第3章-流体传动与控制动力元件-课件.ppt

1、第3章流体传动与控制动力元件 第3章流体传动与控制动力元件 3.1概述概述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各类液压泵的性能比较及应用各类液压泵的性能比较及应用3.6液压泵站的组成及应用液压泵站的组成及应用3.7气源装置气源装置第3章流体传动与控制动力元件 3.1概述概述液压泵和气源装置是流体传动系统中的动力元件，是能量转换装置,是流体传动与控制系统的能源装置。它们由原动机（电动机或柴油机等）驱动，把输入的机械能转换成油液或气体的压力能再传输到流体系统中，为执行元件提供动力。它们是流体传动与控制系统的核心元件，其性能好坏将直接影响系统能否正常工作。下面分别介绍液压与气

2、压传动的动力元件液压泵和气源装置。 第3章流体传动与控制动力元件 图31手动液压泵 手动液压泵的实物如图31所示，液压泵站的实物如图32所示。这里所说的液压泵站是指可以提供多种压力、多种流量的液压能源。 第3章流体传动与控制动力元件 图32液压泵站 第3章流体传动与控制动力元件 液压泵按结构形式分为齿轮泵、柱塞泵和叶片泵三大类；按每转排出的油液体积能否改变又可分为定量泵和变量泵。气动系统的动力元件可分为冷气和热气两类。常用的冷气动力元件又可分为由空气压缩机供气和由储气罐供气两种。通常将产生、处理和储存压缩空气的设备叫空气压缩机，空气压缩机是供气的动力元件，主要用在工作时间长、供气量大的一般工业

3、用气场合。储气罐供气是钢瓶内经过处理的高压气体的气源。它主要用在工作时间短、供气量小、对重量和体积要求都较严格的场合，如导弹或鱼雷的控制系统等。热气动力元件是指在一个燃气发生器中燃烧燃料，使之产生高温高压气体，经处理后供系统使用的气源。热气动力元件具有重量轻、体积小、储存简单的优点，主要用于一些导弹、宇宙飞行器的自动控制系统。 第3章流体传动与控制动力元件 3.1.1液压泵的工作原理液压泵的工作原理液压系统是以液压泵作为动力元件（能源装置）向系统提供一定的流量和压力的动力元件。液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸入泵中，并以一定的压力输送到传动系统中，使执行元件推动负载做功。由于这种泵是依靠泵的

4、密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的，因而称为容积式泵。图33所示为液压泵的工作原理图。当凸轮1由原动机带动旋转时，柱塞2便在凸轮1和弹簧4的作用下在泵体3内往复运动。泵体3内孔与柱塞2外圆之间有良好的配合精度，保证柱塞在泵体3孔内作往复运动时没有泄漏。柱塞右移时，泵体内工作腔a的容积变大，产生真空，油箱中的油液便在大气压力作用下通过吸油阀6吸入泵内，实现吸油。如果偏心轮不断地旋转，液压泵就会不断地完成吸油和压油动作，因此就会连续不断地向液压系统供油。容积式泵的流量大小取决于密封工作腔容积变化的大小和次数。若不计泄漏，则流量与压力无关。 第3章流体传动与控制动力元件 图33液压泵工作原理图

5、第3章流体传动与控制动力元件 从上述液压泵的工作原理可看出液压泵的主要特点有以下三方面:（1）必须具有若干个密封且又可以周期性变化的空间。液压泵的输出流量与此密封空间变化量和单位时间的变化次数成正比，与其它因素无关。这是容积式液压泵的一个至关重要的特性。（2）油箱内液体的绝对压力必须恒大于或等于大气压力。油箱内油液的绝对压力值恒大于或等于大气压力值，这是容积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，或要采用密闭的充压油箱。 第3章流体传动与控制动力元件 （3）必须具有相应的配流机构。液压泵应具有相应的配流机构将吸油腔与排油腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸、

6、排油过程。液压泵的结构原理不同，其配流机构也不相同。图33所示的单柱塞泵的配油机构就是单向阀5和单向阀6。 第3章流体传动与控制动力元件 3.1.2液压泵的性能参数液压泵的性能参数 液压泵的性能参数主要是指泵的压力、排量和流量、效率和功率等。1.压力 液压泵的压力参数主要是工作压力和额定压力。1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为液压泵的工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失之和，而与液压泵的流量无关。泵的最大工作压力是由液压泵和组成部分零件的结构强度及密封的好坏来决定的，随着泵工作压力的提高，它的泄漏量会增大，效率将降低。 第3章流体传动与控制动力元件 2）额定压力液

7、压泵在保证液压泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，长期连续运转时允许使用的最高压力限值，称为液压泵的额定压力。额定压力是泵在正常工作条件下，按实验标准规定能连续运转的最高压力。当泵的工作压力超过额定压力时就会过载，这是应该避免发生的工况。 第3章流体传动与控制动力元件 3）最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力；超过此压力时，泵的泄漏会迅速增加。由于液压传动系统用途的不同，所需要的压力也不相同，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，如表31所示。但需说明一点，随着科学技术的不断发展和人们对液压传动系

