液压泵与液压马达.docx

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液压泵与液压马达

课时分配：

14节编写日期：

2010年2月20日

课题

第三章　液压泵和液压马达

目的和要求

1.掌握齿轮泵、柱塞泵和叶片泵的工作原理、特点，了解液压泵和液压马达的区别。

2.认识个三种液压泵的结构。

3.掌握三种液压泵各自的优点和缺点，了解其适用的场合。

难点

重点

齿轮泵、柱塞泵和叶片泵的工作原理。

齿轮泵的困油现象和侧板结构；柱塞泵的结构；叶片泵的调节装置；

组织教学

（包括教学环节，内容提纲，时间分配，教具等）

一、复习旧课

二、新课导入

三、讲授内容：

1、齿轮泵的工作原理和结构；

2、柱塞泵的工作原理和结构；

3、叶片泵的工作原理和结构；

4、液压泵的选用、液压马达；

教具：

课件，模型（或实物）

1.什么是齿轮泵的困油现象，如何解决；如何区别变量泵和定量泵？

课外

作业

2.3-8；3-9；3-10；3-11；3-12；

课时授课计划

讲授内容

作业与补充

第一节液压泵、液压马达概述

⏹液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。

⏹液压马达则是液压系统的执行元件，它把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功

一、液压泵的工作原理和分类

图3-2液压泵工作原理图

工作原理：

在液压传动系统中，液压泵和液压马达都是容积式的，依靠容积变化进行工作。

图2.1为容积式泵的工作原理简图，凸轮1旋转时，柱塞2在凸轮和弹簧3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积可变的密封工作腔4。

柱塞向右移动时，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞2向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。

在工作过程中。

吸、排油阀5、6在逻辑上互逆，不会同时开启。

由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。

液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。

但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。

分类：

按结构分：

齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵；

按按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节：

变量泵和定量泵

液压马达同上

符号：

讲授内容

作业与补充

二、液压泵的性能参数

液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等

工作压力：

指泵、马达实际工作时的压力，对泵来说，工作压力是指它的输出压力；对马达来讲，则是指它的输入压力。

实际工作压力取决于相应的外负载。

额定压力：

泵、马达在额定工况条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。

排量：

泵、马达的轴每转一周，由其密封容腔几何体积变化所排出、吸入液体的体积，亦即在无泄漏的情况下，其轴转动一周时油液体积的有效变化量。

理论流量：

在单位时间内由其密封容腔几何体积变化而排出、吸入的液体体积。

泵、马达的流量为其转速与排量的乘积。

额定流量：

指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下泵输出的流量。

因为泵和马达存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。

功率和效率：

液压泵由原动机驱动，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：

（2.1）

式中：

—液压泵、马达的理论转矩（N.m）和转速（r/min）。

—液压泵、马达的压力（Pa）和流量（

）

讲授内容

作业与补充

第二节齿轮泵

齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。

齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。

一：

齿轮泵的工作原理

外啮合齿轮泵的工作原理

泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。

泵体内相互啮合的主、从动齿轮2和3与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。

左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。

在齿轮泵的啮合过程中，啮合点沿啮合线，把吸油区和压油区分开。

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二、齿轮泵的排量和流量

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

，模数为

，节圆直经为

，有效齿高为

，齿宽为

时，根据齿轮参数计算公式有

，

，齿轮泵的排量近似为

⏹式中：

D——分度圆直径，mm；

⏹m——模数（m=D／z，z为齿数），mm；

⏹B——齿宽，mm；

⏹n——转速，r／min；，

⏹K——修正系数，一般为1．05～1．15

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。

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。

三、齿轮泵的结构

讲授内容

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四、齿轮泵的困油

1、困油现象:

封闭容积压力周期性升高和下降会引起振动、噪声和空穴现象，这种现象称为困油现象。

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，轴承等机件也受到附加的不平衡负载作用。

封闭容积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

2、消除困油的方法:

通常是在两侧端盖上开卸荷槽，且偏向吸油腔

五、中高压齿轮泵

泄漏:

