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1、 第四章第四章 液压泵和马达液压泵和马达4.1 概述概述4.2 齿轮泵齿轮泵4.3 叶片泵叶片泵4.4 柱塞泵柱塞泵4.1 概述概述一、液压泵和液压马达的功用一、液压泵和液压马达的功用二、容积式泵的工作原理二、容积式泵的工作原理三、液压泵和液压马达的主要参数三、液压泵和液压马达的主要参数四、液压泵的效率四、液压泵的效率五、液压马达的效率五、液压马达的效率六、液压转矩公式六、液压转矩公式一、液压泵和液压马达的功用一、液压泵和液压马达的功用液压泵的作用：液压泵的作用：n液压泵将驱动电机的机械能转换为液体压力能，为系统提供液压泵将驱动电机的机械能转换为液体压力能，为系统提供压力油液，是系统中的动力元
2、件；压力油液，是系统中的动力元件；n马达将液压能转换为机械能，可以实现连续的旋转运动。马达将液压能转换为机械能，可以实现连续的旋转运动。（1 1）建立足够的压力以克服负载；）建立足够的压力以克服负载；（2 2）提供稳定的流量以满足执行元件运动速度的要求。）提供稳定的流量以满足执行元件运动速度的要求。齿轮泵运动模拟二、容积式泵的二、容积式泵的工作原理工作原理 液压泵是靠密封的工作容积发液压泵是靠密封的工作容积发生变化而进行工作的，所以都生变化而进行工作的，所以都属于容积式泵。属于容积式泵。容积式液压泵的共同工作原理容积式液压泵的共同工作原理 液压泵液压泵（按结构）（按结构）柱塞式柱塞式轴向柱塞式
3、轴向柱塞式径向柱塞式径向柱塞式叶片式叶片式单作用叶片式单作用叶片式双作用叶片式双作用叶片式齿轮式齿轮式外啮合式外啮合式内啮合式内啮合式液压泵的分类液压泵的分类常用单位：常用单位：MPa三、液压泵和马达三、液压泵和马达 的主要参数的主要参数 液压泵压力的性能参数主要有：液压泵压力的性能参数主要有：压力、转速、排量、流量、功率压力、转速、排量、流量、功率和效率。和效率。T-T=Ttqpt-q=qp输入机械功率输入机械功率PsrPsr=T=2nT输出功率输出功率PpoPpo=ppqp理论功率理论功率PptPpt=2nTt=ppqpt=ppVpnp机械损失机械损失容积损失容积损失四、液压泵的效率四、液
4、压泵的效率输入液压功率输入液压功率PMiPMi=pMqM理论功率理论功率PMtPMt=2nMTMt=pMqMt=pMVMnM输出机械功率输出机械功率PM=TM=2nMTMqM-q=qMTMt-T=TM机械损失机械损失容积损失容积损失五、液压马达的效率五、液压马达的效率泵和马达效率计算泵和马达效率计算举例举例泵和马达效率计算泵和马达效率计算举例举例 齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，它的抗齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，它的抗污染能力强，价格最便宜。但一般齿轮泵容积效率较污染能力强，价格最便宜。但一般齿轮泵容积效率较低，轴承上不平衡力大，工作压力不高。齿轮泵的另低，轴承上不平衡力大，工作压
5、力不高。齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大，运行时噪声水平较高，一个重要缺点是流量脉动大，运行时噪声水平较高，在高压下运行时尤为突出。在高压下运行时尤为突出。齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合。齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵。轮泵。4.2 齿轮泵齿轮泵一、外啮合齿轮泵工作原理一、外啮合齿轮泵工作原理外啮合齿轮泵实物结构外啮合齿轮泵实物结构内啮合齿轮泵实物结构内啮合齿轮泵实物结构一、外啮合齿轮泵工作原理一、外啮合齿轮泵工作原理由于由于轮齿间槽轮齿间槽的体积大于齿部，实际几何排量还
6、要大一的体积大于齿部，实际几何排量还要大一些，故以些，故以3.333.33代替上式中的代替上式中的 较较接近实际情况。接近实际情况。二、齿轮泵的排量和流量二、齿轮泵的排量和流量齿轮泵的几何排量等于两齿轮轮齿容积之和齿轮泵的几何排量等于两齿轮轮齿容积之和 3 3、径向径向力力三、外啮合齿轮泵的几个问题三、外啮合齿轮泵的几个问题1 1、困油困油2 2、泄漏泄漏容积缩小阶段：油液的压缩容积缩小阶段：油液的压缩性很小，使腔内油液受挤压、性很小，使腔内油液受挤压、产生很高的压力，使机件产生很高的压力，使机件(如轴承等如轴承等)受到很大额外负受到很大额外负载；载；容积增大阶段：会造成局部容积增大阶段：会造
