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1、液压与气动技术液压与气动技术目目 录录第第1章液压传动概述章液压传动概述 第第2章液压流体力学基础章液压流体力学基础 第第3章液压动力元件章液压动力元件 第第4章液压执行元件章液压执行元件 第第5章液压控制元件章液压控制元件 第第6章液压辅助元件章液压辅助元件 第第7章液压基本回路章液压基本回路 第第8章典型液压系统实例分析章典型液压系统实例分析 第第9章液压系统的设计计算章液压系统的设计计算 第第10章气压传动章气压传动 上一页 下一页返回第一章第一章 液压传动概述液压传动概述1.1 液压传动技术的定义和发展概况液压传动技术的定义和发展概况1.2 液压传动的工作原理及系统组成液压传动的工作原
2、理及系统组成1.3 液压系统的图形符号液压系统的图形符号1.4 液压传动的特点液压传动的特点1.1 液压传动技术的定义和发展概况液压传动技术的定义和发展概况1.1.1液压传动的定义液压传动的定义一部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作一部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作机部分（含辅助装置）组成。原动机包括电动机、内燃机等。机部分（含辅助装置）组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器工作任务的直接工作部分，如剪床的剪工作机即完成该机器工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀、车床的刀架等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，刀、车床的刀架等。由于原动机的功率和
3、转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度的变化范围以及性能的为了适应工作机的工作力和工作速度的变化范围以及性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。一切机械都有其原动机输出功率经过变换后传递给工作机。一切机械都有其相应的传动机构，借助于它达到对动力的传递和控制的目的。相应的传动机构，借助于它达到对动力的传递和控制的目的。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传体传动
4、是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量，的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量，而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。下一页返回1.1 液压传动技术的定义和发展概况液压传动技术的定义和发展概况1.1.2液压传动的发展概况液压传动的发展概况液压传动是一门新的学科，虽然从液压传动是一门新的学科，
5、虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，压传动原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有两三百年的历史，但直到液压传动技术已有两三百年的历史，但直到20世纪世纪30年代年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压
6、技术不断应用于各种自动液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。机及自动生产线。20世纪世纪60年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也算机技术的发展而迅速发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。只是近三四十年的事。上一页 下一页返回1.1 液压传动技术的定义和发展概况液压传动技术的定义和发展概况当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液久耐用、高度
7、集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试、计算机辅助测试(CAT)、计、计算机直接控制算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械上。我国在从国外引进一些液压元件、生产拉机和工程机械上。我国在从国外引进一些液压元件、生产技术的同时，也进行自行研制和设计，液压元件现已形成了技术的
8、同时，也进行自行研制和设计，液压元件现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。上一页返回1.2液压传动的工作原理及系统组成液压传动的工作原理及系统组成1.2.1液压传动的工作原理液压传动的工作原理图1-1为磨床工作台液压系统工作原理图。液压泵3在电动机(图中未画出)的带动下旋转，油液由油箱1经过滤器2被吸入液压泵3，由液压泵输入的压力油通过节流阀5、换向阀6进入液压缸7的左腔（或右腔），液压缸的右腔（或左腔）的油液则通过换向阀后流回油箱，工作台9随液压缸中的活塞8实现向右（或左腔）移动，当换向阀处于中位时，工作台停止运动。工作台实现往复运动时
9、，其速度是通过节流阀5调节。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减小。克服负载所需的工作压力则由溢流阀4控制。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必然产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。这种现象说明了液压传动的一个基本原理压力决定于负载。图1-1中（a）、（b）、（c）分别表示了换向阀处于三个工作位置，阀口P、T、A、B的接通情况。下一页返回1.2液压传动的工作原理及系统组成液压传动的工作原理及系统组成1.2.2液压传动的系统组成
