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1、第三章第三章 液压传动动力元件液压传动动力元件第一节第一节 概述概述第二节第二节 齿轮泵齿轮泵第三节第三节 叶片式液压泵叶片式液压泵第四节第四节 柱塞泵柱塞泵 本节主要介绍液压系统四大类液压元件中的动力元件液压泵,本节是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。重点：1.液压泵的工作原理，液压泵的主要性能参数：压力、流量、转速|转矩、功率、容积效率、机械效率、总效率；2.直轴式轴向柱塞泵的工作原理；3.限压式变量叶片泵的工作原理；4.液压泵的选用；5.液压马达的原理和使用。难点：1.液压泵的容积效率；2.限压式变量泵的工作原理及特征曲线。第一节第一节概述概述 液压泵：是液压系统中的能量转换装
2、置，液压泵：是液压系统中的能量转换装置，是将机械能转换为液体的压力能的动力是将机械能转换为液体的压力能的动力元件。元件。一、工作原理和分类一、工作原理和分类液压泵的工作原理：液压泵的工作原理：图图3-1是是一一个个简简单单的的单单柱柱塞塞液液压压泵泵的的工工作作原理图。原理图。图图3-1容积式泵的工作原理容积式泵的工作原理特点：这种利用密封工作容积的变化进行吸油和特点：这种利用密封工作容积的变化进行吸油和压油的泵称为容积式泵，液压泵都是容积式的。压油的泵称为容积式泵，液压泵都是容积式的。1.有一个或若干个周期变化的密封容积，才能不断地吸油有一个或若干个周期变化的密封容积，才能不断地吸油和排油。
3、和排油。2.须有相应的配油机构，如图须有相应的配油机构，如图3-1中的单向阀中的单向阀6和和5。3.要保持油箱上的通气孔始终畅通，使油箱内为大气压力要保持油箱上的通气孔始终畅通，使油箱内为大气压力分类分类：1.1.按其在单位时间内输出油液体积能否调节分类：按其在单位时间内输出油液体积能否调节分类：定定量量泵泵和和变变量量泵泵两两类类。前前者者在在单单位位时时间间内内输输出出的的体体积积是是不不能调节的，后者是可以调节的。能调节的，后者是可以调节的。2.2.按其结构型式分类：按其结构型式分类：齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。从上述液压泵的工作原理可知其正常工作应具从上
4、述液压泵的工作原理可知其正常工作应具备以下条件备以下条件:(三三)液压泵的图形符号液压泵的图形符号二、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数 1.1.压力压力（1）工作压力）工作压力液压泵实际工作时所输出油液压力，亦液压泵实际工作时所输出油液压力，亦即是液压泵克服负载阻力所建立起来的压力。假如液压即是液压泵克服负载阻力所建立起来的压力。假如液压系统中没有阻力和外负载，相当于液压泵输出的油液直系统中没有阻力和外负载，相当于液压泵输出的油液直接流回油箱，则系统就建立不起压力来，液压泵的工作接流回油箱，则系统就建立不起压力来，液压泵的工作压力由其外加负载决定是一个重要的基本概念。压力由其外加负
5、载决定是一个重要的基本概念。（2）额定压力）额定压力液压泵根据试验结果而推荐的可连续使液压泵根据试验结果而推荐的可连续使用的最高压力，它反映了泵的能力。一般讲泵铭牌上所用的最高压力，它反映了泵的能力。一般讲泵铭牌上所示的是其额定压力。示的是其额定压力。（3）最最大大压压力力按按试试验验标标准准规规定定，液液压压泵泵在在短短暂暂运运行行时时所允许的最高压力。所允许的最高压力。（1）排量）排量(V)液压泵在无泄漏的情况下，泵轴液压泵在无泄漏的情况下，泵轴转动一周所排出的油液体积量。它的大小决定转动一周所排出的油液体积量。它的大小决定于泵的几何尺寸，故又称几何排量。于泵的几何尺寸，故又称几何排量。（
