸体中移动的速度是变化的，各个柱塞在缸中移动的速度由于柱塞在缸体中移动的速度是变化的，各个柱塞在缸中移动的速度也不相同，所以径向柱塞泵的瞬时流量是脉动的。也不相同，所以径向柱塞泵的瞬时流量是脉动的。 柱塞数为奇数要比柱塞数为偶数时的瞬时流量脉动小得多，因此，径柱塞数为奇数要比柱塞数为偶数时的瞬时流量脉动小得多，因此，径向柱塞泵的柱塞数为奇数。向柱塞泵的柱塞数为奇数。 2022-2-2武汉理工大学机电学院4图图3-18 3-18 直轴式轴向柱塞泵的工作原理直轴式轴向柱塞泵的工作原理11传动轴传动轴 22斜盘斜盘 33

5、柱塞柱塞 44缸体缸体 55配流盘配流盘 缸体直接安装在传动轴上，通过斜盘使柱塞相对缸体往复运动。缸体直接安装在传动轴上，通过斜盘使柱塞相对缸体往复运动。压力和功率较小者，以柱塞的球端直接与斜盘做点接触；压力和功率压力和功率较小者，以柱塞的球端直接与斜盘做点接触；压力和功率较大者，柱塞通常是通过滑履与斜盘接触。较大者，柱塞通常是通过滑履与斜盘接触。 依靠柱塞在缸体内作往依靠柱塞在缸体内作往复运动，使得密封油腔复运动，使得密封油腔容积变化而实现吸油和容积变化而实现吸油和压油压油 当传动轴带着缸体和柱塞一起旋转时当传动轴带着缸体和柱塞一起旋转时（图示逆时针），柱塞在缸体内作往（图示逆时针），柱塞在

6、缸体内作往复运动，在自下而上回转的半周内，复运动，在自下而上回转的半周内，柱塞逐渐向外伸出，使缸体内密封油柱塞逐渐向外伸出，使缸体内密封油腔容积增加，形成局部真空，于是油腔容积增加，形成局部真空，于是油液就通过配油盘的吸油窗口液就通过配油盘的吸油窗口a a进入缸进入缸体中。在自上而下的半周内，柱塞被体中。在自上而下的半周内，柱塞被斜盘推着逐渐向里缩回，使密封油腔斜盘推着逐渐向里缩回，使密封油腔容积减小，将液体从配油窗口容积减小，将液体从配油窗口b b排出排出去。去。缸体每转动一周，完成一次吸油和一次压油。缸体每转动一周，完成一次吸油和一次压油。轴向柱塞泵轴向柱塞泵2022-2-2武汉理工大学机

7、电学院5轴向柱塞泵轴向柱塞泵SDtg柱塞行程柱塞行程 柱塞泵排量柱塞泵排量 24Vd DZtg实际实际输出流量输出流量 24Vqd DZntgZ Z5 56 67 78 89 9101011111212q q% %4.984.9813.913.92.532.537.87.81.531.535.05.01.021.023.533.53柱塞数为奇数时，脉动柱塞数为奇数时，脉动较小，当柱塞数愈多，较小，当柱塞数愈多，则脉动率则脉动率q q愈小。愈小。 2022-2-2武汉理工大学机电学院6轴向柱塞泵的轴向柱塞泵的工作特点工作特点 (2) (2) 缸体端面间隙的自动补偿。使缸体紧压配流盘端面的作用力，

8、缸体端面间隙的自动补偿。使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，除机械装置或弹簧的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，它比弹簧力大很多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受它比弹簧力大很多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受力紧贴着配油盘，就使端面间隙得到了补偿。力紧贴着配油盘，就使端面间隙得到了补偿。(3) (3) 滑履结构。在柱塞头部装一滑履。滑履按静压原理设计，缸体中滑履结构。在柱塞头部装一滑履。滑履按静压原理设计，缸体中的压力油经柱塞球头中间小孔流入滑履油室，致使滑履和斜盘间形成液的压力油经柱塞球头中间小孔流

9、入滑履油室，致使滑履和斜盘间形成液体润滑，因此改善了接触应力。体润滑，因此改善了接触应力。使用这种结构的轴向柱塞泵压力可达使用这种结构的轴向柱塞泵压力可达32MPa32MPa以上，流量也可以很大。以上，流量也可以很大。 (4) (4) 轴向柱塞泵没有自吸能力。靠加设辅助设备，采用回程盘或在每轴向柱塞泵没有自吸能力。靠加设辅助设备，采用回程盘或在每个柱塞后加返回弹簧，也可在柱塞泵前安装一个辅助泵提供低压油液强个柱塞后加返回弹簧，也可在柱塞泵前安装一个辅助泵提供低压油液强行将柱塞推出，以便吸油充分。行将柱塞推出，以便吸油充分。(1) (1) 柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高。柱塞上开设均压槽，以保证

