1、第 3 章 液压泵和液压马达第 3 章 液压泵和液压马达3.1 3.1 液压泵和液压马达概液压泵和液压马达概述述3.2 3.2 齿轮齿轮泵泵3.3 3.3 叶片叶片泵泵3.4 3.4 柱塞柱塞泵泵3.5 3.5 液压泵的选液压泵的选用用3.6 3.6 液压马液压马达达3.7 3.7 液压泵和液压马达的常见液压泵和液压马达的常见故障及排故障及排除方除方法法3.8 3.8 液压泵的拆装实训液压泵的拆装实训本本章小章小结结思考与练习思考与练习第 3 章 液压泵和液压马达【学习任务学习任务】(1)认识液压泵和液压马达的组成。(2)了解液压泵和液压马达的工作原理及结构特点。(3)学会正确选用液压泵。(4
2、)了解液压泵和液压马达的常见故障及排除方法。(5)掌握拆装液压泵和液压马达的方法。第 3 章 液压泵和液压马达3.1 液压泵和液压马达概述液压泵和液压马达概述液压泵和液压马达都是能量转换元件。液压泵是液压系统的动力元件，它将原动机(电动机或内燃机)输出的机械能转换为工作液体的压力能，为液压系统提供具有一定压力和流量的液体。而液压马达是液压系统的执行元件，它将液体的压力能转换为输出轴转动的机械能，来驱动工作机构实现旋转运动。第 3 章 液压泵和液压马达从原理上讲，液压泵和液压马达是可逆的，当用原动机带动其转动时为液压泵，反之，当通入压力油使其转动时为液压马达。但由于功用不同，它们的实际结构是有差
3、别的。第 3 章 液压泵和液压马达3.1.1 液压泵和液压马达的工作原液压泵和液压马达的工作原理理1.液压泵的工作原理液压泵的工作原理常用的液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵。图 3.1 所示是一单柱塞液压泵的工作原理图。图中柱塞 2 装在缸体 3 中形成一个密封容积 V，柱塞在弹簧 4 的作用下始终压紧在偏心轮 1 上。原动机驱动偏心轮 1 旋转使柱塞 2 作往复运动，使密封容积 V 的大小发生周期性的交替变化。当 V 由小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀 6 进入 V 腔而实现吸油；第 3 章 液压泵和液压马达反之，当
4、V 由大变小时，V 腔中吸满的油液将顶开单向阀 5 流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.1 单柱塞液压泵的工作原理图第 3 章 液压泵和液压马达由上述泵的工作原理可知容积式液压泵工作的三个必要条件是:(1)液压泵必须具有一个或若干个密封且又可以周期性变化的空间。液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。第 3 章 液压泵和液压马达(2)在吸油过程中，油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积
5、式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。在压油过程中，油液的压力取决于油液从单向阀 5 压出时遇到的阻力，即泵的输出压力决定于外界负载。第 3 章 液压泵和液压马达(3)必须使泵在吸油时工作腔 V 与油箱相通，而与压力管路不相通；在压油时使工作腔 V 与油液流向系统的管道相通而与油箱切断。图 3.1 中的单向阀 5、6 就是用来完成这一任务的，因此单向阀 5、6 又称为配流装置。配流装置是泵不可缺少的，且不同结构形式的泵具有不同形式的配流装置。第 3 章 液压泵和液压马达2.液压马达的工作原理液压马达的工作原理容积式液压马达的工作原
6、理，从原理上讲就是把容积式泵倒过来使用，即向马达输入液压油，输出的是转速与转矩。但是由于功用的不同，在具体结构上是有差异的。第 3 章 液压泵和液压马达3.1.2 液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的类型很多。常用液压泵和液压马达按其结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类，每一类还有多种不同形式。按输出、输入流量是否可调而分为定量泵、定量马达和变量泵、变量马达两大类。液压泵和液压马达的图形符号如图 3.2 所示。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.2 液压泵和液压马达的图形符号第 3 章 液压泵和液压马达3.1.3 液压泵和液压马达的压力、液压泵和液压马达的压力、
7、排量与流量排量与流量1.液压泵和液压马达的压力液压泵和液压马达的压力(1)工作压力 p。液压泵的工作压力是指泵工作时输出油液的实际压力，其值取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关;液压马达的工作压力是指输入马达的油液压力，它也是由负载决定的。(2)额定压力 p n。液压泵(液压马达)的额定压力是指泵(马达)在正常工作条件下按试验标准规定连续运转的最高压力，超过此值就是过载。过载运行，泵(马达)(3)最高允许压力 p m。液压泵的最高允许压力是指根据试验标准规定，允许泵短暂运行的最高压力值。第 3 章 液压泵和液压马达2.排量和流量排量和流量(1)排量 V。液压泵(液压马
