第三章液压泵和液压马达PPT讲稿.ppt

第三章第三章 液液压泵和液和液压马达达第1页，共60页，编辑于2022年，星期二 3.23.2 齿轮泵和齿轮马达齿轮泵和齿轮马达 齿轮泵的结构简单，造价低廉，工作可靠，体积小，重量轻，对齿轮泵的结构简单，造价低廉，工作可靠，体积小，重量轻，对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理。本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理。一、齿轮泵的工作原理和组成一、齿轮泵的工作原理和组成 1.1.组成：三片式结构组成：三片式结构 端盖、泵体和啮合齿轮。端盖、泵体和啮合齿轮。3-1第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第2页，共60页，编辑于2022年，星期二 2.齿轮泵的工作原理齿轮泵的工作原理 主动齿轮反时针旋转，带动被动齿轮顺时针主动齿轮反时针旋转，带动被动齿轮顺时针旋转。在吸油腔一侧，由于齿轮逐渐退出啮合，旋转。在吸油腔一侧，由于齿轮逐渐退出啮合，吸油腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液吸油腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔并填满齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液并填满齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔齿轮逐渐进入啮合，容被送到压油腔。在压油腔齿轮逐渐进入啮合，容积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。齿积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。齿顶间隙所形成的容积不参与吸排油，侧间隙和端顶间隙所形成的容积不参与吸排油，侧间隙和端间隙越小越好。图间隙越小越好。图3-2 3-2 介绍原理。介绍原理。3-2第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第3页，共60页，编辑于2022年，星期二 可可见见，节节圆圆直直径径一一定定时时，齿齿数数越越少少排排量量越越大大，这这对对于于减减少少齿齿轮轮的的尺尺寸寸重重量量是是有有利利的的。当当然然，减减少少齿齿数数要要受受到到根根切切的的限限制制，同同时时还还要要考考虑虑实实际际情情况况时时，系统对油泵流量波动的要求。一般系统对油泵流量波动的要求。一般Z Z为为9 9、1111、1313。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第4页，共60页，编辑于2022年，星期二二、齿轮泵的瞬时流量二、齿轮泵的瞬时流量 根据以上得到的齿轮泵排量公式可求得齿轮泵的理论流量（平均流量）根据以上得到的齿轮泵排量公式可求得齿轮泵的理论流量（平均流量）:须知这样求得的流量是平均流量。事实上齿轮泵在工作中，须知这样求得的流量是平均流量。事实上齿轮泵在工作中，随着齿轮所处的不同位置，其瞬时流量是不同的。如在某时间内随着齿轮所处的不同位置，其瞬时流量是不同的。如在某时间内压油腔容积变化压油腔容积变化dVdV，则瞬时流量，则瞬时流量dV/dtdV/dt是各处不同的，这一瞬时流量的是各处不同的，这一瞬时流量的变化现象称为液压泵的流量波动。流量波动将导致执行组件工作速度不平变化现象称为液压泵的流量波动。流量波动将导致执行组件工作速度不平稳，而且会引起压油管内的压力波动，从而导致系统机械振动和噪音的增稳，而且会引起压油管内的压力波动，从而导致系统机械振动和噪音的增加，这对于高性能要求的液压系统显然是不利的。因而了解流量波动的大加，这对于高性能要求的液压系统显然是不利的。因而了解流量波动的大小和频率，对于正确选用液压泵以设计出满足要求的液压传动系统是非常小和频率，对于正确选用液压泵以设计出满足要求的液压传动系统是非常必要的。必要的。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第5页，共60页，编辑于2022年，星期二齿轮泵的瞬时流量则为：齿轮泵的瞬时流量则为：式中：齿顶圆半径；x啮合点至主动齿轮圆心的距离；y啮合点至被动齿轮圆心的距离。由上式可见，由于啮合点沿啮合线变化，所以由上式可见，由于啮合点沿啮合线变化，所以x、y值随啮合点值随啮合点的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮合点的变化而变化。同的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮合点的变化而变化。