10、柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高。柱塞上开设均压槽，以保证轴孔的最小间隙和良好的同心度，使泄漏流量减小。轴孔的最小间隙和良好的同心度，使泄漏流量减小。2022-2-2武汉理工大学机电学院7缸体缸体柱塞滑履组柱塞滑履组配流盘配流盘2022-2-2武汉理工大学机电学院8变量机构变量机构 变量轴向柱塞泵中的主体部分大致变量轴向柱塞泵中的主体部分大致相同，其变量机构有各种结构型式，相同，其变量机构有各种结构型式，有手动、手动伺服、恒功率、恒流有手动、手动伺服、恒功率、恒流量、恒压变量等。量、恒压变量等。 2022-2-2武汉理工大学机电学院92022-2-2武汉理工大学机电学院10斜盘式轴向柱塞泵斜盘式

11、轴向柱塞泵的结构特点的结构特点n三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达定压力可达31.5MPa31.5MPa。n泵体上有泄漏油口。泵体上有泄漏油口。n传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。n为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：数为奇数：5 5，7 7，9 9。 为防止密闭容积在吸、压油转换时因压为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减

12、振槽或减振孔。窗口前端开有减振槽或减振孔。2022-2-2武汉理工大学机电学院11斜轴式无铰斜轴式无铰轴向柱塞泵轴向柱塞泵n工作原理与斜盘式轴向柱塞工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角之间存在一个摆角，柱塞，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。体孔内作往复运动。n特点：柱塞受力状态较斜盘特点：柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增式好，不仅可增大摆角来增大流量

13、，且耐冲击、寿命长。大流量，且耐冲击、寿命长。2022-2-2武汉理工大学机电学院12轴向柱塞马达轴向柱塞马达 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构。配流盘为对称结构。 应用应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。2022-2-2武汉理工大学机电学院13低速大扭矩马达低速大扭矩马达单作用连杆型径向柱塞马达单作用连杆型径向柱塞马达2022-2-2

14、武汉理工大学机电学院14n结构原理结构原理n呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。n柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。缸与回油口相通。n曲轴为输出轴。曲轴为输出轴。n配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压回油相通（配流套不转），保

15、证曲轴连续旋转。低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。n排量公式排量公式 v v = =d d 2 2e z / 2e z / 2nd d 为柱塞直径；为柱塞直径；e e 为曲轴偏心距；为曲轴偏心距；z z 为柱塞数。为柱塞数。n应用应用n结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡后最低转速可达压支承或静压平衡后最低转速可达3 3 r/mi

16、nr/min。2022-2-2武汉理工大学机电学院15低速大扭矩马达低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达多作用内曲线径向柱塞马达2022-2-2武汉理工大学机电学院16n结构原理结构原理 n壳体内环由壳体内环由x x 个导轨曲面组个导轨曲面组成，每个曲面分为成，每个曲面分为a a、b b两个两个区段；区段；n缸体径向均布有缸体径向均布有z z 个柱塞孔，个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内梁上，使之在缸体径向槽内滑动滑动 ；n 柱塞、滚轮组组成柱塞组件，柱塞、滚轮组组成柱塞组件， a a段导轨对柱塞组件段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产

17、生转矩；的法向反力的切向分力对缸体产生转矩；n 配流轴圆周均布配流轴圆周均布2x 2x 个配流窗口，其中个配流窗口，其中x x 个窗口对应个窗口对应于于a a段，通高压油，段，通高压油，x x 个窗口对应于个窗口对应于b b段，通回油段，通回油（xz xz ) )；n 输出轴输出轴 ，缸体与输出轴连成一体。，缸体与输出轴连成一体。2022-2-2武汉理工大学机电学院17n排量公式排量公式 v v = =（d d 2 2/ /4 4）sxyzsxyzns s 为柱塞行程；为柱塞行程； x x 为作用次数；为作用次数； y y 为柱塞排数；为柱塞排数； z z 为每排柱塞数为每排柱塞数 。n应用应

18、用 转矩脉动小，径向力平衡，转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍用于工程、建筑、起重运输、煤普遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。矿、船舶、农业等机械中。2022-2-2武汉理工大学机电学院18液压泵液压泵的分类和选用的分类和选用n按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，螺杆泵。螺杆泵。n齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵n叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子泵叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子

19、泵n柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵n按排量能否变量分定量泵和变量泵。按排量能否变量分定量泵和变量泵。n单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵n按工作特点选用：按工作特点选用：n是否要求变量是否要求变量 要求变量选用变量泵。要求变量选用变量泵。n工作压力工作压力 柱塞泵的额定压力最高。柱塞泵的额定压力最高。 n工作环境工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。齿轮泵的抗污能力最好。n噪声指标噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。n效率效率 轴向柱塞泵的总效率最高。轴向柱塞泵的总效

20、率最高。液压泵是液压系统的动力元件，也液压泵是液压系统的动力元件，也是液压系统的核心元件。合理地选是液压系统的核心元件。合理地选择液压泵对于降低能耗、提高效率、择液压泵对于降低能耗、提高效率、降低噪声、改善工作性能和保证系降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作十分重要。统的可靠工作十分重要。 2022-2-2武汉理工大学机电学院19液压泵和马达液压泵和马达的选用原则的选用原则应根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确应根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的结构类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定液压泵的结构类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。定其规格型号。 从工作原理上讲，它们是可逆的，但由于用途不同，故在结构上各从工作原理上讲，它们是可逆的，但由于用途不同，故在结构上各有其特点。因此，在实际工作中大部分泵和马达是