1、第3章 液压泵与液压马达 第3章 液压泵与液压马达 3.1 液压泵概述液压泵概述 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 螺杆泵螺杆泵 3.6 液压泵的选用液压泵的选用 3.7 液压泵常见故障及维修液压泵常见故障及维修 3.8 液压马达液压马达 思考和练习题思考和练习题 第3章 液压泵与液压马达 3.1 液液 压压 泵泵 概概 述述 3.1.1 3.1.1 液压泵的工作原理及特点液压泵的工作原理及特点1.1.液压泵的工作原理液压泵的工作原理液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵。图3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞
2、2与泵体3形成一个密封容积V，柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转，从而使柱塞2作往复运动，使密封容积V的大小发生周期性的交替变化。当V由小变大时就形成部分真空，油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6,进入密封腔而实现吸油；反之，当V由大变小时，密封腔中吸满的油液将顶开单向阀5,流入系统而实现压油，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成了液体的压力能。第3章 液压泵与液压马达 图3-1 液压泵工作原理图 第3章 液压泵与液压马达 2 2液压泵的特点液压泵的特点单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：(1
3、)具有若干个周期性变化的密封容积，密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油。液压泵输出油液的多少只取决于此密封容积的变化量及其变化频率。这是容积式液压泵的一个重要特性。(2)油箱内液体的绝对压力必须等于或大于大气压力，这是容积式液压泵能够吸入油液的必要外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。第3章 液压泵与液压马达(3)具有相应的配流机构，将吸油腔与排油腔隔开。它保证密封容积由小变大时只与吸油管连通，密封容积由大变小时只与压油管连通。图31 中的单柱塞泵中的两个单向阀5和6就是起配流作用的，是配流机构的一种类型。按照结构形式的不同，液压泵分为齿轮式、叶片式
4、、柱塞式和螺杆式等类型。按照输出油液的流量可否调节，液压泵又有定量式和变量式之分。第3章 液压泵与液压马达 3.1.2 3.1.2 液压泵的性能参数液压泵的性能参数1.1.压力压力1）工作压力液压泵工作时输出油液的实际压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。第3章 液压泵与液压马达 2)额定压力泵在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力称为泵的额定压力。泵的额定压力受泵本身的泄漏和结构强度制约，当泵的工作压力超过额定压力时，泵就会过载。由于液压传动的用途不同，系统所需的压力也不相同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等
5、级，见表3-1。表表 3-1 压压 力力 等等 级级 压力等级 低压 中压 中高压 高压 超高压 压力(MPa)2.5 2.5-8 8-16 16-32 32 第3章 液压泵与液压马达 2 2 排量和流量排量和流量1）排量V在不考虑泄漏的情况下，液压泵每转一周所排出的液体的体积称为液压泵的排量。其大小由液压泵密封容积几何尺寸变化而得到，常用单位为ml/r。排量可以调节的液压泵称为变量泵；排量不可以调节的液压泵则称为定量泵。第3章 液压泵与液压马达 2)理论流量qt在不考虑液压泵泄漏的条件下，在单位时间内所排出的液体体积称为理论流量。显然，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
6、量的计算公式为 Vnqt(3-1)第3章 液压泵与液压马达 3）实际流量qt 液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体的实际体积称为实际流量，它等于理论流量qt减去泄漏流量q，即 qqqt(3-2)式中:q为液压泵的泄漏量，它是理论流量与实际流量之间的差值，即 qqqqt(3-3)q与泵的工作压力p有关，因泵内机件间的间隙很小，泄漏油液可视为层流，故q与p成正比，即 kpq(3-4)式中：k为液压泵的泄漏系数。第3章 液压泵与液压马达 图 3-2 泵的泄漏量、流量与压力的关系 第3章 液压泵与液压马达 4)额定流量qn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
