1、机械工程学院2010年8月,液压与气压传动(第五讲),2,第二章液压泵,第一节 液压泵概述 第二节 柱塞泵,3,一 液压泵概述,第二章液压泵,液压泵作为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。,柱塞泵,齿轮泵,叶片泵,4,1 液压泵基本工作原理,一 液压泵概述,第二章液压泵,泵的排量：,若柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e，则柱塞向上最大行程s=2e。对单柱塞泵，每一转所排出的油液体积，称为泵的排量。,动画,5,1 液压泵基本工作原理,一 液压泵概述,第二章液压泵,泵的工作原理： 液压泵必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积，该容积的大小随运动件的运
2、动发生周期性变化，称为容积式泵。 配流的形式有：阀式配流、配流盘式配流、配流轴式配流等。 液压泵每转一转吸入或排出的油液体积取决于密闭容积的变化量。单柱塞泵供油不连续，通常将柱塞数选为三个以上，且径向均布。 液压泵的吸油的实质是油箱的油液在大气压的作用下进入具有一定真空度的吸油腔。为防止气蚀，真空度应小于0.05MPa，因此对吸油管路的油液流速及油液提升高度有一定的限制。 排油压力取决于排油管路油液流动所受到的总阻力。若排油管路直接接回油箱，则总阻力为零，排出压力为零，称为卸载。,6,1 液压泵基本工作原理,一 液压泵概述,第二章液压泵,泵的工作原理： 组成液压泵密闭容积的零件之间存在间隙。当
3、密闭容积为排油时，压力油经过间隙向外泄漏、使实际排出的油液体积减小，其减少的油液体积称为泵的容积损失。泵在完成吸、压油的密闭容积在吸油与压油之间相互转换时，将瞬间存在一个闭死容积。如果闭死容积的减小是发生在该容积离开压油腔之后，则压力将高于压油腔的压力，这样会导致周期性的压力冲击，同时高压液体会通过运动副之间的间隙挤出，导致油液发热；如果闭死容积的增大发生在该容积离开吸油腔后，则会使得闭死容积的真空度增大，引起气蚀和噪声。 这种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，称为液压泵的困油现象.,7,2 液压泵的主要性能参数,一 液压泵概述,第二章液压泵
4、,压力,吸入压力泵进口处的压力。,工作压力p液压泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。,额定压力Ps在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高工作压力。,8,2 液压泵的主要性能参数,一 液压泵概述,第二章液压泵,排量,排量 液压泵每转一转理论上应排出的油液体积。又称理论排量或几何排量，记为V，常用单位cm3/r。排量的大小与泵的几何尺寸有关。,流量,平均理论流量qt 液压泵单位时间内理论上排出的油液体积，正比于泵的排量V和转速n，即qt=nv。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,
5、9,2 液压泵的主要性能参数,一 液压泵概述,第二章液压泵,容积效率,瞬时理论流量qsh液压泵任意瞬时理论输出的流量。一般泵的瞬时理论流量是波动的。,额定流量qs液压泵在额定压力、额定转速下允许连续运转的流量。,液压泵的实际流量与理论流量的比值称为液压泵的容积效率：,10,2 液压泵的主要性能参数,一 液压泵概述,第二章液压泵,功率,输入功率Pr驱动液压泵轴的机械功率。若输入转矩为T、角速度，则,输出功率P液压泵输出的液压功率，即平均实际流量和工作压力p的乘积。,总功率和机械效率液压泵的输出功率P与输入功率Pr之比为总效率。,机械效率,11,2 液压泵的主要性能参数,一 液压泵概述,第二章液压
6、泵,转速,额定转速ns在额定压力下，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。,12,3 液压泵的特性曲线,一 液压泵概述,第二章液压泵,输入功率,总效率,机械效率,容积效率,13,4 液压泵的分类和选用,一 液压泵概述,第二章液压泵,分类,按运动部件的形状和运动方式分类：齿轮泵：外啮合和内啮合叶片泵：双作用，单作用和凸轮转子叶片泵柱塞泵：径向柱塞泵和轴向柱塞泵螺杆泵：单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵,14,4 液压泵的分类和选用,一 液压泵概述,第二章液压泵,按进、
