《液压与气动技术（AR版）》 课件 第3章 液压泵和液压马达

第三章液压泵和液压马达液压泵液压马达第三章液压泵和液压马达教学目标比较液压泵和液压马达的异同之处，了解其主要性能参数熟悉齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的结构特点和工作原理，掌握其应用特点和液压泵的选用方法液压泵和液压马达

重点难点:容积式泵工作原理必要条件齿轮泵工作原理排流量计算容积式泵的共同弊病困油现象的实质.

3.1液压泵和液压马达概述

功用液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能，向系统供油。

液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。液压泵与液压马达关系

功用上—

相反结构上—相似

原理上—互逆

3.1.1液压泵和液压马达的工作原理及分类液压泵的工作原理

动画演示吸油：密封容积增大，产生真空

容积式压油：密封容积减小，油液被迫压出液压泵基本工作条件（必要条件）

形成密封容积

密封容积能交替变化吸压油腔隔开（配流装置）液压泵和液压马达分类按输出流量能否调节：定量、变量按结构形式：齿轮式、叶片式、柱塞式按输油方向能否改变：单向、双向按使用压力：低压、中压、中高压、高压3.1.2液压泵和液压马达的的主要工作参数

工作压力和额定压力排量和流量功率和效率效率工作压力和额定压力工作压力额定压力（公称压力、铭牌压力）

最高允许压力工作压力指泵（或马达）实际工作时输出（或输入）油液的压力，其值取决于外界负载(管阻、摩擦、外负载*)额定压力指泵（或马达）在正常工作条件下，按实验标准规定能够连续运转的最高压力（受泵（或马达）本身泄漏和结构强度限制）

p>pn

即泵过载最高允许压力泵（或马达）在短时间内允许超载使用(pmax)的极限压力

p≤pn≤pmax

排量和流量

排量V

理论流量qt

实际流量q

额定流量qn

瞬时流量qm

排量V排量—在没有泄漏的情况下，泵

（或马达）每转一周所排出的液体的体积。理论流量q理

不考虑泄露的情况下，单位时间内所排出的液体的体积。

q理

=V*nn---转数实际流量q实

指泵（或马达）工作时实际输出的流量

q实

=q理

q

q—泵的泄漏量额定流量（公称流量、铭牌流量）q额

指泵在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的输出流量。

q实≤q额

≤q理

瞬时流量瞬时流量—泵在某一瞬时的几何流量功率和效率

理论功率输入（或输出）功率输出（或输入）功率

结论理论功率P理

=pq理

因为：功率=功时间=FLtP理

=(PA)(Vt）t=P(AV)=Pq理

输入（或输出）功率即泵轴的驱动功率或马达的输出功率

转速PI=ωT=2πnT角速度扭矩机械能输出（或输入）功率工作压力PO=pq实际流量液压能结论液压传动系统液体所具有的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积；若忽略能量损失，则PO=PI理论流量理论扭矩

即Pt=pqt=pVn=ωTt=2πnTt∵实际上有能量损失∴PO<PI机械能压力能功率效率

容积效率

机械效率总效率

容积效率液压泵：实际流量与理论流量之比值ηv=q实/q理液压马达：理论流量与实际流量之比值

ηv=q理/q实

太低会反转！

机械效率液压泵：理论转矩与实际输入转矩之比值

ηm=T理

/T实

液压马达：实际输出转矩与理论输出转矩之比值

ηm=Ms/ML总效率总效虑：输出功率与输入功率之比值η=P0/Pi=Pq/2πnT实=Pvnηv/2πnT实

=2πnT理

ηv/2πnT实

=ηvηm

ηm=T理

/T实

结论：总效率等于容积效率与机械效率之乘积。液压能机械能3.2齿轮泵

分类、组成、工作原理、参数计算、结构特点齿轮泵的分类内啮合外啮合齿轮泵结构3.2齿轮泵

3、2、1外啮合齿轮泵的工作原理

3、2、2齿轮泵的流量计算

3、2、3齿轮泵的结构

3、2、4提高外啮合齿轮泵压力的措施

*

3、2、5内啮合齿轮泵

*3、2、6螺杆泵

3、2、1外啮合齿轮泵的工作原理

一、组成:前、后泵盖，泵体，一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮。

结构图动画3、2、1外啮合齿轮泵的工作原理二、工作原理：密封容积形成—齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成齿轮退出啮合,容积↑吸油密封容积变化