7、成局部真空，形成气穴。真空，形成气穴。无论是前者或后者，都会产无论是前者或后者，都会产生强烈的噪声。生强烈的噪声。1 1、困油困油齿轮泵的泄漏比较大，泄漏途径：齿轮泵的泄漏比较大，泄漏途径：p 通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙；通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙；p 通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙；通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙；p 轮齿啮合线处的接触间隙。轮齿啮合线处的接触间隙。因此，普通齿轮泵的容积效率比较低，输出压力也因此，普通齿轮泵的容积效率比较低，输出压力也不易提高。在高压齿轮泵中，一般都使用轴向间隙不易提高。在高压齿轮泵中，一般都使用轴向间隙补偿装置以减少轴向泄漏，提高其容积效率
8、。补偿装置以减少轴向泄漏，提高其容积效率。2 2、泄漏泄漏3 3、径向径向力力不平衡不平衡1.1.齿轮受到来自压油腔齿轮受到来自压油腔高压油的油压力作用；高压油的油压力作用；2.2.压油腔的油液沿泵体压油腔的油液沿泵体内孔和齿顶圆之间的径内孔和齿顶圆之间的径向间隙向吸油腔泄漏时，向间隙向吸油腔泄漏时，其油压力是递减的，也其油压力是递减的，也作用于齿轮上。作用于齿轮上。这两个力联合作用的结这两个力联合作用的结果使齿轮泵的上、下两果使齿轮泵的上、下两个齿轮及轴承都受到一个齿轮及轴承都受到一个径向不平衡力的作用。个径向不平衡力的作用。4.3 叶片泵叶片泵一、单作用叶片泵一、单作用叶片泵 1 1、工作
9、原理工作原理(2)(2)由于转子与定子间存在偏由于转子与定子间存在偏心距心距e e，当转子旋转时，叶片向，当转子旋转时，叶片向外伸，密封容积由小变大，形外伸，密封容积由小变大，形成局部真空，为吸油过程；叶成局部真空，为吸油过程；叶片向里缩，密封容积由大变小，片向里缩，密封容积由大变小，为压油过程。为压油过程。(1)(1)由转子、定子、配油盘和叶片组成若干个密封工作腔。由转子、定子、配油盘和叶片组成若干个密封工作腔。(3)(3)配油盘把吸、压油腔严格分开，起到配油装置的作用。配油盘把吸、压油腔严格分开，起到配油装置的作用。单作用叶片泵的排量为：单作用叶片泵的排量为：V=BV=B(R+e)(R+e
10、)2 2-(R-e)-(R-e)2 2=4B=4B Re=2Re=2 BeDBeD理论流量为：理论流量为：q qt t=2=2 BDenBDen实际流量为：实际流量为：式中式中:R R定子内半径；定子内半径；e e定子与转子的偏心量；定子与转子的偏心量；B B定子的宽度；定子的宽度；D D定子内直径。定子内直径。泵的容积效率泵的容积效率2 2、单作用叶片泵的排量和流量、单作用叶片泵的排量和流量 (1)(1)改变定子和转子之间的偏心距，便可调节泵的输出流改变定子和转子之间的偏心距，便可调节泵的输出流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反。量。偏心反向时，吸油压油方向也相反。(2)(2)泵的瞬时流量是
11、脉动的，叶片数越多，流量脉动率越泵的瞬时流量是脉动的，叶片数越多，流量脉动率越小。奇数叶片泵比偶数叶片泵的脉动率小，所以单作用叶片小。奇数叶片泵比偶数叶片泵的脉动率小，所以单作用叶片泵的叶片数一般为泵的叶片数一般为1313或或1515。(3)(3)为减少叶片与定子间的磨损，叶片底部油槽采取在压为减少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，因此叶油区通压力油，在吸油区与吸油腔相通的结构形式，因此叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的。片的底部和顶部所受的液压力是平衡的。(4)(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片为了更有利于叶片在惯性力
12、作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为2424。3.3.单作用叶片泵的特点单作用叶片泵的特点 二、二、限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵 泵的输出压力作用在定子右侧的活塞上。当压力泵的输出压力作用在定子右侧的活塞上。当压力作用在活塞上的力不超过弹簧的预紧力时，泵的输出作用在活塞上的力不超过弹簧的预紧力时，泵的输出流量基本不变。当泵的工作压力增加，作用于活塞上流量基本不变。当泵的工作压力增加，作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时，定子向右移动，偏心量减的力超过弹簧的预紧力时，定子向右移动，偏心量减小，泵的输出流量小，泵的输