7、出油口方向是否可变分类：分为单相泵和双向泵，其中单向定量泵和单向变量泵只能一个方向旋转；双向定量泵可以改变泵的转向，变换进、出油口，双向变量泵不仅可以改变泵的转向，而且还可以操纵变量机构来变换进、出油口。双向泵具有对称结构，而单向泵是针对某一转向设计的，为非对称结构。,按排量能否改变：分定量泵和变量泵 变量泵可以是单作用叶片泵、径向柱塞泵、轴向柱塞泵。,15,4 液压泵的分类和选用,一 液压泵概述,第二章液压泵,选用原则和主要依据,是否要求变量 要求变量选用变量泵 工作压力 柱塞泵的额定压力最高 工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好 噪声指标 内啮合齿轮泵、双作用叶片泵、螺杆泵属于低噪声泵,16,
8、4 液压泵的分类和选用,一 液压泵概述,第二章液压泵,选用原则和主要依据,效率 按结构形式分，轴向柱塞泵总效率最高； 同一种结构的泵，排量大的总效率高； 同一排量的泵，额定工况下总效率最高； 液压泵应在额定工况或接近额定工况条件下工作。,17,5 液压泵的图形符号,一 液压泵概述,第二章液压泵,18,二 柱塞泵,第二章液压泵,阀式配流径向柱塞泵,为了实现连续吸排油，柱塞数必须 =3,柱塞泵,径向柱塞泵,轴向柱塞泵,配流方式,阀式配流,配流盘配流,配流轴配流,19,1 配流轴式径向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,工作原理,20,1 配流轴式径向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,单个柱塞在压油区
9、的行程等于定子的两倍偏心，因此，泵的排量为：,d 柱塞直径 e 定子与缸体（转子）之间的偏心距 z 柱塞数,径向柱塞泵的额定压力可达35MPa，可以实现双向变量，应用广泛,21,1 配流轴式径向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,结构特点,配流轴上吸、压油窗口的两端与吸压油窗口对应的方向开有平衡油槽，用于平衡配流轴上的液压径向力，保证配流轴与缸体之间的径向间隙均匀，有利于减少滑动表面的磨损及间隙泄漏，提高容积效率。柱塞头部增加了滑履，滑履与定子内圆的接触为面接触，而且接触面实现了静压平衡，接触面的比压很小。可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。改变定子相对于缸体的偏心距e可以改变排量。,22,
10、1 配流轴式径向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,负载敏感变量径向柱塞泵,这种变量形式的液压泵不仅输出的流量适应执行元件的流量需求，而且泵的出口压力随负载压力变化，也称为功率自适应变量泵。,V2开口度减小 若泵出口处流量不变 P1-P2增大 V1阀芯右移 P3压力减小 偏心距减小 泵出口处流量减小,弹簧力,V1活塞面积,23,2 斜盘式轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,工作原理,斜盘式轴向柱塞泵,半轴式,通轴式,24,2 斜盘式轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,工作原理,柱塞直径为d，缸体柱塞孔分布圆直径为D，柱塞数为z，斜盘倾角为 ，则斜盘式轴向柱塞泵的排量为：,泵的排量与变量活塞的
11、位移成正比，斜盘的最大倾角一般小于18 20,25,2 斜盘式轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,结构特点,在构成吸压油腔密闭容积的三对运动摩擦副中，柱塞与缸体柱塞孔之间的圆柱环形间隙加工精度易于保证；缸体与配流盘、滑履与斜盘之间的平面缝隙采用静压平衡，间隙磨损后可以补偿，因此轴向柱塞泵的容积效率较高。 为防止柱塞底部的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变引起压力冲击，一般在配流盘吸压油窗口的前端开设减震槽或将配流盘顺缸体旋转方向偏转一定角度。可以有效减缓压力突变，减小振动、降低噪声，但为非对称结构，旋转方向不能任意改变。,26,2 斜盘式轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,结构特点,泄漏的
12、油液可经过泵体上方的泄漏油口直接引回油箱，不仅保证泵体内的油液为零压，而且可以将热油带走，冷却泵体。 根据传动轴支撑形式及斜盘安装位置可以分为：半轴式（后斜盘式）、通轴式（前斜盘式）。 柱塞泵瞬时理论流量随缸体转动周期性变化，变化频率与泵的转速和柱塞数有关，柱塞数一般取奇数，5、7、9.,27,3 斜轴式无铰轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,工作原理,柱塞直径为d，缸体柱塞孔分布圆直径为D，柱塞数为z，斜盘倾角为 ，则斜盘式轴向柱塞泵的排量为：,28,3 斜轴式无铰轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,恒功率变量轴向柱塞泵,P1压力上升 P3压力上升 控制活塞3克服弹簧力下移 伺服阀7打开