8、达)的排量是指泵(马达)轴每转一转，由其密封油腔几何尺寸变化计算而得出的输出(输入)液体的体积。对泵来说就是指在没有泄漏的情况下，泵轴每转一转所输出的液体体积；对马达来说就是指在没有泄漏的情况下，马达轴每转一转所需输入的液体体积。排量可调节的液压泵(液压马达)称为变量泵(变量马达)；排量为常数的液压泵(液压马达)则称为定量泵(定量马达)。第 3 章 液压泵和液压马达(2)理论流量 q t。液压泵(液压马达)的理论流量是指在不考虑液压泵(马达)的泄漏的情况下，单位时间内所输出(所需输入)的液体体积。如果泵(马达)的排量为 V，泵(马达)的转速为 n，则该泵(马达)的理论流量 q t 为第 3 章
9、 液压泵和液压马达(3)实际流量 q。液压泵(液压马达)的实际流量是指在某一具体工况下，单位时间内所输出(所需输入)的液体体积，对于液压泵来说实际流量 q 等于理论流量 qt 减去泄漏流量 q，即对于液压马达来说，实际流量 q 等于理论流量 q t 加上泄漏流量 q，即第 3 章 液压泵和液压马达(4)额定流量 q n。液压泵(液压马达)的额定流量是指在正常工作条件下，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。因泵和马达存在内漏，所以额定流量和理论流量是不同的。第 3 章 液压泵和液压马达3.1.4 液压泵和液压马达的功率和效率液压泵和液压马达的功率和效率1.液压泵的功率和效率
10、液压泵的功率和效率(1)液压泵的输入功率 P i。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩为 T i，转速为 n 时，有P i=T i 2 n(3.4)由于电动机与油泵通常是用联轴节或花键直接连接的，所以可以认为液压泵的输入功率就是电动机的输出功率。第 3 章 液压泵和液压马达(2)液压泵的输出功率 P o。液压泵的输出功率是指液压泵实际输出液体的压力 p 与实际流量 q 的乘积，即(3)液压泵的效率。如果不考虑泵在能量转换过程中的能量损失，液压泵的输出功率P o 应该等于输入功率 P i。但实际上，液压泵在能量交换过程中是有损失的，因此输出功率P o总是小于输入功率 P
11、i。两者的差值即功率损失，功率损失可分为容积损失和机械损失，它们的大小分别用容积效率和机械效率来表示。第 3 章 液压泵和液压马达 容积效率 V。由于液压泵存在吸油时不能完全充满密封工作腔以及泄漏，会造成液压泵的实际输出流量 q 总是小于其理论流量 q t。泵的容积效率 V 为 机械效率 m。由于液压泵内有各种摩擦损失(机械摩擦、液体摩擦)，泵的实际输入转矩 T i 总是大于其理论转矩 T t。泵的机械效率 m 为第 3 章 液压泵和液压马达 泵的总效率 。泵的输出功率与输入功率的比值称为泵的总效率，即式(3.8)说明，液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。第 3 章 液压泵和液压马达【
12、例例 3.1】某 液 压 泵 的 输 出 压 力 p=10 MPa，转 速 n=1450r/min，排 量 V=46.2mL/r，容积效率 V=0.95，总效率 =0.9。求液压泵的输出功率和驱动泵的电动机的功率各为多少。第 3 章 液压泵和液压马达解解(1)求液压泵的输出功率。液压泵输出的实际流量为液压泵的输出功率为(2)电动机的功率为第 3 章 液压泵和液压马达 2.液压马达的功率和效率液压马达的功率和效率(1)液压马达的输入功率 P Mi。液压马达的输入功率是指输入液压马达的液压功率，当输入压力为 P M，流量为 q M 时，有(2)液压马达的输出功率 P Mo。液压马达的输出功率是指液
13、压马达对外作功的机械功率，当马达的实际输出转矩为 T M，马达的转速为 n M 时，有第 3 章 液压泵和液压马达(3)液压马达的效率。如果不考虑马达在能量转换过程中的能量损失，马达的理论输入功率(液压功率)应无损耗地全部变换为泵的理论输出功率(机械功率)，则有于是式中，p M 为马达的输入压力；V M 为马达的排量；n M 为马达的实际转速；T Mt 为马达的理论转矩。第 3 章 液压泵和液压马达 液压马达的容积效率和转速。由于液压马达存在泄漏而造成流量上的损失，马达的理论流量 q Mt 总是小于马达的输入流量 q M。泵的容积效率 MV 为由式(3.1)和式(3.12)可导出液压马达的转速
14、公式为第 3 章 液压泵和液压马达衡量液压马达转速性能的一个重要指标是最低稳定转速，它是指液压马达在额定负载下不出现爬行(抖动可时转时停)现象的最低转速。液压马达的结构形式不同，最低稳定转速也不同。实际工作中，一般都希望最低转速越小越好，这样就可以扩大马达的变速范围。第 3 章 液压泵和液压马达 液压马达的机械效率和转矩。由于液压马达内有各种摩擦损失，马达的实际输出转矩 T Mo 总是小于其理论转矩 T Mt。液压马达的机械效率为由式(3.11)和式(3.13)可导出液压马达的转矩公式为第 3 章 液压泵和液压马达 液压马达的总效率。液压马达的输出功率与输入功率的比值称为液压马达的总效率，即式
