1、第3章 液压动力元件安徽工业经济职业技术学院第3章 液压动力元件 3.1 液压泵概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵3.1 液压泵概述 液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流；1.液压泵的工作原理 2.液压泵的主要性能参数 3.液压泵的类型1.液压泵的工作原理 1.液压泵的工作原理单柱塞液压泵液压泵是靠密封工作油腔的容积变化密封工作油腔的容积变化来进行工的，因此它必须具有一个（或多个）密封的工作油腔。当液压泵运转时，该油腔的容积必须不断由小逐渐加大，形成真空，油箱中的油液才能被吸入。当油腔容积由大逐渐减小时，油被挤压
2、在密封工作油腔中，压力才能升高，压力的大小取决于油液从泵中输出时受到的阻力。这种泵的输油能力（或输出流量）的大小取决于密封工作油腔的数目以及容积变化的大小和频率；1.液压泵的工作原理 液压泵的工作的必要条件：液压泵的工作的必要条件：1.液压泵必须有一个或若干个周期变化的密封容积；2.液压泵心须有配流装置，将吸油和压油的过程分开；3.油箱液面通大气或油箱充气（油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力）。2.液压泵的主要性能参数 2.液压泵的主要性能参数（1）工作压力和额定压力）工作压力和额定压力（2）排量和流量）排量和流量（3）功率与效率）功率与效率2.液压泵的主要性能参数（1）工作压力和额
3、定压力）工作压力和额定压力 工作压力工作压力p p：指泵实际工作时输出油液的压力，其值取决于外界负载（管阻、摩擦、外负载）；额定压力额定压力p pn n ：指泵在正常工作条件下，按实验标准规定能够连续运转的最高压力；如果：p pp pn n 则称此液压泵过载过载；最高允许压力最高允许压力p pmaxmax ：泵在短时间内允许超载使用(pmax)的极限压力；三者之间的关系式：p pn pmax 2.液压泵的主要性能参数（2）排量和流量）排量和流量排量排量V：在没有泄漏的情况下，泵每转一转所排出的液体的体积。单位(m3/r)或(mL/r)理论流量理论流量qt t:理论流量qt 是指在没有泄漏的情况
4、下，单位时间内所输出的油液体积。其大小与泵轴转速n和排量V有关，即即:qt t=V n实际流量实际流量q:液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。额定流量额定流量qn n:液压泵在正常工作条件下,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。三者之间的关系式：q qn qt2.液压泵的主要性能参数（3）功率与效率）功率与效率 液压泵由电机驱动：输入量是转矩转矩T和转速转速n（角速度角速度），），输出量是液体的压力压力p p 和流量流量q q；输入功率输入功率:Pi=T=2nT 输出功率输出功率:Po=pq 结论：结论：如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，
5、则输出功率等于输入功率，则 Po=Pi ，即 pqt=2nTt 实际上有能量损失（功率损失）Po Pi2.液压泵的主要性能参数 功率损失的形式：容积损失容积损失和机械损失机械损失 容积损失：容积损失：因内泄漏、气穴和油液在高压下受压缩而造成的流量损失，内泄漏是主要原因。因而泵的压力增高，输出的实际流量就减小；容积效率容积效率 v：实际流量与理论流量之比值 v=q/qt =（qt-q）/qt=1-q/qt q 某一工作压力下液压泵的流量损失，即泄漏量。2.液压泵的主要性能参数 机械损失：机械损失：因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。设转矩损失为T,实际输入转矩为T=Tt+T，要比理论输入转矩Tt大。
6、机械效率机械效率 m：理论转矩与实际输入转矩之比值 m=Ti/T=1-T/T2.液压泵的主要性能参数 总效率总效率:液压泵的实际输出功率与其输入功率的比 结论：结论：总效率等于容积效率与机械效率之乘积。总效率等于容积效率与机械效率之乘积。mViiioTpVVnqVnTpqVPP223.液压泵的类型液压泵类型液压泵类型:结构形式结构形式:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等;泵的输出流量能否调节泵的输出流量能否调节(按排量是否可调节）按排量是否可调节）:定量泵和变量泵;泵的额定压力的高低泵的额定压力的高低:低压泵、中压泵和高压泵;3.液压泵的类型液压泵的图形符号：液压泵的图形符号：3.液压泵的类型
7、例题：例题：某液压泵在转速n=950r/min时，理论流qt=160L/min。在同样的转速和压力p=29.5MPa 时，测得泵的实际流量为q=150L/min，总效率=0.87，求：(1)泵的容积效率 v；(2)泵在上述工况下所需的电动功率Po；(3)泵在上述工况下的机械效率 m；(4)驱动泵的转矩T？3.2 齿轮泵 1.齿轮泵的工作原理 2.齿轮泵的流量 3.齿轮泵的特点1.齿轮泵的工作原理工作原理：工作原理：密封容积形成：密封容积形成：齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成 齿轮退出啮合,容积吸油密封容积变化密封容积变化 齿轮进入啮合,容积压油吸压油口隔开：吸压油口隔开：两齿轮啮合线及泵盖 2.