6、2）流量）流量(q)(q)液压泵的流量，是指泵在单位时液压泵的流量，是指泵在单位时间内排出液流的体积，泵的流量有理论流量和间内排出液流的体积，泵的流量有理论流量和实际流量之分实际流量之分。理论流量理论流量q qt t为泵的排量为泵的排量V V和转速和转速n n的乘积的乘积 (m3/s)式中式中V V液压泵的排量液压泵的排量(m3/r)n n液压泵转速液压泵转速(r/s)2.排量、流量和容积效率排量、流量和容积效率式中式中q泵的泄漏流量（内泄漏和外泄漏之泵的泄漏流量（内泄漏和外泄漏之和）（和）（m3/s）。）。额定流量：液压泵的额定流量是指泵在额定转速额定流量：液压泵的额定流量是指泵在额定转速和
7、额定压力下的输出流量。和额定压力下的输出流量。（3）容积效率）容积效率液压泵的实际流量和理论流量液压泵的实际流量和理论流量之比称为容积效率之比称为容积效率pvpv。液压泵实际流量液压泵实际流量q为为(m3/s)pVpV在一定范围内，泄漏量在一定范围内，泄漏量q与负载压力与负载压力p成正成正比，泵的容积效率则随负载压力增加而线性的下比，泵的容积效率则随负载压力增加而线性的下降，见图降，见图3-2a。图图3-2液压泵的性能曲线液压泵的性能曲线（1 1）功率：泵的理论输出功率为）功率：泵的理论输出功率为 泵的理论输入功率为泵的理论输入功率为泵的实际输出功率为泵的实际输出功率为驱动泵的功率为驱动泵的功
8、率为式中式中 p p泵的进出口压差（泵的进出口压差（PaPa）T Tt t驱动泵所需的理论转矩（驱动泵所需的理论转矩（N Nm m）功率、机械效率和总效率功率、机械效率和总效率T-T-驱动泵所需的实际输入转矩（驱动泵所需的实际输入转矩（Nm）T泵的摩擦损失转矩泵的摩擦损失转矩（2）机械效率）机械效率驱动泵所需的理论转矩驱动泵所需的理论转矩T Tt t与驱动与驱动泵的实际输入转矩泵的实际输入转矩T T之比。之比。功率、机械效率和总效率功率、机械效率和总效率（3）总总效效率率泵泵的的总总效效率率应应为为泵泵的的输输出出功功率率pq与与驱驱动动泵的功率泵的功率T2n之比之比泵泵的的总总效效率率随随负
9、负载载压压力力p p变变化化曲曲线线见见图图3-2b。在在使使用用压压力力较较低低时时，总总效效率率很很低低，这这是是因因为为泵泵在在轻轻载载时时机机械械摩摩擦擦损损失失所所占占比比重重较较大大，其其机机械械效效率率很很低低之之故故。（那么在使用压力较高时呢?)功率、机械效率和总效率功率、机械效率和总效率驱动泵的电动机功率可按下式计算驱动泵的电动机功率可按下式计算(W)q泵的实际流量（泵的实际流量（m3/s）;p p泵的总效率。泵的总效率。注意：几个转注意：几个转速速 的概念的概念（1）液液压压泵泵的的额额定定转转速速即即在在额额定定压压力力下下能能连连续续长长时时间间正常运转的最大转速。正常
10、运转的最大转速。（2）液液压压泵泵的的最最高高转转速速在在额额定定压压力力下下，超超过过额额定定转转速速所允许的短暂运行转速称为最高转速。所允许的短暂运行转速称为最高转速。（3）液液压压泵泵的的最最低低转转速速液液压压泵泵正正常常运运转转时时所所允允许许的的转转速最低值，称为最低转速。速最低值，称为最低转速。注意：工程单位的使用注意：工程单位的使用 若液压泵的吸油口和排压油若液压泵的吸油口和排压油口间的压差的单位用口间的压差的单位用MPaMPa表示，输表示，输出流量用出流量用L/minL/min表示，那么液压泵表示，那么液压泵的输出功率可用的输出功率可用P P可表示为可表示为 单位为单位为KW
11、KW。第二节第二节齿轮泵齿轮泵(gear pump)齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、自吸性能好以及对油液价格低、工作可靠、自吸性能好以及对油液污染不敏感、维护方便等优点，因而广泛的污染不敏感、维护方便等优点，因而广泛的应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流量和压力的脉动较大，噪音大，排量不可改量和压力的脉动较大，噪音大，排量不可改变，效率较低，随着结构技术的发展，噪音变，效率较低，随着结构技术的发展，噪音有了很大的降低，效率和寿命都有很大的提有了很大的降低，效率和寿命都有很大的提高。高。一、一、工作