7、保证的流量称为额定流量，用qn表示。额定流量是泵正常工作时实际流量的最小值。第3章 液压泵与液压马达 3 3液压泵的功率液压泵的功率1)输出功率Po 泵输出的是液压能，表现为输出油液的压力p和流量q。以图3-3所示的泵缸系统为例，当忽略输送管路及液压缸中的能量损失时，液压泵的输出功率应等于液压缸的输入功率,又等于液压缸的输出功率，即 pqpAvFvP0(3-5)式（3-5)表明，在液压传动系统中，液体所具有的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积。第3章 液压泵与液压马达 图 3-3 液压泵输出功率的计算第3章 液压泵与液压马达 2)输入功率Pi液压泵的输入功率为泵轴的驱动功率，其值为 iinT
8、P2(3-6)式中:Ti为液压泵的输入转矩，n为泵轴的转速。液压泵在工作中，由于泄漏和机械摩擦会造成能量损失，故其输出功率Po小于输入功率Pi，即PoPi。第3章 液压泵与液压马达 4 4 液压泵的效率液压泵的效率1)容积效率液压泵实际流量与理论流量的比值称为容积效率，以v表示 ttttvqqqqqqq1（3-7）第3章 液压泵与液压马达 2)机械效率液压泵在工作时存在机械摩擦(相对运动零件之间的摩擦及液体粘性摩擦)，因此驱动泵所需的实际输入转矩Ti必然大于理论转矩t。理论转矩与实际输入转矩的比值称为机械效率，以m表示 itmTT(3-8)因泵的理论功率(当忽略能量损失时)表达式为 tttnT
9、pVnpqP2(3-9)第3章 液压泵与液压马达 所以有 2tpVT(3-10)将其代入式(3-8)，得 im2 TpV(3-11)第3章 液压泵与液压马达 3)总效率泵的输出功率与输入功率的比值称为泵的总效率，以表示 22ovmiiiPpqqpVPnTVnT (3-12)式(3-12)说明，液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。综上所述，泵的理论流量、实际流量、理论转矩、实际转矩、容积效率、机械效率和总效率之间的关系如图3-4所示。第3章 液压泵与液压马达 图 3-4 液压泵有关参数之间的关系曲线 第3章 液压泵与液压马达 3.2 齿齿 轮轮 泵泵 3.2.1 3.2.1 外啮合齿轮泵
10、外啮合齿轮泵1.1.外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理如图3-5所示，在泵体内有一对齿数、模数都相同的外啮合渐开线齿轮。齿轮两侧有端盖(图中未示出)。泵体、端盖和齿轮之间形成了密封容腔，并由两个齿轮的齿面接触线将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当齿轮按图示方向旋转时，左侧吸油腔内相互啮合的轮齿相继脱开，使密封容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下进入吸油腔，并随着旋转的轮齿进入右侧压油腔。第3章 液压泵与液压马达 图 3-5 齿轮泵的工作原理第3章 液压泵与液压马达 2.外啮合齿轮泵的排量和流量外啮合齿轮泵的排量和流量齿轮泵的排量可近似看作两个齿轮的齿槽容积之和。
11、因齿槽容积略大于轮齿体积，故其排量等于一个齿轮的齿槽容积和轮齿体积的总和再乘以一个大于1的修正系数n，即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积，于是泵的排量为 bnzmdhbnV22(3-13)式中:d为分度圆直径，d=mz;h为有效齿高，h=2m；b为齿宽；m为齿轮模数;n为修正系数，n=1.06。第3章 液压泵与液压马达 从而有 bzmV266.6(3-14)齿轮泵的实际输出流量为 vbnzmq266.6(3-15)式(3-15)中的q是齿轮泵的平均流量。实际上，随着啮合点位置的改变，齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。设qmax
12、、qmin分别表示最大、最小瞬时流量，流量脉动率可用下式表示 maxmin100qqq(3-16)第3章 液压泵与液压马达 3 3外啮合齿轮泵的结构要点外啮合齿轮泵的结构要点1）径向作用力不平衡 在齿轮泵中，液体作用在齿轮外圆上的压力是不相等的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转方向逐渐上升，因此齿轮受到径向不平衡力的作用。工作压力越高，径向不平衡力也越大。径向不平衡力过大时能使泵轴弯曲，齿顶与泵体接触，产生摩擦；同时也加速轴承的磨损，这是影响齿轮泵寿命的主要原因。为了减小径向不平衡力的影响，常采用的最简单的办法就是缩小压油口，使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；也可采用如图36所示