15、(3.16)说明，液压马达的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。第 3 章 液压泵和液压马达【例例 3.2】某液压马达的进油压力 p=10 MPa，排量 V M=200mL/r，总效率 M=0.75，机械效率 Mm=0.9，试计算：(1)该液压马达能输出的理论转矩为多少?(2)若液压马达的转速为 n M=500r/min，则输入液压马达的实际流量应为多少?(3)若外负载为200N m 时，该液压马达的输入功率和输出功率各为多少?第 3 章 液压泵和液压马达解解(1)液压马达的理论转矩为(2)液压马达的理论流量为第 3 章 液压泵和液压马达液压马达的容积效率为液压马达的实际流量为第 3 章 液压
16、泵和液压马达(3)液压马达的输出功率为液压马达的输入功率为第 3 章 液压泵和液压马达3.2 齿轮泵齿轮泵齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，其主要特点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性能好、对油液污染不敏感、工作可靠;其主要缺点是流量和压力脉动大、噪声大、排量不可调。齿轮泵在结构上采取一定措施后，也可以达到较高的工作压力，目前高压齿轮泵的工作压力可达 14MPa25MPa。齿轮泵一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而外啮合齿轮泵应用最广。本节主要介绍外啮合齿轮泵。第 3 章 液压泵和液压马达3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的
17、工作原理图 3.3(a)所示为外啮合齿轮泵的实物图，图 3.3(b)所示外啮合齿轮泵的工作原理图。在泵的壳体内有一对外啮合齿轮，齿轮两侧有端盖盖住(图中未示出)。壳体、端盖和齿轮齿间槽组成左右两个密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于上下两齿轮的齿间槽顺次带走液压油，形成部分真空，油箱中的油液在大气压力的作用下被吸进吸油腔。随着齿轮旋转，上下两齿轮的齿间槽顺次把油液带到左侧压油腔中。第 3 章 液压泵和液压马达左侧压油腔的液压油会因多出来而被挤出压油腔。吸油腔和压油腔是由相互啮合轮齿以及泵体分隔开的。在齿轮泵的工作过程中，轮齿啮合点处的齿面接触线一直分隔吸油腔和压油腔，起着配油作用
18、，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配油机构，这是齿轮泵和其他容积式泵的不同之处。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.3 外啮合齿轮泵第 3 章 液压泵和液压马达3.2.2 外啮合齿轮泵的排量和流量计算外啮合齿轮泵的排量和流量计算1.齿轮泵的排量齿轮泵的排量齿轮泵的排量的计算公式为式中，z 为齿轮的齿数，m 为齿轮的模数，B 为齿轮的宽度。第 3 章 液压泵和液压马达2.齿轮泵的理论流量齿轮泵的理论流量齿轮泵的理论流量的计算公式为式中，n 为齿轮泵的转速。第 3 章 液压泵和液压马达3.齿轮泵的实际流量齿轮泵的实际流量齿轮泵的实际流量的计算公式为式中，V 为齿轮泵的容积效率。第 3 章 液压泵和液
19、压马达实际上，外啮合齿轮泵的输出流量是有脉动的，式(3.19)所表示的是外啮合齿轮泵的平均流量。设 q max、q min 分别表示最大、最小流量，则流量脉动率 为理论研究表明，外啮合齿轮泵齿数愈少，脉动率就愈大，其值最高可达 20%以上，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。第 3 章 液压泵和液压马达3.2.3 外啮合齿轮泵的结构外啮合齿轮泵的结构1.外啮合齿轮泵的典型结构外啮合齿轮泵的典型结构CB B 齿轮泵是一种使用较多的中低压外啮合齿轮泵。其额定压力为 2.5MPa，排量为 2.5125mL/r，转速为 450r/min，主要用于机床作动力源以及各种补油、润滑和冷却系统。CB B 齿轮泵
20、的结构图如图 3.4 所示。一对齿轮 6 装在泵体 7 中，由主动轴 12 带动回转。前端盖 8 与后端盖 4 装在泵体 7 的两侧，用六个螺钉 9 连接，并用定位销 17 定位。第 3 章 液压泵和液压马达带有保持架的滚针轴承 3 分别装在前后端盖中，支承主动轴 12 和从动轴 15。泄漏到轴承的油，通过泄漏通道 14 流回吸油腔。由侧面泄漏的油液经卸荷槽 16 流回吸油腔，这样可降低泵体与端盖接合面间泄漏油的压力，以减小螺钉的拉力。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.4第 3 章 液压泵和液压马达 2.外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题1)困油现象齿轮泵要