同时可知，当一对齿退出啮合而另一对齿进入啮合后，瞬时流量将重时可知，当一对齿退出啮合而另一对齿进入啮合后，瞬时流量将重复变化一次。复变化一次。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第6页，共60页，编辑于2022年，星期二 为为讨讨论论方方便便，将将x x、y y两两个个变变量量有有啮啮合合点点至至节节点点的的距距离离f f置置换换，将将齿齿顶顶圆圆半径用节半径用节 圆半径和齿顶高置换，则可得外啮合齿轮泵瞬间流量公式为圆半径和齿顶高置换，则可得外啮合齿轮泵瞬间流量公式为:由由 此此 可可 知知，在在 结结 构构 参参 数数 B B、R R、h h及及 转转 速速 一一 定定 时时，啮啮 合合 点点 与与 节节 点点 重重 合即合即f=0f=0时瞬时流量最大，而当开始啮合和退出啮合时，时瞬时流量最大，而当开始啮合和退出啮合时，（为啮合点在啮合线上走过的长度），此时瞬时流量最小。为啮合点在啮合线上走过的长度），此时瞬时流量最小。由由于于齿齿轮轮啮啮合合时时重重合合系系数数11，即即当当一一对对尚尚未未退退出出啮啮合合时时，下下一一对对齿齿已已进进入入啮啮合合状状态态，于于是是在在两两对对齿齿之之间间形形成成闭闭死死容容积积，使使前前对对齿齿失失去去排排油油能能力力，此此时时瞬瞬时时流流量量由由后后一一对对齿齿决决定定，因因此此在在曲曲线线上上形形成成有有一一段段的的流流量量突突然下降。然下降。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第7页，共60页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 衡量流量波动性亦即流量品质的指标衡量流量波动性亦即流量品质的指标:流量波动系数流量波动系数:对常用的外啮合齿轮泵对常用的外啮合齿轮泵:流量波动频率流量波动频率:由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质主要决定于齿数，由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质主要决定于齿数，齿数越多则系数越小而频率越大，也即是流量品质越好。齿数越多则系数越小而频率越大，也即是流量品质越好。为轻型化为轻型化，齿数少，波动大。，齿数少，波动大。第8页，共60页，编辑于2022年，星期二三、齿轮泵结构上的问题三、齿轮泵结构上的问题 （一）困油现象及消除措施困油现象及消除措施 1.产生的原因及现象产生的原因及现象 为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密封，必须为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密封，必须使重合系数大于使重合系数大于1，一般，一般1.05-1.2。当前一对齿没有脱开啮合时，后一对齿已进入。当前一对齿没有脱开啮合时，后一对齿已进入啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。容积称为困油区。当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大（下图当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大（下图a a）,随着随着A A、B B两点的移动，困两点的移动，困油区逐渐减小，当油区逐渐减小，当A A、B B两点对称地分布于节点两侧时困油区容积最小。两点对称地分布于节点两侧时困油区容积最小。3-33-4第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第9页，共60页，编辑于2022年，星期二2.危害危害 困困油油区区由由大大到到小小：产产生生很很大大的的压压力力，这这个个力力在在齿齿轮轮转转一一转转时时重重复复出出现现的次数等于齿数，产生冲击的次数等于齿数，产生冲击 困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加噪音。困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加噪音。3.3.解解决决办办法法：开开卸卸荷荷槽槽。卸卸荷荷槽槽的的形形式式多多种种多多样样，而而卸卸荷荷原原理理基基本本相相同同，即即当当封封闭闭容容积积有有大大边边小小时时，通通过过一一个个卸卸荷荷槽槽使使其其与与压压油油腔腔相相通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其与吸油腔相通。通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其与吸油腔相通。