13、的在泵端盖设径向力平衡槽的方法。第3章 液压泵与液压马达 图 3-6 齿轮泵径向力平衡槽 第3章 液压泵与液压马达 2）困油现象及其消除措施为使齿轮平稳转动，齿轮啮合重合度必须大于1，即在一对轮齿退出啮合之前，后面一对轮齿已进入啮合，因而在两对轮齿同时啮合的阶段，两对轮齿的啮合点之间形成独立的密封容积，也就有一部分油液会被围困在这个封闭容积之内，如图3-7所示。这个封闭容积先随齿轮转动逐渐减小(由图3-7(a)到图3-7(b)，以后又逐渐增大(由图37(b)到图3-7(c)。封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等部件也会受到附加的不平衡负载的作用；封闭容积
14、增大又会造成局部真空，使溶于油中的气体分离出来，产生气穴，引起噪声、振动和气蚀，这就是齿轮泵的困油现象。第3章 液压泵与液压马达 图 3-7 齿轮泵的困油现象及其消除措施 第3章 液压泵与液压马达 3）端面泄漏及端面间隙的自动补偿齿轮泵存在着三个可能产生泄漏的部位：齿轮齿面啮合处的间隙；泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；齿轮两端面和端盖间的端面间隙。在这三类间隙中，以端面间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的75%80%。泵的压力愈高，间隙越大，泄漏就愈大，因此一般齿轮泵只适用于低压系统，且其容积效率很低。为减小泄漏，用设计较小间隙的方法并不能取得好的效果，因为间隙过小，端面之间的机械摩擦损失增加，会降
15、低机械效率，而且泵在经过一段时间运转后，由于磨损而使间隙变大，泄漏又会增加。为使齿轮泵能在高压下工作，并具有较高的容积效率，需要从结构上采取措施对端面间隙进行自动补偿。第3章 液压泵与液压马达 通常采用的端面间隙自动补偿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齿轮端面，压力愈高，贴得越紧，因而自动补偿端面磨损和减小间隙。图3-8 所示为采用浮动轴套的中、高压齿轮泵的一种典型结构，图中，轴套1和2是浮动安装的，轴套左侧的空腔均与泵的压油腔相通。当齿轮泵工作时，轴套1和2受左侧油压作用而向右移动，将齿轮两侧面压紧，从而自动补偿了端面间隙。这种齿轮泵的额定工作压力可达1
16、016MPa，容积效率不低于0.9。第3章 液压泵与液压马达 图 3-8 采用浮动轴套的中、高压齿轮泵 第3章 液压泵与液压马达 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轮泵和摆线齿轮泵（又称摆线转子泵）两种，其工作原理见图3-9。渐开线内啮合齿轮泵中，小齿轮与内齿环之间有一月牙形隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开。当小齿轮带动内齿环绕各自的中心同方向旋转时，左半部轮齿退出啮合，形成真空，进行吸油。进入齿槽的油被带到压油腔，右半部轮齿进行啮合，容积减小，从压油口排油。第3章 液压泵与液压马达 图3-9 内啮合齿轮泵(a)渐开线齿形;(b)摆线齿形 第3章 液压泵与液压马达 3.3
17、 叶叶 片片 泵泵 3.3.1 3.3.1 双作用叶片泵双作用叶片泵1.1.双作用叶片泵的工作原理双作用叶片泵的工作原理双作用叶片泵的工作原理如图3-10所示。该泵主要由定子4、转子3、叶片5及装在它们两侧的配流盘1组成。定子内表面形似椭圆，由两段半径为R的大圆弧、两段半径为r的小圆弧和四段过渡曲线所组成。定子和转子的中心重合。在转子上沿圆周均布的若干个槽内分别安放有叶片，这些叶片可沿槽作径向滑动。第3章 液压泵与液压马达 在配流盘上，对应于定子四段过渡曲线的位置开有四个腰形配流窗口，其中两个窗口与泵的吸油口连通，为吸油窗口；另两个窗口与压油口连通，为压油窗口。当转子由轴带动按图示方向旋转时，
18、叶片在自身离心力和由压油腔引至叶片根部的高压油作用下贴紧定子内表面，并在转子槽内往复滑动。当叶片由定子小半径r处向定子大半径R处运动时，相邻两叶片间的密封腔容积就逐渐增大，形成局部真空而经过窗口a吸油；当叶片由定子大半径R处向定子小半径r处运动时，相邻两叶片间的密封腔容积就逐渐减小，通过窗口b压油。转子每转一周，每一叶片往复滑动两次，因而吸、压油作用发生两次，故这种泵称为双作用叶片泵。又因吸、压油口对称分布，作用在转子和轴承上的径向液压力相平衡，所以这种泵又称为平衡式叶片泵。第3章 液压泵与液压马达 图3-10 双作用叶片泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 2.2.双作用叶片泵的排量和流量
