第三章液压泵和液压马达

1、第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达3.1 概述概述 泵是将原动机的机械能传递给液体，从而使液体的压力、速度、泵是将原动机的机械能传递给液体，从而使液体的压力、速度、位置得以提高的元件。按其工作原理可分为涡轮式和容积式。位置得以提高的元件。按其工作原理可分为涡轮式和容积式。 涡轮式泵：机械能转化为动能，低压大流量作业，输送液体，涡轮式泵：机械能转化为动能，低压大流量作业，输送液体，例如水泵。例如水泵。 容积式泵：原动机的机械能主要转化成液体的静压能，使用于容积式泵：原动机的机械能主要转化成液体的静压能，使用于高压小流量作业，因此常用于各种控制目的，即使系统的负载有变高压小流量作业，因

2、此常用于各种控制目的，即使系统的负载有变化，输出流量不变。化，输出流量不变。类型：类型： 根据结构的不同，泵有齿轮泵、叶片泵、阀式活塞泵，径向根据结构的不同，泵有齿轮泵、叶片泵、阀式活塞泵，径向柱塞泵、轴向柱塞泵和螺杆泵。柱塞泵、轴向柱塞泵和螺杆泵。 马达：将输入油液的能量转化成为马达轴旋转运动的机械能而马达：将输入油液的能量转化成为马达轴旋转运动的机械能而输出的元件。属液压执行元件，从原理上讲，泵和马达可换，但工输出的元件。属液压执行元件，从原理上讲，泵和马达可换，但工作要求不同，结构有差异。作要求不同，结构有差异。 3.23.2 齿轮泵和齿轮马达齿轮泵和齿轮马达 齿轮泵的结构简单，造价低廉

3、，工作可靠，体积小，重量轻，齿轮泵的结构简单，造价低廉，工作可靠，体积小，重量轻，对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。调。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。 本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理。本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理。 一、齿轮泵的工作原理和组成一、齿轮泵的工作原理和组成 1. 1. 组成：三片式结构组成：三片式结构 端盖、泵体和啮合齿轮。端盖、泵体和啮合齿轮。 3-1第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 2. 齿轮泵的

4、工作原理 主动齿轮反时针旋转，带动被动齿轮顺时针旋转。在吸油腔一主动齿轮反时针旋转，带动被动齿轮顺时针旋转。在吸油腔一侧，由于齿轮逐渐退出啮合，吸油腔容积增大，形成部分真空，油侧，由于齿轮逐渐退出啮合，吸油腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔并填满箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔并填满齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔齿轮逐渐进入啮合，容积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。齿轮逐渐进入啮合，容积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。齿顶间隙所形成

5、的容积不参与吸排油，侧间隙和端间隙越小越好。齿顶间隙所形成的容积不参与吸排油，侧间隙和端间隙越小越好。图图3-2 3-2 介绍原理。介绍原理。3-2第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达220023322003. (2 ) /4(2 ) /4 2 (/ ) (/ ) m q = 6.666.66(/)6.66(/)qdmdmBm BZmrBZmrmzBZdZdZ B 202齿轮泵的排量精确计算时可采用： q=6.66m为齿轮模数；z为齿数；B为齿宽.d可将上式改写为：m = qn /2q0流量 Q（升 分）；q（每弧度的排量） 可见，节圆直径一定时，齿数越少排量越大，这对于减少齿轮的尺

6、寸重量是有利的。当然，减少齿数要受到根切的限制，同时还要考虑实际情况时，系统对油泵流量波动的要求。一般Z为9、11、13。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达二、齿轮泵的瞬时流量二、齿轮泵的瞬时流量 根据以上得到的齿轮泵排量公式可求得齿轮泵的理论流量（平均流量）: 须知这样求得的流量是平均流量。事实上齿轮泵在工作中，随着齿轮所处的不同位置，其瞬时流量是不同的。如在某时间内压油腔容积变化dV，则瞬时流量dV/dt是各处不同的，这一瞬时流量的变化现象称为液压泵的流量波动。流量波动将导致执行组件工作速度不平稳，而且会引起压油管内的压力波动，从而导致系统机械振动和噪音的增加，这对于高性能要求

7、的液压系统显然是不利的。因而了解流量波动的大小和频率，对于正确选用液压泵以设计出满足要求的液压传动系统是非常必要的。26.66/2m BZL0Q =q2r第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达齿轮泵的瞬时流量则为：齿轮泵的瞬时流量则为： 式中： 齿顶圆半径； x啮合点至主动齿轮圆心的距离； y啮合点至被动齿轮圆心的距离。 由上式可见，由于啮合点沿啮合线变化，所以由上式可见，由于啮合点沿啮合线变化，所以x、y值随啮合点的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮值随啮合点的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮合点的变化而变化。同时可知，当一对齿退出啮合而另合点的变化而变化。同时可知，当一对齿退

8、出啮合而另一对齿进入啮合后，瞬时流量将重复变化一次。一对齿进入啮合后，瞬时流量将重复变化一次。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达2222222 ()()/rxryBTQ2r22(2)BRhhfTQRh节圆半径； 齿定高。/2nf maxf22222222 T m axT m ax222222()()/(2)/ 2 Qcos4(2)4(1)602nnQQQnQrxryBBR hhfRhffKfR hhznZZ TTmaxTminQQQ 节 圆 半 径 ； 齿 定 高 。f（-Q） /QK第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 衡量

