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1、第三章 液壓泵及液壓馬達,3.1液壓泵與液壓馬達作用 3.2液壓泵與液壓馬達工作原理 3.3液壓泵與液壓馬達分類 3.4液壓泵與液壓馬達參數 3.5齒輪泵和齒輪馬達 3.6葉片泵和葉片馬達 3.7柱塞泵和柱塞馬達 3.8液壓泵的性能比較,3.1 液壓泵及液壓馬達的作用,液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機輸入的機械能轉換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。,液壓馬達是將液體壓力能轉換為機械能的裝置,輸出轉矩和轉速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。,3.2 工作原理 液壓泵必須具備周期性變化的密封容積和配流裝置才能工作,屬于容積式泵.,配流裝置使密封容積輪流和油箱或負載相通。,液壓馬達的工作原理,液壓系統(tǒng)
2、中使用的液壓馬達也是容積式的，從原理上講是把容積式泵逆用，即向泵中輸入壓力油，就可使泵軸轉動，輸出轉矩和轉速，成為液壓馬達。,液壓泵正常工作的三個必備條件,必須具有一個由運動件和非運動件所構成的密閉容積； 密閉容積的大小隨運動件的運動作周期性的變化，容積由小變大吸油，由大變小壓油； 密閉容積增大到極限時，先要與吸油腔隔開，然后才轉為排油；密閉容積減小到極限時，先要與排油腔隔開，然后才轉為吸油。單柱塞泵是通過兩個單向閥來實現這一要求的。,液壓泵與馬達結構上的區(qū)別,1.一般泵進口尺寸出口尺寸，馬達則進出口尺寸相同。 2.泵結構上有自吸能力，而馬達則無此能力。 3.馬達需正反轉，內部結構一般對稱，泵
3、一般無此要求。 4.馬達結構及潤滑要求要滿足很寬的調速范圍，泵高速而變化小。 5.馬達需較大的啟動扭矩，要求內部摩擦小。,液壓泵和液壓馬達的種類按其排量能否調節(jié)分為： 定量泵（定量馬達） 變量泵（變量馬達）,一、液壓泵和液壓馬達的分類,3.3 液壓泵和液壓馬達的分類,按結構形式可分為： 齒輪式 葉片式 柱塞式 螺桿式,二、 液壓泵和液壓馬達的圖形符號,a.單向定量液壓泵 b.單向變量液壓泵 c.單向定量馬達 d.單向變量馬達 e.雙向變量液壓泵 f.雙向變量馬達,3.4 液壓泵和液壓馬達的性能參數,二、 流量與排量,二、排量V：不考慮泄漏情況下，泵（馬達）每轉一圈所排出液體的體積，一般由其結構
4、尺寸計算得來。,三、流量q：單位時間內能排出的流體體積。,1）理論流量：不考慮泄露,額定壓力、額定轉速下泵輸出的流量,qt=Vn/60,2）實際流量,3）額定流量qn,三、功率,理論輸入功率,實際輸入功率,理論輸出功率,實際輸出功率,泵,理論輸入功率,實際輸入功率,理論輸出功率,實際輸出功率,馬達,容積效率：反映泄露的影響，影響液壓泵的實際輸出流量。,機械效率：反映液壓泵的機械摩擦損失，影響驅動液壓泵所需的轉矩。,總效率為兩個效率的乘積。,四、效率,容積效率：經過容積損失后實際輸出功率（流量）與理論輸出功率（流量）之比,泵,馬達,機械效率：理論輸入功率（轉矩）與實際輸入功率（轉矩）之比,容積效
5、率：經過容積損失后理論輸入功率（流量）與實際輸入 功率（流量）之比,機械效率：實際輸出功率（轉矩）與理論輸出功率（轉矩）之比,計算實例1,某液壓系統(tǒng)，泵的排量V10m L/r，電機轉速n1200rpm，泵的輸出壓力p=5Mpa 泵容積效率v0.92，總效率0.84，求： 1） 泵的理論流量； 2）泵的實際流量； 3）泵的輸出功率(實際）； 4）驅動電機功率。,解：1）泵的理論流量 qt=vn10-3=10120010-312 L/min 2) 泵的實際流量 q qtv120.9211.04 L/min 3)泵的輸出功率 4）驅動電機功率,計算實例1,計算實例2,已知泵的排量為160mL/r，轉
