第二章 液压泵

液压与气动技术殷国栋ygd@1液压与气动技术殷国栋东南大学机械工程学院车辆工程系ygd@液压与气动技术液压与气动技术殷国栋ygd@2回顾1液压与气动系统主要由哪几部分组成？2什么是“帕斯卡原理”？帕斯卡原理：在密封容器内，施加于静止液体上的力将以等值同时传递到液体各点，即密封容积内的液体具有相等的压力值。能源装置执行元件控制元件辅助装置传动介质液压与气动技术殷国栋ygd@3回顾F3试分析下述液压系统的工作原理及过程液压与气动技术殷国栋ygd@4第二章能源装置及辅件

本章要领

能源装置的功能及组成液压泵的工作原理及主要性能参数液压泵机械效率和容积效率的物理意义柱塞泵、叶片泵和齿轮泵的工作原理、结构及特点液压泵的困油、气穴、噪声及其选用执行元件的功能及种类液压缸的工作原理及设计计算液压马达的工作原理及性能参数气缸、气动马达的原理及结构液压与气动技术殷国栋ygd@5能源装置的功能及组成

能源装置的功能：

能源装置也称为动力元件。它是把作为原动力输入的机械能

转换为流体能输出的装置。根据流体不同，可分为液压能源装置和气源装置两大类。

气压能源装置主要由空压机、空气净化存储装置（油水分离器、储气罐、干燥器、管道等）以及气压辅件（消声器、缓冲器等）组成。

能源装置的组成：

液压能源装置主要由液压泵、油箱以及过滤器、温控元件、热交换器、蓄能器、压力表、管路等液压辅件组成。液压与气动技术殷国栋ygd@6液压泵的工作原理及主要性能参数

液压泵的工作原理：

液压泵是将机械能转换为液压能的能量转换装置。液压泵的工作原理都是依靠密封容积的周期性变化来工作，因此也称为容积式液压泵。

容积式液压泵的工作原理是：利用周期性变化的密封容积和相应的配流装置，主要类型有：柱塞泵、叶片泵和齿轮泵。液压与气动技术殷国栋ygd@7液压泵的工作原理及主要性能参数例：柱塞式液压泵工作原理液压与气动技术殷国栋ygd@8液压泵的工作原理及主要性能参数

液压泵的基本工作条件：

具有若干个体积可以周期变化的密封空间（工作腔）液压泵的输出流量与工作腔容积的变化量以及单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关

为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密封的充压油箱

具有相应的配流机构配流机构的作用在于将吸油口与压油口隔开，以保证液压泵有规律地连续吸排液体。液压与气动技术殷国栋ygd@9液压泵的工作原理及主要性能参数液压泵中的油腔处于吸油时称为吸油腔处于压油时称为压油腔吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的阻力压油腔的压力取决于外载和排油管路的压力损失液压泵的理论流量取决于工作腔的尺寸以及转速，与压油腔的压力无关但是，排油压力影响内泄漏量及油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量液压泵的实际输出流量随着排油压力的升高而降低液压与气动技术殷国栋ygd@10液压泵的工作原理及主要性能参数工作压力（p）：液压泵出口处的实际压力。

工作压力取决于负载的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。额定压力（ps）：液压泵在正常工作条件下，按被试验标准规定连续运行的最高压力。排量（V）：液压泵运转一周所排出的油液体积。排量可以调节的液压泵称为变量泵，排量不可以调节的液压泵称为定量泵。

排量仅与泵的几何尺寸相关。

液压泵的主要性能参数：

液压与气动技术殷国栋ygd@11液压泵的工作原理及主要性能参数

理论流量（qt）：在不考虑泄漏的前提下，液压泵单位时间内所输出的油液体积，qt＝Vn。

V为液压泵的排量（m3/s），n为液压泵的主轴转速（r/s）

实际流量（q）：在某一工况下，单位时间内所排出的液体体积，q＝qt－ql。其中，ql为因泄漏和压缩造成的损失。

额定流量（qs）：液压泵在正常工作条件下，按被试验标准规定（即额定转速和额定压力）下的输出流量。液压与气动技术殷国栋ygd@12液压泵的工作原理及主要性能参数输入功率（Pi）：驱动液压泵主轴的机械功率。

Pi＝Tiω＝2πTin

，其中Ti为扭矩，ω为角速度，n为转速输出功率（P）：液压泵在实际工作过程中，吸、压油口间的压力差△p（Pa）与输出流量q（m3/s）的乘积。

P＝△pq

在实际计算中，若油箱与大气相通，则液压泵吸、出油口的压差可以用出口压力p代替，即P＝pq液压与气动技术殷国栋ygd@13液压泵机械效率和容积效率的物理意义液压泵工作过程中存在一定的功率损失，主要包括容积损失和机械损失。容积损失：由于泄漏、油受压收缩等原因，液压泵的实际输出流量q总是小于其理论流量qt，称为容积损失。容积损失可以用容积效率来衡量：液压泵的实际输出流量q：液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随液压泵结构类型的不同而不同。液压与气动技术殷国栋ygd@14液压泵机械效率和容积效率的物理意义液压泵工作过程中，机械运动部件之间的摩擦会造成摩擦转矩损失，液体的粘性也会形成摩擦损失。机械损失：液压泵因摩擦而造成的转矩损失，可以用机械效率

m来表征。液压泵的总效率

：液压泵输出功率与输入功率之比。液压与气动技术殷国栋ygd@15液压泵机械效率和容积效率的物理意义液压泵的性能曲线液压与气动技术殷国栋ygd@16柱塞泵的工作原理、结构及特点轴向式径向式液压与气动技术殷国栋ygd@17柱塞泵的工作原理、结构及特点

