,第二章液压动力元件,液压泵是一种能量转换装置，它把驱动它的原动机（一般为电动机）的机械能转换成输送到系统中去的油液的压力能。液压泵都是容积式的。,1、液压泵的工作原理,偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向上运动吸油，向下运动排油。 泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。,一、液压泵的工作原理及特点,2.1 液压泵概述,2、液压泵的特点,具有若干个密封又可以周期性变化的空间。 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力； 要有相应的配流机构；,注意：密闭容积增大到极限时，与吸油腔隔开，转为排油； 密闭容积减小到极限时，与排油腔隔开，转为吸油。 单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。,分类：按单位时间内所能输出的油液的体积是否可调分为 定量泵和变量泵； 按结构形式分为齿轮式、叶片式和柱塞式。,液压泵的图形符号,二、液压泵的主要性能参数,它是指泵在短时间内所允许超载使用的极限压力，它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制；,(4)吸入压力：它是指泵的吸入口处压力。,流量：是指单位时间内泵输出油液的体积， 其单位为m3/s。,实际输出流量：q=qtv=Vnv,液压泵的总效率（ Overall efficiency ）、容积效率（Volumetric efficiency）和机械效率（Mechanical efficiency）可以通过实验测得。,液压泵的性能曲线。,液压泵在零压时的流量即为qt，由于泵的泄漏量随压力升高而增大，所以泵的容积效率及实际流量q随泵的工作压力的升高而降低，压力为零时的容积效率100，这时的实际流量q等于理论流量qt。,泵在低压时，机械摩擦损失在总损失中所占的比重较大，其机械效率很低。随着工作压力的提高，机械效率很快上升。在达到某一值后，系统稳定工作，机械效率大致保持不变。,总效率开始随压力p的增大很快上升，接近液压泵的额定压力时总效率最大，达到最大值后又逐步降低。,作业！,齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要优点是结构简单、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（一般做成定量泵）。,齿轮泵分类：,齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。,2.2 齿轮泵,一、 外啮合齿轮泵的结构与工作原理,泵体、 主动齿轮 从动齿轮、两端盖,泵体内相互啮合的（主动齿轮、从动齿轮、两端盖，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。,吸油：当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封腔容积不断增大。,压油：左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统。,在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配流机构。,二、外啮合齿轮泵的流量计算,实际上齿间容积比轮齿的体积稍大，并且齿数越少误差越大，因此，在实际计算中用3.33来代替上式中值，齿数少时取大值。所以通常修正为,式中， D齿轮节圆直径(mz)； h齿轮齿高(2m)； B齿轮齿宽； Z齿轮齿数； m齿轮模数。,吸油,压油,1. 排量V 排量是液压泵每转一转所排出的液体体积。这里近似等于两个齿轮的齿间容积之和。设齿间容积等于齿轮体积，则有,2.流量q,实际上，在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变化的。设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率q为,下表给出了不同齿轮齿数时外啮合齿轮泵的流量脉动率。,式中，n齿轮泵的转速； pv齿轮泵的容积效率； q齿轮泵的平均流量。,齿轮泵的实际流量为,三、齿轮泵结构中存在的问题及解决措施,1、泄漏问题 泄漏部位： 端面泄漏 q泄=75 % 80%； 径向间隙泄漏 q泄=15 % 20%； 啮合线泄漏 q泄=5%。,通常采用的自动补偿端面间隙装置有：,原理： 引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。,浮动轴套式和 弹性侧板式两种 。,困油现象的危害：受困油液受挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴现象和噪声。,2.困油现象与消除措施,困油现象产生原因：齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化。,卸荷槽,卸荷措施 ：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开设卸荷槽的原则：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。,产生原因：1.齿轮的啮合力；2.齿槽内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。 在齿轮泵中，由于在压油腔和吸油腔之间存在着压差，液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力，如图所示。径向不平衡力的大小为,K系数； 对于主动轮，K0.75。 对于从动轮，K = 0.85；p泵进出口压力差； De齿顶圆直径。,3.径向不平衡力的问题,（轴承载荷增加；轴受径向力而变形。）,平衡措施： 开压力平衡槽 通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用力，但是，它是以增加径向泄漏为代价的。, 减小压油口直径（常用方式） 增加轴承承载能力,（五）齿轮泵的主要性能 （1）压力一般用于低压大流量的系统（2.5MPa）。 （2）排量范围0.05800ml/r，常用16250 ml/r。 （3）转速最高为20000r/min，常用10003000 r/min， 不能小于300500 r/min。 （4）效率。低压泵一般为 ，带补偿措施的可达到 0.80.9。,（5）寿命。低压齿轮泵的寿命为30005000h，高压外 啮合齿轮泵在额定压力下的寿命一般只有几百 小时。高压内啮合齿轮泵的寿命可达20003000h。,二、螺杆泵和内啮合齿轮泵,1、螺杆泵,（1）原理：螺杆泵是利用螺杆转动将液体沿轴向压送而进行工作的。 螺杆的啮合线把主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分割成多个相互隔离的密封工作腔。随着螺杆的旋转，密封工作腔可以一个接一个地在左端形成，不断从左向右移动。主动螺杆每转一周，每个密封工作腔便移动一个导程。 最左面的一个密封工作腔容积逐渐增大，因而吸油；最右面的容积逐渐缩小，则将油压出。,精密机床的进给液压系统中；载客用的液压电梯,（3）应用,优点： 螺杆泵结构简单紧凑，体积小，重量轻，运转平稳，输油量均匀，噪声小，寿命长，自吸能力强，允许采用高转速，容积效率较高（可达0.95），对油液的污染不敏感。螺杆泵流量大、自吸性能好。,缺点：螺杆齿形复杂，加工较困难，不易保证精度。,大型液压泵站采用这种泵作为补油和预压泵使用。 在装有低压大排量液压马达的船舶甲板机械中，也常以螺杆泵供油。,（2）特点,工作原理：小齿轮和内齿轮相互啮合， 它们的啮合线和月牙板将泵体内的容腔分成吸油腔和压油腔。,2.内啮合齿轮泵,分类：摆线齿轮泵和渐开线齿轮泵,1）渐开线内啮合齿轮泵,2）摆线式内啮合齿轮泵,演示,2.3 叶片泵,单作用叶片泵，是指转子旋转一周，密封工作容积完成一次吸油和一次压油； 双作用叶片泵，是指转子旋转一周，密封工作容积完成两次吸油和两次压油。,容积式液压泵的主要形式有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 叶片泵按结构可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。,一、单作用叶片泵,结构：单作用叶片泵主要由定子、转子、叶片、端盖和配油盘组成。,叶片,转子,定子,定子和转子的内表面都是圆柱形，但定子与转子之间存在偏心距e。 转子上面开有叶片槽，叶片可在槽内滑动（外伸或缩回）。,当转子旋转时，由于离心力作用，叶片顶部始终紧靠定子内壁，这样在定子内壁、转子外壁、叶片和两侧配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。,配油方式为盘式配油，也称端面配油。 配油盘上开有两个腰圆形的窗口，即一个吸油窗口和一个压油窗口。 在吸油窗口和压油窗口之间有一段封油区，用于把吸油腔和压油腔隔开。 配油盘装在前端盖或后端盖内侧。,当转子按图示顺时针方向旋转时， 在泵的左半部，叶片逐渐外伸，叶片间的工作容积逐渐增大，从吸油口吸油。 在泵的右半部，叶片被定子内壁压进槽内，叶片间的工作容积逐渐减小，从压油口排油。 转子旋转一周，每个工作容积完成一次吸油和一次压油。 转子不停地旋转，泵就不停地吸油和压油。,排量，即转子旋转一周，所有密封工作容积排出的油液体积总和V。 设定子直径为D，宽度为B，两叶片间夹角为，叶片数为z，定子与转子的偏心量为e ，泵转速为n，容积效率为V。 当转子旋转一周，某一密封工作容积排出的油液体积，即为两相邻叶片间的密封容积的变化量(V1 - V2)。若把AB和CD看作是以O为中心的圆弧，且不考虑叶片厚度，则,单作用叶片泵排量和流量计算简图,因此排量 理论流量 流量,2、单作用叶片泵的排量和流量计算,4、特点 变量泵 改变定子与转子偏心距e的大小，就改变了泵的排量。 改变定子与转子偏心距e的方向，就改变了泵的吸、压油口。 当偏心e=0时，密封工作容积大小不能变化，也就不具备液压泵的工作条件了。偏心越大，流量越大。因此单作用叶片泵大多为变量泵。 非卸荷泵 单作用式叶片泵的转子承受不平衡的 径向液压力。 不宜用于高压，主要用于中、低压。,叶片数为奇数，一般为13或15片。 单作用叶片泵的流量是有脉动的。 泵内叶片数越多，流量脉动率越小。 叶片数为奇数比叶片数为偶数时泵的脉动率小。 通过特殊的沟槽使得压油腔一侧的叶片底部和压油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部和吸油腔相通。这样叶片仅受离心力的作用顶在定子内表面上。,二、双作用叶片泵,1、结构 双作用叶片泵主要由定子、转子、叶片、端盖和配油盘组成。,定子与转子中心重合，即不存在偏心。,密封的工作容积 当转子旋转时，叶片在离心力和根部压力油的作用下，在叶槽内向外移动而紧靠定子内壁，这样在相邻叶片之间就形成了若干个密封的工作容积。,2、工作原理,3、排量和流量计算 排量，即转子旋转一周，所有密封工作容积排出的油液体积总和V。 设定子大圆弧半径为R，小圆弧半径为r，宽度为B，两叶片间夹角为，叶片数为z，泵转速为n，容积效率为V。 当转子旋转一周，每个密封工作容积完成两次吸油和压油。 若不考虑叶片厚度和 叶片倾角，则排量 设叶片厚度为b，叶 片倾角为，则排量 理论流量 流量,双作用叶片泵排量和流量计算简图,1）配油盘,配油盘,配油盘是泵的配油机构。为了保证配油盘的吸、压油窗口在工作中能隔开，就必须使配油盘上封油区夹角大于或等于两个相邻叶片间的夹角，如图所示，即 式中，Z一 叶片数。,注意事项： 封油区所对应的夹角必须等于或稍大于两个叶片之间的夹角。 叶片根部与高压油腔相通，保证叶片紧压在定子内表面上。 在配油盘上开三角槽。在配油盘的压油窗口上开有一个三角槽，它的作用主要是用来减小泵的流量脉动和压力脉动。,4、双作用叶片泵的特点：,2）叶片倾角,叶片在转子中的安放应当有利于叶片的滑动，磨损要小。右图给出了叶片的受力分析。在工作过程中，受离心力和叶片根部压力油的作用，叶片紧紧的与定子接触。 定子内表面给叶片顶部的反作用力 FN可分解为两个力，即与叶片垂直的力FT和沿叶片槽方向的力F。 显然，力FT容易使叶片折断。为此，通常将转子槽按旋转方向倾斜角，这样可以减小力FT的值。由理论分析和实验验证，一般取为10o14o。,叶片倾角,3）其他特点 叶片数为4的整数倍，一般为12或16片。 由于叶片有厚度，尤其是叶片底部和压油腔相通，使得双作用叶片泵的流量存在微小的脉动。 当叶片数是4的整数倍时流量脉动最小。 叶片槽通常向