液压传动第3次课教材

1、第三章液压油泵第三章液压油泵l l3.1 油泵概述油泵概述l（1）工作原理）工作原理 油泵是液压系统的动力元件，它的工作原理如图3-1所示。 图图3-1 油泵工作原理简图油泵工作原理简图手动泵手动泵 油泵正常工作需要满足如下基本要求：油泵正常工作需要满足如下基本要求： 、密封油腔a的容积变化是油泵实现吸油和压油的根本根本原因原因。油泵一般都称为容积式容积式泵。油泵的理论流量只决定于其结构参数和转速，而与压力无关。 、在吸油过程中，必须使油箱与大气相通，这是吸油吸油的必要条件的必要条件。在压油过程中，油压的高低决定于输出油路中所遇到的阻力，即决定于外载，这是形成油压的条件。 、单向阀2、4是油泵

2、的配油装置配油装置，配油装置是油泵正常工作不可缺少的部分。 l （2）分类）分类l 容积式油泵容积式油泵，按其流量，按其流量是否可以改变是否可以改变而分为而分为定量油泵定量油泵和变量油泵和变量油泵。l 变量油泵变量油泵的几何尺寸（即密封容积的变化的大小）是可以改变的，在不改变转速的情况下就能改变流量。l 定量油泵定量油泵的几何尺寸是固定的，只有改变转速才能改变流量（但改变转速的方法实际上几乎不使用）。 容积式泵按其结构不同，可分为齿轮泵齿轮泵（代号“CB”）、叶片泵叶片泵（代号“YB”）、柱塞泵柱塞泵（代号“ZB”）和螺杆泵螺杆泵（代号“RB”）四种。 齿轮泵和螺杆泵是齿轮泵和螺杆泵是定量泵定

3、量泵，叶片泵和柱塞泵可制成，叶片泵和柱塞泵可制成定定量泵。量泵。l （3）油泵的）油泵的性能参数性能参数 1）压力）压力p（单位为（单位为Pa）：）： 额定压力额定压力在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力； 工作压力工作压力泵实际工作的压力。实际工作，泵的压力是随负载而决定的； 吸入压力吸入压力泵进口处的压力； 最高允许压力最高允许压力按标准，超过额定压力所允许的短暂运行的最高压力。 2）排量和流量：）排量和流量： 排量排量V油泵每旋转一弧度旋转一弧度，由其几何尺寸计算得到的排出液体的体积；(m3/rad) 理论流量理论流量q t在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出的液泵在单

4、位时间内排出的液体体积体体积（m3/s）， q tV （、n为泵的角速度和转速，V每转排出的体积） 实际流量实际流量q泵工作时实际排出 的流量(q = q t q )，q为损失 流量； 额定流量q n泵在额定压力和 额定转速下输出的实际流量（m3/s）。 （油泵的流量q与工作压力p的关系， 如图32所示） Vn602 3）功率和效率）功率和效率: 功率：功率： 有有理论输入功率P r t、实际输入功率P r，理论输出功率P t、实际输出功率P。 理论输入功率 P r t(或理论输出功率P t)： P r tP tq t p（Nm/s）； 实际输入功率 P r：P rT= （Nm/s）； 实际输

5、出功率 P ：Pq p（Nm/s）。Tn602 效率：效率：有有容积效率 v、机械效率 m、总效率。A. 容积效率v(主要与泄漏有关)：vP/Pt=q/qt=1-q/qt；B. 机械效率m(主要与机械摩擦有关)：mPt/Pr= q tp/Pr；C. 总效率(泵的实际输出功率与实际输入功率之比)：P/Pr = vm效率效率、流量、流量q、功率、功率P、压力、压力p之间的关系，如力图之间的关系，如力图3-3示。示。l3.2 齿轮泵齿轮泵l（1）、工作原理）、工作原理 如图5-24所示。 当齿轮泵旋转时，轮齿脱离啮合的一侧，轮齿退出齿间，其密封容积变大，经吸油管路被吸入该腔的齿间，完成吸油过程； 而