齿轮进入啮合,容积↓压油吸压油口隔开—两齿轮啮合线及泵盖工作原理动画3、2、2外啮合齿轮泵的流量计算∵齿轮啮合时，啮合点位置瞬间变化，其工作容积变化率不等∴瞬时流量不均匀—即脉动，计算瞬时流量时须积分计算才精确，比较麻烦，一般用近似计算法。齿轮泵的流量计算排量计算

流量计算瞬时流量排量计算假设：齿槽容积=轮齿体积则排量=齿槽容积+轮齿体积即相当于有效齿高和齿宽所构成的平面所扫过的环形体积，则V=πdhb=2πzm2b实际上∵齿槽容积>轮齿体积∴取V=6.66zm2b环形流量计算理论流量：q理=Vn=6.66zm2bn实际流量：q=q理ηv=6.66zm2bnηv结论

1齿轮泵的q理是齿轮几何参数和转速的函数

2∵转速等于常数，流量等于常数

∴定量泵

3理论流量与出口压力无关瞬时流量

∵每一对轮齿啮合时，啮合点位置变化引起瞬时流量变化∴出现流量脉动流量脉动结果：引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，影响传动的平稳性。3.2.3外啮合齿轮泵结构问题困油现象径向作用力不平衡泄漏困油现象及其消除措施

困油现象

产生原因

引起结果消除困油的方法

困油现象产生原因∵

为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时的重合度必须大于1∴有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故在齿向啮合线间形成一个封闭容积困油现象产生原因

a→b容积缩小

困油现象产生原因

b→c容积增大消除困油的方法

原则：a→b密封容积减小，使之通压油口b→c密封容积增大，

使之通吸油口方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消除困油，CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好

径向作用力不平衡一、径向不平衡力的产生：液压力不同F=P*A（压油口与进油口压力不同）二、液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿降低。p↑，径向不平衡力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产生振动和噪声。径向作用力不平衡三、改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用面增大泵体内表面和齿顶间隙开压力平衡槽，会使容积效率减小径向不平衡力图示泄漏齿侧泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的5%径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%~25%端面泄漏*—约占齿轮泵总泄漏量的75%~80%（轴向泄漏）

总之：泵压力愈高，泄漏愈大。3.2.4提高外啮合齿轮泵压力措施一、问题：齿轮泵存在间隙，p↑△q↑ηv↓

径向不平衡力也∝p

p↑径向力↑二、提高齿轮泵压力的方法：1、浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。2、弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。3.2.4提高外啮合齿轮泵压力措施二、提高齿轮泵压力的方法：1、浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。浮动轴套式浮动轴套式外啮合齿轮泵的优点结构简单，制造方便，价格低廉结构紧凑，体积小，重量轻自吸性能好，对油污不敏感4工作可靠，便于维护外啮合齿轮泵的缺点流量脉动大噪声大排量不可调小结一、工作原理（三个必要条件）密封容积、容积变化、吸压油口隔开二、流量计算理论流量：q理=Vn=6.66zm2bn实际流量：q=q理ηv=6.66zm2bnηv三、结构要点（三个共同弊病）困油、径向力不平衡、泄漏*3、2、5内啮合齿轮泵

渐开线齿形内啮合齿轮泵摆线齿形内啮合齿轮泵（摆线转子泵）*3、2、5内啮合齿轮泵

*3、2、5内啮合齿轮泵

渐开线齿形

分类<

摆线齿形渐开线齿形内啮合齿轮泵组成:小齿轮、内齿环、月牙形隔板等渐开线齿形内啮合齿轮泵

工作原理:小齿轮带动内齿环同向异速旋转，左半部分轮齿退出啮合，形成真空吸油。右半部分轮齿退出啮合，容积减小，压油。月牙板同两齿轮将吸压油口隔开。摆线齿形内啮合齿轮泵（摆线转子泵）

组成工作原理特点摆线齿形内啮合齿轮泵组成组成:内外转子相差一齿且有一偏心距摆线齿形内啮合齿轮泵工作原理

吸油—左半部分，轮齿脱开啮合容积↑

工作原理<

压油—右半部分，轮齿进入啮合容积↓摆线齿形内啮合齿轮泵特点特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声小流量脉动小。但齿形复杂，加工困难，价格昂贵3.3.1叶片泵