21、能连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数 大于 1，也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时，另一对齿轮已进入啮合，这样就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间，在两对齿轮的啮合线之间形成了一个封闭容积，一部分油液也就被困在这一封闭容积中，如图3.5(a)所示。齿轮连续旋转时，这一封闭容积便逐渐减小，到两啮合点处于节点两侧的对称位置时，如图 3.5(b)所示，封闭容积最小。第 3 章 液压泵和液压马达齿轮再继续转动时，封闭容积又逐渐增大，直到图 3.5(c)所示位置时，容积又变为最大。在封闭容积减小时，被困油液受到挤压从一切可能泄漏的缝隙中挤出，从而产生很高的压力，油液发热，并使轴承上受到很大的冲击载荷。当封闭容积
22、增大时，又会形成局部真空，使原来溶解于油液中的空气分离出来，产生气穴现象。这些都将使泵产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.5 齿轮泵的困油现象第 3 章 液压泵和液压马达为了消除困油现象，一般采用在齿轮泵的端盖上开卸荷槽的方法，如图 3.6 所示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时，能通过卸荷槽与压油腔相通，而当困油腔由小变大时，能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离 a 必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。在很多齿轮泵中，两槽并不对称于齿轮中心线分布，而是向吸油腔平移一段距离，实践证明，这样布置能取得更好的卸荷效果。第 3 章
23、 液压泵和液压马达图 3.6 齿轮泵的困油卸荷槽第 3 章 液压泵和液压马达2)径向不平衡力齿轮泵工作时，作用在齿轮外圆的压力是不均匀的，压油腔和吸油腔齿轮外圆分别承受着系统的工作压力和吸油压力;在齿轮齿顶圆与泵体内孔的径向间隙中，可以认为油液压力由高压腔压力逐级下降到吸油腔压力，如图 3.7 所示。因此齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。工作压力越高，径向不平衡力也越大。径向不平衡力很大时能使泵轴弯曲，导致齿顶接触泵体，产生摩擦;同时也加速轴承磨损，降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使高压油仅作用在一个到两个齿的范围内。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.7
24、齿轮泵的径向不平衡力第 3 章 液压泵和液压马达3)泄漏在液压泵中，运动件间是靠微小间隙密封的，这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，而高压腔的油液通过间隙向低压腔泄漏是不可避免的。齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔中，一是通过齿轮啮合线处的间隙；二是通过泵体内表面和齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两端面和端盖间的间隙。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的 70%80%。压力越高，间隙泄漏就愈大。端面间隙是目前影响齿轮泵压力提高的主要原因。第 3 章 液压泵和液压马达3.中高压齿轮泵端面间隙的自动补偿装置中高压齿轮泵端面间隙的自动补偿装置为了实现齿轮泵的高压化，提高齿轮
25、泵的工作压力和容积效率，就需要从结构上来采取措施，如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度；对泄漏量最大处的端面间隙采用自动补偿装置等。下面对端面间隙的补偿装置作简单介绍。1)浮动轴套式图 3.8(a)是浮动轴套式的间隙补偿装置。它利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到齿轮轴上的浮动轴套 1 的外侧 A 腔，产生液压作用力，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。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.8 端面间隙补偿装置示意图第 3 章 液压泵和液压马达2)浮动侧板式浮动侧板式补偿装置的工作原理与