6、另一侧，轮齿进入啮合，占据齿间，使密封容积减小，油液受到压缩，并从压油管路挤出去，完成压油过程。 因此，齿轮泵中，轮齿脱离啮合轮齿脱离啮合的一腔是吸油腔，轮轮齿进入啮合齿进入啮合的一腔是压油腔。当齿轮不断旋转，吸油腔就不断从油箱吸油，而压油腔不断将压力油挤出去。 （2）、困油现象）、困油现象 在齿轮泵中，齿轮的啮合系数要大于1（一般=1.4）才能保证齿轮正常工作。在啮合过程中，这种出现在一小段时间内两对轮齿同时处于啮合状态的情况，如图5-25所示。 由由同时啮合的同时啮合的两种轮齿的表面两种轮齿的表面和前后端盖和前后端盖所构成的密封容积所构成的密封容积，称为困油区困油区。 当困油区由大变小时，

7、其中的油液受到挤压，油压急剧升高油压急剧升高；当困油区由小变大时，区内会形成部分真空部分真空。这种现象称为困油困油现象现象。 消除困油现象的方法是消除困油现象的方法是：在前后端盖上开卸荷槽，如图5-25中的虚线所示。 原理为原理为：当闭死容积由大变小时，始终通过右边的卸荷槽与压油腔相通，以便将闭死容积内的油液排到压油腔；当闭死容积由小变大时，始终通过左边的卸荷槽与吸油腔相通，避免出现真空。 （3）齿轮泵流量的近似计算）齿轮泵流量的近似计算（P59） 齿轮泵旋转的理论排油量理论排油量q为： （m3/r）q-即为主动齿轮顶圆与基圆之间的环形圆形柱的体积，一周等于2弧度 D齿轮的节圆直径（D=mZ）

8、； h轮齿的有效工作高度（h=2m）； b齿宽； Z齿轮齿数； m齿轮模数。 齿轮每秒钟的流量流量Q为： （m3/r）v油泵的容积效率； n油泵转速（r/min）。 bZmDhbq22vvbnZmnZmQ22111. 0602 （4）齿轮油泵的特点及应用）齿轮油泵的特点及应用 齿轮油泵的主要优点是：齿轮油泵的主要优点是：结构简单、价格便宜、工作可靠、对杂质的敏感性不高； 其缺点是：其缺点是：径向液压力不平衡，容积效率不高，流量的脉动较大，零件的互换性较差；轮齿泵宜用于环境较差、转动精度要求不高的场合，在冶金、铸造设备上应用广泛。 （5）齿轮油泵的泄漏及防泄漏措施）齿轮油泵的泄漏及防泄漏措施 效

9、率是衡量齿轮泵工作经济性的重要指标之一，泄漏直接影响齿轮泵的容积效率。 其泄漏有三种途径(图3-6)： .端面间隙的泄漏(占7580%); .径向间隙的泄漏(占1520%); .齿面啮合处间隙的泄漏(通常 很少，一般不考虑)。l 1）端面间隙的自动补偿）端面间隙的自动补偿浮动轴套（或浮动侧板）式补偿装置（图37）A. 工作原理：(图3-7)两个互相啮合的齿轮支承在前、后轴套的轴承里，轴套可在壳体作轴向浮动。从压油腔引至轴套外端面的油液，产生作用于Fl=A1pg，此力把轴套压向齿轮端面，减小端面间隙。 齿轮端面产生的反推力：Ff =A2pm。 泵起动时，浮动轴套在弹性元件(橡胶密封圈或弹簧)的弹

10、力Ft作用下，贴紧齿轮端面以保证密封。一般，Fl+Ft = (11.2) Ff B. 典型结构 i). 补偿面为补偿面为“8”字形的字形的浮动轴套浮动轴套(图图3-8)。在“8”字形面积A1上作用着由孔B引入的压力油；空载时，O形密封圈使浮动轴套自动紧贴在齿轮端面上，A孔可把内泄油引入吸油腔。 ii). 补偿面为补偿面为偏心偏心“8”字形字形的浮动轴套的浮动轴套(图图3-9)。偏心的偏心的作用是：作用是：使合力的作用线偏向压油腔一侧，从而使压紧力的作用线与反推力的作用线重合，避免产生力偶。iii). 分区压力补偿的“8”字形浮动侧板。 (详见，详见，P64，图，图3-10) 弹性侧板（或称挠性

