第三章液压泵与液压马达课件

第三章：液压泵与液压马达

本章主要讲述液压泵和马达的结构、工作原理、静态特性、液压泵与马达的选用和基本要求。

3-1概述。

3-2齿轮泵。

3-3

叶片泵。

3-4柱塞泵。

3-5各类液压泵的性能比较及应用。

第一节概述

第三章液压泵与液压马达

一、作用与分类

液压泵——将原动机输入的机械能转换成油液的压力能，供液压系统使用。液压马达——将输入油液的压力能转换成机械能，使其驱动的工作部件作旋转运动。

液压泵和液压马达都是容积式的，即依靠密封的容积变化来工作。

第三章液压泵与液压马达

液压泵（液压马达）按其在每转一转所能输出（所需输入）油液体积可否调节而分成定量泵（定量马达）和变量泵（变量马达）两类。按结构形式又可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式、螺杆式四大类。

液压泵的分类

液压泵、液压马达的符号

第三章液压泵与液压马达

我国自主研发的CY系列轴向柱塞泵

二、压力、排量和流量

工作压力：液压泵的工作压力是指实际工作时的输出压力，也就是油液为了克服阻力所必须建立起来的压力；而液压马达的工作压力则是指它的输入压力。工作压力决定于负载。

额定压力：液压泵（液压马达）的额定压力是指泵（马达）在使用中按标准条件连续运转允许达到的最大工作压力，超过此值就是过载。

最高压力：它是指泵（马达）短时间内所允许超载使用的极限压力，它受泵（马达）本身密封性能和零件强度等因素的限制；

吸入压力：是指泵吸入口处的压力。

排量（V）：

液压泵（液压马达）的排量V是指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能输出（或所需输入）的油液体积。排量与几何尺寸有关。

理论流量(qt)：理论流量qt是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内所能输出（或所需输入）的油液体积。如泵轴的每分钟转速为n，则泵的每分钟理论流量为qt=Vn。

实际流量(q)：它是液压泵（液压马达）工作时的输出流量，这时的流量必须考虑到泵的泄漏，所以实际流量q小于(大于)理论流量

额定流量qn

：液压泵（液压马达）的额定流量是指在额定转速和额定压力下泵输出（或输入马达）的流量。因为泵和马达存在内泄漏，所以额定流量的值和理论流量是不同的。

瞬时流量(qin)：

它是液压泵（液压马达）在每一瞬时的流量，一般指泵瞬时理论（几何）流量。

额定转速：在额定压力下，泵（马达）能连续长时间正常运转的最高转速。

最高转速：在额定压力下，泵（马达）超过额定转速而允许暂短运行的最大转速。三、压力的分级

压力分级低压中压中高压高压超高压压力/MPa

≤2.5＞2.5~8＞8~16＞16~32＞32

四、液压参量的符号与单位参量符号标准单位其它单位压力pN/m2Mpa,bar,kgf/cm2,bf/in2流量qm3/s

L/min

排量Vm3/r

mL/r转矩M,TN.m

kgf.cm功率N,PW

kW;HP;Ps面积Am2cm2力FN

kN,kgf

五、常用液压单位的换算关系

1atm=1.013×105

N/㎡；1N/㎡=1Pa1MPa=106

Pa

；1bar=105Pa;1bf/in2=6.89×105Pa1bf=4.448N;1gal(UK)=4.54L;1gal(US)=3.79L

1W=1J/s=10-7erg/s;1kal=4186J

1英制马力（HP）=746W;1公制马力（Ps）=735W;

六、功率和效率

液压泵由原动机驱动，输入量是转矩和转速（角速度），输出量是液体的压力和流量；

液压马达则刚好相反，输入量是液体的压力和流量，输出量是转矩和转速（角速度）。如果不考虑液压泵（或液压马达）在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是:

实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。两者之间的差值即为功率损失，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。

液压泵和液压马达能量转换流程

容积损失是因内泄漏而造成的流量上的损失；机械损失是因相对运动表面的摩擦等原因造成的能量损失。

对液压泵来说，输出压力增大时内泄漏加大，泵实际输出的流量q减小。设泵的内泄漏为ql，则泵的容积损失可用容积效率来表征

驱动泵的转矩总是大于其理论上需要的转矩的。设转矩损失为Tl，则泵实际输入转矩为T=Tt+T1

，用机械效率来表征泵的机械损失时

对液压马达来说，由于泄漏损失，输入液压马达的实际流量必然大于它的理论流量，即q=qt+q1

它的容积效率：

由于摩擦损失，使液压马达的实际输出转矩小于其理论转矩，它的机械效率为:

液压泵(马达）的总效率η是其输出功率与输入功率之比

液压泵的能量转换关系

液压马达的能量转换关系

液压泵功率与效率简要公式理论输出流量;实际输出流量

理论输出功率;实际输出功率

实际输入功率

液压马达功率

与效率简要公式

理论输入流量

;实际输入流量

理论输出转矩;实际输出转矩

理论转速;实际转速

液压传动功效歌

液压传动功率强，传动效率有文章。油泵将机变成压，系统动力来自它。马达将压变成机，旋转起来出大力。机压转换有损失，摩擦泄漏在其里。云想衣裳花想容，流量压力乘压能。转矩转速结姻缘，机械能中月下见。关关雎鸠鸣河上，容积效率找流量。参差荇菜两岸绿，机械效率配转矩。

世事纷纭难足虑，现实理想有差距。耕耘未必都收获，输出总比输入少。两者相差共几何？总效率下知分晓。

排量压差除二派，马达转矩此中来。实际转矩有多大？机械效率折扣它。排量转速两相乘，得出流量理论数。没有泄漏最理想，容积效率不用忙。

容积效率小于一，马达理想输实际。油泵理想比较高，可惜总是达不到。

摩擦损失是阻力，机械效率小于一。油泵要选大电机，马达出力要降低。以上关系搞清楚，求职不用热线助。工程计算当内行，眼睛挤挤勿多想。

例题：已知PP=100×105Pa,VP=10mL/r,np=1450r/min,VM=10mL/r,ηmp=0.9,ηvp=0.9,ηmM=0.9,ηvM=0.9,泵出和马达进口间的管道压力损失为5×105Pa,其它损失不计，试求：（1）泵的输出功率（2）泵的驱动（输入）功率（3）马达的输出转速、转矩和功率解：（1）泵的实际输出流量

qP=VP×np

×ηvp=10×10-3×1450×0.9=13.05L/min

泵的实际输出功率

NOP==2.175Kw(2)泵的驱动（输入）功率

(3)马达的输出转速

(4)马达的输出转矩

(5)马达的输出功率

液压泵和液压马达能量转换流程

第二节齿轮泵外啮合内啮合分类按齿面按齿形曲线按啮合形式直齿斜齿人字齿渐开线摆线齿轮泵的分类一、外啮合齿轮泵原理和结构1.结构：齿轮、壳体、端盖等

动画演示图为外啮合齿轮泵实物结构典型结构

CB齿轮泵

p=2.5MPa卸荷槽缩小压油口减小端面间隙

0.03~0.04mm增大吸油口小槽a(泄油）小孔

泵的排量为齿轮泵的实际输出流量为

2.

工作原理

密封工作腔：泵体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了若干个密封工作容积。齿轮啮合线将吸油区和压油区隔开，起配流作用。吸油过程：轮齿脱开啮合→V↑→p↓→吸油；排油过程：轮齿进入啮合→V↓→p↑→排油。动画演示1)产生原因：

ε>1，构成闭死容积Vb

Vb由大→小，p↑↑，油液发热，轴承磨损。

Vb由小→大，p↓↓，汽蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀。二、外啮合齿轮泵结构上存在的几个问题1.

困油现象2)危害：影响工作、缩短寿命3)措施：开卸荷槽原则：Vb由大→小，与压油腔相通

Vb由小→大，与吸油腔相通保证吸、压油腔始终不通吸压2.

泄漏问题1)泄漏途径：轴向间隙80%ql

径向间隙15%ql

啮合处5%

ql2)危害：ηv↓3)防泄措施：

a)

减小轴向间隙

b)

轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套防泄措施：b)轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套a)减小轴向间隙小流量：间隙0.025-0.04mm

大流量：间隙0.04-0.06mm3.径向力不平衡

3.径向力不平衡1）原因：径向液压力分布不均啮合力2）危害：轴承磨损、刮壳。3）措施：缩小压油口，增加径

向间隙。※压油口缩小后，注意不能反转。

三、齿轮泵优缺点和用途优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠，自吸性能好，对油液污染不敏感，便于制造、维修。缺点：效率低，流量脉动大，噪声高。用途：工程机械、机床低压系统。四、内啮合齿轮泵1.渐开线齿轮泵

特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻流量脉动小，噪声小。动画演示2.摆线齿轮泵（转子泵）

特点:结构简单，体积小重叠系数大，传动平稳吸油条件好脉动小，噪声小齿形复杂，加工精度要求高，造价高。应用：机床低压系统动画演示

图3-9内啮合齿轮泵的结构第三节叶片泵优点：输出流量均匀、脉动小、噪声低、体积小。缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结构较复杂。分类单作用双作用每转排油一次每转排油两次一、单作用叶片泵1.

结构：转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。

特点：

●定子和转子偏心；

●定子内曲线是圆；

●配油盘有二个月牙形窗口。●叶片靠离心力伸出。2.工作原理密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成）吸油过程：叶片伸出→V↑→p↓→吸油；排油过程：叶片缩回→V↓→p↑→排油。旋转一周，完成一次吸油，一次排油——单作用泵径向力不平衡——非平衡式叶片泵（一个吸油区，一个排油区）动画演示3.流量计算和流量脉动1)流量计算：

式中：b-叶片宽度

e–

偏心距

D-定子内径排量：流量：D—R2)流量脉动流量脉动：奇数叶片偶数叶片结论：z↑,σ↓.

