第三章 液压泵、马达

第三章液压泵和液压马达制作人：许云兰章目录第一节液压泵概述第二节齿轮泵第三节叶片泵第四节柱塞泵第五节液压泵的选用第六节液压马达第一节液压泵概述

液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。液压马达则是液压系统的执行元件，它把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功图3-1泵和液压马达的能量转换关系一、液压泵的工作原理和分类工作原理：利用密封容积的周期性变化而完成吸、压油。

图3-2液压泵工作原理图分类和符号按结构分齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵按输出流量是否变化定量泵变量泵二、液压泵的性能参数（一）液压泵的压力

液压泵实际工作时的输出油液的压力称为工作压力。（Pa，MPa表示）液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值,称为液压泵的最高允许压力。按压力分类低压：＜2.5MPa中压：2.5～8MPa高压：16～32MPa

超高压：＞

32MPa中高压：8～16MPa（二）液压泵的排量和流量排量：在不考虑泄漏情况下，泵轴每转一周所排出油液的体积。

（单位为m3/r,l/r

）理论流量：在不考虑泄漏情况下,液压泵在单位时间内所排出的液体体积。（单位为m3/s,l/min

）qt=V*n实际流量：考虑泄漏损失时，泵在单位时间内所排出的油液体积称为实际流量.额定流量：液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。（三）液压泵的功率和效率1、液压泵的功率输入功率Pi：指作用在液压泵主轴上的机械功率（电机的输出功率）。

P=F*V=p*q理论输出功率Pt:不考虑泄漏，只考虑机械摩擦损失时，泵的输出功率。

忽略泵转换过程中能量的损失时，泵的输出功率等于输入功率。2、液压泵的效率机械效率ηm:由于存在机械损耗和液体粘性引起的摩擦损失，液压泵的实际输入转矩Ti总是大于理论上所需要的转矩Tt

ηm

=Ti/Tt容积效率ηV:指液压泵流量上的损失，液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量。

ηv=q/qt=q/Vn总效率：指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值

第二节齿轮泵类型：外啮合齿轮泵、

内啮合齿轮泵

一：齿轮泵的工作原理动画演示二、齿轮泵的排量和流量理论上带到排出腔的油液体积应等于齿间工作容积。可假设齿间工作容积与齿的有效体积相等。每转Qt是一个齿轮的齿间工作容积与轮齿有效体积的总和近似等于齿的有效部分所扫过的一个径向宽度为2m的环形体积用上述计算泵的Qt时，数值偏小应乘上修正系数K。平均Qt为：式中：D——分度圆直径，mm；m——模数(m=D／z，z为齿数)，mm；B——齿宽，mm；n——转速，r／min；，K——修正系数，一般为1．05～1．15。三、低压齿轮泵的结构四、齿轮泵的困油困油现象:封闭容积压力周期性升高和下降会引起振动、噪声和空穴现象，这种现象称为困油现象。封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等机件也受到附加的不平衡负载作用。封闭容积增大又会造成局部真空，使溶于油中的气体分离出来，产生气穴，引起噪声、振动和气蚀。

消除困油的方法:通常是在两侧端盖上开卸荷槽，且偏向吸油腔

困油现象消除困油现象的方法五、中高压齿轮泵泄漏:1、齿侧泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的5%2、径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%～25%3、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。措施：问题：齿轮泵存在间隙，p↑△q↑ηv↓

径向不平衡力也∝pp↑径向力↑提高齿轮泵压力的方法：1、浮动轴套式图3-11(a)是浮动轴套式的间隙补偿装置。它利用泵的出口压力油,引入齿轮轴上的浮动轴套1的外侧A腔,在液体压力作用下,使轴套紧贴齿轮3的侧面,因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵起动时,靠弹簧4来产生预紧力,保证了轴向间隙的密封。2.浮动侧板式图3-11(b)浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基本相似,它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板1的背面〔见图3-8(b)〕,使之紧贴于齿轮2的端面来补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产生3.挠性侧板式图3-11(c)是挠性侧板式间隙补偿装置,它是利用泵的出口压力油引到侧板的背面后,靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的,侧板的厚度较薄,内侧面要耐磨(如烧结有0.5～0.7mm的磷青铜),这种结构采取一定措施后,易使侧板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相适应。图3-11端面间隙补偿装置示意图1-弹簧2-套3-泵体4-齿轮5-侧板六、内啮合齿轮泵组成:小齿轮、内齿环、月牙形隔板等工作原理: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。分类渐开线摆线图3-12内啮合齿轮泵第三节叶片泵

