1、液压传动,东昌学院 机电工程系 崔传辉,第一节 概述,第三章 液压泵,一、液压泵的作用,泵：能量转换装置。 泵的作用把机械能转化为液压能（压力能）。 即向液压系统提供工作所需要的具有一定（能量）压力和流量的液压油，从而驱动系统中的各液压执行装置完成各种规定的动作。 泵由原动机电机或内燃机来带动。,二、工作原理 1.液压泵工作过程,液压传动所用的液压泵都是容积式泵，即靠密闭容积的变化来吸油和排油。 吸油口和排油口在泵内被隔开。所以，对这类泵，只要能够实现容积变化就能吸、排液体。,2.液压泵正常工作的基本条件 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
2、工作容积减小时，,完成排油过程。 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。 具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过程分开； 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。,三、液压泵分类,油泵,齿轮泵,柱塞泵,外啮合 内啮合 双联齿轮泵,单作用 双作用,轴向 径向,直轴（斜盘） 斜轴,按流量（排量）变化分类：定量泵，变量泵,叶片泵,按结构分类：,四、各油泵代号及职能符号 代号（铭牌）： （1）齿轮油泵CB CB -齿轮油泵1-系列2-压力分级(ABCDE，查液压传动手册)3-理论排量 ml/r4-安装形式5-连接形式(B-板式，F-法兰，L-管式),1
3、,2,3,4,5,（2）叶片油泵YB （3）轴向柱塞油泵ZB 职能符号(各种都相同):1-单向定量泵2-单向变量泵3-双向变量泵,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,五、液压泵的基本参数,1.压力,（1）工作压力 （2）额定压力 （3）最高压力,(1)工作压力液压泵的工作压力是指泵工作时所输出的油液的实际压力（指泵出口处的压力pB）。压力大小取决于外载的大小。 (2)额定压力在泵的铭牌上所标的都是指泵的额定压力，是指液压泵能够正常工作的最大工作压力，是在正常工作时不允许超过的压力值。,机械工业部，泵压力分级：,(3)最高压力 是指液压泵密封能力和结构强度使它达到的最大工作压力。 后两种压力
4、不是泵实际工作时的压力，切勿混淆。,（1）理论流量 （2）实际流量 （3）额定流量,2.流量,(1)排量：即理论排量（用qB表示）：在不泄漏情况下，液压泵一转理论上所排出的液体体积。大小取决于泵的密封工作腔的几何尺寸，是泵的结构参数，为一固有值，与速度等无关。 单位：m3/r或l/r,(2)理论流量QBt:无泄漏情况下，单位时间内所能输出的液体体积(m3/s)。理论流量 QBt=qBnB 其中，nB 泵轴转速（r/s） (3)实际的流量QB：单位时间内的流量，是由泄漏等造成的。QB=QBt-Q=V QBt (4)额定流量：在额定转速及额定压力下泵输出的流量。,3.泵功率: 输出功率： NB=p
5、BQB 输入功率：NBi=MBwB=2nBMB 理论上的功率：NBit=MBtwB=2nBMBt 4.泵的输入扭矩 泵每转理论上输出的液压能：pB qB 泵每转理论上输入的机械能：MBt2 所以： pB qB = MBt 2 则泵的理论输入扭矩MBt= pB qB /2 泵的输入扭矩MB = MBt/ m,5.泵的效率 泵的效率分为容积效率和机械效率容积效率： V=QB/QBt （ QB=QBt-Q ） 容积效率的大小反应了泵内流量方面的漏失情况。 机械效率： m=MBt/MB实际上是由于存在机械摩擦，使得MBMBt泵总效率： =NB/NBi=pBQB/（2nBMB）= mV,6.泵转速 额定
6、转速：泵正常工作时的转速，保证泵具有一定的自吸能力和避免气蚀现象产生的转速。 最高转速：由泵结构强度限定的最大转速。 最低转速：由于泵的内泄漏，导致泵的容积效率显著降低，不能充分发挥泵的潜力。 由前面公式可以看出，M N Q n适合于各式油泵，唯一变化的仅仅是各种泵的每转排量qB。,第二节 齿轮泵 一、结构及作用原理,并联式：增加泵流量,1.分类,啮合形式,外啮合形式,内啮合形式,齿 轮 数,两齿轮式,多齿轮式,串联式：增加泵压,2.结构 主要由齿轮、泵体、前盖板、后盖板等组成,齿轮泵结构动画,3.作用原理,密封工作腔：齿轮、壳体、端盖、啮合线组成吸油腔、排油腔,吸油过程：轮齿脱开啮合V p
