第二章液压动力元件

第二章液压动力元件学习重点和学习目标动力元件起着向系统提供动力源的作用，是系统不可缺少的核心元件。液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵将原动机输出的机械能转换为工作液体的压力能，是一种能量转换装置。本章讲授的内容有：1、掌握液压泵的工作原理和基本结构。2、理解液压泵、流量的计算方法。3、了解液压泵的用途。

第一节液压泵概述液压泵—动力源；液压马达—执行元件一、液压泵的工作原理和特点1－偏心轮

2－柱塞

3－缸体

4－弹簧

5、6－单向阀图2－1

液压泵工作原理图一、液压泵的工作原理和特点

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵

2.液压泵的特点(1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，

(2)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能吸入油液的外部条件。因此为保证液压泵能正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。

(3)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排液体。液压泵分类容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关，但排油压力要影响泵的内泄漏和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，

液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式、和柱塞式三大类。

二、液压泵的主要性能参数

1.压力(1)工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的流量无关。(2)额定压力液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。(3)最高允许压力在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值,称为液压泵的最高允许压力。2.排量和流量

(1)排量V

液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。(2)理论流量理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值。为：(2-1)(3)实际流量q液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量,它等于理论流量减去泄漏流量,即：

(2-2)(4)额定流量液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。

3.功率和效率

(1)液压泵的功率损失①容积损失容积效率(2-3)实际流量(2-4)②机械损失(2-5)

理论转矩Tt与实际输入T相比。T1------液压泵泵体内相对运动部件间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损失以及液体的粘性而引起的摩擦转矩损失(2)液压泵的功率

①输入功率：作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩为Ti、角速度为w时。(2-6)②输出功率：实际吸、压油口间的压差和输出流量的乘积

(2-7)(2-8)工程实际中，ΔP（MPa）、q（L/min），P（KW）(3)液压泵的总效率(2-9)(2-10)第二节齿轮泵

一、外啮合齿轮泵三、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点图3-4CB—B齿轮泵的结构1-轴承外环2-堵头3-滚子4-后泵盖5-键6-齿轮7-泵体8-前泵盖9-螺钉10-压环11-密封环12-主动轴13-键14-泻油孔15-从动轴16-泻油槽17-定位销1、泄漏齿轮端面和端盖轴向间隙

间隙过大，泄漏量增多，容积效率降低。

间隙过小，机械摩擦过大，机械效率降低。

2、困油油液受挤压，齿轮和轴承受到很大的径向力。容积增大，局部真空，气体分解，气穴现象。两个啮合点A、B处于节点两侧的对称位置时，如图2-4b所示，这时封闭容积减至最小。由于油液的可压缩性很小，当封闭空间的容积减小时，被困的油液受挤压，压力急剧上升，油液从零件接合面的缝隙中强行挤出，使齿轮和轴承受到很大的径向力。当齿轮继续旋转，这个封闭容积又逐渐增大到如图

2-4c所示的最大位置，容积增大时又会造成局部真空，使油液中溶解的气体分离，产生气穴现象，这些都将使齿轮泵产生强烈的噪声。泄荷槽3、径向液压作用力的不平衡

使轴弯曲，齿顶与壳体产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。缩小压油口的办法，使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时适当增大径向间隙。

优缺点:优点：结构简单，制造方便，成本低廉。对油中赃物不敏感，维护简单。缺点：流量脉动较大（外啮合齿轮泵齿数愈小，脉动率就愈大，其值最高可达20%以上）引起的振动，噪音较大，流量不可调节。用于中速、轻载的液压系统中。（四）提高外啮合齿轮泵压力的措施泵内压油腔的压力油引到浮动轴套的外侧，产生液压作用力，使轴套压向齿轮端面，从而减小断面的泄漏。流量脉动率例2-1某齿轮泵其额定流量额定压力泵的转速，泵的机械效率，由实验知，当泵的出口压力时，其流量，试求：1）该泵的容积效率；2）当泵的转速为500r/min时，估算泵在额定压力下工作时的流量是多少？该转速下泵的容积效率为多少？3）两种不同转速下，泵所需的驱动功率。1）

