第三节叶片泵与叶片马达

第三节叶片泵与叶片马达第1页，课件共41页，创作于2023年2月

叶片泵和叶片马达具有流量均匀、噪声低、体积小、重量轻等优点；叶片泵的缺点是：对油液的污染较敏感，因受叶片甩出力、吸油速度和磨损等因素的影响，泵的转速范围受到一定的限制，一般在600～2000r/min中使用。中低压叶片泵的压力一般为8MPa，高压叶片泵的压力可达32MPa。通常将叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两大类。单作用叶片泵是指转子转动一周任意相邻两叶片所形成的密封工作容腔吸、排由各一次；双作用叶片泵是指转子转动一周任意相邻两叶片所形成的密封工作容腔吸、排由各两次。

第2页，课件共41页，创作于2023年2月一、叶片泵的工作原理

单作用叶片泵的工作原理

双作用叶片泵的工作原理

第3页，课件共41页，创作于2023年2月（一）单作用叶片泵的工作原理

第4页，课件共41页，创作于2023年2月如图所示的单作用叶片泵工作原理图由输入轴1、转子2、定子3、叶片4、配流盘（图中虚线表示其配流窗口）、端盖等零件组成。叶片可在转子槽内灵活的滑动。叶片多为奇数，以使流量均匀。定子为圆形，其中心相对于转子中心存在着偏心矩e。单作用叶片泵通常通过调整定子改变定子与转子之间的偏心矩，改变泵的排量，从而成为变量泵。

第5页，课件共41页，创作于2023年2月转子、定子和配流盘所形成的密封空间，当输入轴带动转子高速旋转时，叶片在离心力的作用下从叶片槽内滑出，其顶部紧贴在定子内表面上滑动，于是叶片把密封空间分割为许多的密封工作容腔（有几个叶片就有几个密封工作容腔）。当转子按照图示方向旋转时，处于转子右侧的叶片在离心力的作用之下向外伸出，因而处于右半侧的叶片所形成的密封工作腔增大，产生真空，油箱中的液体在大气压力的推动之下，经过吸油管路和配流盘右侧的配流窗口填补真空。这就是单作用叶片泵的吸油过程。

第6页，课件共41页，创作于2023年2月在右半侧密封工作腔吸油的同时，处于转子左半侧的叶片在定子的强制作用下向叶片槽内缩回，因而处于左半侧叶片所形成的密封工作腔收缩，迫使其内的部分液体经排油口进入液压系统。这就是单作用叶片泵的排油过程。由于叶片在转子上是均部的，故在任意瞬时吸油腔和排油腔都有叶片所形成的密封工作腔存在，因此当转子连续旋转时，吸、排有腔的容积变化也是连续的，泵也就连续的吸入和排出液体了。

第7页，课件共41页，创作于2023年2月（二）双作用叶片泵的工作原理

第8页，课件共41页，创作于2023年2月当输入轴带动转子高速旋转时，叶片在离心力和叶片底部高压油的作用下，紧贴在定子内表面上滑动。于是叶片把由转子、定子和配流盘（分前、后配流盘）形成的密封容积分割为多个密封工作腔。叶片在离心力和底部高压油的作用下，由短半径圆弧通过过渡曲线向长半径圆弧过渡时，向外伸出。于是对应于此位置由叶片、转子、定子所包容的工作腔增大（此工作腔时刻在运动中），形成真空，油箱中的液体在大气压力的推动之下，经吸油管路和配流盘上的配流窗口进入密封工作腔。叶片由长半径圆弧向短半径圆弧过渡时，在定子的强制作用下向叶片槽内缩回，于是对应于此位置由叶片、转子、定子所包容的密封工作腔收缩，部分液体被强迫排入液压系统。

第9页，课件共41页，创作于2023年2月由工作原理图可见转子转动一周，叶片伸缩两次，任意两叶片所形成的密封工作腔进行了两次吸油和两次排油，为此这种叶片泵被称为双作用叶片泵。由于叶片在转子上均布，所以任意瞬时在排油区和吸油区均有叶片形成的工作腔存在，于是当转子连续旋转时，排油区容积在连续的收缩，吸油区容积在连续的膨胀，泵可以连续的吸油和排油。