10、液压传动的系统组成 根据磨床工作台液压系统工作原理可知，液压传动是以液体根据磨床工作台液压系统工作原理可知，液压传动是以液体作为工作介质来进行工作的。一个完整的液压传动系统由以作为工作介质来进行工作的。一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：下几部分组成：动力元件：是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能动力元件：是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件。其作用是向液压系统提供压力油，最常见的形式为的元件。其作用是向液压系统提供压力油，最常见的形式为各种液压泵。液压泵是液压系统的心脏。各种液压泵。液压泵是液压系统的心脏。执行元件：是将液体的压力能转换成机械能以驱动工作机执行元件：是将液体
11、的压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件。这类元件包括各类液压缸和液压马达。构的元件。这类元件包括各类液压缸和液压马达。上一页 下一页返回1.2液压传动的工作原理及系统组成液压传动的工作原理及系统组成 控制元件：是用来控制或调节液压系统中油液的压力、流控制元件：是用来控制或调节液压系统中油液的压力、流量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。辅助元件：将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起辅助元件：将前面三部分连接在一起，组成一个系
12、统，起储油、过滤、测量和密封等作用。例如管路和接头、油箱、储油、过滤、测量和密封等作用。例如管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等，是液压系统不可缺过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等，是液压系统不可缺少的组成部分。少的组成部分。上一页返回1.3液压系统的图形符号液压系统的图形符号图1-1所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图，它有直观性强、容易理解的优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。为便于阅读、分析、设计和绘制液压系统图，工程实际中，国内外都采用液压元件的图形符号来表示。按照规定，这些图形符号只表示元件的功能，不表示元件的结构和参
13、数，并以元件的静止状态或零位状态来表示。若液压元件无法用图形符号表述时，仍允许采用半结构原理图表示。我国制订了液压与气动元（辅）件图形符号(GB/T 786.11993),其中最常用的部分可参见附录。图1-2为用图形符号表示的磨床工作台液压传动系统工作原理图。返回1.4 液压传动的特点液压传动的特点 1.4.1液压传动的主要优点液压传动的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点：电气传动相比具有以下的主要优点：由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便由于液压传动是油管连接，所以借助油
14、管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。不仅操作方便，而且外形美观大方。液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，
15、相同功率液压马达的体积为电动机的功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的110，液压泵和液压马达可小至，液压泵和液压马达可小至0.002 5 N/W(牛牛/瓦瓦),发电机发电机和电动机则约为和电动机则约为0.03 N/W。下一页返回1.4 液压传动的特点液压传动的特点 可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达可以实现无级调速，调速范围可达1 2 000，并可在液压装，并可在液压装置运
16、行的过程中进行调速。置运行的过程中进行调速。传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地
17、实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。制造和推广使用。上一页 下一页返回1.4 液压传动的特点液压传动的特点1.4.2液压传动主要缺点液压传动主要缺点 液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。使得液压传动不能保证严格的传动比。液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性变化，引起运动特性的变化，
18、使得工作的稳定性受到影响，变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。上一页 下一页返回1.4 液压传动的特点液压传动的特点 为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生故障不易检查和排除。液压系统发生故障不易检查和排除。总之，液压传动的优点是主要的，随着
19、设计制造和使用水平总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。泛的发展前景。上一页返回第第3章章 液压动力元件液压动力元件3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述3.2 齿轮泵齿轮泵3.3 叶片泵叶片泵3.4 柱塞泵柱塞泵3.5 液压泵的选用液压泵的选用3.6 液压泵常见故障及排除方法液压泵常见故障及排除方法3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述3.1.1液压泵的工作原理液压泵的工作原理液压泵的工作原理如左图所示，电动机液压泵的工作原理如左图所示，电动机带动凸轮带动凸