26、浮动轴套式基本相似，它也是把泵的出口压力油引到浮动侧板 5 的背面(见图(3.8(b)，使之紧贴于齿轮 3 的端面来补偿间隙。起动时，浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。3)挠性侧板式图 3.8(c)是挠性侧板式间隙补偿装置。它同样是把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 0.50.7mm 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。第 3 章 液压泵和液压马达3.2.4 内啮合齿轮泵简介内啮合齿轮泵简介内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。图 3.9(a)所示为渐开线齿形内啮
27、合齿轮泵结构示意图，图 3.9(b)所示为摆线齿形内啮合齿轮泵结构示意图。它们的工作原理和主要特点与外啮合齿轮泵基本相同。在渐开线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙形的隔板，以便于把吸油腔和压油腔隔开，在摆线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮只相差一个齿，因而不需设置隔板。内啮合齿轮泵中的小齿轮为主动轮。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.9 内啮合齿轮泵结构示意图第 3 章 液压泵和液压马达3.3 叶片泵叶片泵叶片泵广泛应用于机床、工程机械、船舶等中低压液压系统中。其优点是结构紧凑、运动平稳、噪声小、流量脉动小、寿命较长等;其缺点是吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，
28、转速不能太高。第 3 章 液压泵和液压马达根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、压油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、压油液的单作用叶片泵和完成两次吸、压油液的双作用叶片泵。单作用叶片泵多为变量泵，双作用叶片泵均为定量泵。一般叶片泵工作压力为 7.0MPa，高压叶片泵最大的工作压力可达 16.028.0MPa第 3 章 液压泵和液压马达3.3.1 单作用叶片泵单作用叶片泵1.单作用叶片泵的工作原理单作用叶片泵的工作原理图 3.10(a)所示为单作用叶片泵的实物图，图 3.10(b)所示为单作用叶片泵的工作原理图。单作用叶片泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖(图中未示)等部件组成的。定子
29、内表面是圆柱形，定子和转子间有偏心距。叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧贴在定子内壁，这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作腔，当转子按图示的方向回转时，在图的右部，叶片逐渐伸出，叶片间的工作腔逐渐增大，产生真空，于是通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入。第 3 章 液压泵和液压马达在图的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作腔逐渐缩小，密封腔的油液经配油盘另一窗口和压油口被压出而输出到系统中。这种叶片泵的转子每转一周，每个工作腔完成一次吸油和压油，因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转，泵就不断地吸油和压油。改变定子和转子的偏心距，便可改
30、变泵的排量，故这种泵都是变量泵。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.10 单作用叶片泵第 3 章 液压泵和液压马达2.单作用叶片泵的排量和流量计算单作用叶片泵的排量和流量计算单作用叶片泵的排量为各工作腔在主轴旋转一周时所排出的液体体积的总和，如图3.11 所示，两个叶片形成的一个工作腔 V 近似地等于扇形体积 V 1 和 V 2 之差，即式中，R 为定子的内径；e 为转子与定子之间的偏心距；B 为叶片宽度；为相邻两个叶片间的夹角，=2/z；z 为叶片数。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.11 单作用叶片泵排量计算简图第 3 章 液压泵和液压马达当转速为 n，泵的容积效率为 V 时，泵的理论流
31、量和实际流量分别为单作用叶片泵的流量也是有脉动的，泵内叶片数越多，流量脉动率越小，此外，奇数叶片的泵的脉动率比偶数叶片的泵的脉动率小，所以单作用叶片泵的叶片数均为奇数，一般为 13 或 15 片。第 3 章 液压泵和液压马达3.单作用叶片泵的结构特点单作用叶片泵的结构特点(1)改变定子和转子之间的偏心距，便可改变流量。偏心反向时，吸油、压油方向也相反。(2)转子和轴承受到不平衡的径向液压作用力，所以这种泵一般不宜用于高压。(3)为了减小叶片与定子间的磨损，叶片底部油槽采取在压油区通压力油，在吸油区与吸油腔相通的结构形式。因而叶片的底部与顶部所受的液压力是平衡的。叶片的向外运动主要靠离心力。根据
