第四章-液压泵和液压马达03

2023/2/1

第二节液压泵和液压马达一、工作原理液压泵和马达靠密封工作腔容积变化工作—容积式，以容积式泵为例：BACO泵吸入泵排出2023/2/1

凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。2023/2/1

图形符号2023/2/1

二、主要性能参数液压泵的性能参数主要有压力、排量、流量、功率、转速和转矩、噪声。1、压力

额定压力

在正常工作条件下可连续运转的最高压力最大压力

短时间内所允许的最高压力工作压力

液压泵输出和液压马达输入液体的实际压力2023/2/1

2、排量排量用V表示，其单位为mL/rV=A

按泵和马达的密封腔几何尺寸变化计算而得的每转排除或应供给液体的体积。2023/2/1

3、流量

额定流量在额定压力、额定转速下，按试验标准规定必须保证的输出(输入)流量理论流量qvt按泵和马达的密封腔几何尺寸变化计算而得的在单位时间内输出或应供给液体的体积实际流量q实际工作时，不同压力下，泵（马达）所排出（输入）的液体流量2023/2/1

4.功率（1）泵的功率

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4.功率（1）马达的功率

5.转矩2023/2/1

（1）.马达的输出转矩（2）.马达的输出转矩2023/2/1

6、噪声

液压泵和液压马达的噪声也是主要性能指针之一，一般应不高于80dB2023/2/1

齿轮泵的工作原理

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。l—壳体2—主动齿轮3—从动齿轮

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第二节液压泵（2）特点主要用于精密工作机械的液压系统中优点：

结构简单、运动平稳、噪声小、转速高、容积效率高、对油液污染不敏感；缺点：

结构复杂，加工困难，难保证精度。2023/2/1

第二节液压泵3、内啮合齿轮泵分渐开线齿轮泵、摆线齿轮泵（1）工作原理2023/2/1

第二节液压泵渐开线内啮合齿轮泵

在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图。

内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。

渐开线内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板吸油窗口压油窗口月牙板从动内齿轮主动小齿轮2023/2/1

第二节液压泵摆线内啮合齿轮泵

摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。

摆线啮合齿轮泵吸油窗口压油窗口主动小齿轮从动内齿轮2023/2/1

第二节液压泵（2）特点一般用于中、低压系统，或作为补油泵。优点：内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低；缺点：在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低；内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高压工况。2023/2/1

第二节液压泵二、叶片泵分单作用叶片泵、双作用叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵2023/2/1

第二节液压泵1、单作用叶片泵（1）工作原理组成：定子、转子、叶片、配油盘，端盖工作过程叶片在转子的槽内可灵活滑动,两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。单作用叶片泵工作原理1—压油口;2—转子;3—定子;4—叶片;5—吸油口2023/2/1

第二节液压泵特点转子转一转，完成吸压油各一次—单作用泵；存在偏心距e，改变e的大小，可以改变排量—变量泵；转子受不平衡力—非平衡式泵；2023/2/1

第二节液压泵（2）排量和流量2023/2/1

第二节液压泵叶片数越多，流量脉动越小，叶片为奇数比偶数小，一般取13或15。（3）结构特点分析改变心距可改变排量，偏心反向时，吸压油口反向；叶片后倾，便于叶片抛出；吸油腔一侧叶片底部通吸油腔，压油腔一侧叶片底部通压油腔，叶片靠离心力甩出；困油、泄漏、径向不平衡力也存在。2023/2/1

第二节液压泵2、双作用叶片泵（1）工作原理组成定子、转子、叶片、端盖、配油盘；

定子内表面由四段圆弧和四段过渡曲线组成。双作用叶片泵工作原理1—定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口2023/2/1

第二节液压泵工作过程双作用叶片泵工作原理1—定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口右图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。

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第二节液压泵特点双作用叶片泵工作原理1—定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口转子转一转完成2次吸油、压油—双作用叶片泵；定子和转子无偏心距—定量泵；吸压油区对称分布，径向力平衡—平衡式泵。2023/2/1

第二节液压泵（2）排量和流量双作用叶片泵平均流量计算原理

当两叶片从a，b位置转c，d位置时，排出容积为M的油液；从c，d转到e，f时，吸进了容积为M的油液。从e，f转到g，h时又排出了容积为M的油液；再从g，h转回到a，b时又吸进了容积为M的油液。

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第二节液压泵

转子转一周，两叶片间吸油两次，排油两次，每次容积为M；当叶片数为Z时，转动一周所有叶片的排量为2Z个M容积，若不计叶片几何尺度，此值正好为环行体积的两倍。故泵的排量为：

平均流量为：

R—定子长半径；r—定子短半径；B—转子厚度。2023/2/1

第二节液压泵

考虑叶片厚度影响后，双作用叶片泵精确流量计算公为：不考虑双作用叶片泵叶片厚度，流量是均匀的，但由于叶片存在厚度且存在几何误差和装配误差，脉动依然存在，叶片数为4的倍数时脉动最小，一般取12或16。（3）结构特点分析定子内表面由四段圆弧和四段过渡曲线组成；叶片前倾，便于压回；叶片根部通压力油；主要有泄漏现象2023/2/1

