汽车液压与气压 第二版 PPT (齐晓杰版)第三章 泵和马达

第一节液压泵第二节齿轮泵第三节叶片泵第四节柱塞泵第五节液压马达第六节液压泵和液压马达的选用第三章液压泵和液压马达【教学目的】

通过学习本章内容，熟悉液压泵和液压马达的基本工作原理和分类，掌握液压泵和液压马达的结构特点和基本性能参数的计算，并了解选用液压泵和液压马达的方法，为今后工作中进行选型、安装、调整和修理提供帮助。【教学重点】

液压泵和液压马达的基本工作原理、结构特点和性能参数计算。【教学难点】

液压泵和液压马达的结构特点和性能参数的计算。第三章液压泵和液压马达

液压泵是动力元件，将机械能转变为压力能，为系统提供压力油。液压马达是执行元件，将压力能转变为机械能，带动工作部件运动。液压泵和液压马达从原理上讲是可逆的,从结构上讲是相似的.第一节液压泵一、液压泵的工作原理【分析】工作原理，单柱塞液压泵1—凸轮2—柱塞3—弹簧4—密封工作腔5—单向阀（吸油阀）6—单向阀（压油阀）【原理】是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的。（故这种泵又称为容积式泵）【推论】排油量的大小取决于密封容积变化的大小。【条件】构成容积式泵的必要条件：★有周期性的密封容积变化。（小—大，吸油；大—小，压油）★有配流装置。（它保证密封容积由小到大时，只与吸油管连通；由大到小时，只与压油管连通。如上图中的单向阀5、6，即起配流作用。）二、液压泵的性能参数1、压力（1）工作压力（输出压力）：是指泵工作时输出油液的实际压力，即油液克服阻力而建立起来的压力。泵的工作压力决定于外界负载，外负载增大，工作压力也随之升高。负载为零时，泵的工作压力也为零。（2）额定压力（公称压力、铭牌压力）：是指根据泵的效率和使用寿命确定的允许达到的最大工作压力。工作压力超过额定压力即为过载。泵的最大工作压力大小受泵本身的泄漏和结构强度所制约。主要由泄漏所限制。2、排量和流量（1）排量：是指在不考虑泄漏的情况下，泵轴转一周，泵所排出油液的体积。即转一周，密封容积的变化量。用V表示，常用单位为L/r。（2）理论流量：是指在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内所能输出的油液体积。用qvt表示，常用单位为m3/s或L/min。泵的理论流量等于排量和转速的乘积，即

qvt=Vn泵的排量和理论流量是在不考虑泄漏的情况下计算出来的，故其值与泵的工作压力无关。（3）实际流量：是指泵在工作时的实际输出流量。（4）额定流量（公称流量、铭牌流量）：是指泵在正常工作条件下（在额定转速和额定压力下），泵输出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵的实际流量或额定流量都小于理论流量。3、功率（1）输出功率：泵的输出功率等于实际工作压力与实际流量的乘积。即

Po=pqv

（液压功率等于压力和流量的乘积）（2）输入功率：液压泵的输入功率为电机对泵轴的驱动功率。其值为

Pi=Tiω=2πnTi式中：Ti——液压泵的输入转矩ω——泵轴的角速度n——泵轴的转速实际上，液压泵在工作中，由于存在泄漏和机械摩擦，就有能量损失，故其输出功率Po小于输入功率Pi，即Po＜Pi。两者之间的差值即为功率损失ΔP，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。4、液压泵的效率（1）容积效率由于泵内存在泄漏而造成流量上的损失，称为容积损失。实际流量与理论流量的差值，称为泵的泄漏量。以Δqv表示，：

Δqv=qvt－qvΔqv与泵的工作压力p有关。Δqv与p成正比。即

Δqv=klpkl——液压泵的泄漏系数Δqv随p增大而增大，导致qv随p增大而减小。容积效率：指泵的实际流量与理论流量的比值。用ηv表示。即：

ηv=qv/qvt=（qvt-Δqv）/qvt=1-Δqv/qvt=1-klp/Vn【结论】泵的输出压力愈高，泄漏量愈大，泵的容积效率也愈低。（p↑→Δqv↑→ηv↓）（2）机械效率液压泵在工作时存在机械摩擦（相对运动零件之间的摩擦及液体粘性引起的摩擦），因而造成转矩上的损失，称为机械损失。因此，对液压泵来说，驱动泵所需的实际输入转矩Ti总是大于理论转矩Tt，其差值ΔT=Ti-Tt，称为转矩损失。机械效率：理论转矩与实际输入转矩的比值。用ηm表示，即

ηm=Tt/Ti因泵的理论功率（当忽略能量损失时）表达式为：Pt=pqvt=pVn=2πnTt（即理论输出功率pqvt等于理论输入功率2πnTt）则有：Tt=pV/2π∴ηm=pV/(2πTi)（3）总效率：是指泵的输出功率与输入功率的比值。用η表示。

η=Po/Pi=pqv/2πnTi=(qv/Vn)·(pV/2πTi)=ηvηm【结论】液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。三、液压泵的分类