注注意意：两两卸卸荷荷槽槽的的配配置置必必须须保保证证在在任任何何时时候候都都不不能能使使压压油油腔腔与与吸吸油油腔腔通通过过困困油油区区而而相互沟通，同时要有效地卸荷。相互沟通，同时要有效地卸荷。图图1-31-3为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽，对称布置，图为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽，对称布置，图1-3c1-3c为长方为长方形卸荷槽非对称布置（偏向吸油腔一侧），适应于齿侧间隙较小的情况。形卸荷槽非对称布置（偏向吸油腔一侧），适应于齿侧间隙较小的情况。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第10页，共60页，编辑于2022年，星期二（二）二）齿轮泵的泄漏和端面补偿齿轮泵的泄漏和端面补偿 1.1.轴轴向向间间隙隙泄泄漏漏:指指齿齿轮轮端端面面与与轴轴承承底底圈圈或或盖盖板板之之间间的的间间隙隙泄泄漏漏。占占总总泄泄漏漏量量的的75-80%75-80%。2.2.径径向向间间隙隙泄泄漏漏:指指齿齿顶顶与与壳壳体体内内圆圆柱柱表表面面之之间间的的间间隙隙泄泄漏漏。占占总总泄泄漏漏量量的的15-20%15-20%。3.3.通通过过啮啮合合点点上上的的泄泄漏漏:由由于于啮啮合合点点在在全全部部齿齿宽宽上上不不能能全全部部接接触触，所所以也可产生泄以也可产生泄漏漏，占，占4-5%4-5%。由由此此可可见见，要要提提高高齿齿轮轮泵泵的的压压力力，必必须须要要减减小小端端面面泄泄漏漏，一一般般采采用用齿齿轮轮端端面面间间隙隙自自动动补补偿偿的的办办法法。图图1-41-4所所示示端端面面间间隙隙的的补补偿偿原原理理。利利用用特特制制的的通通道道把把泵泵内内压压油油腔腔的的压压力力油油引引到到轴轴承承外外侧侧，作作用用在在（用用密密封封圈圈分分隔隔构构成成）一一定定形形状状和和大大小小的的面面积积上上，产产生生液液压压作作用用力力，使使轴轴套套压压向向齿齿轮轮端端面面。这这个个力力必必须须大大于于齿齿轮轮端端面面作作用用在在轴轴承承内内侧侧的的作作用用力力，才才能能保保证证在在各各种种压压力力下下，轴轴承承始始终终自自动动贴贴紧紧齿齿轮端面，减小泵内通过端面的泄轮端面，减小泵内通过端面的泄漏漏，达到提高压力的目的。，达到提高压力的目的。减小泄减小泄漏漏办法：轴向自动补偿，浮动轴套和侧板变形（有的加弹簧）。办法：轴向自动补偿，浮动轴套和侧板变形（有的加弹簧）。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第11页，共60页，编辑于2022年，星期二 图图3-5 3-5 齿轮泵内补偿轴向间隙用的浮动轴承齿轮泵内补偿轴向间隙用的浮动轴承 原原 则则：1.1.压压 紧紧 力力 必必 须须 大大 于于 推推 力力，压压 紧紧 力力=推推 开开 力力+P+P。PP不不 能过小（不能过小（不 起作用）；不能过大（加剧磨损）；起作用）；不能过大（加剧磨损）；2.2.压力和推力作用线一致，产生力偶；压力和推力作用线一致，产生力偶；3.3.磨损后还能起作用。磨损后还能起作用。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第12页，共60页，编辑于2022年，星期二 （三）径向力不平衡现象（三）径向力不平衡现象 产生的原因：产生的原因：径向不平衡由三方面造成：径向不平衡由三方面造成：1.1.液体压力产生的径向力液体压力产生的径向力 同压油腔接触的周长为同压油腔接触的周长为L L1 1受压油腔压力作用；同吸油腔接触的周长为受压油腔压力作用；同吸油腔接触的周长为L L2 2受吸油腔压力作用；同壳体接触的周长为受吸油腔压力作用；同壳体接触的周长为L L3 3受一个沿圆周从低到高压线性受一个沿圆周从低到高压线性变化的压力作用，三个力合力即变化的压力作用，三个力合力即F FP P大致指向吸油腔一侧。大致指向吸油腔一侧。2.2.齿轮传递力矩时齿轮传递力矩时产生的径向力产生的径向力F FM M，对主动齿轮合力减小；从动相反。，对主动齿轮合力减小；从动相反。3.3.困油现象消除不良产困油现象消除不良产生作用在轴上的径向力。生作用在轴上的径向力。造成的危害：造成的危害：这些液体压力综合作用的合力，相当于给齿轮一个径这些液体压力综合作用的合力，相当于给齿轮一个径向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向不平衡力也越大。当径向不平衡力很大时，能使轴弯曲，齿顶与壳体内不平衡力也越大。当径向不平衡力很大时，能使轴弯曲，齿顶与壳体内表面产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。