8、齿轮泵的流量齿轮泵的排量：齿轮泵的排量：V=dhb=2zm2b式中：d齿轮分度圆直径；h有效齿高，h=2m；b齿轮宽；z齿轮齿数；m齿轮模数。泵的流量为泵的流量为:理论流量：理论流量：qt=Vn=2zm2bn=6.66zm2bn实际流量：实际流量：q=qt v=2zm2bn v=6.66zm2bn v 结结 论：论：1 1、齿轮泵的齿轮泵的qt是齿轮几何参数和是齿轮几何参数和转速的函数；转速的函数；2 2、转速等于常数，流量等于转速等于常数，流量等于常数常数 齿轮泵是齿轮泵是定量泵定量泵 3 3、理论流量与出口压力无关理论流量与出口压力无关2.齿轮泵的流量 由于齿轮啮合过程中工作腔容积变化率不
9、是常数，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。以流量脉动率流量脉动率来评价瞬时流量的脉动。设qmax、qmin 表示最大瞬时流量和最小瞬时流量。流量脉动率可用下式表示 =（qmax qmin）/q流量脉动结果：流量脉动结果：引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，影响传动的平稳性。3.齿轮泵的特点1.困油现象及其消除措施2.径向作用力不平衡3.泄漏4.优缺点1.困油现象及其消除措施 1.困油现象及其消除措施 产生原因：为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时的重的重合度必须大于合度必须大于1；有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故在齿向
10、啮合线间形成一个有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故在齿向啮合线间形成一个封封闭容积；闭容积；1.困油现象及其消除措施 困油引起的结果：ab ab 容积缩小容积缩小 p p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。动，同时无功损耗增大，油液发热。bc bc 容积增大容积增大 p p 形成局部真空，产生气穴，引起振动、形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等噪声、汽蚀等总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等
11、，直接影响泵的定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。工作寿命。1.困油现象及其消除措施 消除困油的方法：原则原则 ：ab 密封容积减小，使之通压油口密封容积减小，使之通压油口bc 密封容积增大，使之通吸油口密封容积增大，使之通吸油口b 密封容积最小，隔开吸压油密封容积最小，隔开吸压油方法：方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消除困油，将卸荷槽整个向吸油腔侧平除困油，将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好移一段距离，效果更好2.径向作用力不平衡径向不平衡力的产生：径向不平衡力的产生：液压力 液体分布规律：液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，压力沿齿轮
12、外圆逐齿降低。p，径向不平衡力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产生振动 和噪声。改善措施：改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用面积；3.泄漏 泄漏：泄漏：1.通过齿轮啮合处的间隙约占齿轮泵总泄漏量的 5%；2.通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙约占齿轮泵总泄漏量的 20%-25%；3.通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙约占齿轮泵总泄漏量的 75%-80%；总之：泵压力愈高，泄漏愈大总之：泵压力愈高，泄漏愈大。3.泄漏 结论结论:齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力，因而限制了压力的提高。为使齿轮泵能在高压下工作，常采取的措施为：减小径向不平衡力；提高轴与轴承的刚度；同时对泄漏量最大的端面间隙采用