按结构形式：齿轮泵（定量）（低压）叶片泵（定量、变量）（中压）柱塞泵螺杆泵按排量可否调节：定量泵（排量不能变化）变量泵（排量可变化）按压力高低：低压≤2.5MPa中压＞2.5～8MPa中高压＞8～16MPa高压＞16～32MPa超高压＞32MPa四、液压泵的图形符号

a）单向定量液压泵b）双向定量液压泵c）单向变量液压泵d）双向变量液压泵第二节齿轮泵一、外啮合齿轮泵1、结构：一般为分离三片式结构（两侧端盖和中间泵体）。泵体内装有一对齿数相同，宽度和泵体宽度相等的互相啮合的齿轮。泵体、端盖和齿轮之间形成了密封容腔，并由两个齿轮的齿面接触线将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。2、工作原理：

【结论】吸、压油靠密封容积的变化。3、排量、流量、流量脉动排量：等于两个齿轮的齿间槽容积之和。近似等于一个齿轮的齿槽容积和轮齿体积的总和。即：

V=πDhb=2πzm2b=常数（定量泵）式中：D——节圆直径，D=mz；h——有效齿高，h=2mb——齿宽；z——齿数；m——模数实际上，齿槽容积比轮齿体积稍大些，所以通常取：

V=6.66zm2b流量：齿轮泵的实际输出流量为：

qv=qvtηv=Vnηv=6.66zm2bnηv

上式中，qv是齿轮泵的平均流量。实际上，由于齿轮啮合过程中，压油腔容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。脉动程度可用脉动率表示，δ=(qvmax－qvmin)/qv式中：qvmax——最大瞬时流量；qvmin——最小瞬时流量齿数愈少，脉动率愈大，其值最大可达20%。流量脉动引起压力脉动，随之产生振动和噪声，所以高精度机械不宜采用齿轮泵。（内啮合齿轮泵的流量脉动率小得多）4、外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题（1）困油现象【原因】由于齿轮啮合的重合度大于1，使油液困在封闭容积内。【危害】封闭容积由大到小时，油液受挤压，油压升高，油液发热，并使轴承受额外负载；封闭容积由小到大时，造成局部真空，产生气穴现象。出现噪声、振动。【措施】两侧盖板上开卸荷槽。使封闭容积减小时，与排油腔相通；封闭容积增大时与吸油腔相通。（2）径向不平衡力【原因】由于压油腔与吸油腔压力不相等。【危害】可能造成齿顶与泵体接触而产生磨损。【措施】减小不平衡力的措施：增大吸油口，减小压油口。使两边作用力大小尽量接近。（3）泄漏【途径】齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔去：★通过齿轮啮合处的间隙；★通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；★通过齿轮两端面和盖板间的端面间隙。在三类间隙中，以端面间隙的泄漏量最大，约占泄漏量的75%-80%。泵的压力愈高，间隙泄漏就愈大，因此，一般齿轮泵只适用于低压，且容积效率亦很低。5、提高外啮合齿轮泵压力的措施齿轮泵由于泄漏（主要是端面泄漏）和存在径向不平衡力的原因，压力不易提高。对于泄漏量最大处的端面间隙，采用端面间隙自动补偿装置等。如图，其原理是利用特制的通道将压力油引入浮动轴套或侧板的外侧，使浮动轴套或侧板内侧紧贴齿轮端面（起动时，靠弹簧预紧力）。压力愈高，贴得愈紧。因而自动补偿端面磨损和减小间隙。6、外啮合齿轮泵的优缺点【优点】结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低，工作可靠，自吸能力强（容许的吸油真空度大），对油液的污染不敏感，又因齿轮是对称的旋转体，故允许转速较高。【缺点】一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制（低压泵）；流量脉动大，因而压力脉动和噪声大；排量不可调（定量泵）。二、内啮合齿轮泵

有渐开线齿形和摆线齿形（1）渐开线齿形内啮合齿轮泵由小齿轮、内齿环、月牙形隔板组成。月牙形隔板在内齿环和小齿轮之间，将吸、压油腔隔开。（2）摆线齿形内啮合齿轮泵又称摆线转子泵。外转子齿数比内转子齿数多一个，两转子之间有一偏心距。内转子带动外转子同向旋转，在工作时，所有内转子的齿都进入啮合，形成几个独立的密封腔。内啮合齿轮泵结构紧凑，尺寸小，重量轻，噪声小，脉动小。但与外啮合比，齿形复杂，加工困难，价格较贵。第三节叶片泵【特点】结构紧凑，运转平稳，输油量均匀，噪声小；但结构复杂，吸油特性差，对油液污染较敏感等缺点。【分类】按每转吸排油的次数分为：单作用泵双作用泵按轴承上受径向力的情况分为：平衡泵（卸荷泵）非平衡泵（非卸荷泵）按输出油量是否可调分为：变量泵定量泵一、单作用叶片泵