表面产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。下图为其力分析图下图为其力分析图 F F被被更大有时多达几吨，作用在轴承上影响泵的压力不能太高，更大有时多达几吨，作用在轴承上影响泵的压力不能太高，8-16MP8-16MP。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第13页，共60页，编辑于2022年，星期二 3.解决的办法：解决的办法：1.1.减小压油口的直径，使压力油减小压油口的直径，使压力油 仅作用在仅作用在1-21-2个齿之间。个齿之间。2.2.增大泵体内表面与齿顶圆间隙。增大泵体内表面与齿顶圆间隙。3.3.开压力平衡槽。开压力平衡槽。3-83-7图3-6油压和传动产生径向力第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第14页，共60页，编辑于2022年，星期二 四、液压马达四、液压马达 工作原理：液压作用在齿面上推动齿轮旋转，由于啮合点的半径小于齿顶工作原理：液压作用在齿面上推动齿轮旋转，由于啮合点的半径小于齿顶圆半径形成扭矩，合并输出。从性能上分为高速马达和低速马达，三片式补偿不圆半径形成扭矩，合并输出。从性能上分为高速马达和低速马达，三片式补偿不能用，因引入高压油的方向不同，不能轻易将油泵变成马达。能用，因引入高压油的方向不同，不能轻易将油泵变成马达。结构与马达基本相同，但因工作过程一般要求低速大扭矩，直接用高速泵时需结构与马达基本相同，但因工作过程一般要求低速大扭矩，直接用高速泵时需变速箱减速。为了简化机构，直接驱动工作部件，另行设计。变速箱减速。为了简化机构，直接驱动工作部件，另行设计。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第15页，共60页，编辑于2022年，星期二 3.3 基本参数的计算及特性基本参数的计算及特性 一、一、排量、流量和容积效率排量、流量和容积效率 排排量量q:q:是是指指在在没没有有泄泄漏漏和和吸吸油油充充分分的的理理想想情情况况下下，泵泵轴轴每每转转所所排排出出的的液液压压体体积积。它它仅仅取取决决与与液液压压泵泵每每转转一一转转所所有有密密封封工工作作腔腔的的容容积积变变化化量量，与与液液压压泵泵的的结结构构及及几几何何参参数数有有关关。q q值值可可在在有有关关液液压压泵泵的的样样品品本本中中查查到。有时也用每弧度排量表示排量，在计算时要注意两者的区别。到。有时也用每弧度排量表示排量，在计算时要注意两者的区别。理理论论流流量量:是是指指在在不不考考虑虑泄泄漏漏的的情情况况下下，单单位位时时间间内内液液压压泵泵所所输输出出的的液液压压体积体积，则：，则：实实际际流流量量:是是指指在在一一定定的的出出口口压压力力下下，液液压压泵泵在在单单位位时时间间内内实实际际输输出出到到系系统统去去的的液液压压体体积积。当当液液压压泵泵在在一一定定出出口口压压力力下下工工作作时时，出出口口的的压压力力油油总总是是不不可可避避免免地地经经过过间间隙隙向向液液压压泵泵进进口口的的低低压压区区泄泄漏漏，这这就就使使得得实实际际输输出出流流量量总总小小于理论流量。设泄漏流量为于理论流量。设泄漏流量为 则则:因泄漏而产生的损失称容积损失。定义液压泵的容积效率为：因泄漏而产生的损失称容积损失。定义液压泵的容积效率为：第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第16页，共60页，编辑于2022年，星期二 根根据据缝缝隙隙泄泄漏漏流流量量公公式式可可知知，泄泄露露量量取取决决于于液液压压泵泵本本身身结结构构（间间隙隙大大小小，泄泄漏漏通通道道长长度度等等）、液液压压泵泵出出口口压压力力和和所所使使用用油油液液黏黏度度。可可见见对对于于一一个个现现有有的的泵泵来来说说，出出口口压压力力越越大大、油油液液粘粘度度越越低低则则泵泵的的容容积积效效率率越越低低。而而要要提提高高液液压压泵泵的的液液压压效效率率，则则主主要要应应改善液压泵本身的结构，如尽量减小配合间隙等。改善液压泵本身的结构，如尽量减小配合间隙等。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第17页，共60页，编辑于2022年，星期二二、工作压力、扭矩和机械效率二、工作压力、扭矩和机械效率 1.1.工工作作压压力力:是是指指液液压压泵泵工工作作时时出出口口的的实实际际压压力力，它它取取决决与与执执行行组组件件上上所所承承受受负负载载的的大大小小和和系系统统回回路路上上的的压压力力损损失。失。2.2.吸入压力：吸入压力：泵进口处的压力；泵进口处的压力；3.3.额定压力：额定压力：正常工作连续运转的最高压力；正常工作连续运转的最高压力；4.4.最最高高允允许许压压力力：按按实实验验标标准准规规定定超超过过额额定定压压力力值值允许短暂运行的最高压力；工作压力；外载作用的压力。