1、第3章 液压泵和液压马达,本章主要内容 3.1 概述 3.2 齿轮泵和齿轮马达 3.3 叶片泵和叶片马达 3.4 柱塞泵和柱塞马达 3.5 泵和马达的性能比较和选用 重点： 泵和马达的工作原理和结构特点,液压泵的作用液压泵是液压系统的动力元件泵将原动机输入的机械能转换为液压能输出泵为液压系统提供一定压力和流量的液流,液压马达的作用液压马达是液压系统的执行元件液压马达将输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能液压马达推动负载作功,3.1.1 液压泵和液压马达的基本工作原理 1.液压泵的工作原理,液压泵工作原理,密封工作腔a,图3-l 容积式泵的工作原理 1偏心轮；2柱塞；3弹簧； 4密封工作腔；
2、5、6单向阀,结构组成 偏心轮，柱塞，弹簧，缸体，单向阀,柱塞与缸体形成密封工作腔a,偏心轮旋转一转，柱塞往复运动一次,柱塞向右运动，a 容积增大，吸油；柱塞向左运动，a 容积减小，压油。,吸油时，阀5打开，阀6关闭；压油时，阀5关闭，阀6打开。,容积式液压泵工作的基本条件具有一个或若干个周期性变化的密封容积；具有配流装置；油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。,3.1.2 容积式液压泵和马达的分类（1）按输出流量是否可调分为：定量泵 变量泵 （2）按结构形式分为：齿轮泵、齿轮马达叶片泵、叶片马达柱塞泵螺杆泵,液压泵和马达的图形符号,泵的压力工作压力额定压力,泵的排量,泵的流量理论流量
3、实际流量额定流量,泵的功率输入功率输出功率,泵的效率机械效率容积效率总效率,液压泵的性能参数,3.1.3液压泵和马达的性能参数,工作压力p 液压泵工作时输出液体的实际压力 p 的大小取决于负载,泵的压力,额定压力ps 保证正常工作所允许的最高工作压力 ps 的大小由泵本身的泄漏和结构强度决定 当 p ps 时，泵过载,泵的压力,液压系统压力分级,排量 V液压泵轴转一转所排出液体的体积,单位(m3/r)或 (mL/r)； 理论流量qt泵在单位时间内理论上可排出的液体体积qt =nV 实际流量q泵在单位时间内实际排出的液体体积q= qt q额定流量qs液压泵在额定压力下的实际流量,泵的排量和流量,
4、泵的功率,液压系统能量传递图,泵的输入和输出输入：转矩T，转速n（机械能）输出：压力p，流量q（液压能）,泵的理论功率Pt 液压泵理论上产生的功率Pt =pqt 输入功率Psr 驱动泵轴的输入功率Pi =T = 2nT输出功率P0 液压泵实际输出的液压功率 P0 = pq,泵的功率,容积损失由于泵和马达本身的泄漏所引起的能量损失。泵输出的实际流量泵的理论流量qqtqqtklp机械损失由于泵和马达机械副之间的磨擦所引起的能量损失泵的实际输入转矩Ti 理论转矩Tt,泵的功率损失（能量损失）,泵的容积效率v 泵的机械效率m泵的总效率p,泵的效率,压力工作压力额定压力,排量,流量理论流量实际流量泄漏量
5、,马达的功率输入功率输出功率,马达的效率机械效率容积效率总效率,液压马达的性能参数,转矩,转速,额定压力pMs 马达正常工作所允许的最高工作压力 pMs的大小由马达本身的泄漏和结构强度决定 当 pM pMs 时，马达过载,马达的压力参数,工作压力pM马达实际工作的压力,排量 VM液压马达转一转所流入的液体体积理论流量qMt泵在单位时间内理论上可排出的液体体积qMt =nV 实际流量qM马达入口的流量qM = qt qM,马达的排量和流量,输出转速nM容积效率,马达的转速和容积效率,理论扭矩TMt机械效率输出扭矩TM,马达的扭矩和机械效率,马达的输入功率 输出功率总效率,马达的功率和总效率,3.