7、吸油 排油过程：轮齿进入啮合V p 排油,外啮合齿轮泵,由盖板、泵壳体和齿轮组成了一个密封腔体，而相啮合的两个同模数齿轮的啮合线，将此容积分为左、右两部分(吸油区和压油区)。 当这对齿轮按图示方向旋转时，啮合线右侧脱开接触(开口)，容积增大，形成部分真空，通过壳体上的吸油孔从油箱吸油； 而啮合线的另一侧(左侧)的轮齿进入啮合(填充)，容积减小，使这部分密闭容积内的液体受压后，通过壳体排出孔排液。 齿轮连续运动就完成了一转一次的吸油和排油过程。,二、参数计算 排量qB 外啮合齿轮的每转排量可以看作是一对齿轮的啮合体积之和(我们把它看作是一齿条)，泵工作时凹处部分的液体全部排出。 qB=2chbz
8、c-节圆上齿间宽度，h-轮齿高度，z-齿数，b-齿宽 根据齿轮啮合原理有：c=m/2, h=2mm：模数 所以qB=2zbm2,修正由于齿轮的齿间体积大于轮齿体积，故将上式修正为： qB=(6.667)zbm2齿少取上限，齿多取下限。 显然，当齿轮泵结构一定，齿轮泵每转排量也就确定不变了。因此，齿轮油泵是定量泵。 流量： Bt(6.667)zbm2 n QB =BVBt 容积效率一般（70 90%）。,三、齿轮泵性能分析 四个方面的问题 1.流量脉动 上式是齿轮泵的平均流量。实际由于齿轮在啮合过程中压油腔的容积变化率是变化的，不是常数，所以每一刻的流量（瞬时流量）也是变化的。 流量的脉动影响液
9、压执行元件的运动平稳性，引起振动，对液压系统有不利影响。脉动率：在啮合齿轮的设计中，增大啮合角及齿数，减少重叠度系数，均可降低脉动性。 在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动性最大；在实际工程系统中可以在泵出口加蓄能器予以调节。,产生原因： 1，构成闭死容积VbVb由大小，p，油液发热，轴承磨损。Vb由小大，p ,气穴现象,2. 困油现象,危害：影响工作、缩短寿命：气蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀,措施：开卸荷槽 原则： Vb由大小，与压油腔相通， Vb由小大，与吸油腔相通，并保证吸、压油腔始终不通,具体描述： 齿轮啮合中，前一对齿轮退出啮合之前，后一对齿已经进入啮合(即重叠度系数大于1)，保证了吸油区
10、和压油区，即高低压腔之间总不连通和运动的平稳性。 这样导致在很短的时间内有两对齿同时啮合，在两啮合齿之间就形成了一个封闭腔。 当齿轮继续旋转时，封闭腔容积的大小会经历从大到小、又从小到大这样一个过程，腔体的压力会急剧升高和降低，这种现象称为困油现象。,困油现象是有害的，被困油液压力周期性的升高和下降会引起振动、噪音和空穴(气蚀)现象。 为了减轻困油现象，通常在齿轮泵两侧端盖上铣两个卸荷槽。 对于中心线而言，有对称开的，也有不对称开的，还有的开圆形盲孔卸荷槽的，卸荷槽之间的尺寸a有要求，应保证困油空间在达到最小位之前与压油腔连通，过了最小位置后与吸油腔连通，a不能过小，否则压油腔和吸油腔连通，容
11、积效率降低。,3. 径向力不平衡,(1)原因：径向液压力分布不均，啮合力 (2)危害：轴承磨损、刮壳 (3)措施：缩小压油口，增加径向间隙等 压油口缩小后，安装时注意 不能反转。,4. 泄漏问题,(1) 泄漏途径：轴向间隙 (端盖) 80% ql径向间隙 15% ql 啮合处 5% ql (2) 危害：v (3) 防泄漏措施：减小轴向间隙（提高加工精度）轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套,提高齿轮泵压力的措施： 减少端面泄漏，一般采用间隙自动补偿浮动轴套,四、齿轮泵的优缺点 优点: (1)结构简单、紧凑，价格便宜，是同流量泵中体积最小的一种； (2)吸入性能好，在高、低转速下都能可靠地工作； (
12、3)对污物不敏感，不易咬死。因此广泛应用于精度要求不很高、不清洁环境工作的机械上。 缺点: 齿轮泵排量、压力提高受到限制，因此，只适用于低压、中压、中等转速的液压系统中。 可以采用其它类型，如内啮合，转子泵，螺杆泵等 。,五、内啮合齿轮泵,1. 渐开线齿轮泵 一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被啮合线和月牙板分隔成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，内齿轮同向旋转。上半部分轮齿脱开啮合，所在的密闭容积增大，为吸油腔；下半部分轮齿进入啮合，所在密闭容积减少，为压油腔。,特点：结构紧凑，尺寸小，重量轻，流量脉动小，噪声小，无困油现象。,2. 摆线齿轮泵（转子泵）,特点: 结构简单，体