允许短暂运行的最高压力；工作压力；外载作用的压力。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第18页，共60页，编辑于2022年，星期二 液压泵出口压力到齿轮到轴，泵轴在转动时必须克服的扭矩。液压泵出口压力到齿轮到轴，泵轴在转动时必须克服的扭矩。图图3-9 3-9 扭矩分析扭矩分析 这公式适用于所有容积式液压泵。这公式适用于所有容积式液压泵。因因为为液液压压泵泵在在工工作作时时，有有关关构构件件之之间间有有不不可可避避免免的的摩摩擦擦力力存存在在，其其中中包包括括与与运运动动速速度度有有关关的的粘粘性性摩摩擦擦力力，与与正正压压力力有有关关的的摩摩擦擦力力，与与密密封封装装置置有有关关的的恒恒值值摩摩擦擦力力等等，这这些些力力也也形形成成传传动动轴轴上上的的阻阻力力矩矩之和，即实际扭矩为：之和，即实际扭矩为：第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第19页，共60页，编辑于2022年，星期二定义机械效率为：定义机械效率为：第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第20页，共60页，编辑于2022年，星期二三、马达基本参数三、马达基本参数 液压马达与液压泵的基本参数的计算大致相同，区别在于泄漏量、扭矩损失与理液压马达与液压泵的基本参数的计算大致相同，区别在于泄漏量、扭矩损失与理论流量和理论扭矩的关系。论流量和理论扭矩的关系。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第21页，共60页，编辑于2022年，星期二五、液压泵的工作特性五、液压泵的工作特性1.转速特性 由 知，流量和转速是线性关系，即角速度越知，流量和转速是线性关系，即角速度越大，流量越大。实际上，当油泵出口保持某一定值压力时，输出流量大，流量越大。实际上，当油泵出口保持某一定值压力时，输出流量Q Q与转速一开始正比变化，但当转速超过与转速一开始正比变化，但当转速超过 以后，流量与转速就不成正以后，流量与转速就不成正比变化了，随着转速进一步提高，输出流量反而呈下降趋势。这主要是比变化了，随着转速进一步提高，输出流量反而呈下降趋势。这主要是由于密封容积变化速度太快，吸入的油液来不及填满变化的容积，即出由于密封容积变化速度太快，吸入的油液来不及填满变化的容积，即出现所谓现所谓“空吸现象空吸现象”造成的。造成的。“空吸现象空吸现象”的出现抵消了转速增加对流的出现抵消了转速增加对流量的积极影响，同时还会伴有噪音及震动现象，使油泵不能正常工作。量的积极影响，同时还会伴有噪音及震动现象，使油泵不能正常工作。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达a第22页，共60页，编辑于2022年，星期二 液压泵的最高转速还受泵的效率及工作寿命的制约。所以液压液压泵的最高转速还受泵的效率及工作寿命的制约。所以液压泵的额定工作转速定义为：在额定工作压力下，不产生吸空现象且泵的额定工作转速定义为：在额定工作压力下，不产生吸空现象且能连续运转并保证基本工作性能的最高转速。为了提高使用转速能连续运转并保证基本工作性能的最高转速。为了提高使用转速 ，充分发挥泵的工作潜力，有些泵在使用时要求在泵前增设一级辅，充分发挥泵的工作潜力，有些泵在使用时要求在泵前增设一级辅助充油泵以提高液压泵的进口压力。图助充油泵以提高液压泵的进口压力。图3-103-10容积泵的转速特性容积泵的转速特性第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达图图3-10容积泵的转速特性容积泵的转速特性第23页，共60页，编辑于2022年，星期二2.压力特性压力特性 由由 知知缝缝隙隙泄泄漏漏和和压压强强一一次次方方成成正正比比；随随着着液液压压泵泵工工作作压压力力的的提提高高，输输出出流流量量Q Q、容容积积效效率率 将将线线性性下下降降。这这是是因因为为油油泵泵泄泄漏漏流流量量 是是随随着着工工作作压压力力的的增增加加而而线线性性增增加加的的原原因。因。随随着着压压力力的的增增加加，总总效效率率 先先是是增增加加，达达到到最最高高值值后后开开始始下下降降。这这是是因因为为 ，在在低低压压阶阶段段，虽虽然然随随压压力力的的升升高高而而下下降降，可可是是 随随压压力力的的升升高高而而上上升升，且且上上升升幅幅度度大大于于 下下降降的的幅幅度度，故故总总效效率率升升高高。随随着着压压力力的的继继续续升升高高，液液压压泵泵有有关关元元件件之之间间的的接接触触应应力力继继续续增增加加，粘粘性性摩摩擦擦的的状状态态不不能能保保持持，因因此此，摩摩擦擦扭扭矩矩随随压压力力的的增增加加而而增增大大，使使机机械械效效率率随随压压力力增增加加而而上上升升的的幅幅度度大大大大减减小小。