第3章 液压泵和液压马达

第三章液压泵和液压马达§第一节概述一、液压泵和液压马达的工作原理（一）工作原理⒈液压泵的工作原理首先找到密封容腔。当有效密封容腔由小变大时，吸油，当有效密封容腔由大变小时，排油。12⒉液压马达的工作原理如果把油泵看为一个把机械能（转速和扭矩）转换为液压能（压力和流量）的能量转换装置，则液压马达是一个把液压能重新转换为机械能（转速和扭矩）的能量转换装置。其工作原理随马达的类型有所区别。（二）分类根据不同的目的，可以对油泵和液压马达进行不同的分类。按结构形式分类，可以分为齿轮泵（马达）、叶片泵（马达）、柱塞泵（马达），三大类。按输出流量分类有定量泵（马达）、变量泵（马达）等。它们的图形符号如下：3二、液压泵（马达）的压力、排量和流量（一）压力工作压力：油泵的输出压力。即油泵输出的油液克服阻力所 必须提供的压力，它取决于负载。额定压力：指使用中所允许达到的最大工作压力，它取决于 油泵的材料强度和密封。也称铭牌压力。4（二）排量和流量油泵排量：在不考虑泄漏的情况下，每转一转所排出的液 体体积。由油泵的结构尺寸决定。马达排量：在不考虑泄漏的情况下，每转一转所需输入的 液体体积。由马达的结构尺寸决定。油泵（马达）的流量：在不考虑泄漏的情况下，单位时间内油泵（或马达)所排出的（或所需输入的）液体体积。排量和理论流量的关系5理论流量和实际流量理论流量：不考虑泄漏时，排量和转速的乘积。实际流量：考虑泄漏时，单位时间内输出（或需输入）的流量。理论流量和实际流量的关系6与油泵流量、排量和其它参数之间的关系如果油泵的负载增加，油泵的输出压力增加，则使泄漏量增大，油泵的输出流量减小而排量不变。如果柱塞直径增大（即油泵的结构尺寸变化），则油泵的排量增加、流量增加。如果凸轮转速增加，流量增加，排量不变。如果凸轮的偏心距变化，等于油泵的有效密封容积发生变化，则油泵的排量和流量都将随之变化。78三、液压泵和液压马达的功率和效率（一）油泵的功率和效率

油泵的输出量是压力和流量；输入（即电机的输出）是扭矩和转速。在不考虑功率损失的情况下，得到理论功率：⒈油泵的功率损失油泵的功率损失分为容积损失和机械损失两部分①容积损失：油泵的泄漏量9容积效率及其表达式油泵的泄漏量、流量、效率与压力的关系图10油泵的扭矩油泵在被电机带动旋转的过程中，由于摩擦等机械方面的原因，使油泵从理论上需要输入的扭矩小于实际输入的扭矩，这两者之差，就是机械损失。它表示为：机械效率：11⒉油泵的输入功率、输出功率和总效率①油泵的输入功率②油泵的输出功率12①油泵的总效率13需要记住的公式14（二）油马达的主要性能参数15泵和马达的能量转换图16§第二节齿轮泵和齿轮马达齿轮泵的分类：齿轮泵的分类按不同方式有不同的名称，一般有按压力分类和啮合方式来分类的，具体见教材一、齿轮泵的工作原理：认识各种泵的原理应该遵循以下 原则找出密封容积密封容积由大变小（进入啮合）排油密封容积由小变大（脱开啮合）吸油17脱开啮合吸油进入啮合排油18二、排量和流量的计算（略）三、齿轮泵的几个问题（一）困油问题如图a所示，为了传动平稳，齿轮的重叠系数大于1，存在两对齿轮同时啮合，形成一个密闭的容腔，这个容腔在齿轮转动的过程中，由压油腔向吸油腔移动。①容腔的形成19②压缩过程当密闭容腔由图a运动到图b时，容腔体积在不断地压缩，压力急剧上升，使轴承受到极大地附加荷载，降低了轴承的使用寿命，同时产生功率损失，使油温增高；与此同时，容腔中的油液从一切可能泄漏的缝隙强行挤出一部分，增大了泄漏量。20③容腔增大过程当密闭容积由小变大（图b变化到图c时），由于闭死容积增大，而又不能补油，所以在困油区形成真空，使融于油液中的气体释放出来而产生气泡，引起强烈的噪音，振动等现象。解决的办法一般是在端盖上开出卸荷槽。21（二）泄漏问题①泄漏途径