6、2.1 齿轮泵,类型外啮合齿轮泵，渐开线直齿内啮合齿轮泵，渐开线直齿、摆线齿,1.外啮合齿轮泵 结构组成,一对啮合齿轮,泵体,前后端盖,长短轴,外啮合齿轮泵结构,齿轮泵没有单独的配流装置，齿轮的啮合线起配流作用形成密封容积的条件：啮合系数1；端面密封,1泵体；2主动齿轮；3从动齿轮,密封工作腔,齿轮泵工作原理 工作过程演示,外啮合齿轮泵的排量与流量排量,实际流量,流量脉动齿轮泵的瞬时流量是脉动的流量脉动率B 与齿数有关，齿数越少，脉动率越大。一般齿数为614，机床用1319,1. 困油现象及其消除措施,外啮合齿轮泵的结构特点,困油现象：与吸油、压油腔均不相通的密闭容积大小发生变化困油现象产生的
7、原因：齿轮重迭系数1困油现象的危害：导致压力冲击，气蚀和噪声,解决方法：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开卸荷槽的原则：两槽间距 a 为最小闭死容积，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,消除困油现象的措施,2.径向不平衡力,径向力分布径向力不平衡的危害使泵轴弯曲齿顶与泵体摩擦解决方法缩小压油口适当增大径向间隙,外啮合齿轮泵的结构特点,泄漏的部位：齿轮端面和端盖间齿轮外圆和壳体内孔间两个齿轮的齿轮啮合处 端面泄漏占总泄漏量的75%-80%,3. 泄漏及改善措施,外啮合齿轮泵的结构特点,解决措施：端面间隙自动补偿，采用静压平衡措施，在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如
8、浮动轴套、浮动侧板,2.内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵的种类： (1) 渐开线齿轮泵渐开线齿，月牙形隔板 (2) 摆线齿轮泵(又称为转子泵，两齿轮相差一个齿),渐开线齿形,摆线齿形,内啮合齿轮泵的特点无困油现象流量脉动小，噪声低额定压力可达30MPa,齿轮泵的优缺点及应用优点：结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且能耐冲击性负载。缺点：流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复。应用：用于环境差、精度要求不高的场合，通常p10MPa，如工程机械、建筑机械、农用机械等。,3.2.2 齿轮马达,叶片泵单作用叶片泵可以做定量泵和变量泵用双作用叶片泵只能做
9、定量泵用,3.3.1 单作用式叶片泵(非平衡式)1.结构和工作原理,1配油盘；2转轴；3转子； 4定子；5叶片,结构 定子，内表面为圆 转子，与定子存在偏心量e 叶片 配油盘工作原理 转子每转一转吸油和压油一次,流量 实际流量 改变定子和转子间的偏心量e，就可改变泵的排量(变量泵) 流量脉动，叶片数Z为奇数时脉动率较小，一般叶片数为13或15。,排量,e偏心距，D定子内径，叶片厚度，Z叶片数；B叶片宽度,2.排量和流量,通过改变定子和转子间的偏心量e，调节泵的排量和流量径向液压力不平衡 作用在转子上的径向液压力不平衡,且径向不平衡力随泵的工作压力提高而提高 这种泵的工作压力不能太高，额定压力
10、7MPa。叶片后倾 有利于叶片在吸油区在惯性力作用下甩出。,3.单作用叶片泵的结构特点,3.3.2 双作用式叶片泵(平衡式),1转子；2定子；3叶片； 4轴；5配油盘；6壳体,定子 内表面的组成：四段圆弧；四段过渡曲线。转子 与定子同心，开槽叶片 在转子槽内滑动，紧贴定子内表面配油盘 两个吸油窗口，两个压油窗口,叶片泵结构组成,YB1型叶片泵结构,工作原理,密封工作腔由定子内表面、转子外表面、两个叶片。两侧配油盘组成。吸油和压油泵转一转，吸油和压油两次,流量 实际流量 理论上双作用叶片泵没有流量脉动 实际上，由于制造误差，有少量流量脉动。,排量,排量和流量,定子过渡曲线：等加速等减速曲线配流盘
11、：三角槽叶片倾角一般为前倾角叶片槽根部通压力油端面间隙补偿,结构特点,限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的(外反馈和内反馈) 外反馈限压式变量叶片泵的工作原理限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的结构,3.3.3 限压式变量叶片泵,1调节流量螺钉，2定子，3转子，4限压弹簧，5调压螺钉,转子 中心O2固定 定子中心O1可以左右移动 限压弹簧,内反馈限压式变量叶片泵结构,内反馈限压式变量叶片泵结构,限定压力pB，由限压弹簧的预压缩量x0决定 当p pB时，Fx kx0，定子不动，e = e0，泵流量为qmax 当p pB时，Fx kx0 定子右移 ， e，泵流量q 当p=p