12、原理（工作原理（3-3）图图3-3齿轮泵的工作原理齿轮泵的工作原理 二、齿轮泵的排量和流量二、齿轮泵的排量和流量1.排量排量齿齿轮轮泵泵的的排排量量是是其其两两个个齿齿轮轮的的齿齿间间槽槽容容积积之之总总和和。如如果果近近似似地地认认为为齿齿间间槽槽的的容容积积等等于于轮轮齿的体积，则齿轮泵的排量齿的体积，则齿轮泵的排量V为为(m3/r)式中式中D齿轮的节圆直径（齿轮的节圆直径（m），），h齿轮的有效工作高度（齿轮的有效工作高度（m），），b齿宽（齿宽（m）；）；z齿数；齿数；m齿轮模数（齿轮模数（m）。）。实际上，齿间的容积比轮齿的体积稍大，因此，实际上，齿间的容积比轮齿的体积稍大，因此，在
13、修正系数在修正系数3.333.5代替代替值，齿数少取大值。值，齿数少取大值。V V=（6.667.00）ZmZm2B 2.流量齿轮泵实际流量齿轮泵实际流量q为为式中式中n齿轮泵的转速（齿轮泵的转速（r/s）npV齿轮泵的容积效率。齿轮泵的容积效率。事事实实上上，以以上上计计算算的的都都是是平平均均流流量量，实实践践中中，齿在不同的啮合点的流量是不同的。齿在不同的啮合点的流量是不同的。大小用流量脉动率表示大小用流量脉动率表示三、结构中的几个问题三、结构中的几个问题（一）（一）泄漏泄漏泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因素。泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因素。外啮合齿轮泵中存在三个可能产生泄漏
14、部位（指内外啮合齿轮泵中存在三个可能产生泄漏部位（指内泄漏）：泄漏）：一是端面泄漏一是端面泄漏，通过齿轮端面与端盖配合处；，通过齿轮端面与端盖配合处；二是径向间隙泄漏二是径向间隙泄漏，通过齿轮外圆与泵体配合处；，通过齿轮外圆与泵体配合处；三是齿啮合处泄漏三是齿啮合处泄漏，通过两个齿轮的啮合处（因有齿，通过两个齿轮的啮合处（因有齿向误差，齿轮的全部宽度不可能都齿合）向误差，齿轮的全部宽度不可能都齿合）(二）二）液压液压径向力不平衡径向力不平衡（齿齿轮轮泵泵工工作作时时，齿齿轮轮圆圆周周上上所所受受有有压压力力是是不不同同的的，压压力分布状况如图力分布状况如图3-4所示。所示。图3-4 齿轮泵的齿
15、轮受力图1212主动112齿顶和泵体内表面间有径向间隙，所以齿轮外齿顶和泵体内表面间有径向间隙，所以齿轮外圆上油液的压力是逐步降低的。不平衡液压力圆上油液的压力是逐步降低的。不平衡液压力作用在齿轮上，使轴承受到径向负载。作用在齿轮上，使轴承受到径向负载。径向液压力可按下述近似公式计算：径向液压力可按下述近似公式计算：式中式中Da-齿顶圆直径齿顶圆直径 B-齿轮宽度齿轮宽度 p-进出口压差进出口压差 减小径向不平衡力减小径向不平衡力采采取缩小压油口的办法；取缩小压油口的办法；开压力平衡槽等开压力平衡槽等（三）困油现象（三）困油现象 如图如图3-5所示所示消除困油现象方法：消除困油现象方法：通常在
16、两端盖板上通常在两端盖板上开一对矩形卸荷槽开一对矩形卸荷槽 图 3-5 齿轮泵的困油现象主动主动主动a)b)c)困油现象的消除困油现象的消除注意：1、所开卸荷槽必须保证任何时候都不能相通；2、对于非对称卸荷槽，往往向吸油腔偏移；此外，为了卸荷槽能够通畅，要保证槽宽和槽深；提高外啮合齿轮泵压力的措施减小端面轴向间隙，一般采用齿轮端面间隙自动补偿的办法来解决。注意：必须保证齿端面的力小于高压区油压对浮动轴套的力。CBZ2型高压齿轮泵 此泵是采用双向补偿，其压力高(31.5MPA)、效率高(85%)、寿命长。1主动齿轮轴 2骨架油封 3前泵盖 4轴承 5定位销 6泵体 7浮动侧板 8垫板 9支承套
