1、2019/3/21,液压与气压传动,德州学院机电工程系卫 江 红,第3章 液压与气压传动 动力元件,教学要求,1、掌握液压泵的工作原理和性能参数2、掌握三种液压泵（齿轮泵、叶片泵和柱塞泵）的结构特点,重点、难点,液压泵的工作原理 齿轮泵的结构特点 液压泵的选择,3.1 概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵 3.5 液压泵的选用,目 录,一、液压泵的工作原理,3.1 概 述,液压泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的,容积式泵,液 压 泵 工 作 的 基 本 要 素：,必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积必须完成配流动作（吸油、压油）要有配油装置，使吸油腔与压油腔分开,吸油：密封
2、容积增大，产生真空,压油：密封容积减小，油液被迫压出,二、 液压泵分类,按输出流量是否可调：,按运动构件的形状和运动形式分：,定量泵,变量泵,齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵,如：单作用叶片泵、柱塞泵等。,如：齿轮泵,按输油方向能否改变： 单向 双向,DBS系列电动泵站,手动泵,液压泵的图形符号：,压 力,功率,排量和流量,效率,三、液压泵的性能参数,1. 压 力, 工作压力（p） 液压泵实际工作时输出液体的压力值，即出油口的压力。其值取决于负载（包括管路阻力）。,(2) 额定压力（p s） 油泵铭牌上标注的压力值。指在连续运转情况下所允许使用的工作压力。它能使泵具有较高的容积效率和较长的使用寿
3、命。,(3) 最高压力（p max） 指短时超载运行时所允许的极限压力。,液压泵在正常工作时，其工作压力应小于或等于泵的额定压力。,2. 排量和流量, 排量（V） 在不考虑泄漏的情况下，液压泵每转一转所排出的液体体积。（ m3 / r、 mL / r ）它只与液压泵的密封腔的数目和结构尺寸有关。,(2) 理论流量（qt） 在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内输出液体的体积。,(3) 实际流量（q） 指液压泵工作时实际输出的流量。,(q 指因泄漏、压缩等损失的流量。),由于泄漏量q随着压力p的增大而增大，所以实际流量q随着压力p的而。,(4) 额定流量（q n） 液压泵在额定压力和额定转速下
4、工 作的实际输出流量。,它可用来评价液压泵的供油能力，是液压泵技术规格指标之一。,液压泵由电机驱动，输入量是转矩（T）和转速（），输出量是液体的压力和流量。若不考虑能量转换过程中的损失，则泵的输出功率 = 泵的输入功率 = 原动机的输出功率，即：,(1) 输入功率（P i）：（理想值）,液压泵的输入功率=原动机的输出功率,实际上，在电机和泵之间的能量转换过程中，机械损失总是存在的。,3. 功 率,(2) 理论功率（Pt） （实际值）,液压泵真正需要的输入功率=输入功率（即原动机的输出功率） 机械功率损失,当不考虑泵自身的泄漏时，理论功率也可以用液压功率来表示。,() 输出功率（Po）（实际值）
5、,液压泵实际输出功率 = 理论功率 容积功率损失,从前面功率的计算可以看出，泵的实际输出功率（Po）小于泵的输入功率（Pi），其差值为功率损失，包括机械损失和容积损失。,4. 效 率,(1) 机械效率,机械损失是因摩擦而造成的功率损失。机械损失用机械效率来表征。,(2) 容积效率,容积损失主要是液体泄漏造成的功率损失，包括端面泄漏和径向泄漏等。液压泵的容积损失用容积效率来表征。,(3) 总效率,通常，齿轮泵的总效率为0.60.8；叶片泵的总效率为0.70.85；柱塞泵总效率为0.80.9。具体可查阅相关资料。,3.2 齿轮泵,齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要优点是结构简单，制造方便，价格低廉
6、，体积小，重量轻，对油液污染不敏感，工作可靠。,齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。,分 类：,a. 按齿轮啮合形式分：,外啮合式和内啮合式,b. 按齿形曲线分：,渐开线形、圆弧齿形和摆线形,c. 按工作压力分：,低压（2.5 MPa） 用于机床传动系统，润滑及冷却装置；,中低压（2.5 8 MPa）；,中高压（816 MPa） 用于工程机械、农业机械、轧钢设备、航空技术等；,高压（16 MPa）；,不同类型的齿轮泵的工作原理不同。,一、 渐开线形外啮合齿轮泵,（一）工作原理,1 . 主要组成,泵 体,一对相互啮合的齿轮,两侧的端盖,2 . 工作要素
7、,密封容积形成齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成齿轮退出啮合,容积吸油 配油动作 齿轮进入啮合,容积压油 吸压油口隔开两齿轮啮合线及泵盖,3 . 工作原理,精确计算应依啮合原理来进行；近似计算可以认为排量=两齿轮的齿间槽容积。而标准齿轮齿间槽容积=轮齿的体积。,（二）流量计算,指单位时间内有多少齿间槽将油液从吸油腔带到压油腔。,D齿轮节圆直径 。 h齿高=2m b齿宽 z齿数 m模数,适用于渐开线形 外/内啮合齿轮泵, . 困油现象,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。,（三）齿轮泵结构特点,困油现象 轮
