第三章第三章第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达液压泵和液压马达液压泵和液压马达本章主要内容为：液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。 齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。 高速液压马达及低速大扭矩马达。 通 过 本 章 的 学 习 ， 要 求 掌 握 这 几 种 泵 和 马 达的 工 作 原 理 （ 泵 是 如 何 吸 油 、 压 油 和 配 流 的 ， 马达 怎 样 产 生 转 速 、 转 矩 ） 、 结 构 特 点 及 主 要 性能 特 点 ； 了 解 不 同 类 型 的 泵 、 马 达 之 间 的 性 能 差异 及 适 用 范 围 ， 为 日 后 正 确 选 用 奠 定 基 础 。3.1 概述概述 液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能，是液压传动系统中的动力元件，由原动机（电动机或柴油机）驱动，为系统提供压力油液。它它们们是是液液压压系系统统的的核核心心元元件件，其其性性能能好好坏坏将将直直接接影影响响到到系统是否正常工作。系统是否正常工作。3.1.1 液压泵的工作原理液压泵的工作原理BACO泵吸入泵排出凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞向左移动时，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。液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。图图3.1 3.1 容积式液压泵工作原理图容积式液压泵工作原理图l l一凸轮；一凸轮；2 2一柱塞；一柱塞；3 3泵体；泵体；4 4弹簧；弹簧；5-5-吸油（单向）阀；吸油（单向）阀；6-6-压油（单向）阀压油（单向）阀（1 1） 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，容积；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，完成压油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单完成压油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。液压泵正常工作的基本条件液压泵正常工作的基本条件 容积式液压泵的图形符号（2 2） 具具有有相相应应的的配配油油机机构构，将将吸吸油油过过程程与与排排油油过过程程分分开开；并并具有良好密封性。具有良好密封性。 （3 3） 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。泵液压泵图形符号a.单向定量液压泵 b.单向变量液压泵d.双向变量液压泵单向定量马达单向变量马达双向变量马达c.双向定量液压泵液压马达的图形符号容积式液压泵分类3.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数液压泵的性能参数主要是指液压泵的压力、流量和排量、功率和效率等。1. 压力（压力（MPaMPa） 指液压泵在实际工作时输出油液的压力值，也称为系统压力。 工作压力工作压力 额定压力额定压力指在保证液压泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续长期运转时允许使用的压力最大限定值。 最高允许最高允许 压力压力指泵在在短时间内所允许超载使用的最高压力。 液液压压泵泵在在正正常常工工作作时时，其其工工作作压压力力应应小小于于或或等等于于泵泵的额定压力的额定压力, ,否则就会过载。否则就会过载。表表3.1压力分级压力分级压力分级低压中压中高压高压超高压压力（MPa）2.52.58816163232由于液压传动的用途不同，液压系统所需要的压力也不同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，如表3.1。2. 排量和流量排量和流量 （1 1）排量）排量 VV(2)(2)理论流量理论流量q qt t即:指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积。指在无泄漏情况下，液压泵每转所能排出的油液体积。排量的常用单位是（ml/r）。qt=Vn (3.1)(3.1)(3)(3)实际流量实际流量q指单位时间内液压泵实际输出油液体积.由于工作过程中泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量q，（泵的工作压力越高，泄漏量越大）使得泵的实际流量小于泵的理论流量。q=qt-q（3.2）即泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。由于泵存在泄漏，所以泵实际流量和额定流量都小于理论流量。