1、齿侧泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的5%

2、径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%～25%

3、端面泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的75%～80%

总之，泵压力愈高，泄漏愈大。

六、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，其结构示意可见图。

这两种内啮合齿轮泵工作原理和主要特点皆同于外啮合齿轮泵。

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3-12（a）；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3-12（b）。

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。

讲授内容

作业与补充

a）b）

图3-12内啮合齿轮泵

讲授内容

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第三节叶片泵

叶片泵优点是运转平稳、压力脉动小,噪音小、结构紧凑、尺寸小流量大。

其缺点是:

对油液要求高,如油液中有杂质,则叶片容易卡死:

和齿轮泵相比结构较复杂.它厂泛的应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。

该泵有两种结构形式:

一种是单作用叶片泵（变量泵）,另一种是双作用式叶片泵（定量泵）。

一、定量叶片泵

1、工作原理：

单作用叶片泵工作原理

泵由定子1、转子2、叶片3和配流盘等件组成。

定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是，两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。

当转子按图示方向旋转时，图右侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，油液通过吸油口、配油盘上的吸油窗口进入密封工作腔；而在图的左侧，叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐

讲授内容

作业与补充

缩小，密封腔中的油液排往配油盘排油窗口，经排油口1被输送到系统中去。

这种泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。

从力学上讲，转子上受有单方向的液压不平衡作用力，故又称非平衡式泵，其轴承负载大。

若改变定子和转子间的偏心距的大小，便可改变泵的排量，形成变量叶片泵。

2、分类

转子每转一周,完成一次吸油和压油,所以称之为单作用叶片泵（变量泵）；

转子每转一周,完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵（定量泵）；；

3、定量叶片泵的排量和流量

∵叶片每伸缩一次，每两叶片间油液的排出量为V密max-V密min

∴（V密max-V密min）Z即一转压出油液的体积，即等于一环形体积

∵双作用式

∴应为两倍的环形体积     即V0=2π（R2-r2）B

∵叶片有一定厚度

∴叶片所占体积为            V'=2Bbz（R-r）/COSθ

故双作用叶片泵的实际排量

V=V0-V=2B[π（R2-r2）-（R-r）bz/COSθ]

双作用叶片泵的理论流量为

      qt=2B[π（R2-r2）-（R-r）bz/COSθ]

泵输出的实际流量为

    q=2B[π（R2-r2）-（R-r）bz/COSθ]ηpv

理论上：

若不考虑叶片厚度，双作用叶片泵无流量脉动

实际上：

由于存在制造工艺误差，定子大小圆弧不同心，造成了少量流量脉动。

但脉动率比较小。

减小脉动措施：

叶片数应为4的整数倍、且大于8时最小，故通常取叶片数为12或16

讲授内容

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4、YB1型叶片泵的结构

结构特点:

