液压与气动02叶片泵.ppt

1、2-3 叶片泵,叶片泵是利用叶片的往复运动来改变密封工作容积实现吸油和排油的。 一、 叶片泵特点和类型 1) 特点 优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长。 缺点：泵吸油特性不太好，转速不宜太高；对油液的污染也比较敏感，工作可靠性较差；结构复杂，制造工艺要求比较高，成本较高。,杨阳,2-3 叶片泵,2) 叶片泵类型 叶片泵根据作用次数的不同，可分为单作用和双作用两种。 根据排量是否可变，单作用叶片泵可分为定量叶片泵和变量叶片泵两种。 （1）单作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各一次。 （2）双作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各二次。 与单作用叶片泵相比，双作

2、用叶片泵其流量均匀性好，转子体所受径向液压力基本平衡。双作用叶片泵一般为定量泵;单作用叶片泵一般为变量泵。,杨阳,2-3 叶片泵,二、 叶片泵工作原理 1. 单作用叶片泵 1) 基本构成 ：输入轴、定子、转子、叶片、配流盘、泵体和端盖等。 定子和转子存在偏心；定子具有圆柱形内表面；转子上开有均匀分布的槽，矩形叶片安放在叶片槽内并可在槽内作往复运动；排油区的叶片底部始终通入压力油，以平衡叶片顶部的油液压力。配流盘上开有两只腰形窗口，分别与吸油口和排油口相通。,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,工作原理 定子内表面、转子外表面、两只相邻叶片和前后配流盘的内侧面密封工

3、作容积（z个）。 转子旋转时，（ ），在底部油压力和叶片离心力作用下，叶片逐渐伸出，密封工作容积增加，形成局部真空，油液自油箱进入吸油腔吸油过程。 转子旋转时，（ ），在定子内表面作用下被压缩回槽内，密封工作容积减小，工作腔内的液体受到挤压，通过配流盘窗口将油液压出排油过程。 随着转子的连续旋转，各密封工作容积依次发生容积增加和减小，依次完成吸油和排油过程。,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,单作用叶片泵,2-3 叶片泵,（1）叶片的运动与凸轮机构中的推杆运动相似。 （2）叶片泵满足一般液压泵的基本工作条件。 （3）在叶片处于排油区时，顶部受高压油作用，可能大于叶片离心力使叶片缩回，为保证叶片与定子

4、表面的密切接触，在压油区内叶片底部应通入压力油，而在吸油区的叶片底部与吸油区相通。 （4）配流盘上两配流窗口间有一段密封区，把吸排油窗口隔开（过渡区），过渡区弧长所对应的圆心角应大于相邻叶片的夹角（存在困油现象）。,杨阳,2-3 叶片泵,（5）转子旋转一周时，各密封工作容积完成一次吸排油过程单作用式叶片泵； （6）作用在转子上的液压力径向不平衡，使轴和轴承受有较大的径向载荷，轴承工作寿命较短，工作压力较低非卸荷式叶片泵； （7）叶片倾角为后倾，有利于叶片在离心力作用下向外伸出； （8）在结构上可改变转子和定子间的偏心距e，e增加，排量增大，反之排量减小变量叶片泵（应用较多）。,杨阳,2-3 叶

5、片泵,2.单作用叶片泵排量和流量 1)单作用叶片泵排量 D定子内圆直径；e定子与转子间的偏心距；B叶片宽度。 未考虑因叶片厚度所占体积的影响，实际上叶片厚度对排量计算无影响（叶片顶部容积也参与了吸排油且于密封工作腔的吸排油相适应，相当于一小液压泵） 改变偏心距e的大小，可实现叶片泵排量的变化，在结构上可称为变量叶片泵。,杨阳,2-3 叶片泵,2) 单作用叶片泵流量脉动 在一个周期内，每一瞬时的输出流量是不同的，存在着流量脉动。 叶片数为偶数时，流量脉动系数 叶片数为奇数时，流量脉动系数 叶片泵排量相近时，奇数叶片泵的流量脉动要比偶数叶片泵的流量脉动要小。一般取z13或15，流量脉动系数分别为

6、（远小于齿轮泵流量脉动）。 2) 单作用叶片泵平均输出流量,杨阳,2-3 叶片泵,2. 双作用叶片泵的工作原理 1) 基本构成：定子、转子、输入轴、叶片、配流盘、壳体和前后端盖等组成。 定子和和转子同心； 定子内表面不是圆而是由4段R和r和4段过渡曲线构成的内曲面； 叶片底部始终通入压力油，保证叶片的可靠伸出并与定子内表面密切接触； 配流盘上开有两组吸油窗口和排油窗口，分别与吸排油口相通。,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,双作用叶片泵,2-3 叶片泵,杨阳,双作用叶片泵,2-3 叶片泵,2) 工作原理 定子内表面、转子外表面、两只相邻叶片和前后配流盘的内侧面密封工作容积（z个