第二节液压泵（4）提高双作用叶片泵压力的措施随着技术的发展，双作用叶片的最高工作压力已达成20—30MPa，这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的，不像齿轮泵和单作用叶片泵那样，工作压力的提高会受到径向承载能力的限制；叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损（叶片底部通压力油）。

为了解决定子和叶片的磨损，要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力，目前采取的主要结构措施有以下几种：

双叶片结构

各转子槽内装有两个经过倒角的叶片。两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道，因而作用在叶片底、头部的油压力相等，合理设计叶片头部的形状，使叶片头部承压面积略小于叶片底部承压面积。这个承压面积的差值就形成叶片对定子内表面的接触力。第二节液压泵2023/2/1

弹簧负载叶片结构

叶片的底面上开有三个弹簧孔，通过叶片头部和底部相连的小孔及侧面的半圆槽使叶片底面与头部沟通。不过，弹簧在工作过程中频繁受交变压缩，易引起疲劳损坏。

弹簧负载叶片结构2023/2/1

第二节液压泵母子叶片结构

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第二节液压泵叶片槽中装有母叶片和子叶片，母、子叶片能自由地相对滑动，正确选择子叶片和母叶片的宽度尺寸之比可使母叶片和定子的接触压力适当；转子上的压力平衡孔使母叶片的头部和底部液压力相等，泵的排油压力通到母、子叶片之间的中间压力腔；叶片作用在定子上的力为：

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第二节液压泵阶梯叶片结构

叶片做阶梯形式，转子上的叶片槽亦具有相应的形状。它们之间的中间油腔经配流盘上的槽与压力油相通，转子上的压力平衡油道把叶片头部的压力油引入叶片底部。这种结构由于叶片及槽的形状较为复杂，加工工艺性较差，应用较少。

1—定子；2—转子；3—中间油腔；4—压力平衡油道

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第二节液压泵2023/2/1

第二节液压泵3、（外反馈）限压式变量叶片泵单作用叶片泵分类单向变量泵双向变量泵按改变偏心方式不同手调式变量泵自动调节式变量泵按改变偏心方式不同限压式稳流量式外反馈式内反馈式2023/2/1

第二节液压泵4、限压式变量叶片泵2023/2/1

第二节液压泵(1)工作原理根据外负载大小自动调节泵的排量2023/2/1

第二节液压泵

弹簧预压缩量为x0，此时e=emax，q=qmax，

预紧力Fs=kx0，Fp=p.Ax，Fx>Fp；外负载增大，p增大，Fp增大，Fp>Fs，e减小，q减小；p增大，Fp增大，最后e=emin>0，流量用以补偿泄漏，所以q=0，p不再增大。2023/2/1

第二节液压泵(2)q—p特性限压式变量叶片泵的特性曲线

当p＜pc时，油压的作用力还不能克服弹簧的预压紧力，这时定子的偏心距变，泵的理论流量不变，但由于供油压力增大时，泄漏量增大，实际流量减小，所以流量曲线为AB段；当p=pc时，B为特性曲线的转折点；当p＞pc时，弹簧受压缩，定子偏心距减小，使流量降低，如图曲线BC所示。2023/2/1

第二节液压泵（3）特性曲线的调节改变反馈柱塞的初始位置，可以改变初始偏心距的大小，从而改变了泵的最大输出流量，即使曲线AB段上下平移；改变压力弹簧的预紧力的大小，可以改变Pc的大小，使曲线拐点B左右平移；改变压力弹簧的刚度，可以改变BC的斜率，弹簧刚度增大，BC段的斜率变小，曲线BC段趋于平缓。2023/2/1

第二节液压泵三、柱塞泵依靠柱塞在缸孔内作往复运动时产生容积变化进行吸压油。按柱塞排列和运动方式不同分：轴向柱塞泵和径向柱塞泵。1、轴向柱塞泵根据结构又分直轴式和斜轴式（1）直轴式轴向柱塞泵工作原理是柱塞的轴线和传动轴的轴线平行。轴向柱塞泵是柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直。

径向柱塞泵2023/2/1

第二节液压泵工作原理图：缸体柱塞滑履组配流盘2023/2/1

第二节液压泵2023/2/1

第二节液压泵组成：斜盘、柱塞、缸体、配油盘、传动轴；工作过程斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动；吸油口压油口1—斜盘2—柱塞3—缸体4—配流盘5—传动轴

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第二节液压泵传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口6吸入。柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口7向外排出。2023/2/1

第二节液压泵排量和流量若柱塞数目为，柱塞直径为，柱塞孔分布圆直径为，斜盘倾角为，则泵的排量为：

泵的输出流量为：柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，数目越多，脉动越小，从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。2023/2/1