第10页，课件共41页，创作于2023年2月二.双作用叶片泵的流量计算瞬时流量计算平均流量计算第11页，课件共41页，创作于2023年2月1.瞬时流量计算由双作用叶片泵的工作原理图可知：假如叶片无限薄，当叶片在dt时间内转过dφ（dφ=ωdt）角度后，叶片泵排出的液体体积为叶片在大半径圆弧扫过的体积和叶片在小半径圆弧扫过的体积之差，即然而实际上叶片是有厚度的。在排油区，叶片上下两端均为高压，它的运动不产生吸、排油作用；在吸油区，叶片的头部为吸油压力，叶片的底部的高压油要用来推动叶片的伸出，所以泵的排油量应减第12页，课件共41页，创作于2023年2月去这部分体积。因此叶片泵在dt时间内排出的液体体积（图3-3-3所示）为第13页，课件共41页，创作于2023年2月vi—叶片在吸油区过渡曲线上的径向速度，

双作用叶片泵的瞬时流量为：

第14页，课件共41页，创作于2023年2月由上式可知，只要使

为常数，则双作用叶片泵的瞬时流量在理论上恒定不变。是否为常数由定子过渡曲线和叶片的个数决定。适当的叶片数与相应的定子过渡曲线的配合才能保证叶片泵的瞬时流量在理论上为常值。第15页，课件共41页，创作于2023年2月2.双作用叶片泵的平均流量计算

1）排量转子转动一周任意相邻两叶片所形成的工作腔均进行了两次吸油和两次排油，把它们排列起来刚好为大半径圆弧和小半径圆弧所围的环形圆柱体的体积的两倍。考虑吸油区叶片所占有的容积没有参加工作，双作用叶片泵的排量为

第16页，课件共41页，创作于2023年2月2）双作用叶片泵的平均流量第17页，课件共41页，创作于2023年2月三.双作用叶片泵的结构第18页，课件共41页，创作于2023年2月四.双作用叶片泵的结构分析

定子低压区的磨损问题

叶片的安放角

定子过渡曲线第19页，课件共41页，创作于2023年2月（一）定子低压区的磨损问题

在工作中的双作用叶片泵的叶片，当他处在高压区时，其顶部受高压油压力的作用。为了防止叶片在高压区脱离定子内表面，保证叶片和定子内表面紧密接触，叶片的底部往往与排油腔相通（图3-3-4的槽c为配流盘上开设的环槽，它与排油腔相通，高压油通过配流盘配流窗口→c引入叶片底部）。当叶片处在吸油区时，叶片的底部仍然与排油腔相通，而顶部却与吸油腔相通，于是底部和顶部出现了很大的压力差，这一压差使叶片和定子之间产生较大的相互作

第20页，课件共41页，创作于2023年2月用力，加速了定子低压区的磨损，影响了泵的使用寿命。随着泵的工作压力的提高着一问题更加突出。为此高压叶片泵采取了各种各样的措施，减小叶片对定子的压紧力，减缓定子低压区的磨损。常用措施有：

1.双叶片结构如图所示，在每个叶片槽中安装两个叶片，叶片的底部不与排油腔相通。两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道，使作用在叶片底部和顶部的液压力基本相等。槽内两叶片可以相对滑动，以保证在任何位置两个叶片的头部都和定子内表面接触。第21页，课件共41页，创作于2023年2月第22页，课件共41页，创作于2023年2月

2.子母叶片结构

如图3-3-6所示，母叶片3和子叶片4之间的油室e始终与排油腔相通，而母叶片底部a腔则经转子1上的孔c和所在的油腔相通。这样当叶片处在吸油区时，对定子内表面的作用力不会太大。

第23页，课件共41页，创作于2023年2月3.阶梯叶片结构如图3-3-7所示

，排油腔始终同阶梯叶片和阶梯槽之间的油室b相通，叶片底部通过流道c和a与所在油腔相通。因此叶片处在吸油区时对定子内表面的作用力也不会过大。这种结构由于叶片及槽的形状较复杂，加工工艺性较差。

第24页，课件共41页，创作于2023年2月（二）叶片的安放角叶片底部通高压油后，保证了叶片与定子内表面的紧密接触，也保证了叶片在低压区向外伸出。然而对于处在排油区的叶片，其顶部受到定子内表面的反作用推力和与滑动方向相反的摩擦力的作用，他们的合力可分解为沿叶片槽方向的分力和垂直于叶片的分力。垂直分力在叶片与叶片槽的接触处产生较大的摩擦力。叶片与定子内表面接触压力角越大，垂直分力也越大，叶片与叶片槽之间的摩擦力也越大，由于排油区叶片的底部也受到排油区压力的作用，所以叶片的向心运动仅由定子对叶片的推力来完成不可靠。

第25页，课件共41页，创作于2023年2月为了避免接触区压力角过大而造成叶片在槽中滑动困难或产生摩擦自锁，叶片槽相对转子半径沿旋转方向前倾θ角（图3-3-8）以减小压力角，一般取θ=10°～14°，YB形双作用叶片泵θ=13°。