8、齿间密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。,困油现象,容积减小时 与压油腔相通,容积增大时 与吸油腔相通,解决措施：在齿轮泵的侧板上或浮动轴套上开卸荷槽。,2 . 径向力不平衡,在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。,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
9、低轴承的寿命。,危 害,措 施,1、常采取缩小压油口的办法减小径向不平衡力。,2、开压力平衡槽。,3. 泄漏,齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：,在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。,为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。,通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种 。,二、 渐开线形内啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。,（一）渐开线内啮合齿轮泵,压油腔,吸油腔,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。
10、,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。,（二）摆线形内啮合齿轮泵,压油窗口,吸油窗口,摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。 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。,优点：体积小，重量轻，结构简单，制造方便，价格低，工作可靠，转速范围大，对油液污染不敏感，维护方便等。,缺点：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变，齿轮磨损后不易修复，互换性差等。,三、 齿轮泵的特点,分 类：,按工作原理分：,单作用式,双作用式,按工作压力分：,中低压 7MPa；,中高压 16MPa；,高 压 2030 MPa；,3.3 叶片泵,一、 单作用叶
11、片泵,1. 工作原理,2 转子;3 定子;4 叶片,由转子2、定子3、叶片4和配流盘、壳体及传动轴等件组成。,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。,由相邻叶片、定子内表面、转子外表面与两侧配流盘围成；由于安装时存在偏心距，使密闭容积可变；,密闭容积：,配流作用：,由配油盘和叶片共同作用实现。叶片将吸、压油 腔隔开；配油盘分别与吸、压油腔连通；,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。改变偏心距的大小，可改变泵排量，形成变量叶片泵。
12、,2、 单作用变量叶片泵,偏心距e可变的 单作用 叶片泵称为变量叶片泵。,单向变量泵 指e只能在一个方向改变（或者说，只能改变流量，不能改变输油方向)；,其中：e自动调节的单向变量泵有限压式、恒流式等；,双向变量泵 指能在正、反两个方向改变e 值；,限压式变量叶片泵：,利用其负载的变化来自动调节偏心距，以调节泵的输出流量的变量泵，称为限压式变量叶片泵，又称压力反馈变量泵。,根据压力反馈的方式不同分为：内反馈式和外反馈式。,（1）外反馈限压式变量叶片泵的变量原理,转子中心固定，定子可左右移动，吸油腔和压油腔对泵的中心线对称。,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
13、节螺钉（最大流量位置）,外反馈式变量泵是由出油口引出的压力油作用在柱塞上控制变量的。,（2） 内反馈限压式变量叶片泵的变量原理,1预紧力调节螺钉；2 转子；3 叶片；4 定子；5 限压弹簧；6 偏心调节螺钉,转子中心固定，定子可左右移动，吸油腔和压油腔对泵的中心线y是不对称的，存在偏角 ，油压对定子内表面的作用力的合力 F也随之偏转角。,当p，F x弹簧力（ksx0），定子右移，e， ，流量减小,利用的是泵本身输出油压对定子产生径向力不平衡液压力的反馈作用来调节 e ，从而改变流量，称为内反馈限压变量叶片泵。,（3）限压式变量叶片泵的变量特性：,初始态,调定限定压力为p x ，此时，弹簧预压缩
14、量为x0,状态改变后,p至p p x，e。弹簧压缩量增加值为 x=e max e，则：, ,流量压力特性曲线,AB段 p p x ；,B 点 p = px，为拐点。,BC段 p p x；,调节偏心量调节螺钉，可以改变e max 和q max，从而使AB线上下平移；,调节预紧力调节螺钉，改变限压弹簧的预压缩量，可改变拐点B处的压力 p x， 从而使 BC 线左右平移。,更换不同刚度的弹簧（即改变ks），可得到不同斜率的 BC线，且ks越小，BC线越陡，pmax值越小；反之，越大。,？如何实现变量泵的调节,二、 双作用叶片泵,1. 工作原理,双作用叶片泵的结构与单作用叶片泵的结构基本相同，也是由定
15、子、转子、叶片、配油盘、壳体及传动轴等组成。,转子和定子同心；,定子内表面的曲线由两段大半径圆弧（R），两段小半径圆弧（r）及四段过渡曲线所组成；,其不同之处在于：,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。,1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口,泵的定子每旋转一周，每个密封工作容积吸/排油各两次，称为双作用叶片泵（定量泵），又称为卸荷式/平衡式叶片泵。,工作原理动画,（1）配油盘,（a）、封油区,（b）、卸荷槽,（c）、环形槽,（3）叶片槽与径向的夹角：13