2）

3）

例2已知泵的流量，油的粘度，油的重度，吸油管长度，如吸有管内径由减至，试求吸油管不同直径时其沿程损失各为多少？解：计算沿程损失时，首先要判断管中流态。由于泵的流量不变，故=1769〈2000（层流）

=3538〉2000（紊流）

可见，当油泵吸油管内径减小一半后，管内流态从层流变为紊流，其沿程压力损失增大近31倍，对泵的自吸能力影响很大。因此，在确定油泵吸油管径时，宜粗不宜细，最好能使流动状态保持层流，以减少压力损失，提高泵的自吸能力。二、螺旋泵和内啮合齿轮泵1、螺旋泵随着螺杆的旋转，这些密封工作腔一个一个地在左端形成，不断地从左向右移动，并在右端消失。密封工作腔形成时，它的容积逐渐增大，进行吸油；消失时容积逐渐缩小，将油压出。2、内啮合齿轮泵渐开线齿轮泵摆线齿轮泵优点：内啮合齿轮泵结构紧凑，尺寸小，重量轻，由于齿轮转向相同，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长，流量脉动远小于外啮合齿轮泵，因而压力脉动和噪声都较小；内啮合齿轮泵容许使用高转速（高转速下的离心力能使油液更好地充入密封工作腔），可获得较高的容积效率。缺点：齿形复杂，加工精度要求高，需要专门的制造设备，造价较贵。

第三节叶片泵

一、单作用叶片泵离心力使叶片紧靠在定子内壁，当转子按图示的方向回转时,叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这就是吸油腔。在左部,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,工作空间逐渐缩小.将油液从压油口压出,这就是压油腔,在吸油腔和压油腔之间,有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开。叶片泵转子每转一周，每个工作空间完成一次吸油和压油，故称单作用叶片泵。

单作用叶片泵的流量也是有脉动的,理论分析表明,泵内叶片数越多,流量脉动率越小,此外,奇数叶片的泵的脉动率比偶数叶片的泵的脉动率小,所以单作用叶片泵的叶片数均为奇数,一般为13或15片。3.特点

(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时,吸油压油方向也相反;(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内。为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通,这里的叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上。(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压。(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24°。

一、双作用叶片泵

1、双作用叶片泵的工作原理

定子内表面近似为椭圆柱形，处在小圆弧上的密封空间过渡曲线面运动到大圆弧的过程中，叶片外伸，密封空间的容积增大要吸入油液；再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封空间积变小，将油液从压油口压出。因而，转子每转一周，每个工作空间要完成两次吸油和压油，称之为双作用叶片泵。

特点叶片底部槽和压油腔相通，因此泵的输出流量将出现微小的脉动，但其脉动率较其它形式的泵（螺杆泵除外）小得多，且在叶片数为4的整数倍时最小，为此双作用泵的叶片数一般为12片或16片。

提高双作用叶片泵压力的措施

由于一般双作用叶片泵的叶片底部通压力油，叶片顶部以很大的压紧力抵在定子吸油区的内表面上，使磨损加剧，影响叶片泵的使用寿命,限制了双作用叶片泵工作压力的提高。叶片压向定子的作用力减小，常用的措施有：(1)减小作用在叶片底部的油液压力将泵的压油腔的油液通过阻尼槽或内装式小减压阀通到吸油区的叶片底部，使叶片经过吸油腔时，叶片压向定子内表面的作用力不致过大。(2)减小叶片底部承受压力油作用的面积。子母式叶片阶梯叶片(3)使叶片顶部和底部的液压作用力平衡A、双叶片结构，叶片的顶部形成一个油腔a相连通，因而使叶片顶端和底部的液压作用力得到平衡。