9、流量波动性亦即流量品质的指标衡量流量波动性亦即流量品质的指标: 流量波动系数流量波动系数: 对常用的外啮合齿轮泵对常用的外啮合齿轮泵: 流量波动频率流量波动频率: 由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质主要决定由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质主要决定于齿数，齿数越多则系数越小而频率越大，也即是于齿数，齿数越多则系数越小而频率越大，也即是流量品质越好。为轻型化流量品质越好。为轻型化 ，齿数少，波动大。，齿数少，波动大。602nZZQKTmaxTmaxQQTmin（-Q）/Q22222cos4(2)4(1)nQfRhhz 三、齿轮泵结构上的问题三、齿轮泵结构上的问题 （一）困油现象及消除措施困油现象及消

10、除措施 1. 产生的原因及现象产生的原因及现象 为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密封，必须使重合系数大于封，必须使重合系数大于1，一般，一般1.05-1.2。当前一对齿没有脱开啮。当前一对齿没有脱开啮合时，后一对齿已进入啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭合时，后一对齿已进入啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。 当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大（下图当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大（下图a a）, ,随着随着A A、B B两点两点的移

11、动，困油区逐渐减小，当的移动，困油区逐渐减小，当A A、B B两点对称地分布于节点两侧时困油两点对称地分布于节点两侧时困油区容积最小。区容积最小。 3-33-4第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 2. 危害危害 困油区由大到小：产生很大的压力，这个力在齿轮转一转时困油区由大到小：产生很大的压力，这个力在齿轮转一转时重复出现的次数等于齿数，产生冲击重复出现的次数等于齿数，产生冲击 困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加噪音。噪音。 3. 3. 解决办法：开卸荷槽。卸荷槽的形式多种多样，而卸荷原解决办法：开卸荷槽。卸荷槽

12、的形式多种多样，而卸荷原理基本相同，即当封闭容积有大边小时，通过一个卸荷槽使其与理基本相同，即当封闭容积有大边小时，通过一个卸荷槽使其与压油腔相通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其压油腔相通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其与吸油腔相通。与吸油腔相通。 注意：两卸荷槽的配置必须保证在任何时候都不能使压油腔与吸注意：两卸荷槽的配置必须保证在任何时候都不能使压油腔与吸油腔通过困油区而相互沟通，同时要有效地卸荷。油腔通过困油区而相互沟通，同时要有效地卸荷。 图图1-31-3为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽，对称布置，为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽，对称布置，图图1-

13、3c1-3c为长方形卸荷槽非对称布置（偏向吸油腔一侧），适应于为长方形卸荷槽非对称布置（偏向吸油腔一侧），适应于齿侧间隙较小的情况。齿侧间隙较小的情况。 （二）二） 齿轮泵的泄露和端面补偿齿轮泵的泄露和端面补偿 1.1.轴向间隙泄露轴向间隙泄露: :指齿轮端面与轴承底圈或盖板之间的间隙泄露。指齿轮端面与轴承底圈或盖板之间的间隙泄露。占总泄露量的占总泄露量的75-80%75-80%。 2. 2. 径向间隙泄露径向间隙泄露: :指齿顶与壳体内圆柱表面之间的间隙泄露。指齿顶与壳体内圆柱表面之间的间隙泄露。占总泄露量的占总泄露量的15-20%15-20%。 3.3.通过啮合点上的泄漏通过啮合点上的泄漏

14、: :由于啮合点在全部齿宽上不能全部接触，由于啮合点在全部齿宽上不能全部接触，所以也可产生泄露，占所以也可产生泄露，占4-5%4-5%。 由此可见，要提高齿轮泵的压力，必须要减小端面泄露，一般由此可见，要提高齿轮泵的压力，必须要减小端面泄露，一般采用齿轮端面间隙自动补偿的办法。图采用齿轮端面间隙自动补偿的办法。图1-41-4所示端面间隙的补偿原理。所示端面间隙的补偿原理。利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到轴承外侧，作用在（用密利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到轴承外侧，作用在（用密封圈分隔构成）一定形状和大小的面积上，产生液压作用力，使轴套封圈分隔构成）一定形状和大小的面积上，产生液压

15、作用力，使轴套压向齿轮端面。这个力必须大于齿轮端面作用在轴承内侧的作用力，压向齿轮端面。这个力必须大于齿轮端面作用在轴承内侧的作用力，才能保证在各种压力下，轴承始终自动贴紧齿轮端面，减小泵内通过才能保证在各种压力下，轴承始终自动贴紧齿轮端面，减小泵内通过端面的泄露，达到提高压力的目的。端面的泄露，达到提高压力的目的。 减小泄露办法：轴向自动补偿，浮动轴套和侧板变形（有的加弹簧）。减小泄露办法：轴向自动补偿，浮动轴套和侧板变形（有的加弹簧）。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 图图3-5 3-5 齿轮泵内补偿轴向间隙用的浮动轴承齿轮泵内补偿轴向间隙用的浮动轴承 原则：原则：1.1.压

16、紧力必须大于推力，压紧力压紧力必须大于推力，压紧力= =推开力推开力+P+P。PP不不 能过小（不能过小（不 起作用）；不能过大（加剧磨损）；起作用）；不能过大（加剧磨损）； 2.2.压力和推力作用线一致，产生力偶；压力和推力作用线一致，产生力偶； 3.3.磨损后还能起作用。磨损后还能起作用。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 （三）径向力不平衡现象（三）径向力不平衡现象 产生的原因：产生的原因：径向不平衡由三方面造成：径向不平衡由三方面造成：1.1.液体压力产生的液体压力产生的径向力径向力 同压油腔接触的周长为同压油腔接触的周长为L L1 1受压油腔压力作用；同吸油腔受压油腔压力

