1液压与气压传动 第三章1 第三章 液压动力元件 第一节 液压泵概述 液压泵是液压系统的动 力元件，它将原动机（电 动机，内燃机）输入的机 械能转化为液压能输出， 为液压系统提供压力油源 。 一、液压泵的工作原理 液压与气压传动 第三章1 2 2 液压与气压传动 第三章 一、液压泵的工作原理 容积式液压泵必须具备以下基本条件： 1）结构上具有能实现周期性变化的密封工作容腔。 2）必须具有配流装置，当密封工作容腔容积由小变大时，配流装 置使密封工作容腔只与吸油腔相通；当密封工作容腔容积由大 变小时，配流装置使密封工作容腔只与排油腔相通。 3）必须要有隔离封油装置使液压泵的吸油腔与排油腔始终不能相 通。 4）油箱中的油液必须具有一定的压力，以保证液压泵工作容腔增 大时能及时吸油。 2 液压与气压传动 第三章 3液压与气压传动 第三章3 二、液压泵的分类及图形符号 液压泵按主要运动构件的形 式及运动方式不同可分为 ： 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、 螺杆泵四大类。 按排量可分为：定量泵、变 量泵。 按一个工作周期密封容积的 变化次数可分为：单作用 泵、双作用泵、多作用泵 。 液压与气压传动 第三章3 4 4 液压与气压传动 第三章 三、液压泵的主要性能参数 液压泵的主要性能参数有：压力、转速、排量、流量 、功率、效率。 1、液压泵的压力 （1）吸油压力 液压泵进口处的压力 （2）工作压力 液压泵工作时的出口压力，取决于负载 （3）额定压力 泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续 运转的最高压力。 （4）最大允许压力 按试验标准规定，超过额定压力允许短 暂运行的最高压力。 4 液压与气压传动 第三章 5 5 液压与气压传动 第三章 三、液压泵的主要性能参数 2、泵的额定转速和最高转速 （1）额定转速nn 泵在额定压力下能连续长时间工 作的最高转速，单位为r/min （2）最高转速nmax 泵在额定压力下超过额定转速 允许暂短时间运行的最高转速，单位为r/min 5 液压与气压传动 第三章 6 6 液压与气压传动 第三章 三、液压泵的主要性能参数 3、泵的排量和流量 （1）排量Vp 泵每转一弧度，由其几何尺寸计算而得到的排除液体体积， 称为泵的排量，单位为m3/rad （2）理论流量qpt 在不考虑泄漏情况下，泵在单位时间内排出液体的体 积，称为泵的理论流量，常用单位为m3/s和L/min （3）泵的瞬时流量qsh 泵的每一瞬时的流量(瞬时理论流量），单位为 m3/s （4）实际流量 理论流量qpt减泄漏、压缩等损失流量qp （5）额定流量qpn 泵在额定压力和额定转速下输出的实际流量。 6 液压与气压传动 第三章 7 7 液压与气压传动 第三章 三、液压泵的主要性能参数 4、液压泵的功率和效率 （1）理论输入功率Pit 理论流量qpt与液压泵进出口压差p的乘 积 （2）实际输入功率Pip 实际驱动液压泵所需的机械功率。设实际 输入的转矩为T,输入角速度为，则Pip= T （3）实际输出功率Pcp 泵实际输出流量qp与泵进出口压差p的乘 积 （4）理论转矩Tt 液压泵的驱动转矩 （5）实际转矩Tp 液压泵在工作过程实际输入的转矩。 （理论转 矩+摩擦损耗造成的转矩损耗）7 液压与气压传动 第三章 8液压与气压传动 第三章8 4、液压泵的功率和效率 （6）容积效率pv 泵的实际流量qp与理论流量qpt的比值 液压与气压传动 第三章8 （8）总效率p 等于实际输出功率Pop与实际输入功率Pip之比 （7）机械效率pm 等于理论驱动转矩Tt与实际驱动转矩Tp的 比值 9 9 液压与气压传动 第三章 液压泵的泄漏和摩擦损耗与泵的工作压力、 油液粘度、及工作转速有关 9 液压与气压传动 第三章 10液压与气压传动 第三章10 第二节 齿轮泵 1、外啮合齿轮泵的工作原理 液压与气压传动 第三章10 齿轮1、2，泵 体3，前后盖 板4、5等构成 密闭容腔，两 齿啮合线将上 下两腔隔开， 形成排、吸油 腔，泵体3上 有吸油口和排 油口； 11液压与气压传动 第三章11 二、外啮合齿轮泵的排量、 流量计算及流量脉动 齿轮泵排量的近似计算时，认为齿间的容积等于轮齿的体积， 即齿轮每转一周，排出的液体体积等于其中一个齿轮的所有齿 间工作容积及其所有轮齿体积之和，即等于其中一个齿轮齿顶 圆与齿根圆之间环形圆柱体的体积，即 液压与气压传动 第三章11 修正后齿轮泵的排量为： V=(1.06-1.12)zm2B (3-12） 由上式可知，齿轮泵的排量与齿数成正比，与模数的平方成 正比，因此，在分度圆半径一定时，增大模数，减少齿数， 可增大齿轮泵的排量。 12液压与气压传动 第三章12 二、外啮合齿轮泵的排量、 流量计算及流量脉动 齿轮泵的实际流量为 液压与气压传动 第三章12 式（3-13）计算的是外啮合齿轮泵的平均流量。实际上，由于齿轮 泵在工作过程中，啮合点半径Rp和Rn随齿轮转角周期性变化，其瞬时 流量qsh是脉动的。脉动大小用流量不均匀系数q表示 齿轮数越少，p越大，流量脉动会直接影响到系统的平稳性，引起压力脉 动，使系统产生振动和噪声。 13液压与气压传动 第三章13 三、外啮合齿轮泵存在的结构问题 及其解决方法 1、困油现象及消除办法 液压与气压传动 第三章13 齿轮重合度大于1，故两对齿轮啮合时，会出现闭死容腔； 闭死容腔由大变小，油液受挤压经缝隙溢出，压力增高，齿轮轴承承受 周期性的压力冲击，引起振动和噪音，降低了齿轮平稳性； 14液压与气压传动 第三章14 1、困油现象及消除办法 闭死容腔由小变大，闭死容腔出现局部真空，气蚀现象，引起振动和 噪音； 因闭死容腔大小变化导致压力冲击和气蚀的现象称为困油现象，困油现 象严重影响泵的使用寿命和工作性能，必须消除。 液压与气压传动 第三章14 15液压与气压传动 第三章15 困油现象的消除办法 泵的前后盖板或浮动轴套（浮动侧板）等零件上开卸荷槽。 闭式容腔由大变小，卸荷槽与压油腔相通； 闭式容腔由小变大，卸荷槽与吸油腔相通。 液压与气压传动 第三章15 16液压与气压传动 第三章16 2、内泄漏及减少内泄漏的措施 （1）齿轮泵内泄漏途径 1）断面间隙泄漏 2）径向间隙泄漏 3）齿面啮合处的泄漏 （2）减少内泄漏的措施 1）断面间隙的自动补偿 a)浮动轴套式补偿装置（图3- 8） 液压与气压传动 第三章16 17 液压与气压传动 第三章 17 b）浮动侧板式补偿装置 液压与气压传动 第三章 17 a)浮动轴套式补偿装置 1818 液压与气压传动 第三章 弹性侧板式补偿装置 18 液压与气压传动 第三章 1919 液压与气压传动 第三章 2）径向间隙的补偿 19 液压与气压传动 第三章 20 液压与气压传动 第三章 20 3.径向不平衡力及其减小措施 （1）缩小压油口 使排油腔作用在齿轮上的面积减小到只 作用在1-2个齿的范围内。 （2）扩大排油腔 将排油腔扩大到吸油腔一侧，只有1-2个 齿起密封作用，使其他对称区域的液 压力得到平衡，从而减少作用在轴承 上的径向力。 （3）扩大吸油腔 将吸油腔扩大到排油腔一侧，只有1-2个 齿起密封作用，使其他对称区域的液 压力得到平衡，从而减少作用在轴承 上的径向力。（图3-12） 液压与气压传动 第三章 20 21 液压与气压传动 第三章 21 3.径向不平衡力及其减小措施 （4）开设平衡油槽 如图3-15所示，在端盖、轴套的过渡区域开设平衡油槽，分别与 高低压油腔相通，以使齿轮径向力自相平衡。 