山大《气动与液压技术》课件第3章 液压泵

1、本章目录总目录退出第3章 液压泵 液压泵是一种能量转换装置，它把驱动它的原动机（一般为电动机）的机械能转换成输送到系统中去的油液的压力能，而液压马达则把输入油液的压力能转换成机械能，使其驱动的工作部件作旋转运动。液压泵和液压马达都是容积式的。教学要求重点难点教学要求液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。本章要求掌握：液压泵的基本工作原理液压泵的主要性能参数液压泵的分类和选用液压泵的图形符号重点难点容积式泵的三个工作条件液压泵的基本工作原理液压泵排量及效率的计算齿轮泵的三大问题及解决措施双作用

2、叶片泵与单作用叶片泵的异同点各类液压泵的比较及选用本章目录第一节 概述第二节 齿轮泵第三节 叶片泵第四节 柱塞泵第五节 液压泵的选用第六节 液压马达第一节 概述液压泵工作原理液压泵主要性能参数液压泵的分类和选用液压泵的图形符号液压泵的工作条件液压泵基本工作原理 组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。 泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。以单柱塞泵为例单柱塞泵工作原理液压泵的三个工作条件必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭

3、容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大吸油，由大变小压油；要有相应的配油机构；注：密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。液压泵的主要性能参数液压泵的压力工作压力 p ：泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。额定压力 ps ：正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。吸入压力：泵进口处的压力。液压泵的排量、流量和容积效率排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。平均理论流量 q t：

4、泵在单位时间内理论上排出的油液体积，q t= n v ，单位为 m3/s 或 L/min 。实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏流量q，因此q = q tq 。瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qshq t。额定流量 q s ：泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。容积效率v：v= q /q t =（q t q）/ q t =1q /qt=1-kp /nV 式中 k 为泄漏系数泵的功率和效率输入功率 P t： 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率，P t= T输出功率 P：泵输出液压功率， P =

5、p q总效率p ：p = P / P t= p q / T=vm 式中m为机械效率。泵的转速：额定转速 n s：额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。最高转速 n max：额定压力下允许短时间运行的最高转速。最低转速n min：正常运转允许的最低转速。转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。液压泵的分类和选用按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵按排量能否变量分定量泵和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选用原则：是否要求变量 要求变量

6、选用变量泵工作压力 柱塞泵的额定压力最高工作环境 齿轮泵的抗污能力最好噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵效率 轴向柱塞泵的总效率最高液压泵的图形符号液压泵的功率和效率推导：不考虑损失时，第二节 齿轮泵 外啮合齿轮泵的工作原理 外啮合齿轮泵的流量 外啮合齿轮泵的三个问题 其他类型的齿轮泵 齿轮泵的结构 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的。根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动而形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆泵与齿轮泵放在一起介绍外啮合齿轮泵的工作原理 结构组成一对几何参数完全相同的齿轮、齿宽为B、齿数为z泵体

7、、前后盖板、长短轴工作原理两啮合的轮齿将泵体、前后盖板 和齿轮包围的密闭容积分成两部 分，轮齿进入啮合的一侧密闭容 积减小，经压油口排油，退出啮 合的一侧密闭容积增大，经吸油 口吸油。齿轮泵结构外啮合齿轮泵1后盖 2轴承 3泵体 4主动齿轮 5前盖 6泵轴 7键 8从动齿轮外啮合齿轮泵的流量流量计算式中：z 齿数，m 齿数，b 齿宽 齿轮节圆直径一定时，为增大泵的排量，应增大模数，减小齿数。齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。 流量脉动 瞬态流量 正比于容积变化率 流量脉动率 齿轮泵的瞬时理论流量是脉动的，这是齿轮泵产生噪声的主要根源。为减少脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，组成供压油

8、口和吸油口的两个分离的齿轮泵。齿轮泵的三个问题困油现象与卸荷措施困油现象产生原因： 齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。困油现象的危害：闭死容积由大变小时油液受挤压， 导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。卸荷措施 ：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则：两槽间距为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。泄漏与间隙补偿措施： 齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处泄漏。端面泄漏 q泄=75 % 80%； 径