8、统要求的不断提高，压力分级也相应发生变化，压力分级的原则也不是一成不变的。 第3章流体传动与控制动力元件 表表31压力分级压力分级 压力分级 低压 中压 中高压 高压 超高压 压力/MPa 2.5 2.58 816 1632 32 第3章流体传动与控制动力元件 2.排量和流量排量和流量 排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，是根据泵密封容腔几何尺寸的变化进行计算得到的泵每转排出的液体体积。如果泵的排量固定，则是定量泵；如果排量可变，则为变量泵。一般情况下，定量泵密封性较好、泄漏小，所以在高压时效率会比较高。流量是泵在单位时间内排出的液体体积的大小。流量的单位是立方米每秒（m3/s）或升每

9、分钟（L/min）。 第3章流体传动与控制动力元件 1）理论流量qt理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的条件下，在单位时间内所排出的液体体积。如果液压泵的排量为V，其主轴转速为n，则该液压泵的理论流量为 Vnqt(31) 式中，V为液压泵的排量（m3/r），n为主轴转速（r/s）。 第3章流体传动与控制动力元件 2）实际流量q液压泵在具体的工况下，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量，它等于理论流量qt减去泄漏和压缩损失后的流量q1，即 qqtq1 （32） 第3章流体传动与控制动力元件 3.效率和功率效率和功率 1）效率液压泵的功率损失包括容积损失和机械损失两部分。液压泵的容积损失是指在

10、流量上的损失。液压泵的实际输出流量总是小于它的理论流量，主要原因是由于液压泵内部高低压腔之间的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液黏度大以及液压泵转速高等原因，导致油液不能全部充满密封工作腔。 液压泵的容积损失用容积效率来表示，它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qt的比值，即 tttVqqqqq1(33) 第3章流体传动与控制动力元件 因此，液压泵的实际输出流量q为 qqtVVnV 机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩T总是大于理论上所需要的转矩Tt，主要原因是液压泵泵体内相对运动部件之间由于机械摩擦而引起的摩擦转矩损失和因液体的黏性而引起的摩擦损失。

11、液压泵的机械损失以机械效率来表示。机械效率等于液压泵的理论转矩Tt与实际输入转矩T之比。设转矩损失为Tt ，则液压泵的机械效率为 ttmTTTT111第3章流体传动与控制动力元件 2）功率液压泵的输入功率Pi是指作用在液压泵主轴上的机械功率。当输入转矩为Ti、角速度为时，有 iPiT 液压泵的输出功率P是液压泵在工作过程中吸压油口间的实际压差p和输出流量q的乘积，即 Ppq 第3章流体传动与控制动力元件 3）总效率液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值，也是液压泵容积效率和机械效率的乘积，即 mVtVtiTpqPP(38) 第3章流体传动与控制动力元件 例例3.1某液压系统，

12、泵的排量V10mL/r，电机转速n1200r/m，泵的输出压力p=5MPa，泵的容积效率V0.92，总效率m0.84，求:（1）泵的理论流量；（2）泵的实际流量；（3）泵的输出功率；（4）驱动电机功率。解解（1）泵的理论流量为 tq=Vn=103101200 L/min12L/min 第3章流体传动与控制动力元件 （2）泵的实际流量为 qtqv120.92 L/min11.04 L/min （3）泵的输出功率为 W900601004.1110536pqP（4）驱动电机功率即泵的输入功率为 3i1007. 184. 0900pP第3章流体传动与控制动力元件 3.2齿轮泵齿轮泵3.2.1齿轮泵的结

13、构及工作原理齿轮泵的结构及工作原理齿轮泵是定量泵，根据齿轮的啮合形式分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。1.外啮合齿轮泵1）工作原理外啮合齿轮泵的工作原理图如图34所示。外啮合齿轮泵是由装在壳体内的一对齿轮组成的，齿轮两侧有端盖（图中未画出），壳体和齿轮的各个齿间槽共同组成了密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，则油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔内； 第3章流体传动与控制动力元件 在压油区一侧，由于轮齿在该部分会逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便

14、被排放出去，从压油腔输送到压力管路中去。在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油的位置也确定不变。在啮合点处的齿面接触线分隔开高、低两油腔，并起着配油作用，因此在齿轮泵中无需设置专门的配流机构，这是齿轮泵和其它类型的容积式液压泵的结构不同之处。 第3章流体传动与控制动力元件 图34外啮合齿轮泵 第3章流体传动与控制动力元件 2)结构特点结构特点外啮合齿轮泵的泄漏、困油和液压径向不平衡力是影响泵性能指标和寿命的三大问题。各种不同齿轮泵的结构特点的差异性，都是因为用了不同的结构措施来解决这三个问题的缘故。(1)泄漏。由外啮合齿轮泵的结构及工作原理可知:壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽

15、组成许多密封工作腔，而泵中组成密封工作腔的零件做相对运动，使零件之间具有间隙，间隙产生的泄漏将影响泵的实际工作性能。第3章流体传动与控制动力元件 齿轮泵压油膛的压力油主要通过以下三个途径泄漏至低压腔中:泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏。由于齿轮转动方向与泄漏方向相反，压油腔到吸油腔通道较长，所以其泄漏量相对较小，约占总泄漏量的10%15%。齿面啮合处间隙的泄漏。由于齿形误差的存在会使齿轮啮合时沿齿宽方向接触不好，产生间隙，使压、吸油腔之间造成泄漏，这部分泄漏量很少。 第3章流体传动与控制动力元件 齿轮端面与前后盖间隙的泄漏。齿轮端面与前后盖之间的端面间隙较大，该端面间隙封油长度较短，因此泄漏量最

16、大，可占泵总泄漏量的70%75%。从以上内容可知，齿轮泵由于泄漏量较大，其额定工作压力不高，若提高齿轮泵的额定压力并保证较高的容积效率，首先要减少端面间隙的泄漏问题。 第3章流体传动与控制动力元件 （2）液压径向不平衡力。在齿轮泵中吸油腔与压油腔间存在压差，在泵体内表面与齿轮齿顶之间又存在径向间隙，所以可认为压油腔中油液的压力将逐渐分级下降到吸油腔油液的压力，这些液体压力综合作用的结果，相当于给齿轮一个径向的作用力（即不平衡力）使齿轮和轴承承受一定载荷作用。工作压力越大，径向不平衡力越大。径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体发生接触，同时加速轴承的摩擦磨损，缩短轴承的寿命。 第3章流体传动

17、与控制动力元件 为了解决齿轮泵径向不平衡力问题，可以采用以下三个方法:减小压油口直径，使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，这样压力油作用于齿轮上的面积减小，因而径向不平衡力也相应地减小。增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙，保证即使齿轮在径向不平衡力作用下，齿顶也不会和泵体接触。开设压力平衡槽，分别与高、低压油腔相通，这样便使吸油腔与压油腔相对应的径向力得到平衡，使作用在轴承上的径向力大大地减小。但此种方法会使泵的内泄漏增加，容积效率降低，所以目前很少使用。 第3章流体传动与控制动力元件 （3）困油现象。液压油在渐开线齿轮泵运转过程中，常有一部分液压油被封闭在齿轮啮合处的封闭体积内，因齿间的封

18、闭体积大小随时间改变，会导致该封闭体积内液体的压力急剧波动变化。这种现象称为齿轮泵的困油现象。 第3章流体传动与控制动力元件 齿轮泵要连续平稳工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，即要求在一对轮齿即将脱开啮合前，后一对轮齿就要开始进入啮合状态。在两对轮齿同时啮合的一小段时间内，留在齿间的油液被困在两对轮齿和前后泵盖所形成的一个密闭空间中，如图35所示。当齿轮继续旋转时，这个空间的容积逐渐减小，而油液的可压缩性很小，当封闭空间的容积减小时，被困的油液受到挤压，压力急剧上升，油液从零件接合面的缝隙中强行挤出，使齿轮和轴承受到很大的径向力；当齿轮继续旋转时，这个封闭容积又逐渐增大而造成局部真空，使油液

19、中溶解的气体分离，产生气穴现象，这些都将使齿轮泵产生极大的震动和噪音。这就是齿轮泵困油现象的整个过程。 第3章流体传动与控制动力元件 图35齿轮泵的困油现象 第3章流体传动与控制动力元件 为减小液压泵的困油现象，必须在侧板上开设卸荷槽。卸荷措施是在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽。开设卸荷槽的原则为:两槽间距为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。 第3章流体传动与控制动力元件 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，其工作原理如图36所示。它与外啮合齿轮泵的工作原理基本相同，只是齿轮啮合的形式不同。 第3章流体传动与控制动力

20、元件 图36内啮合齿轮泵工作原理图 第3章流体传动与控制动力元件 内啮合齿轮泵共同的特点是:由于内外齿轮转向相同，齿面间相对速度、运转噪音小；因齿数相异，没有困油现象，但因外齿轮的齿端必须始终与内齿轮的齿面紧贴，以防内漏，故不适用较高的压力场合，泵的额定压力可达到30MPa。 第3章流体传动与控制动力元件 3.螺杆泵螺杆泵螺杆泵实质上是一种外啮合的摆线齿轮泵，泵内的螺杆可以有两个或三个，其工作原理如图37所示。 图37螺杆泵工作原理图 第3章流体传动与控制动力元件 螺杆泵不适合用于高压工作场合，一般用于燃油、润滑油泵而不用做液压泵。目前，螺杆泵常用在精密机床上和用来输送黏度大或含有颗粒物质的液