19、双作用叶片泵的排量和流量 由图3-10可知，当叶片每伸缩一次时，每相邻两叶片间油液的排出量等于大半径圆弧段的容积与小半径圆弧段的容积之差。若叶片数为z，则双作用叶片泵每转排油量等于上述容积差的2z倍。当忽略叶片本身所占的体积时，双作用叶片泵的排量即为环形体容积的2倍，表达式为 brRV)(222(3-17)泵输出的实际流量则为 vvbnrRVnq)222（(3-18)式中:b为叶片宽度。双作用叶片泵为定量泵。第3章 液压泵与液压马达 3.3.双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点1)定子过渡曲线定子内表面的曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线所组成的。理想的过渡曲线不仅应使叶片在槽中滑动时的径
20、向速度和加速度变化均匀，而且应使叶片转到过渡曲线和圆弧交接点处的加速度突变不大，以减小冲击和噪声。目前双作用叶片泵一般都使用综合性能较好的等加速等减速曲线作为过渡曲线，为了获得更好的性能，有些泵采用了三次以上的高次曲线。第3章 液压泵与液压马达 2)端面间隙的自动补偿图3-11所示为一中压双作用叶片泵的典型结构图。由图可见，为了减少端面泄漏，采取的间隙自动补偿措施是将右配流盘的右侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压向定子。泵的工作压力愈高，配流盘就会更加贴紧定子。同时，配流盘在液压力作用下发生弹性变形，亦对转子端面的间隙进行自动补偿。端面泄漏的减小使泵的容积效率得以提高。第3章 液压泵与
21、液压马达 图 3-11 双作用叶片泵的典型结构 第3章 液压泵与液压马达 3)提高工作压力的主要措施双作用叶片泵转子所承受的径向力是平衡的，同时，采用端面间隙自动补偿后，泵在高压下工作也能保持较高的容积效率。因此双作用叶片泵与一般的齿轮泵相比，工作压力提高许多，但是其工作压力的提高要受叶片与定子内表面之间磨损的制约。前已述及，为了保证叶片顶部与定子内表面紧密接触，所有叶片的根部都是通向压油腔的，当叶片处于吸油区时，其根部作用着压油腔的压力，顶部却作用着吸油腔的压力，这一压力差使叶片以很大的力压紧定子内表面，加速了定子内表面的磨损。当提高泵的工作压力时，这问题就更显突出，所以必须在结构上采取措施
22、，使吸油区叶片压向定子的作用力减小。可以采取的措施有多种，高压叶片泵常用的有双叶片结构和子母叶片结构。第3章 液压泵与液压马达(1)双叶片结构。如图3-12所示，在转子的每一槽内装有两片叶片，叶片顶端和两侧面倒角构成了V形通道，根部压力油经过通道进入顶部，使叶片顶部和根部的油压相等。合理设计叶片顶部棱边的宽度，使叶片顶部的承压面积小于根部的承压面积，从而既保证叶片与定子紧密接触，又不致于产生过大的压力。第3章 液压泵与液压马达(2)子母叶片结构。子母叶片又称复合叶片，如图3-13所示。母叶片1的根部L腔经转子2上虚线所示的油孔始终和顶部油腔相通，而子叶片4和母叶片间的小腔C通过配流盘经K槽总是
23、接通压力油。当叶片在吸油区工作时，推动母叶片压向定子3的力仅为小腔C的油液压力，此力不大，但能使叶片与定子接触良好，保证密封。第3章 液压泵与液压马达 图3-12 双叶片结构 第3章 液压泵与液压马达 图3-13 子母叶片结构 第3章 液压泵与液压马达 4.4.双联叶片泵双联叶片泵将两个双作用叶片泵的主要工作部件装在一个泵体内，并在油路上并联工作，就构成双联叶片泵。双联叶片泵的两个转子由同一传动轴带动旋转，合用一个吸油口，有两个独立的压油口，两个泵可以是相等流量的也可以是不等流量的。双联叶片泵多用于有快进和工作进给要求的机床进给系统，这时双联叶片泵由一小流量泵和一大流量泵组成。当执行机构带动工
24、作部件作轻载快进或快退时，大、小两叶片泵同时输出低压油；当重载慢速工进时，高压小流量泵单独供油，大流量泵输出的油在极低的压力下流回油箱，实现卸荷。系统中采用双联泵可以降低功率损耗，减少油液发热。双联泵也可应用于机床液压系统中互不干扰的独立油路中。第3章 液压泵与液压马达 3.3.2 3.3.2 单作用叶片泵单作用叶片泵1.1.单作用叶片泵的工作原理单作用叶片泵的工作原理与双作用叶片泵显著不同的是，单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形，定子与转子间有一偏心量e，两端的配油盘上只开有一个吸油窗口和一个压油窗口，当转子旋转一周时，每一叶片在转子槽内往复滑动一次，每相邻两叶片间的密封腔容积发生一次增大和
25、缩小的变化，容积增大时通过吸油窗口吸油，容积缩小时则通过压油窗口将油压出，如图3-14所示。由于这种泵在转子每转一转的过程中，吸油压油各一次，因此称单作用叶片泵。这种泵的转子所受的径向液压力不平衡，因而使这种泵工作压力的提高受到了限制。第3章 液压泵与液压马达 图3-14 单作用叶片泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 图 3-15 单作用叶片泵排量的计算 第3章 液压泵与液压马达 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如图3-15所示，当单作用叶片泵的转子每转一周时，每两相邻叶片间的密封容积变化量为V1-V2。若近似把AB和CD看作是以O1为中心的圆弧，当定子内径为D时，