13、积小 重叠系数大，传动平稳 吸油条件好 脉动小，噪声小 齿形复杂，加工精度要求高，造价高。 应用： 机床低压系统,NB、QT内啮合齿轮泵,六、齿轮泵的常见故障及排除方法,优点：输出流量均匀、脉动小、噪声低、体积小。 缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结构较复杂。,分类,单作用：每转排油一次,双作用：每转排油两次,第三节 叶片泵,利用安装在转子中可径向伸缩的叶片，将转子、定子、和侧盖所包围的空间分隔成若干个密封的工作容积，实现吸、排油的液压泵。,一、单作用叶片泵,1. 结构,转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。,结构特点： 定子和转子偏心； 定子内曲线是圆； 配油盘有二个月牙形窗口。 叶片靠
14、离心力伸出。,叶片泵结构动画,2. 工作原理,密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成） 吸油过程：叶片伸出V p 吸油； 排油过程：叶片缩回V p 排油。 旋转一周，完成一次吸油，一次排油单作用泵 径向力不平衡非平衡式叶片泵 （一个吸油区，一个排油区）,3.排量计算 不考虑叶片厚度和叶片倾角或者叶片径向放置无倾角。 排量： qB=zB(A2-B2)式中: z-叶片数，B-叶片宽度，=2/z，A-长半径=R+e，B-短半径=R-e， e-偏心距 R-定子半径所以:,D-定子直径,若考虑叶片厚度及倾角，排量为,二、双作用叶片泵,1. 结构特点： 定子和转子同心； 定子内曲线由四段圆弧 和四段过渡
15、曲线组成； 配油盘上有四个月牙形 窗口。,2. 工作原理,旋转一周，完成二次吸油，二次排油双作用泵 径向力平衡平衡式叶片泵又称为卸荷式叶片泵 两个吸油区，两个排油区,3.流量计算排量： qB=2B (R2-r2)z(Rr)/cos B 叶片宽度R 定子内表面曲线的长半径 r 定子内表面曲线的短半径 叶片厚度 叶片倾角,实际流量 ：QBqBn n 转速， 效率,4.双作用叶片泵的结构特点 (1)构成了两个吸油区和两个压油区，并且是对称的，只要是工作油腔数（即叶片数）为偶数，则作用在转子上的油压作用力是完全平衡的。 (2)定子曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成。,(3)配油盘 有两个配油盘，一个为压
16、油盘，端面上开有环槽C，它通过四个小孔与压油腔的压力油相通，使压力油作用于各叶片的底部，可以增加叶片对定子的压紧力，防止漏油。 一个为吸油盘，压油窗口上开有三角槽，其作用是当两相邻叶片从吸油口吸满油向压油口过渡时，首先通过三角槽逐渐与压油口接通，以避免高、低压区突然接通而产生的液压冲击和噪音。,(4)叶片倾角 双作用叶片泵： 叶片倾斜方向与转子的转向相同,单作用叶片泵： 叶片倾斜方向与转子的转向相反（双向变量叶片泵，叶片沿径向，不倾斜）。,这与双作用泵过渡曲线的升程有关。这样可以防止作用在叶片上的切向力过大引起的叶片折断以及因切向力过大导致的摩擦力过大，使叶片滑动困难甚至卡死的现象出现，这一点
17、在维修和使用中要注意转动方向尤为重要。,(5)叶片的新式结构 当前叶片： 把压油口的高压油引入到叶片底部，增加叶片对定子的压紧力，防止漏油。 问题：当叶片经过压油腔时，叶片顶部也受到高压的作用，这与根部的高压油的作用力基本抵消。 采取的措施是：叶片顶部斜面，与定子的接触面积小，可增大压紧力。 问题：当叶片经过吸油腔时，叶片顶部不再有高压油，因此叶片顶部与定子接触处就有很大的作用力，相对运动时会产生强烈的磨损，影响寿命。 为了解决叶片卸荷问题，目前有以下几种办法：,a.采用双叶片结构 叶片分成两部分，两片中间开有槽，使根部的压力油能通过槽到达顶部； 根部压力高，顶部压力低时，可起阻尼孔的作用，在