20、轮1旋转时，柱塞旋转时，柱塞2在凸轮和弹在凸轮和弹簧簧3的作用下，在缸体的柱塞孔内左、的作用下，在缸体的柱塞孔内左、右往复移动，缸体与柱塞之间构成了容右往复移动，缸体与柱塞之间构成了容积可变的密封工作腔积可变的密封工作腔4。柱塞。柱塞2向右移向右移动时，工作腔容积变大，形成局部真空，动时，工作腔容积变大，形成局部真空，油液中的油便在大气压力作用下通过单油液中的油便在大气压力作用下通过单向阀向阀5流入泵体内，单向阀流入泵体内，单向阀6关闭，防关闭，防止系统油液回流，这时液压泵吸油。柱止系统油液回流，这时液压泵吸油。柱塞向左移动时，工作腔容积变小，油液塞向左移动时，工作腔容积变小，油液受挤压，便经
21、单向阀受挤压，便经单向阀6压入系统，单向压入系统，单向阀阀5关闭，避免油液流回油箱，这时液关闭，避免油液流回油箱，这时液压泵压油。若凸轮不停地旋转，泵就不压泵压油。若凸轮不停地旋转，泵就不断地吸油和压油。断地吸油和压油。下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。根据由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点，工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点，因而这种泵又称为容积泵。液压泵正常工作必备的条件是：因而这种泵又称为容积泵。液压泵正常工作必备的条件是：有周期性的密封容积
22、变化。密封容积由小变大时吸油，由有周期性的密封容积变化。密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。大变小时压油。有配流装置。配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程有配流装置。配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通而与油箱切断。图中的单向阀而与油箱切断。图中的单向阀5和单向阀和单向阀6就是配流装置，配就是配流装置，配流装置的形式随着泵的结构差异而不同。流装置的形式随着泵的结构差异而不同。吸油过程中，油箱必须和大气相通。吸油过程中，油箱必须和大气相通。上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压
23、动力元件概述3.1.2液压泵的性能参数液压泵的性能参数1.液压泵的压力液压泵的压力液压泵的压力参数分为工作压力和额定压力。液压泵的压力参数分为工作压力和额定压力。（1）工作压力）工作压力p液压泵的工作压力是指液压泵出口处的实际压力值。其大小液压泵的工作压力是指液压泵出口处的实际压力值。其大小由外界负载决定：当负载增加时，液压泵的压力升高；当负由外界负载决定：当负载增加时，液压泵的压力升高；当负载减少时，液压泵压力下降。载减少时，液压泵压力下降。（2）额定压力）额定压力pn液压泵的额定压力是指液压泵在连续工作过程中允许达到的液压泵的额定压力是指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。额定压力值
24、的大小由液压泵零部件的结构强度和最高压力。额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封性来决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或密封方面的损坏。密封方面的损坏。由于液压传动的用途不同，系统所需要的压力也不同，为了由于液压传动的用途不同，系统所需要的压力也不同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，见见表表3-1。上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述2.液压泵的排量液压泵的排量排量排量V是指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体是指在无泄漏
25、情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。可见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺积。可见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。寸和个数有关。3.液压泵的流量液压泵的流量（1）理论流量）理论流量qVt液压泵的理论流量是指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内液压泵的理论流量是指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量输出的油液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数和泵轴转数n的乘积，的乘积，即即 qVt=Vn (3-1)上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述（2）实际流量）实际流量qV液压泵的实际流量是指单位时间内液压泵实际输出油液体
26、积。液压泵的实际流量是指单位时间内液压泵实际输出油液体积。由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量量q（泵的工作压力越高，泄漏量越大），（泵的工作压力越高，泄漏量越大），使泵的实际流使泵的实际流量小于泵的理论流量，即量小于泵的理论流量，即 qV=qVt-q (3-2)显然，当液压泵处于卸荷（非工作）状态时，这时输出的实显然，当液压泵处于卸荷（非工作）状态时，这时输出的实际流量近似为理论流量。际流量近似为理论流量。（3）额定流量）额定流量qVn液压泵的额定流量是泵在额定转数和额定压力下输出的实际液压泵的额定流量是泵在额定转数和额定