32、力学分析，使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，所以转子槽相对于旋转方向是后倾的。第 3 章 液压泵和液压马达3.3.2 双作用叶片泵双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理双作用叶片泵的工作原理图 3.12(a)所示为双作用叶片泵的实物图，图 3.12(b)所示为双作用叶片泵的工作原理图。双作用叶片泵也是由定子 1、转子 3、叶片 4 和配油盘(图中未示)等组成的。转子和定子中心重合，定子内表面近似为椭圆柱形，该椭圆形由两段长半径 R、两段短半径 r 和四段过渡曲线八个部分组成。当转子转动时，叶片在离心力和根部压力油的作用下，在转子槽内作径向移动而压向定子内表
33、面，由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封工作腔。第 3 章 液压泵和液压马达在图示转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角外逐渐增大，为吸油区；在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区。吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封空间完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以双叶片泵又称为平衡式叶片泵。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.12 双作用叶片泵第 3 章 液压泵和液压马达2.双作用叶片泵的排量和流量计算双作用叶片泵的排量和流量计算经推导可
34、得出双作用叶片泵的排量为式中，R、r 分别为定子大圆弧半径和小圆弧半径；B 为叶片宽度。转速为 n，容积效率为 V 时，双作用叶片泵的理论流量和实际流量分别为双作用叶片泵的瞬时流量有微小的脉动，当叶片数为 4 的整数倍时，脉动率最小，因此，双作用叶片泵的叶片数一般为 12 或 16 片。第 3 章 液压泵和液压马达3.双作用叶片泵的典型结构双作用叶片泵的典型结构图 3.13 所示为 YB 1 叶片泵的结构。它由前泵体 7、后泵体 6、左右配油盘 1 和 5、定子4、转子 12、叶片 11 和传动轴 3 等组成。为了方便装配和使用，两个配油盘与定子、转子和叶片可组装成一个部件。两个长螺钉 13
35、为组件紧固螺钉，其头部作为定位销插入后泵体的定位孔内，以保证配油盘上吸、压油窗口的位置能与定子内表面的过渡曲线相对应。转子上开有 12 条窄槽，叶片 11 安装在槽内，并可在槽内自由滑动。转子通过内花键与传动轴 3相配合，传动轴由两个滚珠轴承 2 和 8 支承。骨架密封圈 9 安装在盖板 10 上，用来防止油液泄漏和空气渗入。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.13 YB 1 叶片泵的结构第 3 章 液压泵和液压马达YB 1 叶片泵的主要结构特点:(1)配油盘。在配油盘上对应叶片槽底部小孔的位置，开有一环形槽 c(见图 3.14)，槽内有两个小孔 d 与配油盘另一侧的压油槽 a 相通，使压力油
36、能通过小孔进入环形槽 c，然后引入叶片根部，以保证叶片顶部和定子内表面间的可靠密封。配油盘上的上、下缺口 b为吸油槽口，两个腰形孔为压油孔。在腰形孔端部开有三角槽，其作用是使叶片间的密封空间逐步与高压腔相连通，这样不致产生液压冲击。配油盘 5 采用凸缘式，小直径部分伸入前泵体内，并合理布置 O 形密封圈。第 3 章 液压泵和液压马达这样在配油盘右侧受到液压力作用时，能贴紧定子，并图 3.14 叶片泵配油盘能使配油盘端面与前泵体相互分开时，仍能保证可靠的密封。配油盘本身的变形也有微小补偿作用。图 3.14 叶片泵配油盘第 3 章 液压泵和液压马达(2)定子曲线。定子曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线
37、组成的。过渡曲线采用等加速等减速曲线。这种曲线所允许的定子半径比 R/r 比其他类型的曲线大，可使泵的结构紧凑、输油量大；而且叶片由槽中伸出和缩回的速度变化均匀，不会造成硬性冲击。(3)叶片倾角。为了减小叶片对转子槽侧面的压紧力和磨损，将叶片槽相对转子旋转方向前倾 13第 3 章 液压泵和液压马达3.3.3 外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵1.外反馈限压式变量叶片泵工作原理外反馈限压式变量叶片泵工作原理外反馈限压式变量叶片泵的工作原理图如图 3.15 所示。外反馈限压式变量叶片泵由单作用变量泵和变量活塞 1、调压弹簧 2、调压螺钉 3 和流量调节螺钉 4 组成。当油压较低，变量活塞