26、此二圆弧的半径即分别为。设转子直径为d，叶片宽度为b，叶片数为z，则有 eDeD22和2222122222DdDdbVebez2222222222DdDdbVebez式中:,为相邻叶片所夹的中心角。z2第3章 液压泵与液压马达 因排量V=(V1-V2)z,故将以上两式代入，并加以整理即得泵的排量近似表达式为 beDV2(3-19)泵的实际流量为 vbeDnq2(3-20)式(3-20)表明，只要改变偏心距e，即可改变流量，故单作用叶片泵常做成变量泵。单作用叶片泵的定子内缘和转子外缘都是圆柱面，由于偏心安置，其容积变化是不均匀的，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
27、为13或15。第3章 液压泵与液压马达 3.3.单作用叶片泵的结构特点单作用叶片泵的结构特点1)定子和转子偏心安置移动定子位置以改变偏心距e，就可以调节泵的输出流量。偏心反向时，吸油压油方向相反。2)径向液压力不平衡单作用叶片泵的转子及轴承上承受着不平衡的径向力,这限制了泵工作压力的提高，故泵的额定压力不超过7 MPa。第3章 液压泵与液压马达 3)叶片后倾为了减小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、吸油区与吸油腔相通的结构形式。因而，叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的。这样，叶片向外运动仅靠离心力的作用。根据力学分析，叶片后倾一个角度更有利于叶片在离心力作用下向外伸出。通
28、常后倾角为24。第3章 液压泵与液压马达 4.限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵1)外反馈式变量叶片泵的工作原理如图3-16所示，转子2的中心O1是固定的，定子3可以左右移动，其中心为O2。在限压弹簧5的作用下，定子被推向左端，使定子中心O2和转子中心O1之间有一初始偏心量e0。它决定了泵的最大流量qmax。定子左侧装有反馈液压缸6，其左腔与泵出口相通。在泵工作过程中，液压缸活塞对定子施加向右的反馈力pA(A为活塞有效作用面积)。设泵的工作压力达到pB值时，定子所受的液压力与弹簧力相平衡，有pBA=kx0(k为弹簧刚度，x0为弹簧的预压缩量)，则pB称为泵的限定压力。当泵的工作压力ppB时，pA
29、kx0，定子不动，最大偏心距e0保持不变，泵的流量也维持最大值qmax;当泵的工作压力ppB时，pAkx0,限压弹簧被压缩，定子右移，偏心距减小，泵的流量也随之迅速减小。第3章 液压泵与液压马达 图3-16 外反馈式变量叶片泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 2)内反馈式变量叶片泵的工作原理内反馈式变量叶片泵的工作原理与外反馈式相似，但泵的偏心距的改变不是依靠外反馈液压缸，而是依靠内反馈液压力的直接作用。内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、压油窗口布置如图3-17所示，由于存在偏角，压油区的压力油对定子的作用力F在平行于转子、定子中心连线O1O2的方向有一分力x。随着泵工作压力p的升高，Fx也增
30、大。当Fx大于限压弹簧5的预紧力kx0时，定子就向右移动，减小了定子和转子的偏心距，从而使流量相应变小。第3章 液压泵与液压马达 图 3-17 内反馈式变量叶片泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 3 3）限压式变量叶片泵的流量压力特性限压式变量叶片泵的流量压力特性限压式变量叶片泵的流量压力特性曲线如图 3-18 所示。图3-18 限压式变量叶片泵的特性曲线 第3章 液压泵与液压马达 3.4 柱柱 塞塞 泵泵 3.4.1 3.4.1 斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵1.1.斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图3-19所示。它主要由斜盘1、柱塞3、