12、c时，定子与转子同心， e=0 ，泵流量q=0,内反馈限压式变量叶片泵工作原理,配油盘压油窗口偏斜角作用在定子上的液压力F的水平分力Fx作为反馈力，与弹簧力平衡,限压式变量叶片泵的特性曲线,限定压力pB 极限压力pc,AB段：定量泵特性 BC段：变量泵段,限压式变量叶片泵的调节和qp曲线的变化,调节泵的最大输出流量 调整限流螺钉1，调节初始偏心量e0， 改变A点位置，AB线段上下平移。调节限定压力pB大小 调整限压螺钉5，调节弹簧的预压缩量x0，BC线段左右平移。改变弹簧刚度k，则可改变BC线段的斜率。,外反馈限压式变量叶片泵的结构,1滑块；2叶片；3压力调节螺钉；4限压弹簧； 5定子；6转子
13、；7外反馈柱塞；8流量调节螺钉,转子 定子 限压弹簧 反馈油缸油腔与泵的出口相通反馈力将定子向右推,外反馈限压式变量叶片泵的结构,叶片泵的特点和应用,应用：用于中低压、要求较高的系统中。油液粘度要合适，转速不能太低，5001500rpm。要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死。通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片折断。,特点：运转平稳，噪声小流量均匀，脉动小单作用泵可变量结构紧凑，外形尺寸小吸油能力差，对油污染敏感结构较复杂，成本高,柱塞泵分类轴向柱塞泵柱塞轴向布置斜盘式斜轴式径向柱塞泵柱塞沿径向布置 为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3,组成： 1斜盘(不动) 2柱塞(相对
14、缸体往复运动) 3缸体(转动) 5配流盘(不动),斜盘式轴向柱塞泵的结构,工作原理：缸体转动，斜盘迫使柱塞做往复运动柱塞的往复运动使密封容积增大和减小，实现吸油和压油改变斜盘倾角的方向，就能改变吸、压油方向(双向变量轴向柱塞泵),斜盘式轴向柱塞泵的工作原理,实际流量,排量,斜盘式轴向柱塞泵的流量计算,改变斜盘倾角可以改变泵的排量,流量脉动Z大，脉动小Z为奇数，脉动小,轴向柱塞泵结构和特点,1转轴；2配油盘；3缸体；5柱塞；6滑靴；7回程盘,SCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵的结构,轴向柱塞泵结构和特点,变量轴向柱塞泵结构,斜盘式轴向柱塞泵典型结构,斜盘式轴向柱塞泵典型结构,轴向柱塞泵结构和特点
15、,滑履结构配油盘柱塞的回程机构变量机构改变斜盘倾角 的大小以调节泵的排量,滑履和斜盘间形成静压支承,滑履结构,滑履,通孔1用来消除困油现象,配油盘,回程盘2解决柱塞的回程问题,柱塞的回程机构,手动变量机构转动手轮，使丝杠转动，带动变量活塞作用轴向移动，通过轴销使斜盘倾角改变，达到变量的目的。这种变量机构结构简单，但操纵不轻便，且不能在工作过程中变量。,手动伺服变量机构,斜轴式轴向柱塞泵的工作原理,缸体轴线与传动轴不在一条直线上柱塞与传动轴之间通过连杆连接传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动,1传动轴；2连杆；3柱塞；4缸体；5配流盘,斜轴式轴向柱塞泵的结构,斜轴式轴
16、向柱塞泵的特点,柱塞受力状态较斜盘式好，强度好可增大摆角来增大流量，变量范围大耐冲击、寿命长外形尺寸较大，结构复杂,结构缸体(转动)柱塞(相对缸体往复运动)定子(不动)配流轴(不动)工作原理定子与缸体有偏心e定子迫使柱塞做往复运动，实现吸油和压油,径向柱塞泵,1柱塞；2缸体；3轴套；4定子；5配油轴,移动定子以改变偏心距的大小，便可改变柱塞的行程，从而改变排量改变偏心距的方向，则可改变吸、压油的方向。径向柱塞泵可以做成单向或双向变量泵,径向柱塞泵结构,柱塞泵的特点: 1）工作压力高，容积效率高，p2040MPa，Pmax可到100MPa； 2）流量大，易于实现变量； 3）主要零件均受压，使材料
17、的强度得以充分利用，寿命长，单位功率重量小。,高速小转矩液压马达（额定转速大于500r/min）低速大转矩液压马达：转速低、低速稳定性好、输出转矩较大摆动液压马达（摆动液压缸）：单叶片式、双叶片式当进、回油的方向改变时，叶片就带动轴往相反的方向转动 双叶片式摆动马达的输出转矩是单叶片式的两倍（相同结构尺寸和相同压力下），而摆动角速度则是单叶片式的一半（输入流量相同时）,液压马达分类及特点,工作原理通压力油柱塞伸出柱塞与斜盘作用力N的垂直分力FT产生转矩，使缸体转动N的水平分力S与液压力平衡结构特点配流盘为对称结构应用作变量马达。改变斜盘倾角,高速小转矩液压马达轴向柱塞马达,低速大转矩液压马达曲轴连杆式马达,1五星壳体；2一柱塞；3一连杆；4一曲轴；5一配油轴,低速大转矩液压马达内曲线多作用马达,1定子； 2转子；3输出轴；4柱塞；5滚轮； 6配油轴,液压泵的主要性能比较,是否要求变量单作用叶片泵、轴向柱塞泵、径向柱塞泵 液压泵的工作压力 低压、中压、高压、超高压 工作环境齿轮泵抗污染能力最好 流量 效率,液压泵的选用原则,