18、根部和顶部形成压力差，推动叶片压在定子上。 根部和顶部压力都很高时压力可以互通抵消。 叶片和定子有两个接触面增加了密封的可靠性。,b.采用母子式结构（又称复合叶片式）,母子式结构原理图 通过低压区 通过高压区 低压区，中部小面积通压力油； 高压区，根部与中部通压力油，与顶部压力平衡。,三、叶片泵的特点及应用 优点:(1)结构紧凑，体积小，重量轻。(2)流量较均匀(比齿轮式泵)，噪音小，适用于平稳工作。(3)V高，最高可达95%以上，一般75-85%。 缺点:(1)吸入条件高。(2)易于咬死，工作稳定性差。(3)结构复杂(对齿轮泵)，零件制造精度高。(4)轻微困油。 应用: 适用于低、中压，中快
19、速，力中等的条件下。机床行业应用得较广，工程机械应用较少。,四、单双作用叶片泵结构对照,目的：功率的合理利用，节约能源，减少油液发热引起的问题（液压油不变质，寿命延长等）。 分类：限压式变量泵分外反馈和内反馈式两种。 调节原理：改变定子与转子的偏心距。 限压式变量叶片泵利用泵压力（负载压力）的反馈，达到调节压力的目的。 单作用式叶片泵的转子受到来自压油腔作用的单向压力，使轴承上所受载荷较大，故称为非卸荷式，这是单作用式叶片泵的一个缺点。 限压式变量叶片油泵却正是利用单向压力这一特点来进行压力反馈以达到调节流量的目的。,五、限压式变量叶片泵,限压式变量叶片泵,1.结构特点: 弹簧、反馈柱塞、限位
20、螺钉； 转子中心固定； 定子可以水平移动； 外反馈、限压。,2.工作原理： 靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小，来改变流量。,流量压力特性方程 设定子开始移动时的临界压力为PB，定子与转子之间的偏心：,设弹簧的预压缩量为xe，定子刚刚开始移动时的平衡方程：,液压泵的反馈压力（工作压力）为p时，定子的平衡方程：,式中，A活塞面积，ks弹簧常数，x定子位移。 由(1)、(2)、(3)、(4)式：,液压泵的实际输出流量：,由(5)、(6)、(7)式：,由(3)式：,代入上式,调节限位螺钉，qmax 变; 改变弹簧刚度，pmax变，BC斜率变。,流量压力特性曲线,六、叶片泵的常见故障及排除方法,第
21、四节 柱塞泵,轴向式,径向式,按结构分，有斜盘轴向柱塞泵、斜轴轴向柱塞泵和径向柱塞泵,结构特点：缸体转动， 斜盘、配油盘不动,1.结构,低压油压出 机械装置,一、斜盘轴向柱塞泵,柱塞泵结构动画,组成部分：缸体、柱塞、配油盘、斜盘,密封工作腔（缸体孔、柱塞底部） 由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。 吸油过程：柱塞伸出Vp吸油； 排油过程：柱塞缩回Vp排油。 在油缸体每转中，每一柱塞往复运动一次，完成吸、排油各一次。因此，每一柱塞是一单缸单作用往复泵。,2.工作原理,3.泵基本参数计算(轴向柱塞式)排量:qB=d2h z/4式中:h-柱塞行程
22、，h=Dtgz-柱塞个数d-柱塞直径D-柱塞分布圆直径-斜盘倾角qB=d2zDtg/4,当 =0时，qB=0 ，qB 变量泵：斜盘式轴向柱塞泵通过改变斜盘的斜度来改变柱塞的行程，作为变量泵使用； 双向泵：改变斜盘的方向可改变吸油和排油方向。,流量：QBt=qBnB 瞬时流量：柱塞旋转角度：相邻柱塞之间的夹角，设柱塞数为Z，则=2/ZZ0 ：处于油区的柱塞数，当柱塞数为偶数时Z0=Z/2，当为奇数时，Z0=(Z+1)/2 (0 4)，因此轴向柱塞泵的柱塞数为奇数，一般为7、9、11个。,4.特点及应用,特点： 容积效率高，压力高。（v=0.98, p = 32 Mpa）；（柱塞和缸体均为圆柱表面
23、，易加工，精度高，内泄小） 结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小; 易于实现变量； 构造复杂，成本高； 对油液污染敏感。 应用： 用于高压、高转速的场合。,5. 典型结构,SCY14-1型轴向柱塞泵 （p = 32 MPa）,SCY14-1型轴向柱塞泵,结构特点,滑靴：降低接触应力，减小磨损。柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。 变量机构：手动变量机构。,6.轴向柱塞泵的常见故障及排除方法,二、径向柱塞泵,结构：定子、转子、柱塞等 排量： qB=d2z2e/4 式中，z-柱塞个数，d-柱塞直径 ，柱塞行程-2e,螺杆泵,促成：一根主动螺杆：双头、右旋、凸螺杆 两根从动螺杆：双头、左旋、凹螺杆，装在泵体内，和其它零件组成螺杆泵。,V密变化,当主动螺杆逆时针方向旋转时：左面吸油 右面压油,特点,结构简单，体积小，重量轻，运转平稳，噪声小，寿命长，流量均匀，自吸能力强，容积效率高，无困油现象；但螺杆齿形复杂，不易加工，精度难以保证。,