38、对定子产生的推力不能克服弹簧 2 的作用力时，定子被弹簧推在最左边的位置上，此时偏心距最大，泵输出流量也最大。变量活塞 1 的一端紧贴定子，另一端则通高压油。变量活塞对定子的推力随油压升高而加大，当它大于调压弹簧 2 的预紧力时，定子向右偏移，偏心距减小。第 3 章 液压泵和液压马达所以当泵输出压力大于弹簧预紧力时，泵开始变量，随着油压升高，输出流量减小。工作压力达到某一极限值时，定子移到最右端位置，偏心量减至最小，使泵内偏心所产生的流量全部只能用于补偿泄漏，泵的输出流量为零。此时，不管负载再怎么加大，泵的输出压力也不会再升高，所以这种泵被称为限压式变量叶片泵。第 3 章 液压泵和液压马达限压
39、式变量叶片泵的流量与压力特性曲线如图 3.16 所示。图中 AB 段表示工作压力小于限定压力 p B 时，流量最大而且基本保持不变，只是因泄漏随工作压力的增加而增加，使实际输出流量减小。p B 表示泵输出最大流量时可达到的最高工作压力，其大小可由调压弹簧 2 来调节。图中 BC 段表示工作压力超过限定压力 p B 后，输出流量开始变化，即流量随压力升高而自动减小，直到 C 点。这时，输出流量为零，压力为截止压力 p C。第 3 章 液压泵和液压马达限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实现工作进给(慢速移动)的执行元件来说是一种合适的油源：快速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用特性曲线
40、的 AB段，工作进给时负载压力升高，需要流量减少，正好使用其特性曲线的 BC 段，因而合理调整拐点压力 p B是使用该泵的关键。目前这种泵被广泛用于要求执行元件有快速、慢速和保压阶段的中低压系统中，有利于节能和简化回路。第 3 章 液压泵和液压马达 2.外反馈限压式变量叶片泵典型结构外反馈限压式变量叶片泵典型结构图 3.17 为 YBX 型限压式变量叶片泵结构图。转子 7 固定在传动轴 2 上，轴 2 支承在两个滚针轴承 1 上作逆时针方向回转。转子 7 的中心是不变的，定子 6 可以上下移动。滑块 8 用来支承定子 6，并承受压力油对定子的作用力。当定子移动时，滑块随定子一起移动。为了提高定
41、子对油压变化时反应的灵敏度，滑块支承在滚针 9 上。在限压弹簧 4 的作用下，弹簧座 5 将定子推向下面，紧靠在变量活塞 11 上，使定子中心和转子中心之间有一个偏心距 e。偏心距的大小可用流量调节螺钉 10 来调节。第 3 章 液压泵和液压马达螺钉 10 调定后，在这一工作条件下，定子的偏心量为最大，则液压泵输出流量最大。液压泵输出的压力油经孔 a 引到活塞 11的下端，使其产生一个改变偏心距的反馈力。通过调压螺钉 3 可以调节调压弹簧对定子的作用力，从而改变液压泵的限定工作压力 p B。这种泵的叶片也不是沿转子的径向放置的。叶片槽的倾斜方向与双叶片泵叶片槽的方向相反，为后倾，倾角为 24。
42、这是因为这种泵在吸油腔侧的叶片根部不通压力油，其叶片的伸出要靠离心力的作用，叶片后倾有利于叶片的甩出。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.17 YBX 型限压式变量叶片泵结构图第 3 章 液压泵和液压马达3.4 柱塞泵柱塞泵柱塞泵是利用柱塞在缸体的柱塞孔中作往复运动时产生的密封工作容积变化来实现吸油与压油的。柱塞和柱塞孔均为圆柱形，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，高压下工作仍有较高的容积效率；同时，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量。此外，柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。因此柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便等优点。柱塞泵的
43、缺点是结构复杂、价格高、对油液的污染敏感。柱塞泵按柱塞排列方向的不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。第 3 章 液压泵和液压马达3.4.1 径向柱塞泵径向柱塞泵1.径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的工作原理图 3.18(a)所示为径向柱塞泵的实物图，图 3.18(b)所示为径向柱塞泵的工作原理图。径向柱塞泵的柱塞 3 径向排列装在转子 1 上。配油衬套 4 和转子紧密配合，并套在配油轴上，配油轴是固定不动的。转子由原动机带动连同柱塞一起旋转。柱塞在离心力(或低压油)的作用下抵紧定子 2 的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐
44、增大，形成部分真空，因此便经过衬套上的油孔从配油轴 5 上的吸油口 a 吸油；第 3 章 液压泵和液压马达当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，通过配油轴的压油口 b 把油液排出。转子转一周，每个柱塞各吸、压油一次。若改变定子和转子的偏心距 e，则泵的输出流量也改变，即为径向柱塞变量泵；若偏心距从正值变为负值，则进油口和排油口互换，即为双向径向柱塞泵。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.18 径向柱塞泵第 3 章 液压泵和液压马达2.径向柱塞泵的排量和流量计算径向柱塞泵的排量和流量计算当转子和定子之间的偏心距为 e 时，柱塞在缸体孔中的行程为 2 e，设柱塞个数为