(4)(4)额额 定定 流流 量量q qn n3. 功率功率（2 2）输入功率）输入功率P Pi i 实际驱动液压泵所需要的机械功率，由电动机或内燃机给出。液压泵的输入能量为机械能，其表现为转矩T和转速；液压泵的输出能量为液压能，表现为压力p和流量q。（1）理论功率）理论功率泵的理论流量与泵进出口压差的乘积。（3）输输出出功功率率po液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差p的乘积。 当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率，即泵的理论功率为：式中,液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。(3.3)(3.3)(3.4)(3.4)(3.5)(3.5)4. 效率效率 实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。（1 1）容积效率）容积效率是液压泵实际流量与理论流量之比，即：（2 2）机械效率）机械效率指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效率表征。（3 3）总效率）总效率泵的输出功率与输入功率之比 液压泵的性能曲线液压泵的性能曲线液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。 对液压泵来说，输出压力增大时,泵实际输出的流量减小。 泵的机械泵的机械损失损失3.2 齿轮泵齿轮泵齿轮泵按结构不同，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。齿轮泵按结构不同，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。 齿轮泵的特点是：体积小，重量轻，结构简单，制造方便，齿轮泵的特点是：体积小，重量轻，结构简单，制造方便，价格低，工作可靠，自吸性能较好，对油液污染不敏感，价格低，工作可靠，自吸性能较好，对油液污染不敏感，维护方便等。维护方便等。其缺点是：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变等。其缺点是：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变等。内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，其体积小，流量脉动内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，其体积小，流量脉动小，噪声小，但加工困难，使用受到限制。小，噪声小，但加工困难，使用受到限制。 齿轮泵分解图3.2.1外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理泵主要由主、从动泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。侧板等主要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿轮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。外啮合齿轮泵的工作原理1泵体;2主动齿轮;3从动齿轮l l一壳体一壳体2-2-主动齿轮主动齿轮3 3从动齿轮从动齿轮 这里啮合点处的齿面接触线一直起着分隔高、低压腔的作用，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构。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，构成吸油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。3.2.2 齿轮泵的排量和流量齿轮泵的排量和流量1.排量排量 V V 排量是液压泵每转一周所排出的液体体积。这里近似等于两个齿轮的齿间容积之和。设齿间容积等于轮齿体积，则有 式中： D齿轮节圆直径；h齿轮齿高；B齿轮齿宽； Z齿轮齿数； m齿轮模数由于齿间容积比轮齿的体积稍大，通常取通常取 =3.33=3.33所以通常修正为 V=6.66zmV=6.66zm2 2B B式中 q 齿轮泵的平均流量； n 齿轮泵的转速； v 齿轮泵的容积效率。齿轮泵的实际流量为 2. 流量流量 q 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 表3.2给出了不同齿轮齿数时外啮合齿轮泵的流量脉动率。在相同情况下，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多表3.2不同齿数齿轮泵流量脉动率Z681012141620q0.3470.2630.2120.1780.1530.1340.107 特点：特点： 1)1)齿轮泵的平均流量与齿数成正比，而与模数的平方成比例。齿轮泵的平均流量与齿数成正比，而与模数的平方成比例。 