一般通过径向间隙、轴向间隙从高压区向低压区泄漏泄漏。主要泄漏通道为轴向间隙也称端面间隙，大约70-80%的泄漏量是通过这条通道泄漏的。②解决的途径在中高压齿轮泵中，解决轴向间隙的泄漏问题由于压力的升高而显得更为重要，所以，在这一类齿轮泵中都有轴向间隙的补偿装置22（三）径向力平衡问题由于齿轮泵的左右两腔分别是压油和吸油腔，压力差别较大，且压油腔的压力沿齿顶有一个分布，所以，对齿轮和轴承产生一个不平衡的径向力。这个力不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，还可以使轴弯曲。现在一般采用开压力平衡槽或缩小压油腔等办法23四、齿轮泵的优缺点及应用（略讲）五、齿轮油马达根据图3-8，讲解齿轮油马达的基本工作原理24§3-3叶片泵及叶片油马达和齿轮泵相比叶片泵有流量均匀，运转平稳等优点。在叶片泵的分类中，以前只有中低压泵，现在有中高压泵。从结构上或从输出流量分析，有单作用叶片泵和双作用叶片泵之分。单作用叶片泵：转子每转一转，密封容腔吸排油各一次双作用叶片泵：转子每转一转，密封容腔吸排油各二次25一、工作原理和流量计算（一）工作原理⒈单作用式密封容积：由叶片、转子、定子和两个配油盘组成 八个密封容积。吸排油原理：由于定子和转子是偏心安装，八个密封容积在转动过程中，在右半部分是逐渐扩大吸油，而在左半部分密封容积由大变小，排油。配油原理：在叶片泵的轴向有两个配油盘，使油泵在吸排油的过程中，高低压区能有效的隔离，吸排油过程能顺利进行。转子转一转，吸排油一次。2627⒉双作用式密封容积：由叶片、转子、定子和两个配油盘组成 八个密封容积。吸排油原理：由于定子和转子是同心安装，在定子 的内表面有四条过渡曲线，八个密封 容积在转动过程中，经过这四条过渡 曲线时，成对称地产生吸排油动作。配油原理： 在叶片泵的轴向有两个配油盘，使 油泵在吸排油的过程中，高低压区 能有效的隔离，吸排油能过程能顺 利进行。转子转一转，吸排油两次。2829（二）排量和流量的计算（略）二、定量叶片泵的结构特点（一）定子曲线定量叶片泵的定子曲线由四段圆弧（兰色）和四段过渡曲线组成（红色），这四段过渡曲线一般是等加速曲线（二）叶片倾角双作用叶片泵的倾角一般沿着旋转方向前倾一个角度（单作用叶片泵是后倾一个角度）30三、限压式变量叶片泵（一）分类根据表3-1，变量叶片泵的分类有各种方式，自看。主要介绍外反馈限压式变量叶片泵的工作原理和基本结构。（二）结构组成及工作原理⒈结构组成该泵主要由压力弹簧1、定子2、转子3、叶片4、反馈柱塞5、滚针轴承6等元件组成。调压弹簧左端也有一调压螺钉，可以手动调整弹簧的作用力；反馈柱塞可以利用后面的螺钉限定柱塞的位移，实际也就限定了偏心e的大小。3132⒉工作原理①原始位置根据图3-12，当反馈柱塞后的螺钉的位置已定，调压弹簧的预压缩量一定，在图示位置，定子在调压弹簧的作用下有初始偏心距e0。②变量过程