27、压力下输出的实际流量。流量。上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述4.液压泵的功率液压泵的功率（1）输入功率）输入功率Pi输入功率是驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，输入功率是驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，即即 Pi=Ti2n (3-3)式中式中Ti泵轴上的实际输入转矩。泵轴上的实际输入转矩。（2）输出功率）输出功率P0输出功率是液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量输出功率是液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量qV与泵与泵的进、出口压差的进、出口压差p的乘积：的乘积：P0=pqV (3-4)上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述5
28、.液压泵的效率液压泵的效率实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。积损失和机械损失。(1)容积损失和容积效率容积损失和容积效率V容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用容积效率表征，即的大小用容积效率表征，即 V=qV/qVt=qV/Vn (3-5)(2)机械损失和机械效率机械损失和机械效率m由于泵内各种摩擦（机械摩擦、液体摩擦），泵的实际输入由于泵内各种摩擦（机械摩擦、液体摩擦），泵的实际输入转矩转矩Ti总是大于其理论转矩总是大于其理论转矩
29、Tt，这种损失称为机械损失。机，这种损失称为机械损失。机械损失的大小用机械效率表征，即械损失的大小用机械效率表征，即m=Tt/Ti=pV/2Ti (3-6)上一页 下一页返回3.1 液压动力元件概述液压动力元件概述(3)液压泵的总效率液压泵的总效率泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即=P0/Pi=Vm (3-7)液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。3.1.3液压泵的分类液压泵的分类液压泵按结构形式不同可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵；按液压泵按结构形式不同可分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵
30、；按流量能否改变可分为定量泵和变量泵；按液流方向能否改变流量能否改变可分为定量泵和变量泵；按液流方向能否改变可分为单向泵和双向泵。可分为单向泵和双向泵。上一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为低压齿轮泵齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为低压齿轮泵(p2.5 MPa)、中压齿轮泵、中压齿轮泵(p2.58 MPa)、中高压齿、中高压齿轮泵轮泵(p816 MPa)和高压齿轮泵和高压齿轮泵(p1632 MPa)四四种。目前国内生产和应用较多的是中、低压和中高压齿轮泵，种。目前国内生产和应用较多的是中、低压和中高压齿轮泵，高压齿轮泵正处在发展和研制阶段。高压齿轮泵正处
31、在发展和研制阶段。齿轮泵按啮合形式的不同，可分为内啮合和外啮合两种，其齿轮泵按啮合形式的不同，可分为内啮合和外啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用更广泛，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。中外啮合齿轮泵应用更广泛，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵3.2.1外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵1.外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理右图所示为外啮合齿轮泵的工作原理图。在泵的壳体1内有一对外啮合齿轮，即主动齿轮2和从动齿轮3。由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐
32、渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合，使左侧密封容腔在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合，使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的
33、过程。在齿断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。因此没有单独的配油机构。在齿轮泵工作的过程中，只要齿轮旋转方向不变，吸、压油在齿轮泵工作的过程中，只要齿轮旋转方向不变，吸、压油腔的位置也是确定不变的，轮齿啮合线一直起着分隔吸、压腔的位置也是确定不变的，轮齿啮合线一直起着分隔吸、压油腔的作用，所以不需要单独的配流装置。油腔的作用，所以不需要单独的配流装置。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵2.齿轮泵的流量和脉动率齿轮泵的流量和脉动率外啮合齿轮泵
34、的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为z，模，模数为数为m，分度圆直径为，分度圆直径为d，有效齿高为，有效齿高为h，齿宽为，齿宽为b时，根据时，根据齿轮参数计算公式有齿轮参数计算公式有d=mz，h=2m，齿轮泵的排量近似为，齿轮泵的排量近似为V=dhb=2zm2b (3-8)实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此越大，因此,在实际计算中用在实际计算中用3.333.50来代