21、体。螺杆泵的缺点是其加工工艺复杂，加工精度高，所以它的应用受到了很大的限制。 第3章流体传动与控制动力元件 3.2.2齿轮泵的流量和排量齿轮泵的流量和排量齿轮泵的排量V是齿轮每转一周，泵所排出的液体体积，它近似地等于两个齿轮的齿间容积之和。设齿间槽的容积等于轮齿体积，可得出齿轮泵的排量为 VDhB=2zm2B 式中：D齿轮节圆直径；h齿轮齿高；B齿轮齿宽；z齿轮齿数；m齿轮模数。 第3章流体传动与控制动力元件 由于齿间容积比轮齿的体积稍大，并且齿数越少其差值越大，考虑到这一因素，将2用6.66代替比较符合实际情况，因此，齿轮泵实际排量为 V6.66z m2B （310） 齿轮泵实际流量q为 q

22、=VnV6.66zm2BnV （311） 式中:n齿轮泵的转速；V齿轮泵的容积效率。 第3章流体传动与控制动力元件 式（311）是齿轮泵的平均流量。根据齿轮啮合原理可知，齿轮在啮合过程中由于啮合点位置不断变化，吸、压油腔在每一瞬时的容积变化率是不均匀的，所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的。设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大和最小瞬时流量，则其流量的流动率（脉动率）q为 %100minmaxqqqq(312) 通过已有研究可知，齿轮泵的齿数越少，q就越大。表32给出了不同齿轮齿数时齿轮泵的流量流动率。在相同情况下，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。 第3章流体传动与控制动力元件 表表32不同齿数

23、齿轮泵的流量流动率（脉动率）不同齿数齿轮泵的流量流动率（脉动率） z 6 8 10 12 14 16 20 q/(%) 34.7 26.3 21.2 17.8 15.3 13.4 10.7 第3章流体传动与控制动力元件 3.2.3平衡式外啮合余弦齿轮泵平衡式外啮合余弦齿轮泵1.结构及工作原理结构及工作原理平衡式外啮合新型余弦齿轮泵是在结合复合式齿轮泵和普通余弦齿轮泵的基础上发展起来的一种新型液压动力元件。此新型余弦齿轮泵主要由中心余弦齿轮主动轮和3个分布均匀的从动余弦齿轮泵体端盖及配流盘等组成，如图38所示。原动机加载在中心齿轮上与周围的3个从动齿轮构成独立的齿轮泵（简称子泵）。在余弦齿轮传动

24、中啮合线为3条曲线，如图39所示。 第3章流体传动与控制动力元件 图38结构原理图 第3章流体传动与控制动力元件 图39余弦齿轮啮合传动 第3章流体传动与控制动力元件 2.平衡式外啮合新型余弦齿轮泵的特性分析平衡式外啮合新型余弦齿轮泵的特性分析1)功率密度和径向力(1)功率密度。由图39可知，在同等参数下的平衡式齿轮泵的平均流量几何排量和瞬时流量与普通外啮合齿轮泵的相比，均增加了2倍，即在输出流量一定时泵的体积和重量均减少，也就是功率密度明显提高。（2）轴向力分析。由图310可知，平衡式外啮合余弦齿轮泵的3个从动轮均匀分布在中心齿轮的周围，3个子泵的进油口对中心齿轮所形成的径向液压力在齿轮的圆

25、周方向也均匀分布，各子泵的压力分布区的径向力合成都相等，并分别指向中心主动齿轮。 第3章流体传动与控制动力元件 图310中心轴径向力 第3章流体传动与控制动力元件 在x、y轴方向的合力都为0，所以力系与坐标系的选取无关，同理齿轮啮合传动之间产生的啮合力在坐标系中的投影合力径向力在中心轮上也为零，这样降低了中心轴的磨损,使泵的使用寿命得以延长。从动齿轮3个从动子泵的工作原理与普通外啮合齿轮泵的相同，从动齿轮的受力状况与普通余弦齿轮泵的相同，从动齿轮上承受的不平衡径向力最终合成的总的不平衡径向力可近似计算。 第3章流体传动与控制动力元件 2)流量特性分析（1）排量和流量。普通余弦齿轮泵的排量和流量

26、即子泵的排量和流量，平衡式外啮合余弦齿轮泵的排量和流量就是各子泵排量和流量的总和。（3）瞬时流量和流量脉动分析。余弦齿轮传动过程中由于啮合线是一条曲线，而不是渐开线齿轮传动的直线。余弦齿轮泵瞬时流量随啮合点的位置而变，余弦齿轮的输出流量最大的点出现在啮合点距最小处，最小的输出流量是在图39中的B、C点处，即进入或退出啮合时。主动齿轮转过一个齿距角时输出流量变化一次，因此主动齿轮每转动过一周都会产生比较严重的周期性脉动。 第3章流体传动与控制动力元件 3.平衡式外啮合新型余弦齿轮泵的特点平衡式外啮合新型余弦齿轮泵的特点(1)在同等参数下，与普通外啮合齿轮泵相比，新型平衡式外啮合余弦齿轮泵的平均流