当系统的工作压力升高，并由油泵出口反馈到反馈柱塞的后腔，形成一个向左的作用力；这个作用力和定子左端的弹簧力平衡。当作用力小于弹簧力时，定子不动，维持原始的偏心距，当作用力大于弹簧作用力时，定子左移，偏心距减小，流量输出减小；当作用力再大，最终，定子左移至和转子同心，流量输出为零。当作用力大于弹簧力以后，变量输出开始。33（三）特性曲线⒈曲线的形状分析①AB段：反馈作用力小于弹簧作用力，偏心距为初始 的最大值，流量为最大值，但流量随压力的 增高有减小。②拐点B：这是反馈作用力和弹簧作用力平衡的临 界点。③BC段：反馈作用力大于弹簧作用力，定子移动， 偏心距减小，流量输出减小，当工作压力 接近C点压力时，定子和转子接近同心， 基本没有流量输出，只有维持泄漏的一点 流量。3435⒉影响曲线形状的因素改变反馈柱塞的初始位置偏心距改变、输出流量改变、AB上下平移改变弹簧的预压缩量（预紧力）拐点位置改变，BC左右平移。改变弹簧的刚度曲线BC斜率改变，刚度大，BC段趋于平缓。36四、叶片油马达（一）工作原理

当压力油通过配油窗口进入相邻两叶片间的密封容腔，4、8两叶片两面受力相等，所以不产生扭矩。1、5和3、7叶片一面受压力油的作用，另一面是低压区，所以可产生扭矩。（二）结构特点① 叶片底部有弹簧，已保证初始叶片紧贴定子 内表面。② 叶片径向安装，使其可以双向旋转。③ 壳体中装有单向阀，保证叶片底部始终有压 力油而紧贴定子内表面。3738§3-4柱塞泵及柱塞油马达

柱塞泵是依靠柱塞和缸体形成密封容积，柱塞在缸体内做往复直线运动，使密封容积变化产生吸排油动作。柱塞泵由于是缸体和柱塞的配合，所以比较容易加工而得到很高的配合精度，所以，其密封性好可以得到很高的工作压力。故一般柱塞泵都是高压泵广泛地应用于各种机械和生产线。

柱塞泵径向式斜轴式斜盘式缸体带动柱塞旋转柱塞带动缸体旋转转子带动柱塞做径向往复运动轴向式39一、轴向柱塞泵（一）工作原理⒈基本结构主要构件：传动轴1、斜盘2、柱塞3、缸体4、配油盘5等。⒉动作顺序传动轴旋转缸体旋转柱塞往复运动油泵吸排油⒊基本原理柱塞在随缸体公转而自身又做往复运动的过程中，由于斜盘的作用，柱塞在某一个半圆面上的往复运动使每个柱塞形成的密封容腔变大而吸油，在另一个半圆面上，则使这些密封容腔变小，排油。40注意：在缸体和柱塞的转动过程中，配油盘是不动的；而斜盘在定量泵中也是固定不动的，但在变量泵中，则随着变量机构的不同。斜盘可以不同的驱动形式而摆动。由于斜盘角度的改变，使柱塞形成的密封容腔的大小发生变化，则流量也发生变化。41二、轴向柱塞油马达（一）工作原理

轴向柱塞马达的结构和轴向柱塞泵基本相似。从原理上说，这两者是可逆的（但实际在某些结构上的差异，并不可逆）当压力油通过配油盘上的配油窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞前行顶住斜盘；斜盘对柱塞的反作用力垂直于斜盘（相对于柱塞球头的法线方向），这个合力水平方向的分力和柱塞右端的液压力平衡，而垂直分力则使柱塞对缸体回转中心产生一个转矩，使缸体和液压马达