13、自动补偿装置：浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。4.优缺点 外啮合齿轮泵的优点：外啮合齿轮泵的优点：结构简单，制造容易，体积小，重量轻，成本低，自吸性能好，工作可靠，对油液污染不敏感，维护方便。外啮合齿轮泵的缺点：外啮合齿轮泵的缺点：容积效率较低，流量脉动和压力脉动较大，噪声也大。应用：应用：低压外啮合齿轮泵广泛应用于机床(磨床、珩磨机)的液压传动系统和各种补油、润滑及冷却装置以及液压系统中的控制油源等。中高压齿轮泵主要用于工程机械、农业机械、轧钢设备和航空技术中。3.3
14、 叶片泵 叶片泵根据工作原理可分为单作用式及双作用式两类；1.单作用叶片泵 2.双作用叶片泵 3.限压式变量叶片泵 4.叶片泵的特点1.单作用叶片泵 1.1.单作用叶片泵单作用叶片泵 组成：组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。工作原理：工作原理：v密密形成：形成：定子、转子、叶片、配流盘围成；v密密变化，转子逆转：变化，转子逆转：右半周，叶片伸出，v密，吸油 左半周，叶片缩回，v密，压油吸压油腔隔开：吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片 1转子 2定子 3叶片1.单作用叶片泵 单作用叶片泵特点：单作用叶片泵特点：（1）转子转一转，吸压油各一次。转子转一转，吸压油各一次。称单作用式称单
15、作用式 （2）吸压油口各半，径向力不平。吸压油口各半，径向力不平。称非卸荷式称非卸荷式1.单作用叶片泵 单作用叶片泵的实际流量：单作用叶片泵的实际流量：式中：式中：B叶片宽度；e-转子与定子偏心距；D定子内径；n-泵的转速；v泵的容积效率。VBeDnq2改变转子与定子的偏心量e，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调成几乎是同心，则流量接近于零。因此单作用叶片泵大多为变量泵变量泵。1.单作用叶片泵 单作用叶片泵的流量脉动：单作用叶片泵的流量脉动：单作用叶片泵定、转偏心安装 其容积变化不均匀，故 有流量脉动 理论分析表明：叶片数为奇数时脉动率较小，故一般叶片数为13或15 1.单作用叶片泵
16、特点：特点：(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时,吸油压油方向也相反;(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内；(3)由于转子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；(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，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24。2.双作用叶片泵组成：组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。工作原理：工作原理：V V密密形成：形成：定子、转子和相邻两叶片、配流 盘围成；V V密变化：转子顺转：密变化：转子顺转：左上、右下，叶片伸出，V密吸油；右上、左下，叶片缩回，V密压油；吸压油口
17、隔开：吸压油口隔开：配油盘上封油区及叶片 1定子 2转子 3叶片2.双作用叶片泵双作用叶片泵特点：双作用叶片泵特点：1）转子转一转，吸、压油各两次。转子转一转，吸、压油各两次。称双作用式称双作用式 2）吸、压油口对称，径向力平衡。吸、压油口对称，径向力平衡。称卸荷式称卸荷式2.双作用叶片泵VBnrRq)(222单作用叶片泵的实际流量：单作用叶片泵的实际流量：结论：结论：双作用叶片泵为定量泵，双作用叶片泵仍存在流量脉动，当叶片数为4的整数倍、且大于8时的流量脉动较小，故通常取叶片数为12或16。2.双作用叶片泵 YBYB1 1型叶片泵的结构：型叶片泵的结构：3.限压式变量叶片泵 组成：组成：变量