17、10后泵盖 11螺栓 12径向密封块 13密封圈泵的其他性能参数压力区间低压齿轮(pH2.5MPa)；中压齿轮泵(pH 2.58MPa)；高压齿轮泵(pH 8MPa)。转速常用的为1000-3000r/min最高转速可达20000r/min不能小于300-500r/min寿命低压齿轮泵3000-5000H高压齿轮泵2000-3000H排量低压齿轮泵0.05-800ml/r常用2.5-250ml/r优缺点优点结构简单、尺寸小、重量轻，制造方便工作可靠、自吸能力强对油液污染不敏感，维护容易。价格低缺点脉动大、径向不平衡力大、泄露大、效率低、噪声大二、内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿
18、轮泵两种。摆线转子泵 摆线转子泵的额定压力一般为2.5MPa、4MPa。这种泵作为补油泵和润滑泵使用，广泛应用于大、中型车辆的液压转向系统中。内啮合齿轮泵的特点1、结构紧凑、尺寸小、质量轻2、由于齿轮转向相同，故相对滑动速度小、磨损小寿命长3、流量脉动小4、可使用高转速，可获得较大的容积效率 第三节第三节叶片式叶片式(vane)(vane)液压泵液压泵 叶叶片片泵泵具具有有运运转转平平稳稳，噪噪音音小小，流流量量均均匀匀性性好好，容容积积效效率率较较高高等等优优点点，在在机机床床液液压压系系统统中中获获得得广广泛泛的的应应用用，其其缺缺点点是是它它吸吸油油条条件件苛苛刻刻，工工作作转转速速必必
19、须须有有6001500r/min之之间间，对对液液压压油油的的污污染染比较敏感，结构较复杂。比较敏感，结构较复杂。叶叶片片泵泵有有两两类类：双双作作用用和和单单作作用用叶叶片片泵泵。双双作作用用泵泵是是定定量量泵泵，单单作作用用泵泵则则往往往往做做成成变变量量泵泵。至至于于液液压压马马达达则则只只有有双作用式。双作用式。一、一、单作用式叶片泵单作用式叶片泵（一）工作原理（一）工作原理（图图3-6)图图3-6单作用叶片泵的工作原理单作用叶片泵的工作原理（二）（二）流量计算流量计算(一一)单作用式叶片泵单作用式叶片泵从图从图3-7所示，所示，每个密封工作空每个密封工作空间一次排油量应间一次排油量应
20、是其最大容积与是其最大容积与最小容积之差。最小容积之差。222222111111图3-7 单作用叶片泵流量计算dD 实际流量实际流量 式中式中D定子内表面直径定子内表面直径，D=2r;r转子半径转子半径;泵的排量泵的排量 两叶片夹角，两叶片夹角，;e偏心距偏心距;B叶片宽度叶片宽度;z叶片数叶片数;n叶片泵转速叶片泵转速;npV叶片泵容积效率。叶片泵容积效率。若考虑叶片所占体积的影响时，则排量为若考虑叶片所占体积的影响时，则排量为二、二、双作用式叶片泵双作用式叶片泵（一）工作原理（图3-9）图图3-9双作用叶片泵工作原理双作用叶片泵工作原理（二）流量计算（二）流量计算由由图图310可可见见，当
21、当不不考考虑虑叶叶片片所所占占体体积积时时，双双作作用式叶片泵的排量为用式叶片泵的排量为减去叶片所占体积减去叶片所占体积则则实际流量实际流量 式中式中R定子内表面长圆弧半径定子内表面长圆弧半径;r定子内表面短圆弧半径定子内表面短圆弧半径;图3-10 双作用叶片泵的流量计算120031221（三）双作用叶片泵的倾角（四）双作用叶片泵的配油盘封油区对应的中心角大于两个叶片之间的夹角在配油盘的压油口靠封油区到压油区的一边开一个截面为三角形的三角槽理论上过渡曲线应用阿基米德螺线，则叶片的流量理论上没有脉动。可是在连接点处会产生很大的径向加速度，对定子产生冲击；先用等加速和等减速曲线作为过渡曲线可极大减
22、小冲击；甚至用高次曲线作过渡曲线；定子的过渡曲线；（四）双作用叶片泵的定子曲线提高双作用叶片泵压力的措施措施：减小作用在叶片底部的油液压力减小作用面积a)子母叶片 b)双叶片1转子 2定子 3母叶片 4子叶片 5、6叶片 变量叶片泵是在单作用式叶片泵的基础上加一变量叶片泵是在单作用式叶片泵的基础上加一套变量机构而成。变量原理是改变偏心距的大小套变量机构而成。变量原理是改变偏心距的大小和方向来实现。根据偏心改变的形式不同，有手和方向来实现。根据偏心改变的形式不同，有手动调节方式，限压式和稳流量式等几种。下面介动调节方式，限压式和稳流量式等几种。下面介绍限压式变量叶片泵的结构原理。绍限压式变量叶片