当当机机械械效效率率上上升升的的幅幅度度小小于于容容积积效效率率下下降降的的速速度度时时，总总效效率率开开始始随压力的的增加而下降。随压力的的增加而下降。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第24页，共60页，编辑于2022年，星期二在低压阶段，扭矩损失变化不大，分析下式。在低压阶段，扭矩损失变化不大，分析下式。图3-11容积泵压力特性 额定压力就是指泵在连续工作情额定压力就是指泵在连续工作情况下所允许使用的最高压力，在此压况下所允许使用的最高压力，在此压力下能保证泵所必须满足的容积效率、力下能保证泵所必须满足的容积效率、总效率及规定的使用寿命总效率及规定的使用寿命。一般液压泵都具有一定的过载能力，允许的最高过载压力约为额定压力的1.25倍。过载压力只允许短时间使用，可由安全阀限定。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第25页，共60页，编辑于2022年，星期二3.4 叶片泵和叶片马达叶片泵和叶片马达 叶叶片片泵泵有有单单作作用用式式（非非平平衡衡式式，易易变变量量）和和双双作作用用式式（平平衡衡式式，不不能能变变量量）两两大大类类，在在工工作作机机械械的的中中高高压压系系统统中中得得到到了了广广泛泛的的应应用用。叶叶片片泵泵输输出出流流量量均均匀匀，脉脉冲冲小小，噪噪音音小小，但但结结构构较复杂，吸油特征不好，对油液的污染也比较敏感。较复杂，吸油特征不好，对油液的污染也比较敏感。一、单作用式叶片泵 1.1.结结构构 该该泵泵由由泵泵体体、转转子子、定定子子、叶叶片片、端端盖盖、配配油油盘盘等等组组成成。定定子子内内工工作作面面和和转转子子体体外外表表面面均均为为圆圆柱柱面面，且且两者按一定偏心配置，叶片装于转子体槽内，可沿径向滑动。两者按一定偏心配置，叶片装于转子体槽内，可沿径向滑动。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第26页，共60页，编辑于2022年，星期二 2.2.工作原理工作原理 单作用式叶片泵的工作原理见图单作用式叶片泵的工作原理见图312312。当当转转子子回回转转时时，由由于于离离心心力力的的作作用用（也也有有在在叶叶片片槽槽底底部部通通进进压压力力油油推推动动叶叶片片向向外外的的结结构构），使使叶叶片片紧紧靠靠在在定定子子内内表表面面上上，这这样样在在定定子子、转转子子、叶叶片片及及两两端端盖盖之之间间就就形形成成若若干干个个封封闭闭容容积积。当当转转子子按按图图示示方方向向旋旋转转时时。图图中中右右半半边边的的叶叶片片逐逐渐渐伸伸出出，封封闭闭容容积积逐逐渐渐增增大大，形形成成了了吸吸油油；同同时时左左半半边边叶叶片片逐逐渐渐被被定定子子内内表表面面压压进进定定子子槽槽中中，封封闭闭容容积积逐逐渐渐减减小小，形形成成压压油油。在在吸吸油油腔腔和和压压油油腔腔之之间间有有上上下下两两段段封封油油区区将将吸吸油油腔腔和和压压油油腔腔隔隔开开，在在理理论论上上应应使使封封油油区区之之间间的的夹夹角角等等于于两两叶叶片片之之间间的的夹夹角角，以以免免造造成成困困油油现现象象或或使使压压油油腔腔与与吸吸油油腔腔沟沟通通。这这种种泵泵转转子子每每转转一一周周，每每个个封封闭闭容容积积完完成成一一次次吸吸排排油油工工作作循循环环，一一次次是是单单作作用用式式的的，又又由由于于转转子子体体受受到到压压油油腔腔压压油油作作用用，使轴承受到较大的径向载荷，所以是非卸荷式的。使轴承受到较大的径向载荷，所以是非卸荷式的。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第27页，共60页，编辑于2022年，星期二 单单作作用用非非卸卸荷荷式式叶叶片片泵泵额额定定工工作作压压力力一一般般在在7MPa7MPa以以下下，主主要要作作变变量量泵泵使使用用。改改变变定定子子和和转转子子间间偏偏心心的的大大小小，便便可可改变改变泵的排量，故是变量泵改变改变泵的排量，故是变量泵。3-12单作用叶片泵的工作原理1-压油口2-转子3-定子4-叶片5-吸油口第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第28页，共60页，编辑于2022年，星期二 3.流量计算流量计算第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第29页，共60页，编辑于2022年，星期二 当单叶片泵的叶片处于吸油区时，底部通吸油腔，处于压油区时通压油腔，当单叶片泵的叶片处于吸油区时，底部通吸油腔，处于压油区时通压油腔，则这种结构恰好补偿了由于叶片本身厚度所占体积而引起的流量减小，这时叶则这种结构恰好补偿了由于叶片本身厚度所占体积而引起的流量减小，这时叶厚度对流量无影响。