2)2)齿轮泵的流量与齿宽成正比，但齿宽的增大受齿轮所受液压齿轮泵的流量与齿宽成正比，但齿宽的增大受齿轮所受液压径向力增加的限制，一般取齿宽径向力增加的限制，一般取齿宽B B（6 61010）m m ，高压时取大值。高压时取大值。 3)3)提高转速可以提高泵的流量，但受泵吸入性能的限制齿轮泵提高转速可以提高泵的流量，但受泵吸入性能的限制齿轮泵的转速一般在的转速一般在100010001500 r / min1500 r / min。 4 4）另外，在容积式液压泵中，齿轮泵的流量脉动最大。另外，在容积式液压泵中，齿轮泵的流量脉动最大。3.2.3 齿轮泵的结构特点齿轮泵的结构特点1. 泄漏泄漏液压泵中组成密封工作容积的零件作相对运动，其间隙产生的泄漏影响液压泵的性能。外啮合齿轮泵压油主要通过三条途径泄漏到低压腔中去。（1）泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏）泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏由于齿轮转动方向与泄漏方向相反，压油腔到吸油腔通道较长，所以其泄漏量相对较小，约占总泄漏量的10%15%。（2）齿面啮合处间隙的泄漏）齿面啮合处间隙的泄漏由于齿形误差会造成沿齿宽方向接触不好而产生间隙，使压油腔与吸油腔之间造成泄漏，这部分泄漏量很少。（3）齿轮端面间隙的泄漏）齿轮端面间隙的泄漏齿轮端面与前后端盖之间的端面间隙教大，此端面间隙封油长度又短，所以泄漏量最大，可占总泄漏量的70%75%。2. 液压径向不平衡力液压径向不平衡力在齿轮泵中，由于在压油腔和吸油腔之间存在着压差，又因泵体表面与齿轮齿顶存在着径向间隙，可以认为压油腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力，液压径向不平衡力其合力大小为式中：K 系数，对于主动轮,K=0.75;对于从动轮,K=0.85;p 泵进出口压力差； De 齿顶圆直径。危害：径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。减小径向不平衡力措施：1)为了减小径向不平衡力的影响，通常采取减小压油口的办法；2)减少齿轮的齿数，这样减小了齿顶圆直径，承压面积减小；3)适当增大径向间隙；4)开压力平衡槽。齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。齿轮泵的困油现象及消除措施AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小3. 困油现象困油现象n n困油现象的危害：使闭死容积中的压力急剧升高，使轴承困油现象的危害：使闭死容积中的压力急剧升高，使轴承受到很大的附加载荷，同时产生功率损失及液体发热等不良受到很大的附加载荷，同时产生功率损失及液体发热等不良现象，或使溶解于液体中的空气析出产生气泡，产生气蚀现现象，或使溶解于液体中的空气析出产生气泡，产生气蚀现象，引起振动和噪声。象，引起振动和噪声。 封闭容积封闭容积卸荷槽容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通齿轮泵的困油现象及消除措施 在开卸荷槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。若卸荷槽间距过大则困油现象不能彻底消除，所以两卸荷槽之间距离为 通常是在两端盖板上开一对矩形卸荷槽。开卸荷槽的原则是：当封闭容腔减小时，让卸荷槽与泵的压油腔相通，这样可使封闭容腔中的高压油排到压油腔中去；当封闭容腔增大时，使卸荷槽与泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。消除困油的方法：消除困油的方法：式中 a一齿轮压力角； t0一标准齿轮的基节。3.2.4 提高外啮合齿轮泵压力的措施提高外啮合齿轮泵压力的措施 提高齿轮泵工作压力的关键是有效降低内部的端面泄漏。目前 的方法是采用端面间隙自动补偿装置。其工作原理是把泵内压油腔的压力油引到轴套外侧或侧板上，从而自动补偿端面磨损和减小端 面间隙。 3.2.5 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两种。摆线齿轮泵又称为转子泵，两齿轮相差一个齿。 内啮合齿轮泵1主动小齿轮2从动内齿轮3月牙板吸油窗口压油窗口从动内齿轮月牙板主动小齿轮压油窗口吸油窗口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。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。主动小齿轮压油窗口从动内齿轮吸油窗口 摆线齿形啮合齿轮泵又称摆转子泵。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。内啮合渐开线齿轮泵的工作原理图1小齿轮（主动齿轮）；2内齿轮（从动齿轮）；3月牙板；4吸油腔；5压油腔内啮合齿轮泵的流量脉动率仅是外啮合齿轮泵流量脉动率的5%10%，结构紧凑、尺寸小、重量轻、运转平稳、噪声低； 但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低； 一般用于中、低压系统，或作为补油泵。 