17、作用；同吸油腔接触的周长为接触的周长为L L2 2受吸油腔压力作用；同壳体接触的周长为受吸油腔压力作用；同壳体接触的周长为L L3 3受一受一个沿圆周从低到高压线性变化的压力作用，三个力合力即个沿圆周从低到高压线性变化的压力作用，三个力合力即F FP P大致大致指向吸油腔一侧。指向吸油腔一侧。2. 2. 齿轮传递力矩时产生的径向力齿轮传递力矩时产生的径向力F FM M，对主动齿，对主动齿轮合力减小；从动相反。轮合力减小；从动相反。3.3.困油现象消除不良产生作用在轴上的困油现象消除不良产生作用在轴上的径向力。径向力。 造成的危害：造成的危害：这些液体压力综合作用的合力，相当于给齿轮这些液体压力

18、综合作用的合力，相当于给齿轮一个径向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压一个径向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向不平衡力也越大。当径向不平衡力很大时，能使轴力越大，径向不平衡力也越大。当径向不平衡力很大时，能使轴弯曲，齿顶与壳体内表面产生接触，同时加速轴承的磨损，降低弯曲，齿顶与壳体内表面产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。轴承的寿命。 下图为其力分析图下图为其力分析图 F F被被更大有时多达几吨，作用在轴承上影响泵的压力不能太高，更大有时多达几吨，作用在轴承上影响泵的压力不能太高，8-16MP8-16MP。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵

19、和液压马达 3.解决的办法：解决的办法： 1.1.减小压油口的直径，使压力油减小压油口的直径，使压力油 仅作用在仅作用在1-21-2个齿之间。个齿之间。 2.2.增大泵体内表面与齿顶圆间隙。增大泵体内表面与齿顶圆间隙。 3.3.开压力平衡槽。开压力平衡槽。3-83-7图 3-6 油压和传动产生径向力第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 四、液压马达四、液压马达 工作原理：液压作用在齿面上推动齿轮旋转，由于啮合点的工作原理：液压作用在齿面上推动齿轮旋转，由于啮合点的半径小于齿顶圆半径形成扭矩，合并输出。从性能上分为高速马半径小于齿顶圆半径形成扭矩，合并输出。从性能上分为高速马达和低速马

20、达，三片式补偿不能用，因引入高压油的方向不同，达和低速马达，三片式补偿不能用，因引入高压油的方向不同，不能轻易将油泵变成马达。不能轻易将油泵变成马达。 结构与马达基本相同，但因工作过程一般要求低速大扭矩，结构与马达基本相同，但因工作过程一般要求低速大扭矩，直接用高速泵时需变速箱减速。为了简化机构，直接驱动工作部直接用高速泵时需变速箱减速。为了简化机构，直接驱动工作部件，另行设计。件，另行设计。 3.3 基本参数的计算及特性基本参数的计算及特性 一、一、排量、流量和容积效率排量、流量和容积效率 排量排量q:q:是指在没有泄露和吸油充分的理想情况下，泵轴每转是指在没有泄露和吸油充分的理想情况下，泵

21、轴每转所排出的液压体积。所排出的液压体积。它仅取决与液压泵每转一转所有密封工作腔它仅取决与液压泵每转一转所有密封工作腔的容积变化量，与液压泵的结构及几何参数有关。的容积变化量，与液压泵的结构及几何参数有关。q q值可在有关液值可在有关液压泵的样品本中查到。有时也用每弧度排量表示排量，在计算时压泵的样品本中查到。有时也用每弧度排量表示排量，在计算时要注意两者的区别。要注意两者的区别。 理论流量理论流量: :是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内液压泵所是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内液压泵所输出的液压体积输出的液压体积，则：，则： 实际流量实际流量: :是是指在一定的出口压力下，液压泵在单位时

22、间内实指在一定的出口压力下，液压泵在单位时间内实际输出到系统去的液压体积。际输出到系统去的液压体积。当液压泵在一定出口压力下工作时，当液压泵在一定出口压力下工作时，出口的压力油总是不可避免地经过间隙向液压泵进口的低压区泄出口的压力油总是不可避免地经过间隙向液压泵进口的低压区泄漏，这就使得实际输出流量总小于理论流量。设泄漏流量为漏，这就使得实际输出流量总小于理论流量。设泄漏流量为 则则: : 因泄漏而产生的损失称容积损失。定义液压泵的容积效率为：因泄漏而产生的损失称容积损失。定义液压泵的容积效率为：0 (L/min/s)LQqnq3或mQLQQQ第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达/(

23、)/1/vLLLLQ QQQQQ Q 3/12QB PL 根据缝隙泄漏流量公式可知，泄露量取决于液压泵根据缝隙泄漏流量公式可知，泄露量取决于液压泵本身结构（间隙大小，泄漏通道长度等）、液压泵出口本身结构（间隙大小，泄漏通道长度等）、液压泵出口压力和所使用油液黏度。可见对于一个现有的泵来说，压力和所使用油液黏度。可见对于一个现有的泵来说，出口压力越大、油液粘度越低则泵的容积效率越低。而出口压力越大、油液粘度越低则泵的容积效率越低。而要提高液压泵的液压效率，则主要应改善液压泵本身的要提高液压泵的液压效率，则主要应改善液压泵本身的结构，如尽量减小配合间隙等。结构，如尽量减小配合间隙等。第三章第三章