奇数比偶数时σ小。一般取z=13、15片

4.叶片倾角二、双作用叶片泵

●定子和转子同心；

●定子内曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成；

●配油盘上有四个月牙形窗口。1.结构特点：2.工作原理旋转一周，完成二次吸油，二次排油——双作用泵径向力平衡——平衡式叶片泵（两个吸油区，两个排油区）动画演示3.流量计算和流量脉动其中：b-叶片宽度

R

-定子长轴半径

r

-定子短轴半径

θ–

叶片倾角

s

–

叶片厚度2)流量脉动：1）流量：一般取z=12、16片(取4的倍数）吸压

理论上每一瞬间密封容积的变化一样，制造时长、短径圆弧很难保证同心。4.典型结构及结构特征5.结构特点1）叶片倾角T’=Nsin(β-θ)

∵sin(β-θ)

＜

sinβ

∴T’＜

T作用：减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。一般取θ=10~14

O

YB型叶片泵取θ=13

O

双作用叶片泵前倾，单作用叶片后倾。

※

叶片倾斜放置的泵不能反转受力分析：

NTPT=Nsinββ——压力角

T∝sinβ

,β↑,sinβ↑,T↑危害：叶片和槽磨损，卡死。措施：沿旋转方向前倾θ角

前倾θ角后：NT’P’

压力角——(β-θ)2)

配油盘上的三角槽原因：

p↑↑V↓油液倒流。影响：流量脉动，噪声。措施：开三角槽作用：缓冲，避免压力突变，减小流量脉动和噪声。吸压

3）提高双作用叶片泵压力的措施

1.结构特点:

弹簧、反馈柱塞、限位螺钉。eoo’2.工作原理：靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小来改变流量。转子中心固定，定子可以水平移动外反馈、限压三、限压式变量叶片泵动画演示3.流量-压力特性曲线调节限位螺钉，qmax

变;改变弹簧刚度，pmax变，BC斜率变。4.

优缺点及应用优点：功率利用合理，简化液压系统缺点：结构复杂，泄漏增加，ηm↓，ηv↓应用：要求执行元件有快速、慢速和保压的场合四、叶片泵的常见故障及排除方法故障产生原因排除方法噪声大1．叶片顶部倒角太小2．叶片各面不垂直3．定子内表面被刮伤或磨损，产生运动噪声4．由于修磨使配油盘上三角形卸荷槽太短，不能消除困油现象5．配油盘端面与内孔不垂直，旋转时刮磨转子端面而产生噪声6．泵轴与原动机不同轴1．重新倒角（不小于1×45°）或修成圆角2．检查，修磨3．抛光，有的定子可翻转180°使用4．锉修卸荷槽5．修磨配油盘端面，保证其与内孔的垂直度小于0.005～0.01mm6．调整连轴器，使同轴度小于ф0.1mm容积效率低或压力不能升高1．个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住2．叶片装反3．叶片顶部与定子内表面接触不良4．叶片与转子叶片槽配合间隙过大5．配油盘端面磨损6．限压式变量泵限定压力调得太小7．限压式变量泵的调压弹簧变形或太软8．变量泵的反馈缸柱塞磨损1．检查，选配叶片或单槽研配保证间隙2．重新装配3．修磨定子内表面或更换叶片4．选配叶片，保证配合间隙5．修磨或更换6．重新调整压力调节螺钉7．更换合适的弹簧8．更换新柱塞第四节柱塞泵轴向式径向式1.工作原理密封工作腔（缸体孔、柱塞底部）由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。吸油过程：柱塞伸出→V↑→p↓→吸油；排油过程：柱塞缩回→v↓→p↑→排油。一、轴向柱塞泵*

缸体转动*

斜盘、配油盘不动缸体、柱塞、配油盘、斜盘*

柱塞伸出低压油机械装置2.典型结构3.流量计算排量:一个密封空间:流量:式中：

d

-柱塞直径

D

-柱塞分布圆直径δ-斜盘倾角

z

-柱塞数动画演示q∝

tgδ,δ↑q↑;δ↓q↓。改变δ

的大小——变量泵；改变δ

的方向——双向泵。流量脉动率：z为奇数z为偶数结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数越多，脉动越小。一般取z=7、9、114.特点及应用

特点：容积效率高，压力高。（ηv=0.98,p=32Mpa）柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小;易于实现变量；构造复杂,成本高；对油液污染敏感。应用：用于高压、高转速的场合。5.典型结构SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴

我国自主研发的CY系列轴向柱塞泵

结构特点滑靴：降低接触应力，减小磨损。柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。变量机构：手动变量机构。动画演示

通轴轴向柱塞泵结构4、斜轴式轴向柱塞泵

由图可见其缸体的中心线与传动主轴成一角度，故此泵称为斜轴泵。斜轴式轴向柱塞泵外形二、径向柱塞泵1.结构特点：

定子不动缸体（转子）转动偏心距e

配油轴（不动）衬套