内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，需要专门的高精度加工 设备，价格较贵，且不适合高压工况。内啮合摆线齿轮泵 1.外齿轮2.内齿轮内啮合摆线齿轮泵结构紧凑，运动平稳，噪声低。但流量脉动比较大，啮合处间隙泄漏大。所以通常在工作压力为2.57MPa的液压系统中作为润滑、补油等辅助泵使用。3.2.6 螺杆泵螺杆泵1.组成：泵壳、螺杆、轴承、轴封等组成：泵壳、螺杆、轴承、轴封等2.分类：单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵分类：单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵3. 螺杆泵的工作原理螺杆泵的工作原理三螺杆泵（密封式）三螺杆泵（密封式） 凹凹螺螺杆杆根根园园、节节园园直直径径与与凸凸螺螺杆杆顶顶园园直直径三者间之比径三者间之比1：3：5泵套（螺杆）的最小长度为（泵套（螺杆）的最小长度为（1.21.5）t三螺杆泵工作原理三螺杆泵工作原理1.1.三螺杆泵的流量三螺杆泵的流量2.2.双螺杆泵的流量双螺杆泵的流量3.3.单螺杆泵的流量单螺杆泵的流量螺杆泵的内漏：螺杆泵的内漏：1 1）螺杆顶园与泵缸（衬套）的径向间隙；）螺杆顶园与泵缸（衬套）的径向间隙； 2 2）螺杆之间顶园与根园及螺旋面间的啮合间隙。）螺杆之间顶园与根园及螺旋面间的啮合间隙。内漏量与径向间隙的立方以及工作压力差成正比。内漏量与径向间隙的立方以及工作压力差成正比。螺杆泵的流量螺杆泵的流量33.3 叶片泵叶片泵 叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小，运转平稳等优点，因而被广泛用于中、低压液压系统中。但它也存在着结构复杂，吸油能力差，对油液污染比较敏感等缺点。 叶片泵按结构可分为单作用式和双作用式两大类。单作用式主要作变量泵，双作用式作定量泵。3.3.1 双作用叶片泵双作用叶片泵1. 双作用泵的工作原理双作用泵的工作原理图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。转子转一周，两叶片间密封容积吸油两次，排油两次，因此称为双双作作用叶片泵。用叶片泵。双作用叶片泵工作原理1定子；2压油口；3转子；4叶片；5吸油口双作用泵的工作原理图双作用泵的工作原理图1叶片；2定子；3转子2.双作用叶片泵的排量和流量双作用叶片泵的排量和流量当两叶片从a，b位置转到c，d位置时，排出容积为M的油液；从c，d转到e，f 时，吸进了容积为M的油液。从e，f 转到g，h时又排出了容积为M的油液再从g，h转回到a，b时又吸进了容积为M的油液。式中：R定子长半径；r定子短半径；B转子厚度。转子转一周，两叶片间吸油两次，排油两次，每次容积为M；当叶片数为Z时，转动一周所有叶片的排量为2Z个M容积，若不计叶片几何尺度，此值正好为环行体积的两倍。故泵的排量为：平均流量为：考虑叶片厚度影响后，双作用叶片泵精确流量计算公式为：双作用叶片泵的流量为：双作用叶片泵的流量为： 式中，B一叶片的宽度，R、r 定子的长半径和短半径s叶片厚度；叶片倾角。n叶片泵的转速，v叶片泵的容积效率。 叶片泵的流量脉动很小。理论研究表明，当叶片数为4的倍数时流量脉动率最小，所以双作用叶片泵的叶片数一般取12或16。3. 双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点（1 1）定子工作表面曲线）定子工作表面曲线 定子工作表面曲线 如图所示。它由四段圆弧和四段过渡曲线组成。理想的过渡曲线应保证使叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀，保证叶片对定子表面的冲击尽可能小。双作用叶片泵双作用叶片泵定子曲线定子曲线 现在较广泛应用的一种过渡曲线是等加速、等减速曲线，如图所示。叶片在绝大多时间做等加速或等减速运动，这时叶片不会对定子内表面产生很大冲击。但是在0、/2和处，叶片运动的加速度仍有突变，还会有一些冲击。等加等减速曲线的极坐标方程为 式中: 过渡曲线的极半径； R、r 圆弧部分的长半径和短 半径; 极径的坐标极角； a 过渡曲线的中心角。（2 2）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。（3.23） 此外，还要求定子圆弧部分的夹夹角角，以免产生困油和气穴现象。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。 封油区中两相邻叶片之间的油液其压力基本与吸油区压力相同，当这部分液体从封油区到达压油窗口时，相当于一个低压区域突然和一个高压区域接通，这势必造成压油腔中的油液倒流进来，引起泵输出流量和压力的脉动。在配油盘上叶片从封油区进入压油窗口的一边开开三三角角槽槽，可使那块低压液体逐渐进入压油窗口，压力逐渐上升，从而降低泵的流量脉动和压力脉动。