24、液压泵和液压马达液压泵和液压马达二、工作压力、扭矩和机械效率二、工作压力、扭矩和机械效率 1. 1. 工作压力工作压力: :是指液压泵工作时出口的实际压是指液压泵工作时出口的实际压力，它取决与执行组件上所承受负载的大小和系统力，它取决与执行组件上所承受负载的大小和系统回路上的压力损失。回路上的压力损失。 2. 2. 吸入压力：吸入压力：泵进口处的压力；泵进口处的压力； 3. 3. 额定压力：额定压力：正常工作连续运转的最高压力；正常工作连续运转的最高压力； 4. 4. 最高允许压力：最高允许压力：按实验标准规定超过额定按实验标准规定超过额定压力值允许短暂运行的最高压力；工作压力；外载压力值允许

25、短暂运行的最高压力；工作压力；外载作用的压力。作用的压力。 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 液压泵出口压力到齿轮到轴，泵轴在转动时必须克服的液压泵出口压力到齿轮到轴，泵轴在转动时必须克服的扭矩。扭矩。 图图3-9 3-9 扭矩分析扭矩分析 这公式适用于所有容积式液压泵。这公式适用于所有容积式液压泵。 因为液压泵在工作时，有关构件之间有不可避免的摩擦因为液压泵在工作时，有关构件之间有不可避免的摩擦力存在，其中包括与运动速度有关的粘性摩擦力，与正压力力存在，其中包括与运动速度有关的粘性摩擦力，与正压力有关的摩擦力，与密封装置有关的恒值摩擦力等，这些力也有关的摩擦力，与密封装置有关的

26、恒值摩擦力等，这些力也形成传动轴上的阻力矩之和，即实际扭矩为：形成传动轴上的阻力矩之和，即实际扭矩为：00/LPAds dtPQMPqMPqLMMM第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达定义机械效率为：定义机械效率为： 1LmMMMMMMM 0LmmPqMMMM0Pq由 得出=00/outvtvminmNPqPQNMPq 总效率：第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达三、马达基本参数三、马达基本参数 液压马达与液压泵的基本参数的计算大致相同，区别在于泄漏量、液压马达与液压泵的基本参数的计算大致相同，区别在于泄漏量、扭矩损失与理论流量和理论扭矩的关系。扭矩损失与理论流量和理论扭矩

27、的关系。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达mvvmtmmmLLmLLVLVLPqPqPQMqMPPqMMMMMMMPqMqQQqQQQQQ/0000000的功率消耗：也存在泄露和摩擦引起马达在完成功率转换中马达转速：容积效率：实际流量：五、液压泵的工作特性五、液压泵的工作特性 1. 转速特性 由 知，流量和转速是线性关系，即角知，流量和转速是线性关系，即角速度越大，流量越大。实际上，当油泵出口保持某一定值压力时，速度越大，流量越大。实际上，当油泵出口保持某一定值压力时，输出流量输出流量Q Q与转速一开始正比变化，但当转速超过与转速一开始正比变化，但当转速超过 以后，流量与以后，流量

28、与转速就不成正比变化了，随着转速进一步提高，输出流量反而呈下转速就不成正比变化了，随着转速进一步提高，输出流量反而呈下降趋势。这主要是由于密封容积变化速度太快，吸入的油液来不及降趋势。这主要是由于密封容积变化速度太快，吸入的油液来不及填满变化的容积，即出现所谓填满变化的容积，即出现所谓“空吸现象空吸现象”造成的。造成的。“空吸现象空吸现象”的出现抵消了转速增加对流量的积极影响，同时还会伴有噪音及震的出现抵消了转速增加对流量的积极影响，同时还会伴有噪音及震动现象，使油泵不能正常工作。动现象，使油泵不能正常工作。 vqQ0第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达a 液压泵的最高转速还受泵的效

29、率及工作寿命的制约。液压泵的最高转速还受泵的效率及工作寿命的制约。所以液压泵的额定工作转速定义为：在额定工作压力下，所以液压泵的额定工作转速定义为：在额定工作压力下，不产生吸空现象且能连续运转并保证基本工作性能的最不产生吸空现象且能连续运转并保证基本工作性能的最高转速。为了提高使用转速高转速。为了提高使用转速 ，充分发挥泵的工作潜力，充分发挥泵的工作潜力，有些泵在使用时要求在泵前增设一级辅助充油泵以提高有些泵在使用时要求在泵前增设一级辅助充油泵以提高液压泵的进口压力。图液压泵的进口压力。图3-103-10容积泵的转速特性容积泵的转速特性a( )n0QQ第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压

30、马达图图3-10容积泵的转速特性容积泵的转速特性2.压力特性压力特性v 由由 知缝隙泄露和压强一次方成正比；随着液知缝隙泄露和压强一次方成正比；随着液压泵工作压力的提高，输出流量压泵工作压力的提高，输出流量Q Q、容积效率、容积效率 将线性下将线性下降。这是因为油泵泄露流量降。这是因为油泵泄露流量 是随着工作压力的增加而是随着工作压力的增加而线性增加的原因。线性增加的原因。随着压力的增加，总效率随着压力的增加，总效率 先是增加，达到最高值后先是增加，达到最高值后开始下降。这是因为开始下降。这是因为 ，在低压阶段，在低压阶段， 虽然随压虽然随压力的升高而下降，可是力的升高而下降，可是 随压力的升

31、高而上升，且上升随压力的升高而上升，且上升幅度大于幅度大于 下降的幅度，故总效率升高。随着压力的继续下降的幅度，故总效率升高。随着压力的继续升高，液压泵有关元件之间的接触应力继续增加，粘性升高，液压泵有关元件之间的接触应力继续增加，粘性摩擦的状态不能保持，因此，摩擦扭矩随压力的增加而摩擦的状态不能保持，因此，摩擦扭矩随压力的增加而增大，使机械效率随压力增加而上升的幅度大大减小。增大，使机械效率随压力增加而上升的幅度大大减小。当机械效率上升的幅度小于容积效率下降的速度时，总当机械效率上升的幅度小于容积效率下降的速度时，总效率开始随压力的的增加而下降。效率开始随压力的的增加而下降。mvQtmCPQ