13、 P9压力上升 变量活塞上移 缸体摆角减小 P1压力下降,P1,P3,P9,29,3 斜轴式无铰轴向柱塞泵,二 柱塞泵,第二章液压泵,恒功率变量轴向柱塞泵,斜轴式无铰轴向柱塞泵因柱塞通过连杆拨动缸体，缸体与传动轴为无铰连接，因此柱塞不承受液压侧向力，柱塞受力状态较斜盘式轴向柱塞泵好，不仅可以通过增大摆角增大泵的流量，而且耐冲击性能好、寿命长，特别适用于工作环境比较恶劣的冶金、矿山机械液压系统。,30,三 叶片泵,第二章液压泵,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 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。,叶片泵,双作用叶片泵（定量泵）,
14、单作用叶片泵（变量泵）,31,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,原理,工作原理,结构,32,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,工作原理,排量：, 定子圆弧段的大、小半径, 叶片数, 叶片的厚度, 转子的宽度, 叶片槽相对于径向的倾斜角,33,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,工作原理,排量：, 定子圆弧段的大、小半径, 叶片数, 叶片的厚度, 转子的宽度, 叶片槽相对于径向的倾斜角,该项为叶片槽根部全部通压力油对排量的影响，当双作用叶片泵的叶片槽根部全部通压力油后，每个叶片在定子的吸油腔过渡曲线段滑动时，叶片外伸，压油腔需要向叶片根部补充一定油液，而转子旋转一周，
15、每个叶片两次位于吸油腔，因此泵的排量减少。若叶片槽根部分别通油，则此项为零。,34,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,结构特点,径向力平衡，轴承承受径向力小，寿命长。 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。保证作用在叶片上的不平衡液压力不因额定压力的提高而提高的方法：1)减小通往吸油区叶片根部的油液压力2)减小吸油区叶片根部的有效作用面积。,35,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,合理设计过渡曲线形状和叶片数，可使瞬时理论流量均匀，噪声低。 定子曲线圆弧段圆心角配流窗口的间距角 叶片间夹角（= 2/ z ），无困油。 为减少两叶片间的密闭容积在吸压
16、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。,36,三 叶片泵,第二章液压泵,1 双作用叶片泵,配流盘配流窗口前端减振槽,37,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,单作用叶片泵转自每转一周，吸压油各一次。,38,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,工作原理,单作用叶片泵的叶片槽根部采用的通油方式为分别通油，位于吸油区的叶片根部通吸油腔，位于压油区的叶片根部通压油腔。作用在叶片两端的液压力相等，叶片的外伸完全依靠离心力。,39,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,工作原理,转子每旋转一周，叶片往复滑动一次，泵完成一次吸油和一次排油，其排量为：,
17、B 叶片宽度 z 叶片数 R 定子内圆半径 e 定子与转子间的偏心距,40,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,工作原理,与双作用叶片泵的比较： 可以通过改变定子偏心距调节泵的排量和流量。 位于吸油区的叶片外伸时不需要压油腔补油，叶片厚度对泵的排量无影响。 瞬时理论流量是脉动的，为减小流量脉动率，叶片数取奇数。,41,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,限压式变量叶片泵的变量原理,42,三 叶片泵,第二章液压泵,2 单作用叶片泵,限压式变量叶片泵的变量原理,外负载,43,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,第二章液压泵,齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式