11、侧板）式补偿装置（图311） 弹性侧板的 补偿原理与 浮动轴套的 相同。 只是侧板在压力 油的作用下 产生弹性变 形，减少间隙。 2）径向间隙的自动补偿）径向间隙的自动补偿（图315） 在工作压力pg的作用下，使补偿板上的压紧力(F=pgA)与补偿侧板下面的反推力平衡使间隙最小。 3）外啮合齿轮泵的径向力及减少径向力的措施）外啮合齿轮泵的径向力及减少径向力的措施 .径向力分布： .减小径向力的措施： 齿轮泵的工作压力越高，径向力越大，会降低轴寿命、使变形加大甚至出现齿顶刮壳现象。为此，除了提高轴承的承载能力外，还应尽量减小径向力，具体措施为： i).合理选择齿宽B和齿顶圆直径De： 因为，当工

12、作压力p和排量V一定时，齿轮轴所受的径向力与De成反比、与B0.5成正比。故减小B、增大De可以减小径向力。 ii).缩小压油腔尺寸：压油腔的包角越小、径向力越小。 iii).将压油腔扩大到接近吸油腔侧：使对称区域的径向力得到平衡，减少径向力。（图314） iv).将吸油腔扩大到接近压油腔侧：只留12个齿起密封作用。这种结构既可减少径向、又可提高容积效率（图315）。v).液压平衡法：在过渡区开设两个平衡油槽，分别与低、高压腔相通。（图316）l （6）其它形式的齿轮）其它形式的齿轮泵泵 1）渐开线）渐开线内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵i. 工作原理：图工作原理：图317 相互啮合的小齿轮1和内齿

13、环3之间有月牙板2，将吸 油腔4和压油腔5隔开。当 小齿轮按图示方向旋转时， 内齿环也以相同方向旋转。 图中上半部轮齿脱开处， 齿间容积扩大，形成真空， 为吸油腔；下部轮齿进入啮 合处，齿间容积缩小，为压 油区。 ii. 内啮合齿轮泵结构内啮合齿轮泵结构： 如图318所示为带溢流阀的内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵。当泵的出口压力达到或超过由弹簧10所设定的压力时，高压油克服弹簧力、顶开锥阀芯溢流(进入吸油腔)。 iii. 排量及流量计算：排量及流量计算： “内啮合齿轮泵”与“外啮合齿轮泵”的工作原理相同，其排量及流量计算排量及流量计算的方法也相同。 排量V： (m3/rad) 流量q： (m3/s)

14、 12)1 ()(22221222121211jtRRhRRhhhRBVvvVnVq60211 iv. 内啮合齿轮泵的特点内啮合齿轮泵的特点：流量、压力的脉动小；噪声低，无困油现象；轮齿接触应力小，磨损小，寿命长；零件加工困难，成本高，价格贵。 2）内外转子式摆线齿轮泵）内外转子式摆线齿轮泵（P7173，图319、图320） 齿形曲线采用摆线，故称摆线泵。i. 工作原理：图工作原理：图319 一对偏心啮合的内外转子，其一对偏心啮合的内外转子，其偏心为偏心为e；外转子的齿数比内转子的；外转子的齿数比内转子的齿数多一个。图齿数多一个。图(a)所示位置时的所示位置时的A腔容积最小，图腔容积最小，图(

15、d)所示位置的所示位置的A腔腔容积最大；由容积最大；由(a)至至(d)吸油，而由吸油，而由(d)至至(a)压油。压油。 ii. 内外转子式摆线齿轮泵结构：内外转子式摆线齿轮泵结构：图320 结构特点：结构特点： (1) 三片式结构，内、外转子安装在泵体2内，两个定位圆柱销3用以保证泵体与前后的偏心距。 (2) 在后盖上有月牙形进、出油槽(图中的虚线所示)分别与进、出油口相通；前盖上设有与后盖相对称的平衡油槽，用来平衡泵内的轴向压力。 (3) 在轴13和后盖4上设有泄漏油孔(至油箱)。在泵体的两端面上开有环形的平面卸荷槽19和油孔，可将泵的接合面处泄漏的油液引入后盖上的泄漏孔。 iii). 计算及特点：计算及特点： 排量V及流量q的计算公式，详见教材P73页。页。 该泵的优点是：结构小巧、零件数少、工作容积大； 缺点是：流量不均匀、脉动量大，啮合处间隙泄漏大。通常用作低压系统的补油、润滑等辅助泵。 (习题：练习习题：练习3-6、3-7)l3-3 螺杆泵螺杆泵（P7374，图321） (1) 特点：特点：具有结构紧揍、体积小、重量轻，流量