32、 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达mvtv01111pqMMMMMMLLLm在低压阶段，扭矩损失变化不大，分析下式。在低压阶段，扭矩损失变化不大，分析下式。m图3-11 容积泵压力特性 额定压力就是指泵在连续工作额定压力就是指泵在连续工作情况下所允许使用的最高压力，在情况下所允许使用的最高压力，在此压力下能保证泵所必须满足的容此压力下能保证泵所必须满足的容积效率、总效率及规定的使用寿命积效率、总效率及规定的使用寿命。一般液压泵都具有一定的过载能力，允许的最高过载压力约为额定压力的1.25倍。过载压力只允许短时间使用，可由安全阀限定。 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达

33、inNPpLQQvmt3.4 叶片泵和叶片马达叶片泵和叶片马达 叶片泵有单作用式（非平衡式，易变量）和双作叶片泵有单作用式（非平衡式，易变量）和双作用式（平衡式，不能变量）两大类，在工作机械的中用式（平衡式，不能变量）两大类，在工作机械的中高压系统中得到了广泛的应用。叶片泵输出流量均匀，高压系统中得到了广泛的应用。叶片泵输出流量均匀，脉冲小，噪音小，但结构较复杂，吸油特征不好，对脉冲小，噪音小，但结构较复杂，吸油特征不好，对油液的污染也比较敏感。油液的污染也比较敏感。 一、 单作用式叶片泵 1. 1. 结构结构 该泵由泵体、转子、定子、叶片、端盖、该泵由泵体、转子、定子、叶片、端盖、配油盘等组

34、成。定子内工作面和转子体外表面均为圆配油盘等组成。定子内工作面和转子体外表面均为圆柱面，且两者按一定偏心配置，叶片装于转子体槽内，柱面，且两者按一定偏心配置，叶片装于转子体槽内，可沿径向滑动。可沿径向滑动。 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 2.2. 工作原理工作原理 单作用式叶片泵的工作原理见图单作用式叶片泵的工作原理见图331212。 当转子回转时，由于离心力的作用（也有在叶片槽当转子回转时，由于离心力的作用（也有在叶片槽底部通进压力油推动叶片向外的结构），使叶片紧靠在底部通进压力油推动叶片向外的结构），使叶片紧靠在定子内表面上，这样在定子、转子、叶片及两端盖之间定子内表面上

35、，这样在定子、转子、叶片及两端盖之间就形成若干个封闭容就形成若干个封闭容积。当转子按图示方向旋转时。图积。当转子按图示方向旋转时。图中右半边的叶片逐渐伸出，封闭容积逐渐增大，形成了中右半边的叶片逐渐伸出，封闭容积逐渐增大，形成了吸油；同时左半边叶片逐渐被定子内表面压进定子槽中，吸油；同时左半边叶片逐渐被定子内表面压进定子槽中，封闭容积逐渐减小，形成压油。在吸油腔和压油腔之间封闭容积逐渐减小，形成压油。在吸油腔和压油腔之间有上下两段封油区将吸油腔和压油腔隔开，在理论上应有上下两段封油区将吸油腔和压油腔隔开，在理论上应使封油区之间的夹角等于两叶片之间的夹角，以免造成使封油区之间的夹角等于两叶片之间

36、的夹角，以免造成困油现象或使压油腔与吸油腔沟通。这种泵转子每转一困油现象或使压油腔与吸油腔沟通。这种泵转子每转一周，每个封闭容积完成一次吸排油工作循环，一次是单周，每个封闭容积完成一次吸排油工作循环，一次是单作用式的，又由于转子体受到压油腔压油作用，使轴承作用式的，又由于转子体受到压油腔压油作用，使轴承受到较大的径向载荷，所以是非卸荷式的。受到较大的径向载荷，所以是非卸荷式的。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 单作用非卸荷式叶片泵额定工作压力一般在单作用非卸荷式叶片泵额定工作压力一般在7MPa7MPa以下，主要作变量泵使用。改变定子和转子间偏心的以下，主要作变量泵使用。改变定子和

37、转子间偏心的大小，便可改变改变泵的排量，故是变量泵大小，便可改变改变泵的排量，故是变量泵。 3-12 单作用叶片泵的工作原理 1-压油口 2-转子 3-定子 4-叶片 5-吸油口第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 3. 流量计算流量计算22eLqDeBqQDeB单作用叶片泵的排量和理论流量分别为：式中 D为定子内圆直径；B为叶片宽度；为定子与转子偏心距。若考虑叶片的厚度对流量的影响，由于叶片所占容积的变化量对吸排油无作用，得：Q=2eB( D- Z)式中 为叶片厚度；Z为叶片数。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 当单叶片泵的叶片处于吸油区时，底部通吸油腔，处于压油当单

38、叶片泵的叶片处于吸油区时，底部通吸油腔，处于压油区时通压油腔，则这种结构恰好补偿了由于叶片本身厚度所占体区时通压油腔，则这种结构恰好补偿了由于叶片本身厚度所占体积而引起的流量减小，这时叶厚度对流量无影响。积而引起的流量减小，这时叶厚度对流量无影响。 4. 4. 流量波动流量波动 单作用式叶片泵的流量也有波动现象，但波动系数比齿轮泵要单作用式叶片泵的流量也有波动现象，但波动系数比齿轮泵要小得多。根据分析可知，奇数叶片比偶数叶片的波动要小，叶片小得多。根据分析可知，奇数叶片比偶数叶片的波动要小，叶片数越多，波动越小。所以单作用式叶片泵的叶片数总是采用奇数，数越多，波动越小。所以单作用式叶片泵的叶片