B、叶片底部的油液是由叶片顶部经叶片中的孔引入的，因此叶片上下油腔油液的作用力基本平衡，装有弹簧密封。图2－18

双级叶片泵的工作原理双级叶片泵是由两个普通压力的单级叶片泵装在一个泵体内在油路上串接而成的，如果单级泵的压力可达7.0MPa,双级泵的工作压力就可以达14.0MPa.双级叶片泵

双联叶片泵双联叶片是由两个单级叶片泵装在一个泵体内在油路上并联组成。两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转，并各有独立的出油口。双联叶片泵常驻用于快进和工作进给要求的机械加工有专用机床中，这时双联泵由一小流量泵和一大流量泵组成，当快进速进给时，两个泵同时供油（些时压力较低），当工作进给时，由小流量泵供油（些时压力较高）。

是单作用叶片泵，能借助输出压力的大小自动改变偏心距e大小来改变输出流量。限压式变量叶片泵1－转子

2－定子

3－吸油窗口

4－柱塞

5－螺钉

6－柱塞缸

7－通道

8－压油窗口

9－调压弹簧

10调压螺钉不能克服弹簧的预紧力，这时定子的偏心距保持最大偏心量不变，因此泵的输出流量不变，但压力增大时，泵的泄漏量增加，q略有减少。大于弹簧的预紧力，偏心量减小，q减小，压力愈高，偏心量愈小，q愈小。图2－20

限压式变量叶片泵的特性曲线

（1）当叶片处于压油区时，叶片底部通压力油，当叶片处于吸油区时，叶片底部通吸油腔，叶片的顶部和底部的液压力基本平衡，这就避免了双作用叶片泵在吸油区定子内表面严重磨损的问题。（2）叶片也有倾角，但倾斜方向正好与双作用叶片泵相反。主要依靠其旋转时的离心惯性作用。有利于叶片在离心惯性作用下向外伸出。

限压式变量叶片泵与双作用叶片泵的区别

（3）限压式变量叶片泵结构复杂，轮廓尺寸大，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，噪声较大，容积效率和机械效率都没有双作用叶片泵高；但是，它能按负载压力自动调节流量，在功率使用上较为合理，可减少油液发热。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：快速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用特性曲线的AB段，工作进给时负载压力升高，需要流量减少，正好使用特性曲线的AB段，工作进给时负载压力升高，需要流量减少，正好使用其特性曲线的BC段，因而合理调整拐点压力是使用该泵的关键。目前这种泵被广泛用于执行元件有快、慢速和保压阶段的中低压系统中，有利于节能和简化回路。

第四节柱塞泵

一、径向柱塞泵的工作原理

顺时针方向转时，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，经过衬套3上的油孔从配油轴5的吸油口b吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口c压油。二、轴向柱塞泵斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。配油盘2和斜盘4固定不转，当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。柱塞底部的密封工作容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油；使密封容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量，改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。

（2-31）

（2-32）由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是有脉动的，当柱塞数为奇数时脉动较小，且柱塞数多脉动也较小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11转动手轮15，使丝杠动，带动变量活塞13作轴向移动，斜盘倾角改变，改变流量。吸压油方向可以变换，可作成双向变量液压泵。

第五节

液

压

泵

的

噪

声

一、产生噪声的原因

(1)泵的流量脉动和压力脉动,造成泵构件的振动。(2)泵的工作腔从吸油腔突然和压油腔相通,或从压油腔突然和吸油腔相通时,产生的油液流量和压力突变,对噪声的影响甚大。(3)空穴现象。带有气泡的油液进入高压腔时气泡被击破，形成局部的高频压力冲击，从而引起噪声。(4)泵内流道具有截面突然扩大和收缩、急拐弯,通道截面过小而导致液体紊流、旋涡及喷流,使噪声加大。(5)由于机械原因,如转动部分不平衡、轴承不良、泵轴的弯曲等机械振动引起的机械噪声。二、降低噪声的措施

(1)消除液压泵内部油液压力的急剧变化。(2)为吸收液压泵流量及压力脉动,可在液压