第26页，课件共41页，创作于2023年2月(三)定子过渡曲线

常见的定子过渡曲线油以下几种：a.修正的阿基米德螺线；b.等加速率等减速率曲线；c.高次曲线。第27页，课件共41页，创作于2023年2月1.阿基米德螺线阿基米德螺线的数学表达式为ρ=r+Cφ根据边界条件：当φ=α时，ρ=R得积分常数C为C=(R－r)/α故第28页，课件共41页，创作于2023年2月由上式可推得

由于dφ=ωdt，所以叶片的径向速度可见叶片在阿基米德螺线上滑动时，当转子得角速度ω为常值时，叶片的径向速度为常值，为此这种曲线又称为等速运动曲线。第29页，课件共41页，创作于2023年2月由双作用叶片泵的瞬时流量公式可知，过渡曲线采用阿基米德螺线，转子旋转时，只要在低压区的叶片个数为常值，则泵的瞬时流量理论上为常值。即当叶片数Z为式中n——自然数（1、2、3……）。此时叶片泵的瞬时理论流量为常值。第30页，课件共41页，创作于2023年2月阿基米德螺线的缺陷：由于叶片在阿基米德螺线上滑动时的径向速度为常数，在圆弧曲线上滑动时的径向速度为0，所以在过渡曲线与圆弧的连接点上叶片的径向速度发生了突变（或者说过渡曲线与圆弧没有公切线），叶片与定子发生硬性冲击。为此，必须在阿基米德螺线与圆弧曲线的连接点附近对曲线进行修正。阿基米德螺线近年来应用已经较少了。第31页，课件共41页，创作于2023年2月2.等加速率等减速率曲线为了防止过渡曲线与圆弧曲线在连接点上的硬性冲击，可以采用等加速率等减速率曲线。等加速率等减速率曲线由两部分组成，前半部分为等价速率后半部分为等减速率，且加速度的绝对值相等，这样可保证与长、短半径圆弧都有公切线。等加速率等减速率曲线的数学表达式为当0≤φ≤α/2第32页，课件共41页，创作于2023年2月

当α/2≤φ≤α时

第33页，课件共41页，创作于2023年2月等加速率等减速率区县的特点：1）等加速率等减速率曲线是应用较广泛的一种曲线，它的优点是在叶片不“脱空”的条件下（不脱空的条件r－L/2＞(d2ρ/dφ2)，式中L是叶片的径向长度，即使离心力大于叶片伸出运动的惯性力），可以得到最大的R/r值，这样采用此种曲线在体积相同时可具有较大的排量

2）只要在低压区的叶片个数为偶常数就可以组合成

的情形，可使叶片泵的瞬时流量为常值。因为定子过渡曲线上的叶片数为偶常数，则在加速区段和减速区段都有不变且相等的叶片个数第34页，课件共41页，创作于2023年2月存在，于是加、减速度抵消，其合速度为常值。为达此目的叶片数应为Z=4(2n+1)）式中n——自然数（n=1、2、3……）3）等加速率等减速率曲线的缺点是最大压力较偏大。4）由图3-3-9可知加速度在φ=0、φ=α/2和φ=α三点发生了突变，造成惯性力的突变，通常这三处有三条清晰的磨痕这种现象称为“软冲现象”。

第35页，课件共41页，创作于2023年2月3.高次曲线采用等加速率邓建速率的双作用叶片泵的噪声主要来源于叶片和定子内表面的机械噪声。其原因是叶片按定子曲线给出的轨道进行径向运动时，加速度的变化将引起惯性力的变化。从震动角度看，这是一种外界作用于叶片的冲击力。此力正比于三阶导数d3ρ/dt3(当转子角速度ω=常数时，d3ρ/dt3与d3ρ/dφ3成正比)，反映了运动的助振情况。等加速率等减速率曲线在与圆弧的两个连接点和过渡曲线的中点位置，加速度d2ρ/dt2均发生了突变，d3ρ/dt3为无穷大，发生激振。

第36页，课件共41页，创作于2023年2月此时叶片运动的平稳性受到破坏，叶片和定子内表面发生撞击振动，产生噪声。为此希望定子曲线的三阶导数的变化小，同时也满足对一阶导数（dρ/dt）和二阶导数（d2ρ/dt2）的要求。采用高次方程曲线可对多个参数进行调整，以满足一定的边界条件，又满足三阶导数特性及兼顾一、二阶导数的变化。适用于低噪声叶片泵定子曲线的高次方程有两种一种为对称形，相应的方程式为

ρ=C3θ3+C4θ4+C