9、向间隙泄漏q泄=15 % 20%； 啮合线泄漏q泄=5%。端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。 液压径向力及平衡措施 产生原因：齿槽内的油液由油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿 啮合力的合力 F = K p B De , 式中 K为系数，主动齿轮K=0.75；从动齿轮K=0.85。 危害：轴承载荷增加；轴受径向力而变形。平衡措施：开压力平衡槽即：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡

10、的作用力，但是，它是以增加径向泄漏为代价的。 减小压油孔（常用方式）增大径向间隙加径向浮动块这也是以增加径向泄漏为代价的增加轴承承载能力其他类型齿轮泵高压齿轮泵 提高压力措施： 减小轴向泄漏 提高轴承强度 减小径向泄漏 方法： 浮动轴套式 浮动侧板式 挠性侧板式内啮合齿轮泵原理: 一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔 。 特点: 无困油现象;流量脉动小，噪声低;采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30 MPa。摆线泵 原理： 结构：螺杆泵： 依螺杆数

11、分类： 单螺杆、双螺杆、三螺杆、四螺杆、五螺杆结构：工作原理1后盖 2壳体 3主动螺杆 4从动螺杆 5前盖螺杆泵工作原理与特点原理：相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。特点：流量均匀，噪声低；自吸性能好。第三节 叶片泵双作用叶片泵单作用叶片泵变量叶片泵 叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名;单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。 双作用叶片泵只能作定量叶片泵

12、，单作用叶片泵可用作变量泵。结构组成：定子: 其内环由两段大半径圆弧，两段小半径圆弧，和四段过渡曲线组成转子:转子内有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度为B叶片: 在叶片槽内能自由滑动左、右配流盘: 开有对称布置的吸、压油窗口传动轴：带有花键槽，由轴承支撑双作用叶片泵工作原理: 由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴于定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成，故有两部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。双作用叶片泵的流量计算：注：式

13、中为叶片的倾角双作用叶片泵的结构特点：定子曲线：由八段弧线组成，两段半径为r的圆弧，两段长半径为R的圆弧，四段夹角为的过渡曲线：等加（减）速曲线 阿基米德螺旋线叶片倾角：为保证叶片所受合力与运动方向一致，减少叶片受弯的力，叶片前倾角径向力：转轴所受径向力平衡，无径向不平衡力根部通油：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力油叶片数：合理设计叶片数（Z8，偶数），可使理论流量均匀，噪声低定量泵：双作用叶片泵转子转一转，吸、压油各两次，为定量泵叶片伸出主要靠离心力和压力油作用高压叶片泵特点：叶片槽根部全部通压力油会带来以下负作用：定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损，减少了泵的理

14、论排量，可能引起瞬时理论流量脉动。这样，影响了泵的寿命和额定压力的提高。 提高双作用叶片泵额定压力的措施：采用浮动配流盘实现端面间隙补偿； 减小通吸油区叶片根部的油液压力以 减小吸油区叶片根部的有效作用面积，如：采用阶梯式叶片、子母叶片、弹簧叶片、双叶片等。单作用叶片泵结构组成：定子： 内环为圆转子： 与定子存在偏心e，转子内有Z个叶片槽叶片： 在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B左、右配流盘： 铣有吸、压油窗口传动轴 工作原理： 由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分。传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子与转子之间有偏心，故有一部分密闭容积将

15、减小，受挤压的油液经配流窗口排出，一部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。单作用叶片泵的特点：定子曲线：单作用叶片泵定子内表面为圆面;叶片倾角：为保证叶片所受合力与运动方向一致，减少叶片受弯的力，叶片前倾角;径向力：转轴所受径向力不平衡，有径向不平衡力;根部通油：叶片槽根部分别接通吸、压油腔，叶片厚度对排量无影响;叶片数：因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动;变量泵：可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量;叶片伸出：主要靠离心力作用。变量叶片泵分类：单作用叶片泵的流量计算注：在推导中没用考虑叶片厚度s对泵流量的影响变量叶片泵（限