了解叶片泵的分类、结构掌握叶片泵的工作原理、计算和特性曲线重点难点1双作用叶片泵的工作原理

2限压式变量叶片泵的工作原理、特性曲线和应用

3.3.1叶片泵

3、3、1单作用叶片泵3、3、2双作用叶片泵3、3叶片泵

单作用非卸荷式—变量泵分类<

双作用卸荷式—定量泵3.3.1单作用叶片泵

单作用叶片泵的工作原理

流量计算

限压式变量叶片泵的工作原理和特性单作用叶片泵的工作原理

组成

工作原理

特点单作用叶片泵的组成组成：定子、转子、叶片、∨偏心安装

配油盘、传动轴、壳体等。单作用叶片泵的工作原理v密形成：定子、转子、叶片、配流盘围成下半周，叶片伸出，v密↑，吸油v密变化，转子顺转

上半周，叶片缩回，v密↓，压油

吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片单作用叶片泵特点1∵转子转一转，吸压油各一次。∴称单作用式

2∵吸压油口各半，径向力不平衡。∴称非卸荷式单作用叶片泵流量计算

排量

流量

单作用叶片泵的排量∵两叶片处于定子最右边，v密max

处于定子最左边，v密min∴（V密max-V密min）Z即一转压出油液的体积，即等于一环形体积故V=π[(R+e)2-(R-e)2]B=4πReB=2πDeB单作用叶片泵的流量

理论流量：qt=vn=2πBeDn

实际流量：

q

=qtηv=2πBeDnηv

结论：1)qT=f(几何参数、n、e)

2）∵n=ce变化q≠C∴变量泵e=0q=0

大小变化，流量大小变化

e

方向变化，输油方向变化

故单作用叶片泵可做双向变量泵单作用叶片泵变量原理

手动变量原理

限压式*自动

恒压式恒流量式

单作用叶片泵的流量脉动∵单作用叶片泵定子、转子偏心安装

∴其容积变化不均匀故有流量脉动，叶片应取奇数一般13∽15限压式变量叶片泵的工作原理和特性

外反馈限压式变量叶片泵

限压式变量叶片泵的流量压力特性限压式变量叶片泵的应用限压式变量叶片泵的作用当压力升高到预调的限定压力后，流量自动减小。限压式变量叶片泵的分类

∵

限压式变量泵利用压力反馈作用实现变量

*外反馈∴可分为<>限压式变量叶片泵

内反馈外反馈限压式变量叶片泵

组成工作原理外反馈限压式变量叶片泵组成组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸。外反馈限压式变量叶片泵工作原理当pA<ksx0时，定子不动，e=e0，q=

qmax当pA=ksx0时，定子即将移动，

p=pB，即为限定压力。当pA>ksx0时，定子右移，e↓，q↓限压式变量叶片泵的流量压力特性特性曲线

调节过程限压式变量叶片泵的特性曲线当p<pb时，pA<ksx0

定量泵

当p>pb时，pA=ks（x0+x）变量泵

限压式变量叶片泵的调节过程调节螺钉4，可改变qmax，使AB段上下平移调节螺钉3，可改变pB，使BC段左右平移更换弹簧，可改变弹簧刚度，使BC段斜率

k大，曲线平缓变化<k小，曲线较陡限压式变量叶片泵的应用

执行机构需要有快、慢速运动的场合，如：组合机床进给系统实现快进、工进、快退等快进或快退：用AB段

<

工进：用BC段定位夹紧：用AB段或定位夹紧系统<

夹紧结束保压：用C点限压式变量叶片泵的特点减小了△P，减少了油液发热，简化了系统，但结构复杂。思考题：限压式变量叶片泵能否作双向变量泵？单作用叶片泵的结构特点1) 叶片底部单作用叶片泵叶片底部油液是自动切换的，即当叶片在压油区，其底部通过压力油；在吸油区与吸油腔相通。所以，叶片上、下的液压力是平衡的，有利于减少叶片与定子间的磨损。2) 叶片倾角叶片倾斜方向与双作用叶片泵相反，由于叶片上、下的液压力是平衡的，叶片的向外运动主要依靠其旋转所受到的惯性力，因此叶片后倾一个角度更有利于叶片在离心惯性力作用下向外伸出。单作用叶片泵的结构特点5. 应用特点单作用式叶片泵易于实现流量调节，常用于快慢速运动的液压系统，可降低功率损耗，减少油液发热，简化油路，节省液压元件。3、3、2双作用叶片泵