7、）。 转子旋转（ ），在底部油压力和叶片离心力作用下，叶片逐渐伸出（由r向R），相邻叶片组成的密封工作容积增加，形成局部真空，油液自油箱进入吸油腔吸油过程1。 转子旋转（ ），在定子内表面作用下被压缩回槽内（由R向r），相邻叶片组成的密封工作容积减小，工作腔内的液体受到挤压，通过配流盘窗口将油液压出排油过程1。 转子旋转（ ），在底部油压力和叶片离心力作用下，叶片逐渐伸出（由r向R），相邻叶片组成的密封工作容积增加，形成局部真空，油液自油箱进入吸油腔吸油过程2。 转子旋转（ ），在定子内表面作用下被压缩回槽内（由R向r），相邻叶片组成的密封工作容积减小，工作腔内的液体受到挤压，通过配流盘窗口将

8、油液压出排油过程 2。,杨阳,2-3 叶片泵,叶片的运动与凸轮机构中的推杆运动相似； 转子旋转一周时，各密封工作容积完成两次吸排油过程双作用式叶片泵； 叶片底部始终通入压力油，由于叶片伸出次数较多以保证叶片与定子表面的密切接触。 配流盘上两相邻配流窗口间有一段密封区，把吸排油窗口隔开（过渡区），过渡区弧长所对应的圆心角应大于相邻叶片的夹角（存在困油现象）； 由于有两个吸油腔和压油腔，并且各自的中心夹角是对称的，所以作用在转子上的油液压力相互平衡卸荷式叶片泵（工作压力较高）； 转子与定子同心，泵的排量一定定量泵； 叶片倾角为前倾，有利于排油区叶片所受的横向力，防止叶片卡死或折断。,杨阳,2-3

9、叶片泵,2. 双作用叶片泵的排量和流量 1）双作用叶片泵的排量 （1）不计叶片厚度 （2）考虑叶片厚度 叶片所占的体积 叶片泵排量,杨阳,2-3 叶片泵,2) 考虑泵的容积效率，双作用叶片泵的流量 泵的排量取决于定子内表面曲线的半径差（R-r）和叶片的宽度B，而与过渡曲线的形状无关。 叶片工作高度（R-r）越大，流量和排量越大；如果转子半径r和叶片宽度B保持不变，改变R即可得到不同排量的液压泵，但（R-r）的变化受到叶片脱空和卡死的限制。,杨阳,2-3 叶片泵,3)瞬时流量和流量脉动 瞬时流量 z0位于排油区内的叶片数。 的值与过渡曲线的形状的性质有关，叶片泵瞬时流量均匀与 是否等于常数有关，

10、因此流量的均匀性取决于定子过渡曲线的形状和叶片数z。叶片数与定子曲线的适当匹配可使瞬时几何流量均匀。 对于定子过渡曲线为阿基米德螺线和等加速曲线，双作用液压泵的叶片数通常为4的整数倍，即z4(n+1)，一般叶片数通常为z12、16和20。,杨阳,2-3 叶片泵,三、双作用叶片泵结构的共性问题 1. 叶片的放置和倾角q： 压力角a： 定子对叶片的法向反力FN与叶片运动方向的夹角。 倾角q：叶片与径向半径的夹角。,杨阳,定子对叶片反力N可以分解为沿叶片运动方向的力P和垂直于叶片运动方向的力T，P与叶片底部的油压力平衡，T与该位置时叶片的压力角有关，压力角越大， T越大，容易使叶片运动不灵活，增加磨

11、损，甚至出现卡死和折断。,2-3 叶片泵,双作用叶片泵的叶片沿着转子转动方向前倾一个角度，从而减小压力角（aq），减小叶片所收的横向力T，使叶片在槽中移动灵活，防止卡死或折断并可减少磨损。 双作用叶片泵的叶片倾角一般取为1014。由于叶片有倾角，不能反转，不能作马达。,杨阳,单作用叶片泵的叶片沿转子旋转方向后倾一个角度，倾角一般取为2030。主要原因在于防止叶片脱空，增加转子强度。,2-3 叶片泵,2. 定子过渡曲线 定子过渡曲线的形状直接影响叶片泵的流量和压力均匀性、定子内表面的磨损和噪声等。 定子曲线的选择原则： 使叶片不产生脱空（叶片脱离定子曲面）现象，否则会引起振动冲击和噪声。 使叶片