叶片泵优点是运转平稳、压力脉动小,噪音小、结构紧凑、尺寸小流量大。其缺点是:对油液要求高,如油液中有杂质,则叶片容易卡死:和齿轮泵相比结构较复杂.它厂泛的应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。该泵有两种结构形式:一种是单作用叶片泵（变量泵）,另一种是双作用式叶片泵（定量泵）。一、定量叶片泵（1）工作原理：利用定子、转子、叶片、配油盘所形成的密封容积的周期性变化完成吸、压油。转子每转一周,完成一次吸油和压油,所以称之为单作用叶片泵转子每转一周,完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵；

由于有两个吸油腔和两个压油腔,且对称布置,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵。(2)定量叶片泵的排量和流量∵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∵双作用式∴应为两倍的环形体积

即V0=2π(R2-r2)B∵叶片有一定厚度∴叶片所占体积为

V'=2Bbz（R-r）/COSθ

故双作用叶片泵的实际排量为

V=V0-V=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]

双作用叶片泵的理论流量为

qt=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]

泵输出的实际流量为

q=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]ηpv理论上：若不考虑叶片厚度，双作用叶片泵无流量脉动

实际上：由于存在制造工艺误差，定子大小圆弧不同心，造成了少量流量脉动。但脉动率比较小。为减小脉动：叶片数应为4的整数倍、且大于8时最小，故通常取叶片数为12或16（3）YB1型叶片泵的结构1、吸油口与压油口有四个相对位置2、采用组合装配和压力补偿配油盘3、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

4、定子工作表面曲线组成：四段圆弧+四段过渡曲线，其类型如下

等加速等减速曲线：v径↑,a=c，↓刚冲，但有柔性冲击，R/r↑，q↑

∴我国YB型叶片泵采用等加速等减速曲线作为过渡曲线5、叶片倾角受力分析：

NTP

T=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)

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=10~14O

YB型叶片泵取θ=13O

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二、双联叶片泵

组成：两套双作用叶片泵的定子、转子、配有盘在一个泵体内组成，通过一根转动轴带动两个泵同时工作，它有一个共同的进油口和两个独立的出油口。分开使用，如两个独立的叶片泵，但结构紧凑；合并使用，可增大流量

优点：可以节省功率损耗，减小油液发热，提高系统的总效率，所以得到了广泛的应用。常用于：运动部件既需要轻载高速，又需要重载慢速的场所。轻载快速时，双泵同时供油；重载慢速时，小泵供油，大泵卸荷

三、高压叶片泵的特点常采用的结构，1）双叶片结构1，2—叶片3—定子4—转子（2）子母叶片式结构1—母叶片；2—子叶片；3—转子；4—定子；5—叶片

四、变量叶片泵（一）工作原理1.结构特点:

弹簧、反馈柱塞、限位螺钉。转子中心固定，定子可以水平移动外反馈、限压工作原理：靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小，来改变流量。eoo’（二）变量叶片泵的排量和流量（1）排量∵两叶片处于定子最右边，密封容积最大处于定子最左边，密封容积最小

∵V1=π[(D/2+e)2-(d/2)2]βB/2π=π[(D/2+e)2-(d/2)2]B/z

∴V2=π[(D/2-e)2-(d/2)2]βB/2

=π[(D/2-e)2-(d/2)2]B/z

故排量

v=（v1-v2）z

v=2πBeD

（2）流量

理论流量：qt=vn=2πbeDn

实际流量：q=vnηpv=2πbeDnηpv

∵单作用叶片泵定、转子偏心安装，

∴改变转子和定子的偏心距，即可改变排量，故可做变量泵，但其容积变化不均匀

故有流量脉动，叶片应取奇数，一般为13到15。（三）限压式变量泵作用：当压力升高到预调的限定压力后，流量自动减小

外反馈

分类：利用压力的反馈作用实现，可分为

内反馈

（1）外反馈限压式变量叶片泵

组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸工作原理：当pA<ksx0时，定子不动，e=e0qmax