工作原理

流量计算

YB1型叶片泵的结构

双作用叶片泵工作原理组成工作原理特点

双作用叶片泵组成组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等工作结构动画双作用叶片泵工作原理V密形成：定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成右上、左下，叶片伸出，V密↑吸油

V密变化：

左上、右下，叶片缩回，V密↓压油吸压油口隔开：配油盘上封油区及叶片双作用叶片泵特点1）∵转子转一转，吸、压油各两次。

∴称双作用式

2）∵吸、压油口对称，径向力平衡。

∴称卸荷式双作用叶片泵流量计算

排量

流量双作用叶片泵排量

∵叶片每伸缩一次，每两叶片间油液的排出量为：V密max-V密min∴（V密max-V密min）Z即一转压出油液的体积，即等于一环形体积。双作用叶片泵排量

又∵双作用式∴应为两倍的环形体积即Vt=2

(R2-r2)B

还∵叶片有一定厚度∴叶片所占体积为

V’=2BSZ（R-r）/COSθ

故双作用叶片泵的实际排量为

V=Vt–V=2B[

(R2-r2)-（R-r）Z/COSθ]双作用叶片泵流量

双作用叶片泵的理论流量为：

qt=2B[

(R2-r2)-（R-r）SZ/COSθ]n

泵输出的实际流量为：

q

=2B[

(R2-r2)-（R-r）Z/COSθ]nηv结论qT=f(几何参数、n)∵n=cqT=C∴双作用叶片泵为定量泵，双作用叶片泵仍存在流量脉动，当叶片数为4的整数倍、且大于

8时的流量脉动较小故通常取叶片数为12或16。三YB1型叶片泵的结构

3、4柱塞泵

3、5液压泵常见故障及其排除方法

3、6液压马达

3、7液压泵的选用

目的任务了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用重点难点轴向柱塞泵液压马达工作原理、参数计算液压泵性能比较提问作业1YB型泵是否有困油现象？为什么？

2齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么压力？为什么？3.4柱塞泵

原理特点分类

3.4柱塞泵3.4.1轴向柱塞泵的工作原理

3.4.2轴向柱塞泵的流量计算

3.4.3斜盘式轴向柱塞泵的结构柱塞泵工作原理靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸压油。

柱塞泵特点∵圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好∴有如下特点（1）工作压力高，效率高。（2）易于变量（3）流量范围大

柱塞泵分类

*斜盘式轴向柱塞泵

按柱塞排列方式

斜轴式径向柱塞泵3.4.1轴向柱塞泵的工作原理

特征

组成

工作原理

轴向柱塞泵特征柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线

轴向柱塞泵的组成

配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等结构图动画

轴向柱塞泵工作原理

V密形成—柱塞和缸体配合而成右半周，V密增大，吸油

V密变化

左半周，V密减小，压油

吸压油口隔开—配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔

轴向柱塞泵变量原理γ=0q=0

大小变化，流量大小变化

γ<

方向变化，输油方向变化

∴斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵3.4.2轴向柱塞泵的流量计算排量

流量

轴向柱塞泵的排量

若柱塞数为z，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为D，斜盘倾角为γ，则柱塞的行程为：h=Dtanγ

故缸体转一转，泵的排量为：

V=Zhπd2/4=πd2ZD(tanγ)/4轴向柱塞泵流量

理论流量：qT=Vn=D

(tanγ)·zπd2/4实际流量：q

=qTηpv

=D

(tanγ)·zηpvπd2/4结论

1)qT=f(几何参数、n、γ)

2）n=c，γ=0，q=0

大小变化，流量大小变化

γ<

方向变化，输油方向变化∴轴向柱塞泵可作双向变量泵3.4.3斜盘式轴向柱塞泵的结构

1

CY14—1轴向柱塞泵主体

2

CY14—1轴向柱塞泵变量机构

CY14—1轴向柱塞泵主体

中心弹簧机构

A滑靴和斜盘

B柱塞和缸体

动画演示中心弹簧机构

使泵具有自吸性能中心弹簧<

提高容积效率中心弹簧缸体端面间隙的自动补偿<

缸体底部通油孔p缸体端面间隙的自动补偿除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘，补偿端面间隙，提高了容积效率。A滑靴和斜盘B柱塞和缸体