三角槽的尺寸通常由实验来确定。（3 3）双作用叶片泵的叶片倾角）双作用叶片泵的叶片倾角 叶片在转子中的安放应当有利于叶片的滑动，磨损要小。图示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T的值。由理论分析和实验验证，一般取为10o14o。双作用叶片泵的叶片“后倾”4. 高压双作用叶片泵的结构特点高压双作用叶片泵的结构特点将配流盘的一侧与压油腔连通，使配油盘在液压油推力作用下压向定子端面。泵的工作压力越高，配油盘就会自动压紧定子，同时配油盘产生适量的弹性变形，使转子与配油盘间隙进行自动补偿。（1 1）端面间隙自动补偿）端面间隙自动补偿(2) (2) 减少叶片对定子作用力减少叶片对定子作用力*随着技术的发展，双作用叶片的最高工作压力已达2030MPa，这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的，不像齿轮泵和单作用叶片泵那样，工作压力的提高会受到径向承载能力的限制；*叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面叶片和定子内表面的磨损的磨损。1）减少作用在叶片底部的油压力。 2）减少叶片底部受压力油作用的面积。 3）采取双叶片结构。为了解决定子和叶片的磨损，要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力，目前采取的主要结构措施有以下几种：双叶片结构双叶片结构叶片的底面上开有三个弹簧孔，通过叶片头部和底部相连的小孔及侧面的半圆槽使叶片底面与头部沟通。不过，弹簧在工作过程中频繁受交变压缩，易引起疲劳损坏。双叶片式工作原理图4）采用复合叶片结构这种方法用于额定压力达21MP的高压叶片泵上。复合叶片式结构3.3.2 单作用叶片泵单作用叶片泵1. 单作用叶片泵工作原理单作用叶片泵工作原理 吸油窗口压油窗口压油口吸油口定子单作用叶片泵工作原理1压油口;2转子;3定子;4叶片;5吸油口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。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。转子单方向受力，轴承负载大。改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵。 一个叶片密封容积排出的油液BeRZBeRZV22)()(-+=DppBeReRVZV22)()(Z-+=D=p个叶片时当泵有eRBBeReRVpp4)()(22=-+=单作用叶片泵排量为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单作用叶片泵的排量单作用叶片泵的排量单作用叶片泵的排量单作用叶片泵的排量: :实际流量为实际流量为实际流量为实际流量为：与双作用叶片泵不同：与双作用叶片泵不同： 1)1)考虑流量脉动，单作用叶片泵考虑流量脉动，单作用叶片泵的叶片数为奇数，一般为的叶片数为奇数，一般为1313或或1515片。片。 2)2)叶片倾角为后倾，有利于叶片叶片倾角为后倾，有利于叶片在离心力作用下向外伸出。在离心力作用下向外伸出。3)3)改变偏心便可改变流量改变偏心便可改变流量. .单作用叶片泵的叶片“前倾”3.3.3 限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵 变量泵是指排量可以调节的液压泵。这种调节可能是手动的，也可能是自动的。 限压式变量叶片泵是一种利用负载变化自动实现流量调节的动力元件，在实际中得到广泛应用。1. 限压式变量叶片泵的工作原理和特性限压式变量叶片泵的工作原理和特性（1）外反馈限压式变量叶片泵）外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵1转子；2弹簧；3定子；4滑块滚针支承；5反馈柱塞；6流量调节螺钉YBXYBX型外反馈限压式变量叶片泵型外反馈限压式变量叶片泵l预紧力调整螺钉；2限压弹簧；3泵体；4转子；5定子6滑块；7泵轴；8叶片；9反馈柱塞；10最大偏心调整螺钉 由于配油盘上的吸油、压油窗口是关于泵的中心线对称的，所以压力油的合力垂直向上，可以把定子压在滚针支承上。定子右边的柱塞与泵的压油腔相通。设柱塞面积为Ax，则作用在定子上的液压力为pAx。当这个液压力小于弹簧的预紧力FS时，弹簧把定子推向右边，此时的偏心距达到最大值emax=e eo，泵输出最大流量qmax。当泵的工作压力升高使得pAxFS时， 液压力克服弹簧力把定子向左推移，偏心距减小了，泵的输出流量也随之减小。压力越高，偏心距ex= =emax- -x越小， 泵输出的流量也越小。当压力增大到偏心距所产生的流量刚好能补偿泵的内部泄漏时，泵的输出流量为零。 这意味着不论外负载如何增加，泵的输出压力不会再增高。这也是 限限压压 的由来。由于反馈是借助于外部的反馈柱塞实现的，故称为外反馈外反馈。1）当pAksx0时 定子相对于转子的偏向量减小，输出流量减小； 3）当pBA=ksx0 时 为转折点。式中pB为调定压力，ks为弹簧刚度，x0弹簧的预压缩量。