27、量、几何排量均增加了2倍。(2)当中心轮齿数（z1=3k1）时，平衡式外啮合齿轮泵的流量脉动率约为普通余弦齿轮泵的1/3（如图311所示），流量品质得到了提高。(3)这种新型平衡式外啮合余弦齿轮泵的优点是:流量脉动小、功率密度高、中心齿轮受力平衡。总之，新型余弦齿轮泵可拓展齿轮泵的应用领域，有较高的研究和应用价值。 第3章流体传动与控制动力元件 图311各泵的流量脉动 第3章流体传动与控制动力元件 3.2.4齿轮泵的特点及应用齿轮泵的特点及应用齿轮泵的优点是结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且可承受冲击性载荷。齿轮泵的缺点是流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件

28、的互换性差，磨损后不易修复。齿轮泵主要应用于环境差、精度要求不高、通常工作压力值小于10MPa的场合，如工程机械、建筑机械、农用机械等。 第3章流体传动与控制动力元件 3.3叶片泵叶片泵 3.3.1单作用式叶片泵单作用式叶片泵单作用式叶片泵的工作原理如图312所示，这种泵主要由转子、定子、叶片和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子之间有偏心距e，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，使叶片紧靠在定子内壁。叶片泵的这种结构使相邻两叶片及配流盘间形成密闭容积，当转子每转动一周时，密闭容积大小发生一次变化，实现一次吸、压油。由于进排油腔有压差，转子受不平衡径向液压

29、力的作用，所以也称为非平衡式叶片泵。 第3章流体传动与控制动力元件 图312单作用式叶片泵工作原理 第3章流体传动与控制动力元件 叶片泵叶片槽根部也有压力油的吸油和压油过程，但如果叶片槽根部全部通压力油则会带来一定的副作用:定子的吸油腔内部被叶片刮研，造成磨损；部分压力油进入叶片槽根部，减少了泵的理论排量；可能引起瞬时理论流量脉动。单作用式叶片泵的流量是有脉动的，从理论上分析，泵内叶片数越多，流量脉动率越小。此外，叶片数为奇数的泵的脉动率比叶片数为偶数的泵的脉动率小，所以单作用式叶片泵的叶片数均为奇数，一般为13片或15片。单作用式叶片泵的流量和排量近似公式如下: 第3章流体传动与控制动力元件

30、 DBeV2(313) VDBenq2(314) 式中:D定子直径；B转子的宽度；e定子与转子的偏心距；n转子的速度；V泵的容积效率。 第3章流体传动与控制动力元件 单作用式叶片泵结构具有如下特点:（1）改变转子与定子的偏心量，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调节成转子与定子几乎是同心，则流量趋近于零。因此，单作用式叶片泵大多为变量泵。（2）另外还有一种限压式变量泵，当负荷小时，泵输出流量大，负载可快速移动，当负荷增加时，泵输出流量变少，输出压力增加，负载速度降低，如此可减少能量消耗，避免油温上升。（3）理论分析表明，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

31、的泵的脉动小。 第3章流体传动与控制动力元件 （4）为了防止吸、排油腔的连通，配流盘的吸、排油口间密封角要略大于两相邻叶片间的夹角。当两个叶片通过密封区时，容积发生变化，会产生困油现象，但并不严重。可采用在配流盘的排油口边缘开设三角卸荷槽的方法来消除此现象。（5）叶片沿着旋转方向后倾安装。由于叶片仅靠离心力的作用和定子内表面接触，考虑到叶片受惯性力的作用，同时考虑叶片顶部的摩擦力以及叶片的离心力作用，三者的合力尽量与槽的倾斜方向一致，防止侧向分力影响叶片的伸出，所以转子槽是后倾的。（6）转子上的径向不平衡，承受径向力，轴及轴承的负荷较大，泵的工作压力提高受到限制。 第3章流体传动与控制动力元件

32、 3.3.2双作用式叶片泵双作用式叶片泵双作用式叶片泵的工作原理如图313所示。这种泵主要由定子、转子、叶片和配流盘（见图314）等组成。转子和定子的中心重合，同心安装，定子内表面近似为椭圆，两个吸油区和两个压油区对称布置。双作用式叶片泵与单作用式叶片泵的工作原理相同，不同的是双作用式叶片泵的转子每转一周，密封的工作容积完成两次由大到小的变化，实现两次吸油和压油的过程，因此，双作用式叶片泵大多是定量泵。 第3章流体传动与控制动力元件 图313双作用式叶片泵的工作原理 第3章流体传动与控制动力元件 图314配流盘 第3章流体传动与控制动力元件 双作用式叶片泵如不考虑叶片厚度，泵的输出流量是均匀的