31、缸体2、配流盘4等所组成。泵传动轴中心线与缸体中心线重合，斜盘与缸体间有一倾角，配流盘上有两个窗口。缸体由轴5带动旋转，斜盘和配流盘固定不动。在弹簧6的作用下，柱塞头部始终紧贴斜盘。当缸体按图示方向旋转时，由于斜盘和弹簧的共同作用，使柱塞产生往复运动，各柱塞与缸体间的密封腔容积便发生增大或缩小的变化，通过配流盘上的吸油和压油窗口实现吸油和压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次。第3章 液压泵与液压马达 图 3-19 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 2.2.斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量若柱塞数目为z，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为D，
32、斜盘倾角为(见图 3-20)，当缸体转动一转时，泵的排量为()2tan4dDzgV=(3-21)由式(3-21)可以看出，如果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。如果改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油方向，这时柱塞泵就成为双向变量轴向柱塞泵。第3章 液压泵与液压马达 图 3-20 轴向柱塞泵的流量计算第3章 液压泵与液压马达 泵输出的实际流量为()2tan4vqd Dzng(3-22)柱塞泵的输油量是脉动的。单个柱塞的瞬时流量是按正弦规律变化的。整个泵的瞬时流量是处于压油区的几个柱塞瞬时流量的总和，因而也是脉动的。不同柱塞数目的柱塞泵，其输出流量的脉动率是不同的。
33、具体脉动率的大小如表 3-2 所示。第3章 液压泵与液压马达 表表 3-2 柱塞泵的流量脉动率柱塞泵的流量脉动率 柱塞数 z 5 6 7 8 9 10 11 12 脉动率（%）4.98 14 2.53 7.8 1.53 4.98 1.02 3.45 由表3-2可以看出,柱塞数较多并为奇数时，脉动率较小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。从结构和工艺性考虑，常取z=7或z=9。此时，其脉动率远小于外啮合齿轮泵。第3章 液压泵与液压马达 3.3.斜盘式轴向柱塞泵的结构要点斜盘式轴向柱塞泵的结构要点1)滑履结构在图3-19中，各柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，柱塞头部与斜盘之间为点接触。泵工作时，柱塞
34、头部接触应力大，极易磨损，故一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑履7(见图3-21)，滑履的底平面与斜盘4接触，而柱塞头部与滑履则为球面接触，并加以铆合，使柱塞和滑履既不会脱落，又可以相对转动。这样改点接触为面接触，并且各相对运动表面之间通过小孔引入压力油，实现可靠的润滑方法，极大地降低了相对运动零件表面的磨损。这样，就大大提高了泵的工作压力。第3章 液压泵与液压马达 2)中心弹簧机构柱塞头部的滑履必须始终紧贴斜盘才能正常工作。图3-19中是在每个柱塞底部加一个弹簧。但这种结构中，随着柱塞的往复运动，弹簧易于疲劳损坏。图3-21中改用一个中心弹簧14，通过钢球17和压盘6将滑履压向斜盘并带动柱塞运
35、动，从而使泵具有较好的自吸能力。这种结构中的弹簧只受静载荷，不易疲劳损坏。第3章 液压泵与液压马达 3)变量机构在变量轴向柱塞泵中均设有专门的变量机构，用来改变斜盘倾角的大小，从而调节泵的排量。轴向柱塞泵的变量方式有多种，有手动变量、伺服变量、恒功率变量、恒压变量等。图3-21中是一手动变量机构，设置在泵的左侧。变量时，转动手轮1，螺杆2随之转动，因导向键的作用，变量活塞3便上下移动，通过销5使支承在变量壳体上的斜盘4绕其中心转动，从而改变了斜盘倾角。手动变量机构结构简单，但操纵力较大，通常只能在停机或泵压较低的情况下才能实现变量。第3章 液压泵与液压马达 4)通轴与非通轴结构斜盘式轴向柱塞泵
36、有通轴与非通轴两种结构形式。图3-21所示的泵是一种非通轴型轴向柱塞泵。非通轴型泵的主要缺点之一是要采用大型滚柱轴承来承受斜盘施加给缸体的径向力，轴承寿命较低，转速受到限制，且噪声大，成本高。第3章 液压泵与液压马达 图3-21 手动变量斜盘式轴向柱塞泵 第3章 液压泵与液压马达 图3-22 通轴型轴向柱塞泵 第3章 液压泵与液压马达 3.4.2 斜轴式轴向柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵的工作原理如图3-23所示。+法兰传动轴1与缸体4的轴线倾斜了一个角度，故称为斜轴式泵。连杆两端为球头，一端铰接于柱塞上，另一端与法兰轴形成球铰，它既是连接件又是传动件，利用连杆的锥体部分与柱塞内的接触