18、不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。,44,第二章液压泵,工作原理,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,原理动画,45,第二章液压泵,工作原理,齿轮泵密闭容积的变化是因为啮合点半径小于齿顶圆半径，而齿轮在啮合传动时，啮合点的半径是随齿轮转角周期性变化的。若瞬时最大流量为qmax,最小流量为qmin，平均流量为qp，则表示泵的瞬时理论流量脉动系数 并随齿数增加而减小。,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,46,第二章液压泵,齿轮泵的排量可根据轮齿齿谷的面积 得到：,工作原理,z齿数；m齿轮模数；B齿宽,齿轮节圆直径 一定时，增大模数m,减小齿数z可以增大泵的排量，
19、所以齿轮泵的齿数一般较少，为避免齿数少而产生根切，需对齿轮进行修正。 修正后的齿轮实际中心距或节圆直径 齿顶圆直径,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,47,第二章液压泵,结构特点,1 降低齿轮泵的噪声噪声的主要根源来自流量脉动，为减少瞬时理论流量脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮间错开半个齿距，两套齿轮之间用以平板隔开，由于两个泵的脉动错开了半个周期，各自脉动量相互抑制。 2 泄漏与间隙补偿泄漏量的大小与间隙的三次方成正比，与压力差的一次方成正比。端面间隙泄漏最大，约占总泄漏量的80%85%，径向间隙泄漏占总量的10%15%，其余为齿啮合处的泄漏。,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内
20、啮合齿轮泵，螺杆泵）,48,第二章液压泵,结构特点,高压齿轮泵，浮动轴套端面间隙补偿原理,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,49,第二章液压泵,结构特点,3 液压径向力及平衡措施 齿轮轴上液压径向力和齿轮啮合力的合力：,K 系数。主动齿轮，K=0.75；从动齿轮，K=0.85 P 压油腔压力 B 齿轮宽度 De 齿顶圆直径,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,50,第二章液压泵,结构特点,3 液压径向力及平衡措施,措施1：在端盖上开设平衡槽，使得它们分别于低、高压强相通，产生一个与吸油腔和压油腔对应的液压径向力，起平衡作用 措施2： 扩大压油腔（吸油腔），即只保留
21、靠近吸油腔（压油腔）的12个齿起密封作用，而大部分圆周的压力等于压油腔（吸油腔）的压力，于是对称区域的径向力得到平衡,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,51,第二章液压泵,结构特点,3 液压径向力及平衡措施,上述两种平衡径向力的方案均会导致齿轮泵径向间隙密封长度缩短，径向间隙泄漏增加。因此，对高压齿轮泵，平衡液压径向力必须与提高容积效率同时兼顾。,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,52,第二章液压泵,结构特点,4 困油现象与卸荷措施,为了保证齿轮传动的平稳性，齿轮泵的齿轮重合度必须大于1，即在前一对轮齿尚未脱开啮合之前，后一对轮齿已经进入啮合。两对齿轮同时啮合时
22、产生一个闭死容积，且容积变化引起周期性的压力冲击、气蚀和噪声。,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,53,第二章液压泵,在前、后盖板或浮动轴套上开卸荷槽，两卸荷槽间距为 ：容积由大变小时与压油腔相通，容积由小变大时与吸油腔相通。,措施：, 齿轮压力角 m齿轮模数 t 0标准齿轮的基节,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,t0,54,第二章液压泵,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,内啮合齿轮泵的最大优点是:无困油现象，流量脉动较外啮合齿轮泵小，噪声低。当采用间隙补偿后，额定压力可大30MPa，容积效率和总效率较高。,吸油腔,压油腔,工作原理,55,第二
23、章液压泵,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,工作原理,56,第二章液压泵,四 齿轮泵（外啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵，螺杆泵）,螺杆级数越多，泵的额定压力越高。 优点:输出流量均匀、噪声低，特别适用于压力和流量稳定要求较高的精密机械。自吸性能好，允许采用高转速、流量大，常在大型液压系统中做补油泵。因油液传递过程为无搅动的提升，常被用来传输粘度较大的液体。,作业,1、液压泵的功能。 2、液压泵的性能参数及其定义。 3、液压泵的分类。 4、液压泵的图形符号。,5、困油现象与卸荷措施。 6、内啮合齿轮泵的优点。 7、螺杆泵的优点。,作业,1、困油现象与卸荷措施。 2、内啮合齿轮泵的优点。 3、螺杆泵的优点。,