13、出流量减小。当泵压力到减小。当泵压力到达某一数值时，偏达某一数值时，偏心量接近零，泵没心量接近零，泵没有流量输出。有流量输出。三、双作用叶片泵三、双作用叶片泵 当转子和叶片一起旋转时，由于离心力的作用，叶片当转子和叶片一起旋转时，由于离心力的作用，叶片紧贴在定子内表面，把定子内表面、转子外表面和两个配紧贴在定子内表面，把定子内表面、转子外表面和两个配流盘形成的空间分割成八块密封容积。流盘形成的空间分割成八块密封容积。双作用叶片泵双作用叶片泵工作原理工作原理 随着转子的旋转，每随着转子的旋转，每一块密封容积会周期性地一块密封容积会周期性地变大和缩小。一转内密封变大和缩小。一转内密封容积变化两个循
14、环。所以容积变化两个循环。所以密封容积每转内吸油、压密封容积每转内吸油、压油两次，称为双作用泵。油两次，称为双作用泵。双作用使流量增加一倍，双作用使流量增加一倍，流量也相应增加。流量也相应增加。3 3、使用、使用 叶片泵主要用于中压、中速、精度要求较叶片泵主要用于中压、中速、精度要求较高的液压系统中。在机床液压系统中应用广泛；高的液压系统中。在机床液压系统中应用广泛；在工程机械中，由于工作环境不清洁，应用较在工程机械中，由于工作环境不清洁，应用较少。少。4.4 4.4 柱塞泵柱塞泵 在第一节所述单柱塞泵中，凸轮使泵在半周内吸油，半在第一节所述单柱塞泵中，凸轮使泵在半周内吸油，半周内排油。因此泵
15、排出的流量是脉动的，它所驱动的液压缸周内排油。因此泵排出的流量是脉动的，它所驱动的液压缸或液压马达的运动速度是不均匀的。或液压马达的运动速度是不均匀的。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。械、船舶上得到广泛的应用。1、直轴式轴向柱塞泵原理、直轴式轴向柱塞泵原理一、轴向柱塞泵一、轴向柱塞泵依靠柱塞在缸体
16、内作往复依靠柱塞在缸体内作往复运动，使密封油腔容积发运动，使密封油腔容积发生变化并通过配油盘的配生变化并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。油窗口进行吸油和压油。当传动轴带着缸体和柱塞一起当传动轴带着缸体和柱塞一起旋转（图示逆时针）旋转（图示逆时针）,柱塞在缸体柱塞在缸体内往复运动，在自下而上回转的半内往复运动，在自下而上回转的半周内，柱塞逐渐向外伸出，使密封周内，柱塞逐渐向外伸出，使密封工作容积增大，形成局部真空，油工作容积增大，形成局部真空，油液通过配油盘的吸油窗口液通过配油盘的吸油窗口a a吸油。吸油。在自上而下的半周内，柱塞被斜盘在自上而下的半周内，柱塞被斜盘推入缸体推入缸体,使密封油
17、腔容积减小使密封油腔容积减小,将将油液从配油盘的压油窗口油液从配油盘的压油窗口b b排出。排出。缸体每转一周缸体每转一周,每个柱塞各完成吸、压油一次。每个柱塞各完成吸、压油一次。泵主体由缸体、配油盘、柱塞和斜盘组成。柱塞沿圆周均泵主体由缸体、配油盘、柱塞和斜盘组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度。匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度。2 2、排量和流量、排量和流量 式中式中 d d柱塞直径；柱塞直径；D D柱塞在缸体上的分布直径；柱塞在缸体上的分布直径；Z Z柱塞数；柱塞数；n n轴的转速；轴的转速；斜盘倾斜角度。斜盘倾斜角度。可得：泵的流量及每转排量可通过改
18、变斜盘倾角可得：泵的流量及每转排量可通过改变斜盘倾角而而改改变，所以轴向柱塞泵可很方便地做成变量泵。变，所以轴向柱塞泵可很方便地做成变量泵。柱塞行程柱塞行程柱塞泵排量柱塞泵排量实际输出流量实际输出流量 由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的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因而输出流量是有脉动的,当柱塞数为奇数时当柱塞数为奇数时,脉动脉动较小较小,且柱塞数多脉动也较小且柱塞数多脉动也较小,因而一般常用的柱塞因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为泵的柱塞个数为7 7、9 9或或1111。二、径向柱塞泵二、径向柱塞泵 之所以称为径向柱塞泵是因为有多个柱塞径向地之所以称为径向柱
19、塞泵是因为有多个柱塞径向地配置在一个共同的缸体内。缸体由电动机带动旋转，配置在一个共同的缸体内。缸体由电动机带动旋转，柱塞要靠离心力甩出，但其顶部被定子的内壁所限制。柱塞要靠离心力甩出，但其顶部被定子的内壁所限制。定子是一个与缸体偏心放置的圆环。因此，当缸体旋定子是一个与缸体偏心放置的圆环。因此，当缸体旋转时柱塞就做往复运动。转时柱塞就做往复运动。这里采用配流轴配油，又称这里采用配流轴配油，又称径向配流。径向柱塞泵外形径向配流。径向柱塞泵外形尺寸较大，目前应用不广。尺寸较大，目前应用不广。外啮合齿轮泵实物结构外啮合齿轮泵实物结构内啮合齿轮泵实物结构内啮合齿轮泵实物结构单作用式叶片泵单作用式叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵单柱塞式液压泵单柱塞式液压泵径向柱塞泵径向柱塞泵