23、泵的结构原理。（一）（一）限压式变量叶片泵的工作原理限压式变量叶片泵的工作原理 限压式变量叶片泵在液压系统达到限定的压力限压式变量叶片泵在液压系统达到限定的压力后，可自动减少泵的供油量，从而减小功率损后，可自动减少泵的供油量，从而减小功率损失，提高液压系统的效率。失，提高液压系统的效率。限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种。有内反馈和外反馈两种。三、变量叶片泵三、变量叶片泵图图3-12外反馈限压式变量泵工作原理外反馈限压式变量泵工作原理图图3-12是一种外反馈限压式（或称压力补偿控是一种外反馈限压式（或称压力补偿控制）变量叶片泵的工作原理图。制）变量叶片泵的工作原理图。设设液液
24、压压力力作作用用在在定定子子上上的的有有效效面面积积为为，流流量量调调节节螺螺钉钉调调定定后后所所对对应应的的偏偏心心距距为为e0，对对应应的的弹弹簧初始压缩量为簧初始压缩量为x0,弹簧的弹性系数为弹簧的弹性系数为Ks，有有 p pb b就是泵所调定的限定压力，当工作压力就是泵所调定的限定压力，当工作压力 pp pb b时，时，pApA K Ks s x0当当pp pb b pApAk ks s x0；e=e0 x；从式可知，从式可知，p越大则越大则e越小，当越小，当p增大至最大时增大至最大时，e=0。限压式变量叶片泵的限压式变量叶片泵的特性曲线如图特性曲线如图3-113-11所示。所示。特点
25、和应用特点和应用图图3-11 主要性能参数中低压叶片泵的额定压力一般为6.3MPA，变量叶片泵的压力一般不超过17.5MPA,双作用叶片泵的压力可达28-30MPA；小排量叶片泵的转速可达8000-10000r/min,一般可达1500-2000r/min,变量叶片泵大约3000r/min，一般不低于600-900r/min;容积效率可达93%-95%，总效率与齿轮泵相当；寿命高于齿轮泵，高压叶片泵的寿命可达5000H以上；排量范围0.5-4200ml/r,一般双作用叶片泵2.5-300ml/r，变量叶片泵6-120ml/r。第四节第四节柱塞柱塞(piston)泵泵 柱塞泵和液压马达与齿轮式和
26、叶片式的相比较柱塞泵和液压马达与齿轮式和叶片式的相比较,具有具有压力高、容积效率高、流量容易调节的特点压力高、容积效率高、流量容易调节的特点,故适用于高故适用于高压大功率的液压系统中。按其柱塞排列的不同为轴向柱压大功率的液压系统中。按其柱塞排列的不同为轴向柱塞式和径向柱塞式。塞式和径向柱塞式。一、轴向柱塞泵一、轴向柱塞泵 （一）轴向柱塞泵的工作原理（图（一）轴向柱塞泵的工作原理（图3-14）图图3-14轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理图图3-15（二）轴向柱塞泵的结构（图（二）轴向柱塞泵的结构（图3-15）滑靴结构 式中式中z柱塞数柱塞数;d柱塞直径柱塞直径;h柱塞行程柱塞行程；D柱塞中心分布圆直径柱塞中心分布圆直径;r斜盘倾角。斜盘倾角。实际流量实际流量（三）流量计算（三）流量计算斜盘式轴向柱塞泵的排量斜盘式轴向柱塞泵的排量V（三）轴向柱塞泵的变量三）轴向柱塞泵的变量轴轴向向柱柱塞塞式式液液压压泵泵只只要要改改变变斜斜盘盘（缸缸体体）的的斜斜角角就就可以实现变量，其变量方式可以实现变量，其变量方式也较多。也较多。1.手动变量手动变量2.液控变量液控变量3.压力补偿式变量压力补偿式变量式中式中n泵的转速泵的转速npV泵的容积效率泵的容积效率。二、径向柱塞泵的工作原理二、径向柱塞泵的工作原理（图（图3-16）图图3-16径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理的工作原理