39、数总是采用奇数，一般为一般为1313或或1515片片。 优点：流量波动小优点：流量波动小2%2%；自吸能力强；尺寸小；结构简单，成；自吸能力强；尺寸小；结构简单，成本低本低 。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达二、双作用式叶片泵二、双作用式叶片泵 1.结构（下图）结构（下图）3-13第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 2. 原理：原理： 定子工作面曲线是由四段与转子定子工作面曲线是由四段与转子同心的圆弧曲线和四段连接这些圆弧的同心的圆弧曲线和四段连接这些圆弧的过渡曲线所组成；配油窗口有四个，两过渡曲线所组成；配油窗口有四个，两个吸油口和两个压油口沿径向对称布置。个吸油口

40、和两个压油口沿径向对称布置。当原动机带动转子旋转时，叶片在离心当原动机带动转子旋转时，叶片在离心力和叶片底部通入的压力油的作用下紧力和叶片底部通入的压力油的作用下紧贴在定子内表面上。这种泵每转一转，贴在定子内表面上。这种泵每转一转，每个工作腔吸排油两次，所以称为双作每个工作腔吸排油两次，所以称为双作用式的，这当然对提高油泵排量、减小用式的，这当然对提高油泵排量、减小油泵的尺寸重量有利油泵的尺寸重量有利。 3-14第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达结构特点：结构特点： 1.1.定子工作表面曲线；定子工作表面曲线； 2.2.避免困油现象，减小液压冲击和噪声；避免困油现象，减小液压冲击和

41、噪声； 3.3.保证叶片与定子内表面的良好接触；保证叶片与定子内表面的良好接触； 4.4.配油盘；配油盘； 5.5.叶片的倾角。叶片的倾角。 硬冲击：圆弧和螺线连接处曲线上带有尖角，叶片经硬冲击：圆弧和螺线连接处曲线上带有尖角，叶片经过时径向速度突变过时径向速度突变( (加速度很大加速度很大) )产生硬冲击。软冲击：加产生硬冲击。软冲击：加速度变化小。速度变化小。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 单作用叶片泵由于不平衡径向力的影响，工作压力较低，适单作用叶片泵由于不平衡径向力的影响，工作压力较低，适用于中、低压系统工作。双作用叶片泵虽然消除了径向不平衡力，用于中、低压系统工作。双

42、作用叶片泵虽然消除了径向不平衡力，但由于泄露途径多、叶片在工作中受弯、容易磨损，因此工作压但由于泄露途径多、叶片在工作中受弯、容易磨损，因此工作压力受到限制，在中压和中高压系统中应用较多。力受到限制，在中压和中高压系统中应用较多。三、变量叶片泵三、变量叶片泵 单作用叶片泵排量单作用叶片泵排量 ，若改变偏心距，若改变偏心距e e，即可在油泵，即可在油泵转速不变时改变油泵流量，这在结构上是容易实现的。所以变量转速不变时改变油泵流量，这在结构上是容易实现的。所以变量叶片泵均为单作用式的。叶片泵均为单作用式的。 1.类型： 采用变量泵有单向调节和双向调节两大类。单向调节只改变采用变量泵有单向调节和双向

43、调节两大类。单向调节只改变流量的大小，双向调节除改变流量大小外，还能改变供油方向。流量的大小，双向调节除改变流量大小外，还能改变供油方向。变量叶片泵根据调节偏心量的方式又可分为手动调节式、限压式变量叶片泵根据调节偏心量的方式又可分为手动调节式、限压式和稳流式等几种。限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种方式，和稳流式等几种。限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种方式，其工作原理都是将油泵出口压力与一个设定比较，当出口压力小其工作原理都是将油泵出口压力与一个设定比较，当出口压力小于设定压力时，便可自动减小输出力量直到为零，保证压力在一于设定压力时，便可自动减小输出力量直到为零，保证压力在一个不大的范

44、围内变化。个不大的范围内变化。2qDeB 2. 2. 限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵 图3-15 丫BX型外反馈限压式变量叶片泵 1一预紧力调节螺钉；2一限压弹簧；3一泵体；4一转子；5一定子；6一滑块； 7一泵轴；8一叶片；9一反馈柱塞；10一最大偏心调节螺钉第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达3. 限压式变量叶片泵工作原理限压式变量叶片泵工作原理 利用泵工作时油压对定子产生利用泵工作时油压对定子产生径向不平衡力的反馈作用来自动调径向不平衡力的反馈作用来自动调节偏心距，达到改变流量的目的。节偏心距，达到改变流量的目的。 右图为外反馈限压式变量叶片右图为外反馈限压式变量叶片泵的工作

45、原理。它能根据外负载的泵的工作原理。它能根据外负载的大小自动调节泵的流量。图中转子大小自动调节泵的流量。图中转子1 1的中心的中心O O1 1是固定不动的，定子是固定不动的，定子3 3可可左右移动。在弹簧的作用下，定子左右移动。在弹簧的作用下，定子被推向左端，使定子中心与转子中被推向左端，使定子中心与转子中心有一初始偏心量心有一初始偏心量e e0 0, e, e0 0的大小可的大小可用调节螺钉调节，它决定了泵在本用调节螺钉调节，它决定了泵在本次调节时的最大流量次调节时的最大流量q qmaxmax。图3-16 限压式变量泵工作原理示意图该泵配油盘上的吸油窗口和压油窗口对泵的中心线是对称的该泵配油