22 液压与气压传动 第三章 22 四、内啮合齿轮泵 1、渐开线内啮合齿轮泵的工作 原理 小齿轮1（主动）和内齿轮3（从动） 之间设有月牙板2，将吸油腔4、压 油腔5隔开； 小齿轮顺时针旋转，大齿轮也顺时针 旋转； O1O2连线以下容积变小，压油； O1O2连线以上容积变大，吸油。 渐开线内啮合齿轮泵无困油现象，不发生气蚀；流量、压力 脉动小，噪音、振动小；齿轮接触应力小，磨损小，寿命长 。 但加工难度大，成本高。 23 液压与气压传动 第三章 23 2、摆线内啮合齿轮泵 由一对内啮合的 转子（内转子 为主动齿轮， 外转子为从动 齿轮）、泵体 、传动轴等组 成。 其旋转中心分别为01和02，偏心距为e，一般内转子的齿数为z1， 外转子的齿数为z2=z1+1. 内转子为外齿轮，其齿廓曲线为短幅外摆线； 外转子为内齿轮，其齿廓曲线为等距圆弧曲线， 工作原理 24 液压与气压传动 第三章 24 2、摆线内啮合齿轮泵 工作原理 内转子1齿和外转子的1齿之间的A腔容积变化来研究吸油、排油 过程；图a容积最小，b、c逐渐增大，图d容积最大；A腔逐渐扩 大，不断吸油；反之d、e、f不断压油。 内转子每一个齿转动一周完成一个吸油、排油过程； 图中有6个内转子齿轮，可连续吸油、排油。 25 液压与气压传动 第三章 25 2、摆线内啮合齿轮泵 优点： 内摆线啮合齿轮泵零件少，结构紧凑，工作 容积大。 缺点：由于齿数少，流量脉动较大； 啮合处间隙泄漏大。 应用：一般在系统中做补油及润滑等辅助泵使用。 26 液压与气压传动 第三章 26 第三节 螺杆泵简介 工作原理 主动螺杆与从动螺杆互相啮合，在外套的内腔和啮合面间形成密封工作 容积，其长度约等于螺杆的螺距； 螺杆转动时，一端密封容积逐渐形成，容积增大，吸油；另一端容积逐 渐消失，容积减小，压油。 图3-18所示为三螺杆泵，它 的主动螺杆上的多头螺旋法 向截面均采用摆线齿廓。主 动螺杆与从动相互啮合，在 每一个导程中形成一个包容 在外套内腔和啮合面的密封 工作容积。 27 液压与气压传动 第三章 27 第三节 螺杆泵简介 优点：结构紧凑，体积小，流量、压力无脉动，噪声 低，运动平缓，自吸能力强，转速和流量范围大，对 介质粘度适应性强，使用寿命长。 缺点：容积效率低，螺杆制造困难。 28 液压与气压传动 第三章 28 第四节 叶片泵 叶片泵的分类 叶片泵按叶片在泵轴每转过程中在叶片小室的吸排油 次数可分为： 单作用、双作用、多作用 按排量是否可变，分为：定量泵、变量泵 按叶片设置的部位不同，可分为： 普通叶片泵（叶片在转子上）、凸轮转子叶片泵（叶片在定子上 ） 按压力等级不同，可分为： 中低压叶片泵（7MPa以下）、中高压叶片泵（16MPa以下） 高压叶片泵（20-30MPa以下） 29 液压与气压传动 第三章 29 叶片泵的特点 优点： 流量脉动小、噪声低、轴承受力平衡、使用寿命长、单位 体积排量大、可制成变量泵等。 缺点： 自吸能力较差，实用工况范围较窄、对污染物比较敏感， 制造工艺较复杂。 30 液压与气压传动 第三章 30 一、双作用叶片泵 1、工作原理及组成 定子内表面有两段长半径圆弧R、两 段短半径圆弧r、四段过渡圆弧； 转子转动时，叶片在离心力和底部压 力油作用下，径向压向定子表面； 叶片外伸，密闭容腔V增大，压力减小， 通过配流盘吸油； 叶片缩回槽内，密闭容腔V减小，压 力增大，通过配流盘压油； 转子转一圈，密闭容积变化两次，完 成两次吸排油，故称双作用液压泵。 31 液压与气压传动 第三章 31 2、泵的排量和排量计算 式中： V1为充分吸油后密封 溶腔内油液的体积， V2为充分排油后密封容腔内 油液的体积 R定子内表面长圆弧半径 r定子内表面短圆弧半径 B转子或叶片宽度 Z 叶片数 32 2、泵的排量和排量计算 具有厚度的叶片，若倾斜角安装，则它在槽内往 复运动时对叶片泵的排量影响为: 32 液压与气压传动 第三章 则双叶片泵的排量为 泵的实际流量为 式中 转子的角速