⏹吸油口与压油口有四个相对位置

⏹采用组合装配和压力补偿配油盘

⏹配油盘上的三角槽

原因：

p↑↑V↓油液倒流。

影响：

流量脉动，噪声。

措施：

开三角槽

作用：

缓冲，避免压力突变，

减小流量脉动和噪声。

⏹定子工作表面曲线

组成：

四段圆弧+四段过渡曲线

    等加速等减速曲线：

v径↑,a=c，↓刚冲，

但有柔性冲击，R/r↑，q↑

∴我国YB型叶片泵采用等加速等减速曲线作为过渡曲线

⏹叶片倾角

作用：

减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。

一般取θ=10~14OYB型叶片泵取θ=13O

双作用叶片泵前倾，单作用叶片后倾。

※叶片倾斜放置的泵不能反转

讲授内容

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二、双联叶片泵

⏹组成：

两套双作用叶片泵的定子、转子、配有盘在一个泵体内组成，通过一根转动轴带动两个泵同时工作，它有一个共同的进油口和两个独立的出油口。

分开使用，如两个独立的叶片泵，但结构紧凑；合并使用，可增大流量

⏹优点：

可以节省功率损耗，减小油液发热，提高系统的总效率，所以得到了广泛的应用。

⏹常用于：

运动部件既需要轻载高速，又需要重载慢速的场所。

轻载快速时，双泵同时供油；重载慢速时，小泵供油，大泵卸荷

三、高压叶片泵的特点

1、双叶片结构

2、子母叶片式结构

讲授内容

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四、变量叶片泵

1、工作原理

靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小，来改变流量。

2、变量叶片泵的排量和流量

（1）排量

⏹∵两叶片处于定子最右边，密封容积最大处于定子最左边，密封容积最小

 ∵V1=π[（D/2+e）2-（d/2）2]βB/2π

⏹=π[（D/2+e）2-（d/2）2]B/z

 ∴V2=π[（D/2-e）2-（d/2）2]βB/2

           =π[（D/2-e）2-（d/2）2]B/z

⏹故排量 v=（v1-v2）z

          v=2πBeD

（2）流量

   理论流量：

qt=vn=2πbeDn

   实际流量：

q=vnηpv=2πbeDnηpv

     ∵单作用叶片泵定、转子偏心安装，

      ∴改变转子和定子的偏心距，即可改变排量，故可做变量泵，但其容积变化不均匀,故有流量脉动，叶片应取奇数，一般为13到15。

3、限压式变量泵

作用：

当压力升高到预调的限定压力后，流量自动减小

分类：

利用压力的反馈作用实现，可分为外反馈和内反馈

讲授内容

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第四节柱塞泵

柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。

由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，滑动表面配合精度高，所以这类泵的特点是泄漏小，容积效率高，可以在高压下工作。

一、径向柱塞泵

1、柱塞；2、转子；3、衬套；4、定子；5、配有盘

1、工作原理

径向柱塞泵的柱塞径向布置在缸体上，在转子2上径向均匀分布着数个柱塞孔，孔中装有柱塞1；转子2的中心与定子4的中心之间有一个偏心量e。

在固定不动的配流轴5上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。

当转子2旋转时，柱塞1在离心力及机械回程力作用下，它的头部与定子4的内表面紧紧接触，由于转子2与定子4存在偏心，所以柱塞1在随转子转动时，又在柱塞孔内作径向往复滑动，当转子2按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，柱塞孔的密封容积增大，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，柱塞孔内的密封工作容积缩小，通过配流盘向外排油。

2、特点

改变偏心距e的大小，流量可变；改变偏心距方向，输油方向可变，所以，从理论上说，可成为双向变量泵；

径向尺寸大，结构复杂，自吸能力差。

且配油轴受到不平衡液压力的作用，易于磨损，这些都限制了它的转速和压力的提高。

3、组成：

泵主体部分、变量机构（手动、伺服变量机构）

讲授内容

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二、轴向柱塞泵

1、工作原理

泵由转动轴1、斜盘2、柱塞3、缸体4、配油盘5等主要零件组成，斜盘2和配油盘5是不动的，传动轴1带动缸体4，柱塞3一起转动，柱塞3靠机械装置或在低压油作用压紧在斜盘上。

当传动轴按图示方向旋转时，柱塞3在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘5上的配油窗口吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口向外排出，缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。

改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。

2、分类：

斜盘式和斜轴式

3、流量

若柱塞数为z，柱塞直径为d，

柱塞孔的分布圆直径为D，

斜盘倾角为γ，

则柱塞的行程为：

h=Dtanγ

故缸体转一转，泵的排量为：

V=Zhπd2/4=πd2ZD（tanγ）/4

理论流量：

qT=Vn=D（tanγ）·zπd2/4

实际流量：

q=qTηpv=D（tanγ）·zηpvπd2/4

※实际上，柱塞泵的输出流量是脉动的。

当柱塞数为奇数时，脉动

讲授内容

作业与补充

率σ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。

4、结构

（1）、缸体端面间隙的自动补偿装置

使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。

由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。

（2）、配油盘

（3）、滑靴

（4）、变量机构

讲授内容

作业与补充

第五节液压泵的选用

讲授内容

作业与补充

第六节液压马达

液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化进行工作的。

常见的液马达也有齿轮式，叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。

马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。

但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。

下面首先对液压马达的主要性能参数作一介绍。

一、液压马达的主要性能参数

主要参数为转速n、转矩T和效率η

二、叶片式液压马达

三、轴向柱塞式液压马达