46、盘上的吸油窗口和压油窗口对泵的中心线是对称的。如图所示，泵工作时，油泵出口压力经泵内通道作用在小柱塞。如图所示，泵工作时，油泵出口压力经泵内通道作用在小柱塞面积上，这样柱塞上的作用力面积上，这样柱塞上的作用力 与弹簧的作用力方向相反。与弹簧的作用力方向相反。当当PA=KPA=KS SX X0 0时，柱塞上所受的液压力与弹簧初始力相平衡，此时的时，柱塞上所受的液压力与弹簧初始力相平衡，此时的压力压力P P称为泵的限定压力，用称为泵的限定压力，用P PB B表示则：表示则： P PB B=K=KS SX X0/0/A系统的压力系统的压力P PP PB B 时，则：时，则：PAKPA PP PB B

47、 时，则：时，则： PAKPAKS SX X0 0 这表明压力油的作用力大于弹簧的作用力，使定子向右移动，这表明压力油的作用力大于弹簧的作用力，使定子向右移动，弹簧被压缩，偏心距弹簧被压缩，偏心距e e减小，泵的流量也随之减小。减小，泵的流量也随之减小。PAF 当偏心量变化时，弹簧增加的压缩量为当偏心量变化时，弹簧增加的压缩量为X X，则偏心量，则偏心量e e为：为： e= ee= e0 0-X-X 此时定子受力平衡方程为：此时定子受力平衡方程为： PA=KPA=KS S（X X0 0+X+X） 整理以上方程得：整理以上方程得： ( (当当P PP PB B时时) ) 上式表明当液压系统的压力

48、上式表明当液压系统的压力P P超过泵的限定压力超过泵的限定压力P PB B时，偏心量时，偏心量e e和泵的工作压力和泵的工作压力P P之间的关系，即工作压力之间的关系，即工作压力P P越高，偏心量越高，偏心量e e越小，越小，泵的流量也就越小。泵的流量也就越小。SBKPPAee)(0第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 4.4.限压式变量叶片泵的压力限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线流量特性曲线将偏心距方程代入叶片泵的流量方程得将偏心距方程代入叶片泵的流量方程得： ()02()BSA P PKQDB e 由流量方乘可得图由流量方乘可得图3 31717限压式变量叶限压式变量叶片泵特性曲

49、线。该曲线表示了泵工作时流片泵特性曲线。该曲线表示了泵工作时流量与压力变化关线。当泵的工作压力小于量与压力变化关线。当泵的工作压力小于 时，其流量时，其流量Q Q变化按斜线变化按斜线ABAB变化，在该阶段变化，在该阶段变量泵相当于定量泵变量泵相当于定量泵图中图中B B点为曲线点为曲线bp的拐点，的拐点，其对应的压力就是限定压力其对应的压力就是限定压力 ，它表示泵在原始，它表示泵在原始偏心量时可达到的最大工作压力。当泵的工作压力超过限偏心量时可达到的最大工作压力。当泵的工作压力超过限定压力时，偏心量减小，输出的流量随压力的增高而急剧定压力时，偏心量减小，输出的流量随压力的增高而急剧减小，流量按减

50、小，流量按BC段曲线变化，段曲线变化，C点所对应的压力为截止压点所对应的压力为截止压力（最大压力）。力（最大压力）。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达P PB BP PB B第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达1)1) 调节流量调节螺钉可调节最大偏向量的大小。调节流量调节螺钉可调节最大偏向量的大小。从而改变叶片泵的最大输出流量，特性曲线从而改变叶片泵的最大输出流量，特性曲线ABAB段上下平移，段上下平移， QmaxQmax变而变而p pB B不变；不变； 2) 2)调节调压弹簧螺钉可改变调定压力调节调压弹簧螺钉可改变调定压力p pB B的大小，的大小，特性曲线特性曲线BC

51、BC左右平移左右平移； 3)3)改变弹簧的刚度改变弹簧的刚度k k时，可以改变时，可以改变BCBC段的斜率。段的斜率。改改变最大流量，满足快速要求；改变转折点和改变变最大流量，满足快速要求；改变转折点和改变BCBC段的斜率段的斜率，满足小负荷下慢速小流量，使系统效率高，发热温升小。，满足小负荷下慢速小流量，使系统效率高，发热温升小。 5.5. 限压式变量叶片泵的特点和应用限压式变量叶片泵的特点和应用 特点：限压式变量叶片泵与定量叶片泵相比，结构复杂，作特点：限压式变量叶片泵与定量叶片泵相比，结构复杂，作相对运动的机件多，泄漏较大，轴上受有不平衡的径向液压力，相对运动的机件多，泄漏较大，轴上受有

52、不平衡的径向液压力，噪音较大，容积效率和机械效率都没有定量叶片泵高；但是，他噪音较大，容积效率和机械效率都没有定量叶片泵高；但是，他能按负载压力自动调节流量，在功率使用上较为合理，可减小油能按负载压力自动调节流量，在功率使用上较为合理，可减小油液发热；因此把它用在机床液压系统中要求执行元件有快，慢速液发热；因此把它用在机床液压系统中要求执行元件有快，慢速和保持阶段的场合，有利于节能和简化液压系统。和保持阶段的场合，有利于节能和简化液压系统。 应用举例应用举例 限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实现工作进给（慢速移动）的执行元件来说是一种合适的油源