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↓

此时e=e0-x

pA=ks（x0+x）

e=e0-A（p-p0）/k

动画联接（2）内反馈限压式变量叶片泵

组成：变量泵主体、限压弹簧、调节螺钉等

和外反馈的区别：在于偏心距的变化不是靠反馈液压缸，而是靠配油盘上的压油口对y轴的不对称分布，产生一水平分力与弹簧力平衡

工作原理：当Fx<kx0时，定子不动，e=e0，qmax

当Fx>kx0时，定子右移，e↓，q↓

1-最大流量调节螺钉；2.弹簧预压缩量调节螺钉；3-叶片；4-转子；5-定子3

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

或定位夹紧系统

快进或快退：用AB段工进：用BC段定位夹紧：用AB段夹紧结束保压：用C点

限压式变量叶片泵的调整和应用

4、限压式变量叶片泵的结构第四节柱塞泵工作原理：

类型：

依靠柱塞在缸体中的往复运动造成密封容积的周期性变化来实现吸油与压油。按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。柱塞轴线和缸体轴线垂直柱塞轴线和缸体轴线平行一、径向柱塞泵

1、柱塞；2、转子；3、衬套；4、定子；5、配有盘特点：（1）改变偏心距e的大小，流量可变；改变偏心距方向，输油方向可变，所以，从理论上说，可成为双向变量泵；（2）径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差。且配油轴受到不平衡液压力的作用，易于磨损，这些都限制了它的转速和压力的提高。二、轴向柱塞泵1、类型：

斜盘式和斜轴式2、组成

泵主体部分、变量机构（手动、伺服变量机构）

（一）工作原理缸体均布Z个柱塞孔，分布圆直径为D柱塞滑履组柱塞直径为d斜盘相对传动轴倾角为α配流盘传动轴缸体柱塞滑履组配流盘返回图3-26斜盘式轴向柱塞泵的工作原理1—斜盘；2—柱塞；3—缸体；4—配流盘)；5—传动轴)；a—吸油窗口；b—压油窗口；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

（二）流量理论流量：qT=Vn=D(tanγ)·zπd2/4实际流量：q

=qTηpv

=D(tanγ)·zηpvπd2/4

实际上，柱塞泵的输出流量是脉动的。当柱塞数为奇数时，脉动率σ较小。故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数，从结构和工艺性考虑，常取z=7或z=9。柱塞数Z56789101112脉动率（%）4.98142.537.81.534.981.023.45表3-2柱塞泵的流量脉动率1、缸体端面间隙的自动补偿装置（三）轴向柱塞泵的结构

由图3-26可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。2、配油盘为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。3、滑靴

球形头部—和斜盘接触为点接触，接触应大，易磨损。柱塞头部结构

滑靴结构—和斜盘接触为面接触，大大降低了磨损。

（1）改变斜盘倾角γ的大小，流量可变；改变斜盘倾角γ的方向，输油方向可变，所以，可成为双向变量泵；

（2）结构紧凑，径向尺寸小，惯性小，容积效率高；4、变量机构

斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32MPa）斜轴式无铰轴向柱塞泵工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角β，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。特点柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。第五节液压泵的选用第六节液压马达将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功。

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a–单向定量泵b–单向变量泵c–单向定量马达d–单向变量马达e–双向定量泵f–双向变量泵

g–双向定量马达h–双向变量马达一、液压马达的主要性能参数

主要参数为转速n、转矩T和效率η

（1)转速和容积效率马达的理论输出转速n等于输入马达的流量qt与排量V的比值，即

因马达实际存在泄漏，由实际流量q计算转速n时，应考虑到马达的容积效率

。当液压马达的泄漏流量为ql时，则马达的实际流量为q=qt+ql

。这时，液压马达的容积效率为：

则马达的实际输出转速为：（4.24）

（2）

转矩和机械效率

设马达的出口压力为零，入口压力即工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩Tt有与泵相同的表达形式，即