设泵转子和定子间的最大偏心距为emax，此时弹簧的预压缩量为x0，弹簧刚度为kx，泵的偏心预调值为e0，当压力逐渐增大，使定子开始移动时压力为PB，则有)(0max0eexkApxxB-+=)(0max0eexAkpxxB-+=（2）内反馈限压式变量叶片泵的压力）内反馈限压式变量叶片泵的压力流量特性流量特性 与外反馈限压式变量叶片泵的主要差别是没有反馈活塞，且配油盘上的压油窗口对垂直轴是不对称的，向弹簧那边转过了角。这样作用在定子内壁上液压力的合力P在X轴方向上存在一个分力PSin，它就是进行自动调节的反馈力。具体调节过程类似于外反馈限压式变量叶片泵。由于存在偏角，排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线OO的分力F1及与之平行的调节分力F2，调节分力F2与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。定子相对于转子的偏心距、泵的排量大小可由力的相对平衡来决定。 内反馈限压式变量叶片泵工作原理 1最大流量调节螺钉；2弹簧预压缩量调节螺钉；3叶片；4转子；5定子当泵的工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值，不随工作压力的变化而变，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如上图中AB段。当泵的工作压力P超过PB后，调节分力F2大于弹簧预紧力，使定子环向减小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降（变量）3.4 柱塞泵柱塞泵 柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油的。与齿轮泵和叶片泵相比它具有以下特点：（1） 工作压力高由于密封容腔是由柱塞孔和柱塞构成，圆柱面 相对容易加工，可以达到较高的尺寸精度，因此这种泵的密封性很好，有较高的容积效率。柱塞泵的工作压力一般为2040MPa，最高可达1000MPa。（2） 易于变量由于便于改变柱塞的行程，因此容易实现单向或双向变量。（3） 流量范围大设计上可以选用不同的柱塞直径或数量，因此可得到不同的流量。 柱塞泵也存着在对油污染敏感和价格较昂贵等缺点。 上述特点表明，柱塞泵具有额定压力高，结构紧凑，效率高及流量调节方便等优点。被广泛用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。 柱塞泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。3.4.1 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 轴向柱塞泵中的柱塞是轴向排列的。当缸体轴线和传动轴轴线重合时，称为斜盘式轴向柱塞泵；当缸体轴线和传动轴轴线不在一条直线上，而成一个夹角时，称为斜轴式轴向柱塞泵。轴向柱塞泵具有结构紧凑，工作压力高，容易实现变量等优点。1.轴向柱塞泵工作原理轴向柱塞泵工作原理斜盘式 1传动轴；2一斜盘；3一柱塞；4缸体；5一配油盘2.轴向柱塞泵的排量和流量轴向柱塞泵的排量和流量 设柱塞直径为d，柱塞数为Z，柱塞中心分布圆直径为D， 斜盘倾角为，则柱塞行程：缸体转一转时，泵的排量V为：泵的实际输出流量q为：式中，n一泵的转速；pv一泵的容积效率。 V=V=d d 2 2DtanDtanz nz nv v/ /4 4h=Dtan 轴向柱塞泵的输出流量是脉动的。理论分析和实验研究表明， 当柱塞个数多且为奇数时流量脉动较小。从结构和工艺考虑，柱塞个数多采用7或9。流量脉动率与柱塞数流量脉动率与柱塞数Z Z的关系的关系Z56789101112q(%)4.98142.537.81.534.981.023.451）非通轴式轴向柱塞泵）非通轴式轴向柱塞泵3. 3. 轴向柱塞泵结构轴向柱塞泵结构 (1)斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵*斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动。*传动轴旋转时，柱塞2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，油液经配油盘4上的配油窗口a吸入。*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。 *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b向外排出。斜盘1柱塞2缸体3配油盘4吸油口压油口 滑靴和斜盘滑靴和斜盘*为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴。*滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。*有利于提高轴向柱塞泵的压力。滑靴的静压支承原理 当缸体转动时，柱塞可以在缸体中往复运动，完成吸油和压油过程。