33、，但实际叶片是有厚度的，长半径圆弧和短半径圆弧也不可能完全同心，尤其是叶片底部槽与压油腔相通，因此泵的输出流量将出现微小的脉动，但其脉动率较其它形式的泵（螺杆泵除外）小得多，且在叶片数为4的整数倍时最小，为此，双作用叶片泵的叶片数一般为12片或16片。叶片在工作过程中，受到离心力和叶片底部的液压力作用，使叶片和定子紧密接触。当叶片转到压油区时，定子内壁迫使叶片缩向转子中心。在双作用式叶片泵中，将叶片顺着转子回转方向前倾一个角度，可减小定子内壁对叶片作用的侧向力，使叶片在槽中移动灵活，并减少磨损。 第3章流体传动与控制动力元件 双作用式叶片泵的配流盘结构如图314所示。在配流盘上有两个吸油窗口2

34、、4和两个排油窗口1、3，窗口之间为密封区，密封区的中心角略大于或大于两个叶片间的夹角，保证高低压油区分隔开的密封。当两个叶片间的密封油液由吸油区过渡到密封区时，压力基本上是吸油压力。当转子转过一个微小的角度时，该密封腔和压油腔相通，油压突然升高，油液的体积收缩，压油腔的油液倒流到该腔，泵的瞬吋流量突然减小而引起液压泵的流量脉动、压力脉动、振动和噪音。为了消除这一现象，可在配流盘的压油窗口靠近叶片处从吸油区进入密封区的一边开设三角槽，通常在配流盘接近中心位置处开槽。槽和压油腔相通，并和转子叶片槽底部相通，使叶片底部作用有压力油。 第3章流体传动与控制动力元件 双作用式叶片泵因两个排油口对称布置

35、，转子所受径向液压力完全平衡，故又称平衡式叶片泵。由于双作用式叶片泵驱动轴的轴承受力平衡，其工作压力、使用寿命都比单作用式叶片泵高。双作用式叶片泵除有单联泵外，还有双联、三联的双作用式叶片泵。 第3章流体传动与控制动力元件 3.3.3叶片泵的应用叶片泵的应用叶片泵应用时的注意事项主要包括以下几方面:（1）叶片泵主要适用于中、低压且要求较高的系统中。（2）叶片泵中使用的油液黏度要合适，转速不能太低，一般在5001500r/min。(3)叶片在槽中有滑动运动，抗污染能力差，因此要注意油液的清洁，防止叶片出现卡死现象。(4)通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片折断。(5)制造加工要求高，

36、因此成本与齿轮泵相比要高。 第3章流体传动与控制动力元件 3.4柱塞泵柱塞泵3.4.1轴向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵的结构及工作原理如图315所示。轴向柱塞泵可分为斜盘式（见图315（a）和斜轴式（见图315（b）两种。这两种泵都是变量泵，通过调节斜盘或斜轴倾角，即可改变泵的输出流量。 第3章流体传动与控制动力元件 图315轴向柱塞泵的结构及工作原理 第3章流体传动与控制动力元件 图316配流盘 第3章流体传动与控制动力元件 斜盘式轴向柱塞泵是由传动轴、斜盘、柱塞、缸体和配流盘(见图316)等主要零件组成的。传动轴带动缸体旋转，斜盘和配流盘是固定不动的。柱塞均布于缸体内，并且柱塞头部靠机械装置

37、或在低压油作用下紧压在斜盘上。斜盘的法线和缸体轴线交角为斜盘倾角。当传动轴按图示的方向旋转时，柱塞随缸体转动的同时还在机械装置或低压油的作用下，在缸体内作往复运动，柱塞在其自下而上的半圆周内旋转时向外伸出，使缸体内孔和柱塞形成的密封工作容积不断增加，产生局部真空，将油液经配流盘的吸油口吸入；柱塞在其自上而下的半圆周内旋转时又逐渐压入缸体内，使密封容积不断减小，将油液从配流盘窗口向外压出。缸体每转动一次，完成吸、压油一次。如果改变倾角的大小，就能改变柱塞行程长度，也就改变了泵的排量；如果改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油的方向，此时就成为双向变量轴向柱塞泵。 第3章流体传动与控制动力元件 图3

38、15（b）是斜轴式轴向柱塞泵的工作原理图。斜轴式轴向柱塞泵当传动轴在电动机的带动下转动时，连杆推动柱塞在缸体中往复运动，同时连杆的侧面带动柱塞连同缸体一同旋转。利用固定不动的平面配流盘的吸入、压出窗口进行吸油、压油。若改变缸体的倾斜角度，就可改变泵的排量；若改变缸体的倾斜方向，就可成为双向变量轴向柱塞泵。 轴向柱塞泵缸体旋转一周排出的液体体积即排量为 tan22RzdV (315) 第3章流体传动与控制动力元件 泵的实际输出流量q为VnRzdqtan22(316) 式中:z柱塞数；d柱塞直径；R缸体上柱塞孔的分布圆半径；斜盘倾角；n轴的转速；V泵的容积效率。 第3章流体传动与控制动力元件 3.