球形头部—和斜盘接触为点接触，接触应柱塞头部结构<大，易磨损。

滑靴结构—和斜盘接触为面接触，大大降低了磨损。

CY14—1轴向柱塞泵变量机构

*手动—转动手轮控制斜盘，改变倾角即可。变量机构<

自动动画演示3.6液压马达3.6.1液压马达的工作原理

3.6.2液压马达主要参数

3.6.3液压马达常见故障及其排除方法

3.6.1液压马达的工作原理

作用和液压泵的区别

分类

液压马达作用将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功。

液压马达和液压泵的区别

作用上—相反和液压泵的区别<结构上—相似（略有差别）

原理上—互逆液压马达分类

按照转速分

按照排量能否调节

按照输油方向能否改变

按照输出转矩是否连续

按照转速分

高速—额定转速大于500r/min

低速—额定转速小于500r/min

按照排量能否调节

定量变量

按照输油方向能否改变

单向双向按照输出转矩是否连续

旋转式摆动式液压马达工作原理当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘,斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个轴向分力Fx=

d2p/4分力<

径向分力Fy=

/4·d2ptanγFx与液压力平衡，Fy对缸体中心产生转矩，使缸体带动马达轴旋转。

3.6.2液压马达主要参数转矩和机械效率

转速和容积效率

3.6.2液压马达主要参数

泵—输出

p.V.q等与泵相似，其原则差别<

马达—输入液压马达转矩和机械效率

液压马达转速和容积效率

nt=q/vn=qηv/V

∵T∝Vn∝1/V∴V↑、T↑、n↓

高速小转矩故马达又可分为<

低速大转矩

3.7液压泵的选用各类液压泵的共同和不同处性能比较和应用

液压泵选用原则

各类液压泵的共同点和不同处

必要条件

流量的形成及调节困油现象流量脉动必要条件三句话十八个字：形成密封容积容积交替变化进油排油分开

流量的形成及调节形成调节流量的形成依靠密封容积的变化吸、压油，从而形成连续不断的供油。流量的调节齿轮泵、叶片泵、螺杆泵均定量泵变量叶片泵、径向柱塞泵，改变偏心距轴向柱塞泵，改变斜盘（或斜轴）倾角困油现象

除螺杆泵外皆有，齿轮泵最严重，其他泵设计合理可减小或消除。流量脉动

齿轮泵：取决于齿数、啮合角叶片泵：取决于叶片数和过渡曲线类型

柱塞泵：取决于柱塞数和配流盘参数性能比较和应用

见表3.3液压泵选用原则

可靠—工作情况、要求

合理—能量使用实用—使用情况经济—价廉3.7液压泵与电动机

参数的选用3.7.1液压泵大小的选用通常先根据液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。

3.7.1液压泵大小的选用

液压泵的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损失，泵的最大工作压力p泵可按下式确定：

p泵≥k压×p缸，式中：p泵表示液压泵所需要提供的压力(Pa)；k压表示系统中压力损失系数，取1.3～1.5；p缸表示液压缸中所需的最大工作压力(Pa)3.7.1液压泵大小的选用液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量，即

Q泵≥k流×Q缸式中：

Q泵表示液压泵所需输出的流量(L/min)；k流表示系统的泄漏系数，取1.1～1.3；Q缸表示液压缸所需提供的最大流量(L/min)。3.7.1液压泵大小的选用

若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。

在p泵、Q泵求出以后，就可具体选择液压泵的规格。选择时，应使实际选用泵的额定压力大于所求出的p泵值，通常可放大25%。泵的额定流量一般选择略大于或等于所求出的Q缸值即可。3.7.2电动机参数的选择液压泵是由电动机驱动的，可根据液压泵的功率计算出电动机所需要的功率，再考虑液压泵的转速，然后从样本中合理选定标准的电动机。驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定：

3.7.2电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定：

式中，PM表示电动机所需的功率(kW)p泵表示泵所需的最大工作压力(MPa)Q泵表示泵所需输出的最大流量(L/min)η表示泵的总效率。

3.7.2电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功