配油盘与泵的吸油口和压油口相通，固定在泵体上。另外，在滑靴与斜盘相接触的部分有一个油室，压力油通过柱塞中间的小孔进入油室，在滑靴与斜盘之间形成一个油膜，起着静压支承作用，从而减少了磨损。 柱塞和缸体柱塞和缸体QQ手动变量机构手动变量机构变量机构由缸筒1，活塞2和伺服阀3组成。斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角。当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，变量活塞向上移动。手动伺服变量机构图2）通轴式轴向柱塞泵）通轴式轴向柱塞泵通轴型轴向柱塞泵。它具有如下特点：（1）斜盘6靠近原动机一端，由于传动轴穿过斜盘，因此称为通轴泵。（2）传动轴直接由前后盖上的滚动轴承支承，减小了轴承尺寸改变了传动轴的受力状态，提高了泵的转速。（3）传动轴伸出驱动一个泵后盖上的小齿轮泵，当该泵用于闭式回路时，齿轮泵作辅助泵用，可以简化系统和管路。（4）变量机构的运动活塞与传动轴平行，且作用于斜盘的外缘，可以缩小泵的径向尺寸和减小实现变量所需要的操纵力。（5）传动轴即承受转矩又承受来自斜盘传递的径向力，所以传动轴比较粗。（2）斜轴式轴向柱塞泵）斜轴式轴向柱塞泵（2）斜轴式轴向柱塞泵）斜轴式轴向柱塞泵斜轴式1流盘；2 柱塞；3 缸体；4 连杆；5 传动轴；6 吸油窗口；7 压油窗口斜轴式l传动轴2一连杆3缸体4一柱塞5一平面配油盘 斜轴式轴向柱塞泵发展较早，构造成熟。与斜盘式轴向柱塞泵相比，有如下特点：（1）斜轴式轴向柱塞泵中的柱塞是由连杆带动运动的，所受径向力很小，因此允许传动轴与缸体轴线之间的夹角达到25，个别甚至达到40，因而泵的排量较大。而斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角受径向力的限制，一般不超过20。（2）缸体受到的倾覆力矩很小，缸体端面与配流盘贴合均匀，泄漏损失小，容积效率高；摩擦损失小，机械效率高。（3）结构坚固，抗冲击性能好。（4）由于斜轴泵的传动轴要承受相当大的轴向力和径向力，需采用承载能力大的推力轴承。轴承寿命低是斜轴泵的薄弱环节。（5）斜轴泵的总效率略高于斜盘泵。但斜轴泵的体积大，流量的调节靠摆动缸体使缸体轴线与传动轴线的夹角发生变化来实现，运动部件的惯性大，动态响应慢。 3.4.2 径向柱塞泵径向柱塞泵1.径向柱塞泵工作原理径向柱塞泵工作原理径向柱塞泵的工作原理图1-柱塞；2转子；3衬套；4一定子；5-配油轴 转子的中心与定子的中心之间有一个偏心量e。在固定不动的配流轴上，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。 当转子按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。 当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵。 为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。 径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差，并且配流轴受到径向。不平衡液压力的作用，易于磨损。2.径向柱塞泵的排量和流量径向柱塞泵的排量和流量泵的平均排量为：泵的输出流量： 当径向柱塞泵的转子和定子间的偏心距为e时，柱塞在缸体内孔的行程则为2e。 若柱塞数为Z，则泵的排量:若泵的转速为n，容积效率为pv，则泵的流量为:阀配油径向柱塞泵阀配油径向柱塞泵1 1一偏心轮；一偏心轮；2 -2 -柱塞；柱塞；3 -3 -弹簧；弹簧；4 -4 -压油压油阀阀; 5 ; 5 吸油阀；吸油阀；6 -6 -滚动轴承滚动轴承3.阀配流径向柱塞泵的工作原理阀配流径向柱塞泵的工作原理3.5 各类液压泵性能比较及应用各类液压泵性能比较及应用 液压泵的应用可以分为两大类：一类统称为“固定设备用液压装置”，如各类机床、液压机和轧钢机等；另一类统称为“移动设备用液压装置”，比如起重机、 车辆和各种工程机械等。两类液压装置对液压泵的选用有较大的差异。两类不同液压装置的主要区别两类不同液压装置的主要区别固定设备移动设备原动机多为电动机，转速稳定，且多为1500r/min原动机多为内燃机，转速变化范围较大，一般为500r/min4000r/min多采用中压范围：7MPa21MPa,个别可达25MPa多采用中、高压范围：14MPa35MPa,个别可达40MPa液压系统常用液压泵的性能比较小小结结v构成液压泵基本条件是：具有可变的密封容积，相应的配油机构，及高、低压腔相互隔离的结构。v液压泵的主要性能参数有：排量、流量、压力、功率和效率。v排量为几何参数，而流量则为排量和转速的乘积。v实际工作压力取决于外负载。v液压功率为泵的输出流量和工作压力之乘积。v容积效率和机械效率分别反映了液压泵的容积损失和机械损失。小小结结v 液压泵是液压系统的动力源。v 液压泵根据结构形式的不同，主要分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类，要掌握各类泵的工作原理、排量与流量的计算方法，了解其结构特点。