厚度对流量无影响。4.4.流量波动流量波动 单单作作用用式式叶叶片片泵泵的的流流量量也也有有波波动动现现象象，但但波波动动系系数数比比齿齿轮轮泵泵要要小小得得多多。根根据据分分析析可可知知，奇奇数数叶叶片片比比偶偶数数叶叶片片的的波波动动要要小小，叶叶片片数数越越多多，波波动动越越小小。所所以以单单作作用用式式叶叶片泵的叶片数总是采用奇数，一般为片泵的叶片数总是采用奇数，一般为1313或或1515片片。优点：流量波动小优点：流量波动小2%2%；自吸能力强；尺寸小；结构简单，成本低；自吸能力强；尺寸小；结构简单，成本低。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第30页，共60页，编辑于2022年，星期二二、双作用式叶片泵二、双作用式叶片泵 1.结构（下图）结构（下图）3-13第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第31页，共60页，编辑于2022年，星期二 2.原理：原理：定定子子工工作作面面曲曲线线是是由由四四段段与与转转子子同同心心的的圆圆弧弧曲曲线线和和四四段段连连接接这这些些圆圆弧弧的的过过渡渡曲曲线线所所组组成成；配配油油窗窗口口有有四四个个，两两个个吸吸油油口口和和两两个个压压油油口口沿沿径径向向对对称称布布置置。当当原原动动机机带带动动转转子子旋旋转转时时，叶叶片片在在离离心心力力和和叶叶片片底底部部通通入入的的压压力力油油的的作作用用下下紧紧贴贴在在定定子子内内表表面面上上。这这种种泵泵每每转转一一转转，每每个个工工作作腔腔吸吸排排油油两两次次，所所以以称称为为双双作作用用式式的的，这这当当然然对对提提高高油油泵泵排量、减小油排量、减小油泵泵的尺寸重量有利的尺寸重量有利。3-14第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第32页，共60页，编辑于2022年，星期二结构特点：结构特点：1.1.定子工作表面曲线；定子工作表面曲线；2.2.避免困油现象，减小液压冲击和噪声；避免困油现象，减小液压冲击和噪声；3.3.保证叶片与定子内表面的良好接触；保证叶片与定子内表面的良好接触；4.4.配油盘；配油盘；5.5.叶片的倾角。叶片的倾角。硬冲击：圆弧和螺线连接处曲线上带有尖角，叶片经过时硬冲击：圆弧和螺线连接处曲线上带有尖角，叶片经过时径向速度突变径向速度突变(加速度很大加速度很大)产生硬冲击。软冲击：加速度变产生硬冲击。软冲击：加速度变化小。化小。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第33页，共60页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第34页，共60页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 单作用叶片泵由于不平衡径向力的影响，工作压力较低，适用于中、单作用叶片泵由于不平衡径向力的影响，工作压力较低，适用于中、低压系统工作。双作用叶片泵虽然消除了径向不平衡力，但由于泄露途低压系统工作。双作用叶片泵虽然消除了径向不平衡力，但由于泄露途径多、叶片在工作中受弯、容易磨损，因此工作压力受到限制，在中压径多、叶片在工作中受弯、容易磨损，因此工作压力受到限制，在中压和中高压系统中应用较多。和中高压系统中应用较多。一般双作用叶片泵额定工作压力为一般双作用叶片泵额定工作压力为一般双作用叶片泵额定工作压力为一般双作用叶片泵额定工作压力为7MPa7MPa7MPa7MPa左右，左右，左右，左右，经过改进后的叶片泵额定压力可达经过改进后的叶片泵额定压力可达经过改进后的叶片泵额定压力可达经过改进后的叶片泵额定压力可达10MPa10MPa10MPa10MPa、16MPa16MPa16MPa16MPa，甚至更高。，甚至更高。，甚至更高。，甚至更高。第35页，共60页，编辑于2022年，星期二三、变量叶片泵三、变量叶片泵 单单作作用用叶叶片片泵泵排排量量 ，若若改改变变偏偏心心距距e e，即即可可在在油油泵泵转转速速不不变变时时改改变变油油泵泵流流量量，这这在在结结构构上上是是容容易易实实现现的的。所所以以变变量量叶叶片片泵泵均均为为单单作作用式的。用式的。1.类型：采采用用变变量量泵泵有有单单向向调调节节和和双双向向调调节节两两大大类类。单单向向调调节节只只改改变变流流量量的的大大小小，双双向向调调节节除除改改变变流流量量大大小小外外，还还能能改改变变供供油油方方向向。变变量量叶叶片片泵泵根根据据调调节节偏偏心心量量的的方方式式又又可可分分为为手手动动调调节节式式、限限压压式式和和稳稳流流式式等等几几种种。