45、z，直径为 d 时，泵的排量为设泵的转数为 n，容积效率为 V，则泵的实际输出流量为第 3 章 液压泵和液压马达3.4.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式，即直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式)。第 3 章 液压泵和液压马达1.斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图 3.19(a)所示为斜盘式轴向柱塞泵的外形，图 3.19(b)所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图。这种泵主要由柱塞 5、缸体 7、配油盘 10 和斜盘 1 等零件组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线的夹
46、角为 。内套筒 4 在弹簧 6 作用下通过压板 3 而使柱塞头部的滑履 2 和斜盘靠牢；同时，外套筒 8 则使缸体 7 和配油盘 10 紧密接触，起密封作用。当缸体转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。第 3 章 液压泵和液压马达当缸孔自最低位置如图示方向转动时，柱塞转角在0 范围内时，柱塞向左运动，柱塞端部和缸体形成的密封容积增大，通过配油盘吸油窗口进行吸油；;当柱塞转角在 0 范围内时，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部容积减小，泵通过配油盘排油窗口排油。若改变斜盘倾角 的大小，则泵的输出流量改变；若改变斜盘倾角 的方向，则进油口和排油
47、口互换，即为双向轴向柱塞变量泵。第 3 章 液压泵和液压马达图 3.19 斜盘式轴向柱塞泵第 3 章 液压泵和液压马达 2.斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量计算斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量计算如图 3.19 所示，柱塞的直径为 d，柱塞分布圆直径为 D，斜盘倾角为 时，柱塞的行程为 s=D tan ，所以当柱塞数为 z 时，轴向柱塞泵的排量为设泵的转数为 n，容积效率为 V，则泵的实际输出流量为由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是有脉动的，当柱塞数为奇数时，脉动较小，且柱塞数越多脉动越小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为 7、9 或 11。第 3 章 液压泵和液压马达 3.斜盘式
48、轴向柱塞泵典型结构斜盘式轴向柱塞泵典型结构图 3.20 为 SCY14 1B 型轴向柱塞泵的结构图。泵的右边为主体部分，左边为变量机构。传动轴 9 与缸体 7 用花键连接，带动缸体转动，使均匀分布于缸体上的七个柱塞 11 绕传动轴中心线作旋转运动。每个柱塞一端有一个滑履 12，由弹簧 6 通过内套 4，经钢珠 3 及压盘 2 将滑履压紧在与轴线成一定斜角的斜盘 1 上。当缸体旋转时，柱塞同时作轴线往复运动，完成吸油和压油过程。旋转手轮 23 使丝杆 20 转动时，变量活塞 16 沿轴向移动，通过轴销 15 使斜盘 1 旋转，从而使斜盘倾角改变，达到变量的目的。第 3 章 液压泵和液压马达图 3
49、.20 SCY14 1B 型轴向柱塞泵的结构图第 3 章 液压泵和液压马达 4.斜轴式轴向柱塞泵的工作原理斜轴式轴向柱塞泵的工作原理图 3.21 所示为斜轴式轴向柱塞泵的结构图。缸体轴和传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角 ，柱塞 3 与传动轴 1 之间通过连杆 2 连接，当传动轴旋转时不是通过万向铰，而是通过连杆拨动缸体 4 旋转。同时强制带动柱塞在缸体内往复运动，实现吸、压油。这类泵的优点是变量范围大，泵的效率高，但和斜盘式轴向柱塞泵相比，其结构较复杂，外形尺寸和重量均较大。斜轴式轴向柱塞泵的排量公式与斜盘式轴向柱塞泵完全相同，用缸体摆角 代替斜盘倾角 即可。第 3 章 液压泵和液压
50、马达图 3.21 斜轴式轴向柱塞泵的结构图第 3 章 液压泵和液压马达3.5 液压泵的选用液压泵的选用液压泵是为液压系统提供一定流量和压力油液的动力元件，它是每个液压系统不可缺少的核心元件，合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。第 3 章 液压泵和液压马达表 3.1 为常用液压泵的一般性能比较，可供选择时参考。第 3 章 液压泵和液压马达一般负载小、功率小的液压设备，可用齿轮泵或双作用叶片