35、替上式中来代替上式中值，值，齿数少时取大值。齿轮泵的排量为齿数少时取大值。齿轮泵的排量为V=（6.667）zm2b (3-9)上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵由此得齿轮泵的输出流量为由此得齿轮泵的输出流量为q=(6.667)zm2bnV (3-10)式中式中n泵的转速；泵的转速；V泵容积效率。泵容积效率。实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在排量脉动，瞬时流量也是脉动的。排量脉动，瞬时流量也是脉动的。流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动
36、，使管路系统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将系统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起共振，加剧振动和噪声。若用引起共振，加剧振动和噪声。若用qmax、qmin来表示最大、最小瞬来表示最大、最小瞬时流量，时流量，q0表示平均流量，则流量脉动率为表示平均流量，则流量脉动率为=（qmax-qmin）/q0 (3-11)它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱
37、点。相应的内啮合齿轮泵比外啮合齿轮泵的流量脉动率泵的一个弱点。相应的内啮合齿轮泵比外啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。要小得多。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵4.外啮合齿轮泵结构上存在的几个外啮合齿轮泵结构上存在的几个问题：问题：(1)困油的现象困油的现象齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于1，即一对以上轮齿尚未脱开，另一对轮齿已进入啮合。此时，就有一部分油液被围困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，如图3-4所示。这个密封容积的大小随齿轮转动先由最大如图3-4(a)逐渐减到最小如图3-4(b)，又由最小逐渐增到最大如图3-4(c)。密封容积减小时，被困油液受到挤压而产
38、生瞬间高压，密封容腔的被困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。这就是齿轮泵的困油现象。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和气蚀，同困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和气蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽如困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽如图图3-4（d）中中的虚线方框。当封闭容
39、积减小时，通过右边的卸荷槽与压的虚线方框。当封闭容积减小时，通过右边的卸荷槽与压油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。通。(2)径向不平衡力径向不平衡力在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡和轴受到径向不
40、平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，严重时能使泵轴弯曲，导致齿顶接触泵体，产生磨力越大，严重时能使泵轴弯曲，导致齿顶接触泵体，产生磨损，同时也降低轴承使用寿命。损，同时也降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；同时使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；同时适当增大径向间隙，使齿顶不与泵体接触。适当增大径向间隙，使齿顶不与泵体接触。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵(3)泄漏及端面间隙的自动补偿泄漏及端面间隙的自动补偿外啮合齿轮泵压油腔的压
41、力油向吸油腔泄漏有三条途径：一外啮合齿轮泵压油腔的压力油向吸油腔泄漏有三条途径：一是通过齿轮啮合线处的间隙；二是通过泵体内孔和齿顶圆间是通过齿轮啮合线处的间隙；二是通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两端面和盖板间的端面间隙。在的径向间隙；三是通过齿轮两端面和盖板间的端面间隙。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，一般占总泄漏量的这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，一般占总泄漏量的70%80%左右，而且泵的压力愈高，间隙泄漏就愈大。左右，而且泵的压力愈高，间隙泄漏就愈大。因此，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高因此，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要
42、从结构上采取措施，对端面间隙进行自动补偿。压化，需要从结构上采取措施，对端面间隙进行自动补偿。通常采用的自动补偿端面间隙装置有浮动轴套式和弹性侧板通常采用的自动补偿端面间隙装置有浮动轴套式和弹性侧板式两种。其原理都是引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端式两种。其原理都是引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。隙。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵3.2.2内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意如图3-5所示。这两种内啮合齿轮泵工作原理和主要特点皆同于外