16、压式）结构特点： 定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油，左边作用着调压弹簧力。当FFs，定子将向偏心减小的方向移动。限压式变量叶片泵工作原理：当PAxFs时e=emaxq=qmax定量泵当PAxFs时e=emaxxq=qmaxpf(x)变量泵FsPAX特性曲线当PPc时 q=f(e) p q减小 BC段当PPc时 q=0调节定子右边的螺钉，改变emax AB线上下平移调节压力调节螺钉的预压缩量x0 BC线左右平移更换弹簧 BC线斜率变化PAXFXABCPqPC泵实际输出流量关系式： kq泵的流量常数，k1泵的泄漏常数 当pAxFs时，定子左移，泵的流量减小，流量为：第四节 柱塞泵 柱塞沿径向放

17、置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于或等于“3”。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵的结构配流轴式径向柱塞泵的工作原理配流轴式径向柱塞泵的流量计算配流轴式径向柱塞泵的结构特点配流轴式径向柱塞泵的结构返回配流轴式径向柱塞泵的工作原理缸体 均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔柱塞 其头部滑履与定子内圆接触定子 与缸体间存在偏心配流轴 不转动分为吸油和压油两个部分传动轴 带动缸体转动返回配流轴式径向柱塞泵的流量计算 e 定子与缸体之间的偏心

18、距 Z 柱塞数空间：柱塞缸体内变化：柱塞外伸吸油柱塞内缩压油配油：配油轴配油返回配流轴式径向柱塞泵的结构特点配流轴配流。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。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。可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。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。返回斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵结构斜盘式轴向柱塞泵工作原理斜盘式轴向柱塞泵流量计算斜盘式轴向柱塞泵的结构特点斜盘式轴向柱塞泵的结构缸体柱塞滑履组配流盘斜盘式轴向柱塞泵的工作原理缸体 均布Z 个柱塞孔，分布圆直径为D柱塞滑履组 柱塞直径为d

19、斜盘 相对传动轴倾角为配流盘传动轴 空间：柱塞缸体内变化：柱塞外伸吸油柱塞内缩压油 配油：端面配油斜盘式轴向柱塞泵的流量计算改变斜盘倾角可以改变泵的排量单个柱塞的瞬时流量： s=ab=OaOb=D/2tanD/2cos(t) tan =D/2(1-coct)tan对时间求导得： u=ds/dt=D/2tansin(t) 故单个柱塞的瞬时流量为： 流量脉动率为（参考教材中表3-2） 斜盘式轴向柱塞泵的结构特点三对摩擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达31.5MPa。泵体上有泄漏油口。传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数

20、：5，7，9。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，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。斜轴式无铰轴向柱塞泵工作原理 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，它们之间存在一个摆角，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。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、寿命长。第五节 液压泵的选用各类液压泵的特点：齿轮泵外啮：对油不敏感，结构简单，造价低，脉动大，噪声大内啮：对油不敏感，结构简单，造价高，脉动小，噪声小叶片泵双作用：对油敏感，结构紧凑，不可变量，不受径向不平衡力，

21、噪声小单作用：可变量，压力低，受径向不平衡力，噪声大柱塞泵：压力高，可变量，对油敏感，噪声大各类液压泵性能比较及应用：各类液压泵性能比较及应用（续）：第六节 液压马达液压马达概述液压马达分类液压马达职能符号液压马达主要参数液压马达概述液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。液压马达与液压泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。液压马达的分类 ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达。 ns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞马达（

22、单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）。齿轮马达叶片马达柱塞马达按结构分为按转速分为齿轮马达工作原理结构特点 进出油口相等，有单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。叶片马达工作原理结构特点 进出油口相等，有单独的泄油口； 叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧； 在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀。应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳

23、定。适用于转矩小、转速高、力学性能要求不严格的场合。柱塞马达轴向柱塞马达径向柱塞马达 单作用连杆型径向柱塞马达 （低速、大转矩马达） 多作用内曲线径向柱塞马达（低速、大转矩马达）轴向柱塞马达工作原理结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 配流盘为对称结构应用 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。单作用连杆型径向柱塞马达低速大转矩马达结构组成工作原理呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。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。曲轴为输出轴。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），保证曲轴连续旋转。排量公式 v =d 2e z / 2d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。应用 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