39、4.2径向柱塞泵径向柱塞泵径向柱塞泵的柱塞运动方向与液压缸缸体的中心线垂直，柱塞沿径向均匀分布在缸体上的柱塞孔内。径向柱塞泵又可分为固定液压缸式和回转液压缸式两种。径向柱塞泵的结构及工作原理如图317所示。配流轴和定子不动，当缸体转动时，柱塞随缸体一起旋转，并在离心力和油压的作用下压紧在定子的内环上。由于缸体与定子有一定的偏心距，柱塞随着缸体转动时也在柱塞孔中作往复运动，处于吸油腔的柱塞（图317（a）中缸体的下半圆）逐渐伸出，柱塞底部的密闭工作腔增大，形成真空，油液经配流轴上的吸油窗口吸入其内；处于排油腔的柱塞（图317（a）中缸体的上半圆）逐渐缩回，油液受挤压，经配流轴上的排油窗口排出。

40、第3章流体传动与控制动力元件 图317径向柱塞泵的结构及工作原理 第3章流体传动与控制动力元件 设柱塞的直径为d，柱塞数为z。由于径向柱塞泵的定子和转子存在偏心距e，所以缸体每转一周时，各柱塞吸、排油各一次，完成一个往复行程，其行程长度等于偏心距的2倍。因此，泵的理论排量V及实际流量q为 22zedV(317) Vzedq22(318) 第3章流体传动与控制动力元件 3.4.3柱塞泵的特点及应用柱塞泵的特点及应用与齿轮泵和叶片泵相比，柱塞式液压泵具有以下特点:（1）柱塞泵工作压力高，一般情况下压力范围为2040MPa，最高工作压力可达到100MPa；容积效率高，可达到92%98%，因此，额定工

41、作压力高，可达35MPa。（2）流量大，易于实现变量，可制成各种类型的变量泵。（3）工作转速高，功率与质量之比在所有的液压泵中最大；流量、压力脉动小，运转平稳。（4）主要零件均受压，使材料的强度得以充分利用，寿命长，单位功率重量小。但零件制造精密，制造成本高，使用时对油液的清洁度要求高。 第3章流体传动与控制动力元件 3.5各类液压泵的性能比较及应用各类液压泵的性能比较及应用3.5.1液压泵的图形符号液压泵的图形符号各类液压泵的图形符号如图318所示。 图318液压泵的图形符号 第3章流体传动与控制动力元件 3.5.2液压泵的选择原则液压泵的选择原则1.变量的要求变量的要求选择液压泵首先要考虑

42、液压系统对泵的要求中是否要求变量。径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用式叶片泵可作为变量泵，齿轮泵和双作用式叶片泵多为定量泵。2.工作压力的确定工作压力的确定不同类型的液压泵提供的工作压力大小有很大区别:柱塞泵的压力一般为31.5MPa；叶片泵压力一般为6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力一般为2.5MPa，高压化以后可达21MPa。 第3章流体传动与控制动力元件 3.工作环境工作环境工作环境的好坏会直接影响到液压泵的使用，其中齿轮泵的抗污染能力最好，而叶片泵和柱塞泵的抗污染能力较差。4.噪声指标噪声指标低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用式叶片泵和螺杆泵；双作用式叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均

43、匀。5.效率效率轴向柱塞泵的总效率最高；同结构的泵，排量大的泵总效率高；同排量的泵在额定工况下总效率最高。选择液压泵时，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的形式，再根据液压泵所应保证的额定压力和额定流量来确定它的具体规格。 第3章流体传动与控制动力元件 液压泵的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损失，泵的最大工作压力p泵可按下式确定:p泵k压p缸式中:p泵液压泵所需要提供的压力（Pa）；k压系统中压力损失系数，取1.31.5；p缸液压缸中所需的最大工作压力（Pa）。液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量，即q泵K流q缸式中:q泵液压泵所需输出的流量（m

44、3/min）；K流系统的泄漏系数，取1.11.3；q缸液压缸所需提供的最大流量（单位:m3/min）。 第3章流体传动与控制动力元件 若为多液压缸同时动作，q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。在p泵、q泵求出以后，就可具体选择液压泵的规格，选择时应使实际选用泵的额定压力大于所求出的p泵值，通常可放大25%。泵的额定流量略大于或等于所求出的q缸值即可。第3章流体传动与控制动力元件 3.5.3电动机参数的选择电动机参数的选择驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定: 60泵泵qpP式中：P电动机所需的功率，单位(k)；P泵泵所需的最大工作压力，单位：(Pa)；q泵泵所需输出的最大流量，单