1、工作原理【分析】★定子内表面是一个圆，转子与定子间有一偏心量e。★叶片靠离心力和叶片根部压力油紧贴定子内表面。

★转子转一转，吸、排油各一次——单作用泵。径向力不平衡——不平衡泵（非卸荷泵）。调节偏心量e，可改变排量——变量泵。

2、排量和流量排量：V=2πbeD实际流量：qv=qvtηv=Vnηv=2πbeDnηv式中：b——叶片宽度；D——定子内径；e——偏心量由于单作用泵的定、转子偏心安置，故其容积变化是不均匀的，存在流量脉动。泵内叶片数越多，流量脉动率越小，且叶片数为奇数时的脉动率比偶数时的脉动率小，所以，单作用泵的叶片数总取奇数，一般为13或15片。3、结构特点（1）定子和转子偏心安置。移动定子位置以改变偏心量，从而改变泵的输出流量；偏心反向时，吸油压油方向也相反。（2）径向液压力不平衡。转子及轴承上承受着不平衡的径向力，故额定压力不超过7MPa。（3）叶片后倾。叶片底部油槽采取在压油区与压油腔相通，在吸油区与吸油腔相通。因而，叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的，这样，叶片的向外运动主要靠旋转时的离心力。根据力学分析，叶片后倾一个角度更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出。通常后倾角为24°。4、限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵：

1—最大流量调节螺钉2—反馈缸活塞3—调压弹簧4—限定压力调节螺钉★当工作压力p＜pB（限定压力）时，pA＜kx0，定子不动，最大偏心距e0不变，其特性相当于定量泵，qv=qmax-klp，（Δqv=klp为泄漏量）；★当工作压力p＞pB时，pA＞kx0，限压弹簧被压缩，定子右移，偏心距减小，流量也随之迅速减小。★当压力大到泵内偏心所产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵的实际输出流量为零，此时的压力pC称为极限压力（截止压力）。（适合于：快进、工进，过载保护）二、双作用叶片泵（1）工作原理【分析】

★定子内表面形似椭圆，由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成；转子外表面为圆。★工作原理靠叶片间密封容积的变化。★转子每转一周，吸、压油作用发生两次——双作用泵。径向力对称，平衡——平衡式泵（卸荷式泵）排量不可调——定量泵2、排量和流量排量：V=2π(R2-r2)b（近似公式，忽略了叶片的厚度）实际流量：qv=Vnηv=2π(R2-r2)bnηv

双作用叶片泵的脉动率除螺杆泵外是各泵中最小的。流量脉动率在叶片数为4的整数倍，且大于8时最小，故双作用叶片泵的叶片数通常取为12或16片。3、结构特点（1）定子过渡曲线等加速等减速曲线（2）叶片倾角一般双作用叶片泵的叶片沿ω方向前倾10°～14°。目的：减小压力角，有利于叶片在槽内滑动，避免叶片卡死或折断。（3）径向力平衡由于吸、压油口对称分布，径向力平衡。（4）端面间隙自动补偿为了减少端面泄漏，将配流盘的右侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压向定子。第四节柱塞泵

柱塞泵按柱塞排列方向不同分为：轴向柱塞泵、径向柱塞泵。轴向柱塞泵按其结构特点又分为：斜盘式（直轴式）和斜轴式两类。一、斜盘式轴向柱塞泵工作原理

【分析】

★由斜盘、柱塞、缸体、配流盘等组成。斜盘、配流盘不动，传动轴、缸体、柱塞一起转动。柱塞与缸体中心线平行。斜盘与缸体间倾斜了一个γ角。★缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油、排油动作。★改变斜盘倾角γ的大小，就能改变柱塞的行程长度，改变泵的排量。★改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油方向，就成为双向变量轴向柱塞泵。二、排量和流量

排量：V=1/4πd2D(tgγ)z

实际流量：qv=Vnηv=1/4πd2D(tgγ)znηv

式中：d——柱塞直径；D——柱塞孔的分布圆直径γ——斜盘倾角；z——柱塞数目

柱塞泵存在流量脉动。柱塞数z越多且为奇数时，脉动率越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数，常取z=7、9、11。三、斜盘式轴向柱塞泵的结构要点1、滑履结构2、中心弹簧结构3、缸体端面间隙自动补偿4、变量机构

四、柱塞泵的优缺点

【优点】★由于柱塞与缸体内孔均为圆柱体表面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，容积效率高，总效率高。★柱塞泵主要零件处于受压状态，使材料强度性能得到充分利用，故柱塞泵常做成高压泵。★改变斜盘倾角的大小或方向，可方便的使流量改变或吸、压油反向，故易于实现单向或双向变量。所以，柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便的优点。【缺点】结构较为复杂，有些零件对材料及加工工艺的要求高，因而在各类容积式泵中，柱塞泵的价格最高。柱塞泵常用于需要高压大流量和流量需要调节的液压系统，如拉床、插床、龙门刨床、液压机、起重机械等。第五节液压马达一、工作原理

【分析】斜盘式轴向柱塞液压马达。★径向反作用力FT对缸体轴线产生转矩，驱动缸体旋转。★改变液压马达压力油的输入方向，液压马达的转向发生改变。

二、性能参数

液压马达输出的是机械能，所以它的主要性能参数是转速和转矩。1、转速排量：液压马达转一圈所需的液体量称为液压马达的排量。用V表示。理论流量：液压马