12、受力较好，压力角小，减小冲击和磨损； 使瞬时几何流量均匀，减小脉动。,杨阳,2-3 叶片泵,过渡曲线的类型： 阿基米德螺线：压力角较小，存在刚性冲击； 等加速曲线：压力角变化且较大，柔性冲击，应用较多； 正弦曲线； 高次曲线。,杨阳,2-3 叶片泵,3.端面配流与配流盘,杨阳,封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角，防止吸排油腔互通； 叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上，在配流盘与叶片根部相接触的地方开有一道环形槽并与排油腔相通。,配流盘在结构上应解决以下问题：,2-3 叶片泵,由于两窗口夹角大于相邻叶片夹角，位于过渡区的工作腔存在轻微的困油现象； 工作腔由过渡区

13、转向与排油口相通时，工作腔压力急剧升高，油液受压，使高压腔压力油倒流； 当工作腔由过渡区转向与吸油口相通时，工作腔压力急剧降低。两者均引起瞬时流量变化、压力冲击和振动噪声。,杨阳,在配流盘两腰形窗口间开三角槽，可使压力均匀升高或降低，便能避免以上问题。,2-3 叶片泵,4.内部泄漏与间隙补偿 叶片泵的内部泄漏主要有：高压腔油液通过叶片与定子接触处的缝隙向低压腔泄漏（径向间隙泄漏）；排油区油液通过转子与配流盘的轴向间隙向轴承腔泄漏（轴向间隙泄漏）。叶片泵中，轴向间隙引起的泄漏是泵泄漏的主要部分。 措施：采用浮动配流盘，实现轴向间隙自动补偿。,杨阳,2-3 叶片泵,将排油口压力油引入浮动配流盘的背

14、压室，产生压紧力使配流盘紧贴转子和叶片端面，只要选择合适的压紧面积和形状，就能够保持轴向间隙为最佳（泄漏最小和磨损最小）（原理与齿轮泵浮动侧板相似）。,杨阳,2-3 叶片泵,由于叶片底部始终通入压力油，叶片处于吸油区时，叶片与定子内避免间的压紧力过大，当叶片在定子避免上高速滑动时，叶片与定子间磨损较大，影响泵的寿命并产生噪声。 措施：减小低压区内叶片与定子间的压紧力叶片卸荷,杨阳,5.吸油区叶片受力和叶片卸荷,2-3 叶片泵,（1）减小作用在吸油区的叶片底部油液压力减小油液压力 将排油腔的压力油通过阻尼孔或内置式减压阀进入处于吸油区叶片的底部，使叶片压向定子内表面的作用力不致过大。 （2）减小

15、吸油区叶片底部的油压作用面积改善叶片结构 原则：叶片处于排油区内，叶片底部为原油压作用面积；叶片处于吸油区时，叶片底部油压作用面积减小。 措施：阶梯叶片；子母叶片。 （3）使叶片顶部和底部的油压力平衡改善叶片结构 措施：双叶片；弹簧叶片。,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,2-3 叶片泵,四、提高叶片泵工作压力的措施 1. 提高叶片泵工作压力要解决的关键问题 1) 压力升高，内部泄漏增加，泵的容积效率降低，严重时不能建立必要的工作压力，其中轴向间隙泄漏所占比例最大容积效率低； 2)低压区时叶片与定子间的压紧力过大

16、，加快叶片与定子间的磨损，降低泵的使用寿命定子与叶片的磨损。,杨阳,2-3 叶片泵,2.提高叶片泵工作压力采取的措施 1) 采用浮动配油盘，实现轴向间隙的自动补偿，减小泄漏，保证高压下泵的容积效率 。 2)减小吸油区叶片与定子间的接触压力，减小叶片与定子间的磨损，保证高压下泵的使用寿命。 （1）减小作用在叶片底部的油液压力阻尼槽，内装式小减压阀 （2）减小叶片底部承受压力油的作用面积母子叶片，阶梯式叶片 （3）使叶片顶端和底部的液压作用力相平衡双叶片，弹簧式叶片,杨阳,2-3 叶片泵,五、变量叶片泵 （公式说明）,杨阳,改变转子与定子间的偏心距e，可以改变叶片泵的排量和流量，单作用叶片泵可制成变量式叶片泵。,单作用叶片泵排量,单作用叶片泵流量,2-3 叶片泵,杨阳,手动变量叶片泵,限压式变量叶片泵,2-3 叶片泵,外反馈限压式变量叶片泵（压力补偿变量泵） pAksx0时，定子与转子的偏心量减小，输出流量减小； 当pBA=ksx0时为转折点（ pBA为转折压力）。 利用泵出口压力的变化来调节泵的排量，当压力小于调定值时，泵排量和流量基本不变；当压力小于调定值时，泵排量和流量迅速减少，通过减少泵的流量来限制压力的升高。,杨阳,2-3 叶片泵,杨阳,手动变量叶片泵,变量叶片泵,2-3 叶片泵,2-3 叶片泵,杨阳,限压式变量叶片泵,2-