53、；快现工作进给（慢速移动）的执行元件来说是一种合适的油源；快速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用其速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用其ABAB段曲线部分；段曲线部分；工作进给时负载压力升高，需要流量减小，正好使用其工作进给时负载压力升高，需要流量减小，正好使用其BCBC段曲线段曲线部分。例如组合机床动力滑台的进给系统、定位和加紧系统等。部分。例如组合机床动力滑台的进给系统、定位和加紧系统等。 机床加工件：未加工之前或回程要求快；加工时流量小、速机床加工件：未加工之前或回程要求快；加工时流量小、速度慢。度慢。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达3.5 3.5 柱塞式液压泵

54、柱塞式液压泵 柱塞式液压泵按柱塞在转子内排列方式不同，分为径柱塞式液压泵按柱塞在转子内排列方式不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵，轴向柱塞泵又可分为斜盘和斜轴两向柱塞泵和轴向柱塞泵，轴向柱塞泵又可分为斜盘和斜轴两大类。柱塞泵由于间隙泄露小、构件受力合理，所以可在高、大类。柱塞泵由于间隙泄露小、构件受力合理，所以可在高、超高压力下满意地工作，广泛用于高压、大功率的液压传动超高压力下满意地工作，广泛用于高压、大功率的液压传动系统中。系统中。 柱塞泵的优点：柱塞泵的优点： 1. 1. 参数高：额定压力高，转速高，泵的驱动功率大；参数高：额定压力高，转速高，泵的驱动功率大； 2. 2. 效率高，容积效率

55、为效率高，容积效率为9595左右，总效率为左右，总效率为9090左右；左右； 3. 3. 寿命长；寿命长； 4. 4. 变量方便，形式多；变量方便，形式多； 5. 5. 单位功率的重量轻；单位功率的重量轻； 6. 6. 柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得以柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得以充分利用；充分利用； 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 柱塞泵的缺点：柱塞泵的缺点： 1. 1. 结构较复杂，零件数较多；结构较复杂，零件数较多； 2. 2. 自吸性差；自吸性差； 3. 3. 制造工艺要求较高，成本较贵；制造工艺要求较高，成本较贵； 4. 4. 油液对的污染较

56、敏感，要求较高的过滤精油液对的污染较敏感，要求较高的过滤精度，对使用和维护要求较高。度，对使用和维护要求较高。 柱塞泵被广泛用于高压、大流量、大功率的系柱塞泵被广泛用于高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械等得到广泛的应用。液压机、工程机械等得到广泛的应用。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达一、斜盘式轴向柱塞泵一、斜盘式轴向柱塞泵 1.1.组成和工作原理组成和工作原理 由图由图3-183-18可见，柱塞可见，柱塞2 2轴向均布在缸体轴向均布在缸体3 3上，并能在柱塞孔内自由滑动，在柱塞弹簧和油

57、压的作用下，柱上，并能在柱塞孔内自由滑动，在柱塞弹簧和油压的作用下，柱塞始终紧靠在与缸体旋转中心线倾斜一定角度的斜盘上，缸体右塞始终紧靠在与缸体旋转中心线倾斜一定角度的斜盘上，缸体右端面与固定安装的配油盘端面与固定安装的配油盘4 4紧帖。传动轴紧帖。传动轴5 5带动缸体带动缸体3 3、柱塞、柱塞2 2一起一起转动，柱塞转动，柱塞2 2靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。改变靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。改变为变量泵。为变量泵。图3-18 斜盘式轴向柱塞泵工作原理1.斜盘 2-柱塞 3.缸体 4.配油盘 5.传动轴 斜盘式轴向柱塞泵的排量为：斜盘式轴向柱塞泵的排量为： 式中式中-

58、- 为斜盘倾斜角。为斜盘倾斜角。 实际上，泵的输出流量是脉动的，当柱塞数为单数时，脉动较小，实际上，泵的输出流量是脉动的，当柱塞数为单数时，脉动较小，因此一般常用的柱塞数根据流量的大小，取因此一般常用的柱塞数根据流量的大小，取7 7、9 9或或1111。24dZ D tgQ 2. 2. 斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构 斜盘式轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线重合。图斜盘式轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线重合。图3-173-17就是斜盘式轴向柱塞泵的一种，柱塞头部和斜盘为点接触。由于接就是斜盘式轴向柱塞泵的一种，柱塞头部和斜盘为点接触。由于接触应力大，故一般限用于小流量和中高

59、压（触应力大，故一般限用于小流量和中高压（p10MPap10MPa）的场合。图）的场合。图3-3-1919所示为滑靴式结构。滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压所示为滑靴式结构。滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，是滑靴和斜盘间形成液体力油经柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，是滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。使用这种结构的轴向柱润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。使用这种结构的轴向柱塞泵压力可达塞泵压力可达32MPa 32MPa 以上，流量也可以很大。以上，流量也可以很大。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 优点：优点

60、：径向力平衡；柱塞和柱塞孔加工容易，径向力平衡；柱塞和柱塞孔加工容易，配合精度高，密封性好；传动轴只受扭不受弯。配合精度高，密封性好；传动轴只受扭不受弯。 缺点：缺点：点接触式轴向柱塞泵柱塞头部与斜盘之点接触式轴向柱塞泵柱塞头部与斜盘之间为点接触，故挤压力很大，限制了柱塞的直径的工间为点接触，故挤压力很大，限制了柱塞的直径的工作压力；流量不大，底部不加弹簧，柱塞不能外伸；作压力；流量不大，底部不加弹簧，柱塞不能外伸；加弹簧，弹簧易破坏影响寿命。加弹簧，弹簧易破坏影响寿命。柱塞头部的反作用力柱塞头部的反作用力有垂直于柱塞轴线的分力，容易引起柱塞与柱塞孔的有垂直于柱塞轴线的分力，容易引起柱塞与柱塞