43、啮合齿轮泵。在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图3-5（a）所示；摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵，在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板，如图3-5（b）所示。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。上一页 下一页返回3.2 齿齿 轮轮 泵泵与外啮合齿轮泵相比，内啮合齿轮泵内可做到无困油现象，与外啮合齿轮泵相比，内啮合齿轮泵内可做到无困油现象，流量脉动小。内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，流量脉动小。内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低，在高转速工作时有
44、较高的容积效率。但运转平稳，噪声低，在高转速工作时有较高的容积效率。但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低，所以一在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低，所以一般用于中、低压系统。在闭式系统中，常用这种泵作为补油般用于中、低压系统。在闭式系统中，常用这种泵作为补油泵。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，泵。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高速高压工作状况。且不适合高速高压工作状况。上一页 返回3.3 叶叶 片片 泵泵叶片泵是机床液压系统中应用最广的一种泵。相对于齿轮泵叶片泵是机床液压系统中应用最广的一种泵。相对于齿轮泵来说，它输出流量均匀，
45、脉动小，噪声小，但结构较复杂，来说，它输出流量均匀，脉动小，噪声小，但结构较复杂，对油液的污染比较敏感，主要用于速度平稳性要求较高的中对油液的污染比较敏感，主要用于速度平稳性要求较高的中低压系统。随着结构、工艺及材料的不断改进，叶片泵正向低压系统。随着结构、工艺及材料的不断改进，叶片泵正向着中高压及高压方向发展。着中高压及高压方向发展。叶片泵按其排量是否可变分为定量叶片泵和变量叶片泵；叶叶片泵按其排量是否可变分为定量叶片泵和变量叶片泵；叶片泵按吸、压油液次数又分为单作用叶片泵和双用叶片泵。片泵按吸、压油液次数又分为单作用叶片泵和双用叶片泵。下一页返回3.3 叶叶 片片 泵泵3.3.1双作用叶片
46、泵双作用叶片泵1.工作原理工作原理 如图3-6所示为双作用叶片泵的工作原理图。它主要由定子、转子、叶片、配油盘、转动轴和泵体等组成。定子内表面由四段圆弧和四段过渡曲线组成，形似椭圆，且定子和转子是同心安装的，泵的供油流量无法调节，所以属于定量泵。转子旋转时，叶片靠离心力和根部油压作用伸出并紧贴在定子的内表面上，两叶片之间和转子的外圆柱面、定子内表面及前后配油盘形成了若干个密封工作容腔。上一页 下一页返回3.3 叶叶 片片 泵泵当图中转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角当图中转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，形成局部真空而吸油，为吸油区；在和右下角处逐渐
47、增大，形成局部真空而吸油，为吸油区；在左下角和右上角处逐渐减小而压油，为压油区。吸油区和压左下角和右上角处逐渐减小而压油，为压油区。吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。这种泵的转子每油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油各两次，所以称为转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，因而作用在转子上的径向液压力平衡，所以又称为平衡式叶因而作用在转子上的径向液压力平衡，所以又称为平衡式叶片泵。片泵。2.排量和流量排量和流量双
48、作用叶片泵的转子每转一转，通过过渡密封区的液体体积双作用叶片泵的转子每转一转，通过过渡密封区的液体体积为一圆环体积的为一圆环体积的2倍。其圆环外半径等于定子长半径倍。其圆环外半径等于定子长半径R、内半、内半径等于定子短半径径等于定子短半径r、叶片宽度、叶片宽度b。不考虑叶片体积的影响，。不考虑叶片体积的影响，双作用叶片泵的理论排量为双作用叶片泵的理论排量为V=2(R2-r2)b (3-12)上一页 下一页返回3.3 叶叶 片片 泵泵式中式中R定子长半径；定子长半径；r定子短半径；定子短半径；b叶片宽度。叶片宽度。双作用叶片泵的平均实际流量为双作用叶片泵的平均实际流量为qV=2(R2-r2)bn
49、V (3-13)式中式中n泵的转速泵的转速;V泵容积效率。泵容积效率。由于叶片有一定的厚度，根部又连通压油腔，在吸油区的叶由于叶片有一定的厚度，根部又连通压油腔，在吸油区的叶片不断伸出，根部容积要由压力油来补充，减少了输出量，片不断伸出，根部容积要由压力油来补充，减少了输出量，造成少量流量脉动，但脉动率较小。通过理论分析可知，流造成少量流量脉动，但脉动率较小。通过理论分析可知，流量脉动率在叶片数为量脉动率在叶片数为4的整数倍，且大于的整数倍，且大于8时最小，故双作用时最小，故双作用叶片泵的叶片数通常取为叶片泵的叶片数通常取为12或或16。上一页 下一页返回3.3 叶叶 片片 泵泵3.结构特点结
50、构特点（1）定子曲线）定子曲线如如图图3-7所示的是定子曲线。定子内表面曲线实质上由两段所示的是定子曲线。定子内表面曲线实质上由两段长半径长半径R圆弧（圆弧（角范围）、两段短半径角范围）、两段短半径r圆弧（圆弧（角范围）角范围）和四段过渡曲线（和四段过渡曲线（角范围）八个部分组成。理想的过渡曲线角范围）八个部分组成。理想的过渡曲线不仅应使叶片在槽中滑动时的径向速度变化均匀，而且应使不仅应使叶片在槽中滑动时的径向速度变化均匀，而且应使叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大，以叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大，以减小冲击和噪声，同时，还应使泵的瞬时流量的脉动最小。减小冲击