45、位：m/min；泵的总效率。各种泵的总效率大致为：齿轮泵0.6 0.7，叶片泵0.6 0.75；柱塞泵0.8 0.85。 第3章流体传动与控制动力元件 3.5.4液压泵的性能比较液压泵的性能比较 在经济发展的各个领域中，液压泵的应用范围很广，可以整体归纳为两大类:一类统称为固定设备用液压装置，如各类机床、液压机、注塑机、轧钢机等；另一类统称为移动设备用液压装置，如起重机、汽车、飞机等。这两类液压装置对液压泵的选用有较大的差异，它们的区别见表33。各类液压泵的应用情况如表34所示。 第3章流体传动与控制动力元件 表表 3-3 两类不同液压装置的主要区别两类不同液压装置的主要区别 固定设备用固定设

46、备用 移动设备用移动设备用 原动机多为电动机，驱动转速较稳定，且多为1450r/min 左右 原动机多为内燃机，驱动转速变化范围较大，一般为500r/min4000r/min 左右 多采用中压范围，由 7MPa 21MPa,个别可达 25MPa 多采用中、高压范围，压力范围由 14MPa 35MPa,个别高达 40MPa 环境温度稳定，液压装置工作温度约 50 70 环境温度变化大，液压装置工作温度约20 110 工作环境较清洁 工作环境较肮脏。尘埃多 因在室内工作，要求噪声低，应不超过 80dB 因在室外工作，噪声可较大，允许达到 90dB 空间布置尺寸较宽裕，利于维修、保养 空间布置尺寸紧

47、凑，不利于维修、保养 第3章流体传动与控制动力元件 表表 3-4 各类液压泵的应用各类液压泵的应用 类型类型 应用范围应用范围 齿轮泵 机床、农业机械、工程机械、航空、船舶、一般机械 叶片泵 机床、注塑机、工程机械、液压机、飞机等 螺杆泵 精密机床及机械、食品化工、石油、纺织机械等 柱塞泵 工程机械、运输机械、锻压机械、船舶和飞机、机床和液压机 第3章流体传动与控制动力元件 3.6液压泵站的组成及应用液压泵站的组成及应用 液压泵站也是液压站，是独立的液压系统，它按驱动装置的要求供油，并控制油流的方向、压力和流量。液压泵站使用在主机与液压装置可分离的各种液压机械中。使用前将液压站与主机上的执行机

48、构用油管相连，液压机械即可实现各种规定的操作。液压泵站通常由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能器组件五个相对独立的部分组成。其中液压泵组由两个及以上的液压泵组成，可对液压系统提供多个工作压力及工作流量。油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能器组件的具体组成及作用等详见第6章的有关内容。 第3章流体传动与控制动力元件 液压泵组有不同的分类方式:按液压泵组布置方式可分为上置式液压泵站(见图319（a）、（b）)、非上置式液压泵站(见图319（c）)、柜式和便携式液压泵站；按液压泵组的驱动方式可分为电动型、机动性和手动型三种；按液压泵组输出压力高低和流量特性可分为低压、中压、高压和超高压四

49、种。 第3章流体传动与控制动力元件 图319液压泵站中液压泵组的不同布置方式 第3章流体传动与控制动力元件 3.7气源装置气源装置气源装置与液压泵一样是动力元件，为系统提供动力源。气压传动系统中的气源装置是为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，它是气压传动系统的重要组成部分。气源装置的主体是空气压缩机，空气压缩机产生的压缩空气需要经过降温、净化、减压、稳压等一系列的处理来满足气压系统的工作要求。而使用过的压缩空气排放进入大气时，会产生噪声，应采取降噪措施，改善劳动条件和环境。 第3章流体传动与控制动力元件 3.7.1气源装置的组成和布置气源装置的组成和布置1.对压缩空气的要求对压缩空气的要

50、求(1)压缩空气应具有一定的压力和足够的流量。因为压缩空气是气动装置的动力源，没有一定的压力不但不能保证执行机构产生足够的推力，甚至连控制机构都难以保证实现正确动作；没有足够的流量，就不能满足对执行机构运动速度和程序的要求等。总之，压缩空气没有一定的压力和流量，气动装置的功能就无法实现。 第3章流体传动与控制动力元件 （2）压缩空气应有一定的清洁度和干燥度。清洁度是指气源中含油量、含灰尘杂质的质量及颗粒大小的综合指标要求；一定的清洁度是指反映综合指标的各量都要控制在特定范围内。干燥度是指压缩空气中含水量的多少，气动装置要求压缩空气的含水量越低越好。由空气压缩机排出的压缩空气虽然能满足一定的压力