18、泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸。工作原理：工作原理：当pA ksx0时，定子右移，e，q 3.限压式变量叶片泵 特性曲线：限定压力限定压力p pB B:泵在保持最大输出流量不变时，可达到的最高压力 极限压力极限压力p pc c:外载进一步加大时泵的工作压力不再升高，这时定子和转子间的偏心量为零，泵的实际输出流量为零 当当p pp pB B时，时，pA kxpA pp pB B时，时，pA=kpA=k（x x0 0+x+x）变量泵）变量泵由上可以看出：由上可以看出：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
19、耗，避免油温上升。3.限压式变量叶片泵调整过程调整过程:调整螺钉螺钉1 1可改变原始偏心量e e0 0，即调节泵的最大输出流量，亦即改变A点的位置，使AB线段上下平移；调整螺钉螺钉4 4可改变弹簧预压缩量弹簧预压缩量，即调节限定压力pB B大小，亦即改变B点的位置，使BC线段左右平移；改变弹簧刚度弹簧刚度k k，则可改变BC线段的斜率斜率，弹簧越“软”（k值越小），BC线段越陡，pc c值越小；反之，弹簧越“硬”（k值越大），BC线段越平坦，pc c值越大3.限压式变量叶片泵 限压式变量叶片泵的应用：限压式变量叶片泵的应用：（1）执行机构需要有快、慢速运动的场合 如：组合机床进给系统实现快进、
20、工进、快退等 快进或快退：用AB段 工进：用BC段（2）定位夹紧系统 定位夹紧：用AB段 夹紧结束保压：用C点4.叶片泵的特点主要优点：主要优点：(1)输出流量比齿轮泵均匀，运转平稳，噪声小。(2)工作压力较高，容积效率也较高。(3)单作用式叶片泵易于实现流量调节，双作用式叶片泵则因转子所受径向液压力平衡，使用寿命长。(4)结构紧凑，轮廓尺寸小而流量较大。主要缺点：主要缺点：(1)自吸性能较齿轮泵差，对吸油条件要求较严，其转速范围必须在5001500 r/min范围内。(2)对油液污染较敏感，叶片容易被油液中杂质咬死，工作可靠性较差。(3)结构较复杂，零件制造精度要求较高，价格较高。应用：应用
21、：叶片泵一般用在中压(6.3 MPa)液压系统中，主要用于机床控制，特别是双作用式叶片泵因流量脉动很小，因此在精密机床中得到广泛使用。*斜盘式斜盘式 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 按柱塞排列方式按柱塞排列方式 斜轴式斜轴式 径向柱塞泵径向柱塞泵 工作原理：工作原理：靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸压油。压油。圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点：有如下特点：（1）工作压力高，效率高。（2）易于变量；（3）流量范围大；3.4 柱塞泵3.4 柱塞泵 1.轴向柱塞泵工作原理 2.轴向柱塞泵流量
22、 3.特点1.轴向柱塞泵工作原理 轴向柱塞泵特征：轴向柱塞泵特征：柱塞轴线平行缸体的轴线 轴向柱塞泵的组成：轴向柱塞泵的组成：配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等轴向柱塞泵工作原理：轴向柱塞泵工作原理：V密形成密形成：柱塞和缸体配合而成。V密变化，缸体顺转：密变化，缸体顺转：右半周，V密增大，吸油；左半周，V密减小，压油；吸压油口隔开：吸压油口隔开：配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔；2.轴向柱塞泵流量 实际流量：实际流量：q =D(tan)zvd2/4 式中：z柱塞数，d柱塞直径，D柱塞孔的分布圆直径，斜盘倾角改变斜盘倾角的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量；改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油方向(双向变量轴向柱塞泵)流量脉动：当柱塞数较多并为奇数时脉动较小，故柱塞泵的柱塞数一般为奇数，常取 7或9；SCY14-1型斜盘式轴向柱塞泵的结构3.特点柱塞泵特点柱塞泵特点:1）工作压力高，容积效率高，p2040MPa，Pmaxmax可到100MPa；2）流量大，易于实现变量；3）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。应用应用:高压大流量