工作原理：利用柱塞在缸体中作往复运动而形成的密封容积的变化来实现吸油和压油。

特点：配合精度高、密封性好结构紧凑、容积效率及总效率高主要零部件均承受高压应力，材料强度得以充分利用流量调节方便，易于实现变量化适合于高压、大流量场合

典型应用：龙门刨床、拉床、船舶、矿山、冶金及工程机械等液压与气动技术殷国栋ygd@18柱塞泵的工作原理、结构及特点轴向柱塞泵

斜盘式（直轴式）轴向柱塞泵结构及工作原理：理论流量：实际流量：液压与气动技术殷国栋ygd@19柱塞泵的工作原理、结构及特点

斜轴式轴向柱塞泵的结构及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@20柱塞泵的工作原理、结构及特点

轴向柱塞泵的特点：

结构紧凑、径向尺寸小、惯性小

容积效率高

传动压力高，最高可达40MPa以上

轴向尺寸较大、轴向作用力较大、输出流量有脉动性

变量机构：

改变斜盘倾角δ，即可改变柱塞泵的排量用于改变δ的装置，称为变量机构液压与气动技术殷国栋ygd@21叶片泵的工作原理、结构及特点

叶片泵液压与气动技术殷国栋ygd@22叶片泵的工作原理、结构及特点

根据密封工作腔在转子转动一周过程中吸、排油液次数的不同，叶片泵可以分为：

单作用叶片泵：每周完成一次吸、排油动作

双作用叶片泵：每周完成两次吸、排油动作

叶片泵的特点及应用：

结构较复杂，工作平稳、噪音较小，寿命较长工作压力较高、流量的脉动性小，对油液的污染较敏感典型应用：机床、自动生产线、工程及冶金机械等中低压液压系统液压与气动技术殷国栋ygd@23叶片泵的工作原理、结构及特点单作用叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@24叶片泵的工作原理、结构及特点

排量及流量计算：液压与气动技术殷国栋ygd@25叶片泵的工作原理、结构及特点双作用叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@26叶片泵的工作原理、结构及特点外反馈限压式变量叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@27回顾

液压泵的工作原理：

液压泵是将机械能转换为液压能的能量转换装置。液压泵的工作原理都是依靠密封容积的周期性变化来工作，因此也称为容积式液压泵。液压与气动技术殷国栋ygd@28回顾

液压泵的基本工作条件：

具有若干个体积可以周期变化的密封空间（工作腔）

为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密封的充压油箱

具有相应的配流机构液压与气动技术殷国栋ygd@29回顾轴向柱塞泵

斜盘式（直轴式）轴向柱塞泵结构及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@30回顾单作用叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@31回顾双作用叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@32回顾外反馈限压式变量叶片泵

结构组成及工作原理：液压与气动技术殷国栋ygd@33齿轮泵的工作原理、结构及特点

齿轮泵液压与气动技术殷国栋ygd@34齿轮泵的工作原理、结构及特点

齿轮泵多为定量泵。按结构可有两种形式：内啮合齿轮泵和外啮合齿轮泵。其中，外啮合齿轮泵应用广泛。

齿轮泵的特点及应用：

结构简单紧凑、体积小、重量轻工作可靠、对油液污染不敏感、维护容易自吸能力强流量及压力的脉动性大，噪音大液压与气动技术殷国栋ygd@35齿轮泵的工作原理、结构及特点

结构组成及工作原理：外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵液压与气动技术殷国栋ygd@36齿轮泵的工作原理、结构及特点

排量及流量计算：

可根据啮合原理精确计算外啮合齿轮的排量，近似计算可认为排量等于两个齿轮的齿槽容积之和。

设齿轮的齿数为z、模数为m、齿宽为b、节圆直径为D，则外啮合齿轮的排量为V＝πDhb＝2πzm2b≈6.66zm2b

外啮合齿轮泵的理论流量为：qt＝6.66zm2bn

实际流量为：q＝6.66zm2bnηv

齿轮传动过程中，啮合点的位置不断变化，工作腔容积的变化率具有不均匀性。因此，齿轮泵的瞬时流量是脉动的。液压与气动技术殷国栋ygd@37齿轮泵的工作原理、结构及特点

