1、液压泵,第一节 液压泵概述,液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。 液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。,液压泵基本工作原理,以单柱塞泵为例：组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。 V=Sd 2/4=ed 2/2,液压泵正常工作的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化
2、，容积由小变大吸油，由大变小压油； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。,液压泵的主要性能参数,（一）液压泵的压力 吸入压力：泵的进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压力。 工作压力 p ：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。 额定压力 ps ：正常工作条件下按试验标准连续运转的最高压力。 （二）液压泵的排量、流量和容积效率 排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。,平均理论流量 q t：泵
3、在单位时间内理论上排出的油液体积，q t= n v ，单位为 m3/s 或 L/min 。 实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏流量q，因此q = q t- q 。 瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是波动的，即qshq t。 额定流量 q s ：泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。容积效率v：v= q /q t =（q t - q）/ q t,（三）液压泵的功率和效率 输入功率 P r： 驱动液压泵轴的机械功率为泵的输入功率，P r= T式中T为转矩，为角速度 输出功率 P：泵输出的液压功率， P =
4、p q 总效率p 和机械效率m：p = P / P r= p q / T=vm （四）液压泵的转速 额定转速 n s：额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。 最高转速 n max：额定压力下，超过额定转速允许短时间运行的最高转速。 最低转速n min：正常运转允许的最低转速。 转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。,液压泵,柱塞式,叶片式,齿轮式,轴向柱塞式 径向柱塞式,单作用叶片式 双作用叶片式,外啮合式 内啮合式,液压泵的分类,液压泵,定量式,变量式,手动调节排量 自动调节排量,恒压式 限压式 恒功率 恒流量,液压泵的选用,选用原则： 是否要求变量 要求变量选用变量泵。 工作压力 柱
5、塞泵的额定压力最高。 工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。 噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。 效率 轴向柱塞泵的总效率最高。,液压泵的图形符号,思考题,已知液压泵的额定压力Ps=21MPa，额定流量qs=200L/min，总效率0.9，机械效率m=0.93。 试求：1)驱动泵所需的额定功率P；2)泵的泄漏量q。,第二节 柱塞泵,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀式配流径向柱塞泵（吸油、压油是通过两个单向阀的开启或关闭来实现） 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵,配
6、流轴 式径向 柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵工作原理,工作原理 缸体 均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。 柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。 定子 与缸体存在偏心。 配流轴 传动轴,排量公式 V =（d 2 / 2 ）e ze 定子与缸体之间的偏心距Z 柱塞数 d 柱塞直径,配流轴式径向柱塞泵结构特点,配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。 柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。 可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。 改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。,斜盘式轴向柱塞泵结构图,缸体,柱塞滑
7、履组,配流盘,斜盘式轴向柱塞泵工作原理,工作原理 缸体 均布Z 个柱塞孔，分布圆直径为D 柱塞滑履组 柱塞直径为d 斜盘 相对传动轴倾角为 配流盘 传动轴,排量公式 V =（d 2 / 4 ）D z tg 改变斜盘倾角可以改变泵的排量,斜盘式轴向柱塞泵的结构特点,三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达31.5MPa。 泵体上有泄漏油口。 传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。 为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：5，7，9。 为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。,斜轴式无铰轴向柱塞泵,工
8、作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角，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。 特点：柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。,作业,1、轴配流径向柱塞泵的柱塞直径d=20mm，柱塞数z=5，偏心距e=6mm，工作压力p=10MPa，转速n=1500r/min，容积效率v=0.95，机械效率m=0.9。试求： 1）泵的理论排量、理论流量和实际流量 2）泵的输出功率和输入功率 3）偏心距e=4mm时泵的理论流量和实际流量,2、某液压泵在输出压力为6.3MPa时，输
9、出流量为,，这是实测油泵轴消耗功率7kW，当泵空载卸荷运转时， 输出流量为,，求该泵的容积效率和总效率。,3、有一轴向柱塞泵，已知柱塞直径d=20mm，柱塞分布圆直径D=60mm，柱塞数z=7，斜盘倾角=20度，转速n=1450r/min，工作压力p=28MPa，机械效率m=0.9，容积效率v=0.95，求： 1)泵的实际流量和输入功率 2)若其他参数不变，斜盘倾角=12度，求泵的实际流量和输入功率 1)若其他参数不变，仅泵的转速n=1000r/min，求泵的实际流量和输入功率,第三节 叶片泵,叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变量泵用。 双作
10、用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名。 单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。,双作用叶片泵,结构组成 定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半径 r 圆弧和四段过渡曲线组成 转子 铣有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度为B 叶片 在叶片槽内能自由滑动 左、右配流盘 开有对称布置的吸、压油窗口 传动轴,双作用叶片泵工作原理,工作原理（动画） 由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用和叶片根部的液压力作用下紧贴定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲
11、线组成，故有两部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。,排量公式 V = 2B（R 2 r 2）- 2 z BS（R - r）/ cos为叶片倾角,双作用叶片泵的结构特点,径向力平衡。 为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通压力油。 合理设计过渡曲线形状和叶片数（z8），可使理论流量均匀，噪声低。（一般情况下z=12、16） 定子曲线圆弧段圆心角两叶片之间的圆心角=2/z，困油现象不会产生。 为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。 叶片泵的叶片槽沿转子的
12、旋转方向向前倾斜，倾斜角一般为13。,因存在闭死容积大小发生变化而导致的压力冲击、气蚀、噪声等危害液压泵的性能和寿命的现象。,高压叶片泵,叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用： 定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损； 减少了泵的理论排量； 可能引起瞬时理论流量脉动。这样，影响了泵的寿命和额定压力的提高。,提高双作用叶片泵额定压力的措施：采用浮动配流盘实现端面间隙补偿减小通往吸油区叶片根部的油液压力（p）减小吸油区叶片根部的有效作用面积 阶梯式叶片（s ） 子母叶片（b ） 柱销式叶片 （b ）,单作用叶片泵,工作原理 定子 内环为圆 转子 与定子存在偏心e，铣有z 个叶片槽 叶片 在转子叶片槽
13、内自由滑动，宽度为B，位于吸油区的叶片根部通吸油腔，位于压油区的叶片根部同压油腔。 左、右配流盘 铣有吸、压油窗口 传动轴,排量公式 V= 4BzRe sin(/z ),单作用叶片泵的特点,可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量。 叶片槽根部分别通油，叶片厚度对排量无影响。 因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动。 为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸，叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，一般为24。,限压式变量叶片泵,变量原理 (动画) 定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油，左边作用着调压弹簧力，当FFt，定子将向偏心减小的方向移动，泵的输出
14、流量减小。,限压式变量叶片泵特性曲线,调节压力调节螺钉的预压縮量，即改变特性曲线中拐点B 的压力大小 pB，曲线 BC 沿水平方向平移。 调节定子右边的最大流量调节螺钉，可以改变定子的最大偏心距emax，即改变泵的最大流量，曲线 AB上下移动。,限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线如图ABC,曲线BC 的斜率与弹簧的刚度有关，泵的最高压力pc也就不同。,4、有一限压式叶片泵，叶片宽度B=24mm，定子内圆半径R=26.3mm，叶片数Z=9，转速n=1000r/min，反馈活塞作用面积A=10mm2，调压弹簧刚度K=4000N/m，当泵的工作压力为零时，泵的流量为q0=20L/min；工作压力p=
15、2MPa时，泵的输出流量q=19L/min，当泵的工作压力p大于2MPa时，泵的输出流量呈线性减小。求： （1）调压弹簧的预压缩量x0 （2）定子的最大偏心距emax （3）泵的最高限定压力pc （4）泵的最大输出功率Pmax,第三节 齿轮泵,齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆泵放在齿轮泵一起介绍。,外啮合齿轮泵,结构组成 一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z 泵体 前后盖板 长短轴 工作原理 （动画） 两啮合的轮齿将泵体、前后盖板
16、和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。,外啮合齿轮泵的排量公式,V = 2z m 2 Bz 齿数，m 齿轮模数，B 齿宽 齿轮节圆直径Dj=mz一定时，为增大泵的排量，应增大模数，减小齿数。 齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。修正后的齿轮节圆直径Dj=m（z+1），齿顶圆直径De=m（z+3）,齿轮泵的瞬时理论流量是脉动的，这是齿轮泵产生噪声的主要根源。为减少脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，组成共压油口和吸油口的两个分离的齿轮泵。,外啮合齿轮泵的结构特点,泄漏与间隙补偿措施 齿轮泵存在端面泄漏、径向泄
17、漏和轮齿啮合处泄漏。 端面泄漏占8085。 端面间隙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，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。,液压径向力及平衡措施,齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力 F = K p B De K为系数，对主动齿轮K=0.75；对从动齿轮K=0.85。,液压径向力的平衡措施：（1）通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。（2）扩大压油腔（吸油腔）的方法。平衡径向力的措施都是以增
18、加径向泄漏为代价。,困油现象与卸荷措施,困油现象产生的原因 齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。 困油现象描述,困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤压， 导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。 卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开设卸荷槽的原则 两槽间距a为最小闭死容积，而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。,内啮合齿轮泵,工作原理 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齿啮合线分割成两部分，当传动轴带
19、动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。 特点 无困油现象 流量脉动小，噪声低,采取轴向和径向间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30 MPa，容积效率和总效率均提高。,螺杆泵,工作原理 相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。 特点 流量均匀，噪声低；自吸性能好。,5、有一齿轮泵，已知齿顶圆直径De=48mm，齿宽B=24mm，齿数Z=13。若最大工作压力p=10MPa，电动机转速n=980r/min，泵的容积效率v=0.9，总效率=0.8。求电动机功率。,本章小结,1、容积式泵（液压马达）的工作原理； 2、泵的工作压力、排量、理论流量、实际流量、容积效率、输入转矩、机械效率、输入及输出功率、总效率、各量的单位（量纲）及相关量间的关系； 3、常用泵齿轮泵、叶片泵、柱塞泵及相应马达的结构特点、主要优缺点及应用场合； 4、外反馈限压式变量叶片泵的特性曲线（曲线的形状、形状分析、及影响曲线形状的因素）； 5、泵的职能符号。 6、困油现象。,