第二节液压泵结构特点分析改变倾角，可以改变排量V，是变量泵；柱塞泵自吸能力差；端面间隙自动补偿。

斜盘1柱塞2缸体3配油盘42023/2/1

第二节液压泵由下图可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。斜盘1柱塞2缸体3配油盘42023/2/1

第二节液压泵

结构举例

直轴式轴向柱塞泵的结构2023/2/1

第二节液压泵（2）斜轴式轴向柱塞泵工作原理组成：主轴、连杆柱塞、缸体、配油盘。主轴、连杆、柱塞、缸体运动；配油盘静止。柱塞在缸体内作往复运动，实现吸油压油。2023/2/1

第二节液压泵斜轴式和直轴式相比优缺点斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角较大，变量范围较大；斜轴式连杆球头和主轴盘连接比较牢固，故自吸能力强；结构中多处球面摩擦副，其加工精度要求高，动态相应慢。2023/2/1

第二节液压泵（3）变量控制机构手动控制直接式手动变量机构伺服式手动变量机构变量机构由缸筒1，活塞2和伺服阀3组成；斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角γ；手动伺服变量机构图

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第二节液压泵当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，变量活塞向上移动。恒压、恒流量、恒功率控制2023/2/1

第二节液压泵2、径向柱塞泵根据配有方式：阀配油式、轴配油式、阀轴联合配油式；（1）阀配油式径向柱塞泵利用阀实现吸压油单柱塞式

吸油阀5和压油阀6就是配油阀。2023/2/1

第二节液压泵2或4个柱塞泵，一般采用对置式布置，6个柱塞呈星形布置。（2）轴配油式径向柱塞泵工作原理组成：定子、转子、配油轴、衬套、柱塞；工作过程转子、衬套、柱塞转动，定子和配油轴不动；定子和转子之间存在偏心距；2023/2/1

第二节液压泵当转子按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。

在固定不动的配流轴3上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。2023/2/1

第二节液压泵2023/2/1

第二节液压泵排量与流量

泵的平均排量为：

泵的输出流量：为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。2023/2/1

第二节液压泵（3）径向柱塞泵结构特点分析当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵；径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差；配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损；轴配油的特点。2023/2/1

第二节液压泵3、柱塞泵的优缺点柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。柱塞泵柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，配合精度较高，泄漏小、容积效率高；密封性能好，可以在高压下工作；结构复杂，对油液污染较敏感。2023/2/1

第三节液压马达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。马达的分类ns＞500r/min为高速（低转矩）液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达；ns＜500r/min为低速（高转矩）液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。2023/2/1

第三节液压马达2023/2/1

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第三节液压马达1、轴向柱塞式液压马达（1）工作原理组成：斜盘、缸体、柱塞、配油盘、马达轴；其中斜盘和配油盘不转动。2023/2/1

第三节液压马达工作过程利用斜盘对柱塞的反作用产生转矩。2023/2/1

第三节液压马达

当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：使缸体3产生转矩的垂直分力为：pggptgdtgFFt24==2023/2/1

第三节液压马达单个柱塞产生的瞬时转矩为：液压马达总的输出转矩：

R—

柱塞在缸体的分布圆半径；

d—

柱塞直径；

马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。2023/2/1

第三节液压马达（2）排量和流量

和轴向柱塞泵一样；转矩脉动：由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的。2023/2/1

第三节液压马达2、（多作用内曲线）径向柱塞式液压马达（1）工作原理组成：缸体、柱塞、配油轴、定子、转子、衬套、横梁、滚轮；其中定子和配油轴不转动。缸体压油口配油轴定子柱塞回油口2023/2/1

第三节液压马达工作过程定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。

每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。2023/2/1

第三节液压马达利用定子内壁对滚轮的反向作用力的周向分力产生转矩。N为反向作用力，其周向分力F产生转矩T，径向分力与液压力平衡。

缸体压油口配油轴定子柱塞回油口2023/2/1

第三节液压马达每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X，称X为该液压马达的作用次数。Z个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2X个均布配流窗口。（2）排量其中L为柱塞行程，z为柱塞数目，n为曲面段数。2023/2/1

第三节液压马达3、液压马达主要参数转矩设马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩（几何转矩）与泵有相同的表达形式,即：马达的实际输出转矩小于理论输出转矩：转速2023/2/1

第三节液压马达4、叶片式摆动液压马达（1）单叶片式工作原理单叶片式单叶片式2023/2/1

第三节液压马达摆角可达3000，角速度大，转矩小。（2）双叶片式摆角可达1500，角速度较大，转矩较小。（3）三叶片式摆角可达600，角速度小，转矩大。2023/2/1

第三节液压马达5、液压泵和液压马达特点总结（1）液压泵的工作特点液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足、异常噪声，甚至无法工作。液压泵的工作压力取决于外负载，为了防止压力过高，泵的出口常常要采取限压措施。变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法来调节流量。液压泵的流量脉动。液压泵“困油现象”。

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