16、,2、双作用叶片泵的结构特点,（2）叶片槽数目：12或16,叶片泵的特点（与齿轮泵比较）,优点：1）噪音低、流量均匀、体积小；2）压力脉动小、密封性好、容积效率高；3）工作寿命长。 缺点：对油液污染敏感、自吸性较差。 用途：机床设备、中小型工程机械、冶金机械。,3.4 柱塞泵,柱塞泵是利用柱塞在有柱塞孔的缸体内作往复运动，使密封容积发生变化实现吸油和压油。,按柱塞排列方式不同，可分为：,径向柱塞泵 轴向柱塞泵,由定子、转子、柱塞、配油轴、壳体等组成。各柱塞排列在传动轴半径方向，即柱塞中心线垂直于传动轴中心线。,一、 径向柱塞泵,转子的中心与定子的中心之间有一个偏心量。在固定不动的配流轴上，相对
17、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。,当转子按图示方向回转时，柱塞在上半周内逐渐向外伸出，柱塞底部与柱塞孔间的密封容积逐渐增大，形成局部真空，从而通过固定不动的配油轴上面两个吸油孔吸油；柱塞在下半周内逐渐向柱塞孔内缩进，密封容积逐渐减小，通过配油轴下面两个轴向压油孔将油液压出。,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。,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。,为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。,二、 轴向柱塞泵,1.
18、工作原理,（一） 斜盘式轴向柱塞泵,斜盘式轴向柱塞泵,斜轴式轴向柱塞泵,柱塞轴线平行于缸体的轴线,斜盘1,柱塞2,缸体3,配油盘4,吸油口,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上的配油窗口吸入。,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向外排出。 缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。 改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的双向变量。,斜盘1,柱塞2,缸体3,配油盘
19、4,吸油口,压油口,2. 斜盘式轴向柱塞泵的结构特点,端面间隙的自动补偿,由图可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。,为了克服点接触轴向柱塞泵的不足（挤压应力大，自吸能力不好等），出现了带“滑靴型”的轴向柱塞泵。,滑靴型轴向柱塞泵,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。,手动变量机构 转动手轮，使丝杠转动，带动变量
20、活塞作轴向移动，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。,传动轴5的轴线相对于缸体3有倾角，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆4相连。轴5旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内做往复运动，使密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配流盘1上的窗口 6 和 7 实现吸油和压油。,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,（二） 斜轴式轴向柱塞泵,总结：,柱塞泵的工艺性能好（主要零件均为圆柱形），配合精度高，密封性能好，工作压力较高。与齿轮泵和叶片泵相比
21、，该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为一种高效率的泵。但制造成本相对较高，其适用于高压、大流量、大功率的场合。,3.5 液压泵的选用,各类液压泵的共同和不同处 性能比较和应用液压泵选用原则,流量的形成,依靠密封容积的变化吸、压油，从而形成连续不 断的供油。,必要条件,容积泵形成的条件,流量的调节,齿轮泵、双作用叶片泵均定量泵单作用叶片泵、径向柱塞泵，改变偏心距轴向柱塞泵，改变斜盘（或斜轴）倾角,困油现象,各种液压泵皆有，齿轮泵最严重，其他泵设计合理可减小或消除。,流量脉动,齿轮泵：取决于齿数、啮合角 叶片泵：取决于叶片数和过渡曲线类型柱塞泵：取决于柱塞数和配流盘参数,液压泵的性能比
22、较,液压泵选用原则,1）是否要求变量径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。2）工作压力柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa3）工作环境齿轮泵的抗污染能力最好。,4）噪声指标低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。5）效率轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,液压泵的选用,由于各类液压泵各自突出的特点，其结构、功用和动转方式各不相同，因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中，往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵，而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。,作 业,P94: 3-5 3-10 3-18,Thank You!,