37、带动缸体旋转。配流盘固定不动，中心轴6起支承缸体的作用。第3章 液压泵与液压马达 图3-23 斜轴式轴向柱塞泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 当传动轴沿图示方向旋转时，连杆就带动柱塞连同缸体一起转动，柱塞同时也在孔内作往复运动，使柱塞孔底部的密封腔容积不断发生增大和缩小的周期性变化，再通过配流盘5上的窗口a和b实现吸油和压油。改变角度可以改变泵的排量。与斜盘式泵相比较，斜轴式泵转速较高，自吸性能好，结构强度较高，允许的倾角max较大，变量范围较大。一般斜盘式泵的最大斜盘角度为20左右，而斜轴式泵的最大倾角可达40。但斜轴式泵体积较大，结构更为复杂。第3章 液压泵与液压马达 3.4.3 3
38、.4.3 径向柱塞泵径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理如图3-24所示。它主要由定子4、转子(缸体)2、柱塞1、配流轴5、衬套3等组成，柱塞径向均匀布置在转子中。转子和定子之间有一个偏心量e。配流轴固定不动，上部和下部各做成一个缺口，此两缺口又分别通过所在部位的两个轴向孔与泵的吸、压油口连通。配流轴外的衬套与转子内孔是过盈配合，随转子一起转动。当转子按图示方向旋转时，上半周的柱塞在离心力作用下外伸，经过衬套上的油孔通过配流轴吸油；下半周的柱塞则受定子内表面的推压作用而缩回，通过配流轴压油。转子回转一周，每个柱塞根部的密封腔完成一次周期性的变化，实现一次吸、压油。移动定子改变偏心距的大小，便可改变柱
39、塞的行程，从而改变排量。若改变偏心距的方向，则可改变吸、压油的方向。因此，径向柱塞泵可以做成单向或双向变量泵。第3章 液压泵与液压马达 图3-24 径向柱塞泵的工作原理 第3章 液压泵与液压马达 3.5 螺螺 杆杆 泵泵 螺杆泵是利用螺杆转动将液体沿轴向压送而进行工作的。螺杆泵内的螺杆可以有两根、三根、五根等。其中使用最广泛的是具有良好密封性能的三螺杆泵。图3-25是三螺杆泵的结构图。第3章 液压泵与液压马达 图3-25 螺杆泵 第3章 液压泵与液压马达 3.6 液压泵的选用液压泵的选用 液压泵是向液压系统提供一定流量和压力油液的动力元件，它是每一个液压系统不可缺少的核心元件，合理地选择液压泵
40、对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，确定液压泵的类型。首先应该确定的是选用变量泵还是定量泵。变量泵价格昂贵，但是工作效率高、节能。选用的时候应综合考虑泵的性能、特点及成本。然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。第3章 液压泵与液压马达 表表3-3 各类液压泵的主要性能与选用范围各类液压泵的主要性能与选用范围 项目 齿轮泵 双作用叶片泵 单作用叶片泵 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 螺杆泵 工作压力(MPa)17.5 6.3-21 6.3 10-40 10-20 2.5-
41、10 流量调节 不能 不能 能 能 能 不能 容积效率 0.70-0.95 0.80-0.95 0.80-0.90 0.90-0.98 0.85-0.95 0.75-0.95 总效率 0.60-0.85 0.75-0.85 0.70-0.85 0.85-0.95 0.75-0.92 0.70-0.90 流量脉动率 大 小 中等 中等 中等 小 对油液污染敏感性 不敏感 敏感 敏感 敏感 敏感 不敏感 自吸特性 好 较差 较差 较差 差 好 噪声 大 小 较大 大 较大 小 应用范围 机床、工程机械、农机、航空、船舶、一般机械 机床、注塑机、起重运输机械、工程机械、飞机 机床、注塑机 工程机械、
42、锻压机械、起重机械、矿山机械、冶金机船舶、航空 机床、液压机、船舶机械 精密机床、精密机械、食品、化工、石油、纺织等机械 第3章 液压泵与液压马达 3.7 液压泵常见故障及维修液压泵常见故障及维修 1.1.由液压泵本身的原因引起的故障由液压泵本身的原因引起的故障从液压泵的工作原理可知，液压泵的吸油和压油是依靠密封容积做周期变化实现的。要想实现这个过程，要求液压泵在制造的过程中满足足够的加工精度，尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、配合间隙以及接触刚度都要符合技术条件。泵经过一段时间的使用后，有些质量问题会暴露出来，突出的表现是技术要求遭到破坏，液压泵不能正常工作。这种故障对于一般用户而言，是不易排
43、除的。在进行液压泵故障分析时，这个原因要放到最后来考虑。在尚未明确故障原因之前，不要轻易拆泵。第3章 液压泵与液压马达 2.2.由外界因素引起的故障由外界因素引起的故障(1）油液。油液粘度过高或过低都会影响液压泵正常工作。粘度过高，会增加吸油阻力，使泵吸油腔真空度过大，出现气穴和气蚀现象；粘度过低，会加大泄漏，降低容积效率，并容易吸入空气，造成泵运转过程中的冲击和爬行。油液的清洁也是非常重要的。液压油受到污染，如水分、空气、铁屑、灰尘等进入油液，对液压泵的运行会产生严重的影响。铁屑、灰尘等固体颗粒会堵塞过滤器，使液压泵吸油阻力增加，产生噪声；还会加速零件磨损，擦伤密封件，使泄漏增加，对那些对油