设qmax、qmin分别表示瞬时最大、最小流量，则流量的脉动率

σ可以表示为：

脉动率

σ主要与齿数有关：齿数越少，脉动率越高。在所有容积式泵中，外啮合齿轮的脉动率最大，最高可达20％。液压与气动技术殷国栋ygd@38齿轮泵的工作原理、结构及特点几个突出问题困油现象及其消除措施径向作用力不平衡泄漏液压与气动技术殷国栋ygd@39齿轮泵的工作原理、结构及特点

何谓困油现象产生原因引起结果消除困油的方法困油现象及其消除措施液压与气动技术殷国栋ygd@40齿轮泵的工作原理、结构及特点

困油现象为了使齿轮泵能连续平稳地供油，必须使齿轮啮合的重叠系数ε大于1。这样，齿轮在啮合过程中，前一对轮齿尚未脱离啮合，后一对轮齿已进入啮合。∵两对轮齿同时啮合∴就有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的独立的封闭腔内，这一封闭腔和泵的吸、压油腔相互间不连通。当齿轮旋转时，此封闭腔容积发生变化，使油液受压缩或膨胀，这种现象称为困油现象。

液压与气动技术殷国栋ygd@41齿轮泵的工作原理、结构及特点a→b容积逐渐减小

b→c容积逐渐增大

困油现象液压与气动技术殷国栋ygd@42齿轮泵的工作原理、结构及特点a→b容积逐渐减小p↑

高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。b→c容积逐渐增大

p↓

形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。

困油引起的后果液压与气动技术殷国栋ygd@43齿轮泵的工作原理、结构及特点

消除困油的办法原则：a→b密封容积减小，使之通压油口(图a)，避免压力急剧升高b→c密封容积增大，使之通吸油口(图c)，避免形成局部真空

b密封容积最小，隔开吸压油方法：在两侧端盖上分别开卸荷槽以消除困油。困油现象在其他液压泵中同样存在，是个共性问题。在设计与制造液压泵时应竭力避免。

液压与气动技术殷国栋ygd@44齿轮泵的工作原理、结构及特点径向作用力不平衡径向不平衡力的产生：液压力液体压力分布规律：齿轮泵中，从压油腔经过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙向吸油腔泄漏的油液，其压力随径向位置而不同。经过分析发现，从压油腔到吸油腔的压力是逐级下降的。其合力相当于给齿轮轴一个径向作用力，此力称为径向不平衡力。工作压力越高，径向不平衡力也越大，直接影响轴承的寿命。径向不平衡力很大时能使轴弯曲、齿顶和壳体内表面产生摩擦。

液压与气动技术殷国栋ygd@45齿轮泵的工作原理、结构及特点径向作用力不平衡改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用面积。增大泵体内表面和齿顶间隙开压力平衡槽，会使容积效率减小齿轮泵的压力平衡槽1、2——压力平衡槽

液压与气动技术殷国栋ygd@46齿轮泵的工作原理、结构及特点泄漏外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过齿轮两侧面和两端盖间轴向间隙、泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中去。其中对泄漏影响最大的是轴向间隙，可占总泄漏量的75%~80%。它是影响齿轮泵压力提高的首要因素。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%总之：泵压力愈高，泄漏愈大。液压与气动技术殷国栋ygd@47齿轮泵的工作原理、结构及特点提高外啮合齿轮泵压力的措施问题：齿轮泵存在间隙，p↑△q↑ηv↓

径向不平衡力也∝p

p↑径向力↑提高齿轮泵压力的方法：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。

带浮动轴套的齿轮泵液压与气动技术殷国栋ygd@48齿轮泵的工作原理、结构及特点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。提高齿轮泵压力的方法：图2-8带浮动侧板的齿轮泵液压与气动技术殷国栋ygd@49齿轮泵的工作原理、结构及特点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，对油污不敏感工作可靠，便于维护流量脉动大噪声大排量不可调外啮合齿轮泵的缺点液压与气动技术殷国栋ygd@50

液压泵的简化符号液压与气动技术殷国栋ygd@51液压泵的困油、气穴、噪声

气穴现象：当泵吸油腔中的压力小于油液所在温度下的空气分离压时，溶解在油液中的空气将会从油中分离。当这种带有气泡的油液进入高压腔时，气泡被击破，形成局部的高压冲击，引起噪声及振动，并会使泵的零件腐蚀损坏。

避免或减小气穴现象的措施：

降低吸油高度采用大管径油管、减少管路长度及弯曲性等，以减小吸油阻力采用加压油箱、采用辅助油泵

液压与气动技术殷国栋ygd@52液压泵的困油、气穴、噪声产生噪声的原因

泵的流量脉动引起压力脉动，这是造成泵振动的动力源液压泵在其工作过程中，当吸油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力的突变而产生噪声气穴现象泵内流道具有突然扩大或收缩、急拐弯、通道面积过小等而导致油液紊流、漩涡而产生噪声管道、支架、联轴节等机械部分产生的噪声液压与气动技术殷国栋ygd@53液压泵的选用

液压泵的选用考虑因素：优先满足系统的性能要求（如压力、流量）