限限压压式式变变量量叶叶片片泵泵有有内内反反馈馈和和外外反反馈馈两两种种方方式式，其其工工作作原原理理都都是是将将油油泵泵出出口口压压力力与与一一个个设设定定比比较较，当当出出口口压压力力小小于于设设定定压压力力时时，便便可可自自动动减减小小输输出出力力量量直直到到为为零零，保保证证压压力力在在一一个个不不大大的的范范围围内变化。内变化。第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第36页，共60页，编辑于2022年，星期二 2.2.限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵图3-15丫BX型外反馈限压式变量叶片泵1一预紧力调节螺钉；2一限压弹簧；3一泵体；4一转子；5一定子；6一滑块；7一泵轴；8一叶片；9一反馈柱塞；10一最大偏心调节螺钉第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第37页，共60页，编辑于2022年，星期二3.限压式变量叶片泵工作原理限压式变量叶片泵工作原理 利利用用泵泵工工作作时时油油压压对对定定子子产产生生径径向向不不平平衡衡力力的的反反馈馈作作用用来来自自动动调调节节偏偏心心距距，达到改变流量的目的。达到改变流量的目的。右右图图为为外外反反馈馈限限压压式式变变量量叶叶片片泵泵的的工工作作原原理理。它它能能根根据据外外负负载载的的大大小小自自动动调调节节泵泵的的流流量量。图图中中转转子子1 1的的中中心心O O1 1是是固固定定不不动动的的，定定子子3 3可可左左右右移移动动。在在弹弹簧簧的的作作用用下下，定定子子被被推推向向左左端端，使使定定子子中中心心与与转转子子中中心心有有一一初初始始偏偏心心量量e e0 0,e e0 0的的大大小小可可用用调调节节螺螺钉钉调调节节，它它决决定定了了泵泵在本次调节时的最大流量在本次调节时的最大流量q qmaxmax。图3-16限压式变量泵工作原理示意图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第38页，共60页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 该泵配油盘上的吸油窗口和压油窗口对泵的中心线是对称的。如该泵配油盘上的吸油窗口和压油窗口对泵的中心线是对称的。如图所示，泵工作时，油泵出口压力经泵内通道作用在小柱塞面积上，图所示，泵工作时，油泵出口压力经泵内通道作用在小柱塞面积上，这样柱塞上的作用力这样柱塞上的作用力 与弹簧的作用力方向相反。当与弹簧的作用力方向相反。当PA=KPA=KS SX X0 0时，时，柱塞上所受的液压力与弹簧初始力相平衡，此时的压力柱塞上所受的液压力与弹簧初始力相平衡，此时的压力P P称为泵的限定压称为泵的限定压力，用力，用P PB B表示则：表示则：P PB B=K=KS SX X0/0/A系统的压力系统的压力P PP PB B 时，则：时，则：PAKPA PP PB B 时，则：时，则：PAK PAKS SX X0 0 这表明压力油的作用力大于弹簧的作用力，使定子向右移动，弹簧这表明压力油的作用力大于弹簧的作用力，使定子向右移动，弹簧被压缩，偏心距被压缩，偏心距e e减小，泵的流量也随之减小。减小，泵的流量也随之减小。第39页，共60页，编辑于2022年，星期二 当偏心量变化时，弹簧增加的压缩量为当偏心量变化时，弹簧增加的压缩量为X X，则偏心量，则偏心量e e为：为：e=ee=e0 0-X-X 此时定子受力平衡方程为：此时定子受力平衡方程为：PA=KPA=KS S（X X0 0+X+X）整理以上方程得：整理以上方程得：(当当P PP PB B时时)上式表明当液压系统的压力上式表明当液压系统的压力P P超过泵的限定压力超过泵的限定压力P PB B时，偏心量时，偏心量e e和泵的工和泵的工作压力作压力P P之间的关系，即工作压力之间的关系，即工作压力P P越高，偏心量越高，偏心量e e越小，泵的流量也就越小。越小，泵的流量也就越小。第三章第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达第40页，共60页，编辑于2022年，星期二 4.4.限压式变量叶片泵的压力限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线流量特性曲线将偏心距方程代入叶片泵的流量方程得将偏心距方程代入叶片泵的流量方程得：图图3-173-17限压式变量叶片限压式变量叶片泵特性曲线泵特性曲线 由流量方乘可得图由流量方乘可得图3 31717限压式变量叶片泵特限压式变量叶片泵特性曲线。该曲线表示了泵工作时流量与压力变性曲线。该曲线表示了泵工作时流量与压力变化关线。当泵的工作压力小于化关线。当泵的工作压力小于 时，其流量时，其流量Q Q变化按斜线变化按斜线ABAB变化，在该阶段变量泵相当于定变化，在该阶段变量泵相当于定量泵图中量泵图中B B点为曲线点为曲线 的拐点，的拐点，其对应的压力就是限定压力其对应的压力就是