44、液污染敏感的泵而言，危害就更大。第3章 液压泵与液压马达(2）液压泵的安装。泵轴与驱动电机轴的连接应有足够的同轴度。若同轴度误差过大，就会引起噪声和运动的不平稳，严重时还会损坏零件。同时安装时要注意液压泵的转向，应合理选择液压泵的转速，同时要保证吸油管与排油管道管接头处的密封。(3）油箱。油箱容量小，散热条件差，会使油温过高，油液粘度减小，带来许多问题；油箱容量过大，油面过低以及液压泵吸油口高度不合适，吸油管道直径过细等都会影响泵正常工作。第3章 液压泵与液压马达 表表3-4 外啮合齿轮泵常见故障与排除方法外啮合齿轮泵常见故障与排除方法 故 障 现 象 产 生 原 因 排 除 方 法 泵不排油
45、 或 排量与压力不足 1.电动机转向接反 2.滤油器或吸油管道堵塞 3.液压泵吸油侧及吸油管段处密封不良有空气吸入，其表现为压力表显示很低，液压缸无力，油箱起泡等 4.油液粘度太大造成吸油困难，或温升过高导致油液粘度降低造成内泄漏过大 5.零件磨损，间隙增大，泄漏较大 6.泵的转速太低 7.油箱中油面太低 1.调换接头，改变电机转向 2.拆洗滤油及管道或更换油液 3.检查，并紧固有关螺纹连接件或更换密封件 4.选择合适粘度的油液，检查诊断温升过高故障，防止油液油粘度有过大变化 5、检察有关磨损零件，进行修磨达到规定间隙 6.检察电机功率及有无打滑现象 7.检察油面高度，并使吸油管插入液面以下
46、第3章 液压泵与液压马达 噪声及压力脉动较大 1.液压泵吸油侧及轴油封和吸油管段处密封不良，有空气吸入 2.吸油管及滤油器堵塞或阻力太大造成液压泵吸油不足 3.吸油管外露或伸入油箱较浅或吸油高度过大（500mm）4.泵与电动机轴不同心或松动 1.拧紧接头或更换密封 2.检查滤油器的容量及堵塞情况，及时处理 3.吸油管应伸入油面以下的 2/3，防止吸油管口露出液面，吸油高度应不大于 500mm 4.按技术要求进行调整，检察直线性，保持同轴度在 0.1mm 内 温升过高 1.液压泵磨损严重，间隙过大泄漏增加 2.油液粘度不当（过高或过低）3.油液污染变质，吸油阻力过大 4.液压泵连续吸气，特别是高
47、压泵，由于气体在泵内受绝热压缩，产生高温，表现为液压泵温度瞬时急骤升高 1.修磨磨损件，使其达到合适的间隙 2.改用粘度合适的油液 3.更换新油 4.停车检查液压泵进气部位，及时处理 液压泵旋转不灵活或咬死 1.轴向间隙或径向间隙过小 2.油液中杂质吸入泵内卡死运动 1.修复或更换泵的机件 2.加强滤油，或更换新油 第3章 液压泵与液压马达 表表 3-5 叶片泵常见故障与排除方法叶片泵常见故障与排除方法 故 障 现 象 产 生 原 因 排 除 方 法 噪声严重伴有振动 1.液压泵吸油困难 2.泵盖螺钉松动或轴承损坏 3.定子曲面有伤痕，叶片与之接触时，发生跳动撞击噪声 4.油箱油面过低，液压泵
48、吸油侧和吸油管段及液压泵主轴油封的不良，由空气进入 5.电动机转速过高 6.联轴器的同心度较差或安装不牢固，导致机械噪声 1.检查清洗滤油器并检查油液粘度，及时换油 2.检查 紧固 更换以损零件 3.修整抛光定子曲面 4.检查有关密封部位是否有泄漏，并加以严封，保证有足够油液和吸有通畅 5.更换电机，降低转速 6.检查 调整同心度，并加强紧固 第3章 液压泵与液压马达 泵不吸油或无压力（执行机构不动）1.电机转向有错 2.油箱液面较低，吸油有困难 3.油液粘性过大，叶片滑动阻力较大，移动不灵活 4.泵体内部有砂眼，高低压腔串通 5.液压泵严重进气，根本吸不上油来 6.组装泵盖螺钉松动，致使高低
49、压腔互通 7.叶片与槽的配合过紧 8.配油盘刚度不够或盘与泵体接触不良 1 重新接线头，改变旋转方向 2 检查油箱中油面的高度（观察油标指示）3 更换粘度较低的液体 4 更换泵体（出厂前未暴露）5 检查液压泵吸油区段的有关密封部位，并严加密封 6 紧固 7 修磨叶片或槽，保证叶片移动灵活 8 更换或修整其接触面 第3章 液压泵与液压马达 排油量及压力不足表现为液压缸的动作迟缓 1.有关连接部位密封不严，空气进入泵内 2.定子内曲面与叶片接触不良 3.配油盘磨损较大 4.叶片与槽配合间隙过大 5.吸油有阻力 6.叶片移动不灵活 7.系统泄漏大 8.泵盖螺钉松动，液压泵轴向间隙增大而内泄 1.检查
50、各连接处及吸油口是否有泄漏，坚固或更换密封 2.进行修磨 3.修复或更换 4.单片进行选配，保证达到设计要求 5.拆洗滤油器，清除杂物使吸油通畅 6.不灵活的叶片，应单槽配研 7.对系统进行顺序检查 8.适当拧紧 第3章 液压泵与液压马达 表表 3-6 柱塞泵常见故障与排除方法柱塞泵常见故障与排除方法 故障现象 生产原因 排除方法 排油量不足够，执行动作机构迟缓 1.吸油管及滤油器阻塞或阻力太大 2.油箱油面过低 3.柱塞与缸孔或配油盘与缸体间隙磨损 4.柱塞回程不够或不能回程,引起缸体与配油盘间失去密封,系中心弹簧断裂所致 5.变量机构失灵,达不到工作要求 1.排除油泵阻塞,清洗滤油器 2.