6、速為1000r/min，機械效率為0.9，總效率為0.85；液壓馬達排量為140 mL/r ，機械效率0.9，總效率為0.8，系統(tǒng)壓力為8.5MPa，不計管路損失，液壓馬達的轉速是多少？其輸出轉矩是多少？驅動液壓泵所需的轉矩和功率是多少？,3.5 齒輪泵和齒輪馬達,外嚙合 內嚙合,分類,按齒面,按齒形曲線,按嚙合形式,直齒 斜齒 人字齒,漸開線 擺線,一、齒輪泵的分類,二、 外嚙合齒輪泵原理和結構,1. 結構：,齒輪、殼體、端蓋等,(一)外嚙合齒輪泵的結構,典型結構,典型結構剖切圖,CB齒輪泵 p = 2.5 MPa 卸荷槽 縮小壓油口 減小端面間隙 0.030.04mm 增大吸油口 小槽 a
7、 (泄油） 小孔,(二)、工作原理,吸油過程：輪齒脫開嚙合 V p 吸油； 排油過程：輪齒進入嚙合V p 排油。,工作原理 （動畫） 兩嚙合的輪齒將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，輪齒進入嚙合的一側密閉容積減小，經壓油口排油，退出嚙合的一側密閉容積增大，經吸油口吸油。,一、外齒輪 齒輪基本尺寸的名稱和符號,齒頂圓 da、ra,齒根圓 df、rf,齒厚 sk 任意圓上的弧長,齒槽寬 ek 弧長,齒距 （周節(jié)） pk= sk +ek 同側齒廓弧長,齒頂高ha,齒根高 hf,齒全高 h= ha+hf,齒寬 B,分度圓人為規(guī)定的計算基準圓,表示符號： d、r、s、e，p= s+e,法向齒
8、距 （周節(jié)） pn,= pb,此圓上具有標準的模數和壓力角,基圓 db、rb,標準直齒圓柱齒輪各部分名稱 和尺寸,外嚙合齒輪泵的排量公式,V=DhB=2zm 2B z 主動齒數，m 齒輪模數， B 齒寬,齒輪泵的排量V相當于一對齒輪所有齒谷容積之和,假如齒谷容積大致等于輪齒的體積,那么齒輪泵的排量等于一個齒輪的齒谷容積和輪齒容積體積的總和,即相當于以有效齒高(h=2m)和齒寬構成的平面所掃過的環(huán)形體積。,實際上齒谷的容積要比輪齒的體積稍大,故上式 中常加以系數進行修正,則上式可寫成：,齒輪泵的流量q(1/min)為：,v = 2kz m 2 B,q= 2kz m 2 Bnv,三、齒輪泵結構特點
9、,1. 困油現象,困油現象產生的原因 齒輪重迭系數1，在兩對輪齒同時嚙合時，它們之間將形成一個與吸、壓油腔均不相通的閉死容積，此閉死容積隨齒輪轉動其大小發(fā)生變化，先由大變小，后由小變大。 困油現象描述,困油現象解決方法,困油現象的危害:閉死容積由大變小時油液受擠壓， 導致壓力沖擊和油液發(fā)熱，閉死容積由小變大時，會引起汽蝕和噪聲。 卸荷措施:在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽,2. 徑向力不平衡,齒谷內的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。作用在齒輪軸上液壓徑向力和輪齒嚙合力的合力 F 即為齒輪泵的徑向力,減小徑向力措施,（1) 減小齒寬,增大齒頂圓直徑。 （2) 縮小壓油腔尺寸,使壓力油作用
10、在較少的齒范圍內。 （3) 延伸壓油腔或吸油腔,在工作過程中只有很少的齒起密封作用。,減小徑向力措施,（4) 通過在蓋板上開設平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相 通，產生一個與液壓徑向力平衡的作用。 平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價。,3. 泄漏問題,1) 泄漏途徑：端面間隙 80% ql 徑向間隙 15% ql 嚙合處 5% ql 2) 危害：v 3) 防泄措施： a) 減小端面間隙 b) 端面間隙補償裝置 浮動側板 浮動軸套,防泄措施,b) 軸向間隙補償裝置 浮動側板 浮動軸套,a) 減小軸向間隙 小流量：間隙0.025-0.04 mm 大流量：間隙0.04-0.06 mm,F1稍大
11、于F2,四、齒輪泵優(yōu)缺點和用途,優(yōu)點：體積小，重量輕，結構緊湊，工作可靠， 自吸性能好，對油液污染不敏感，便于 制造、維修。 缺點：效率低，流量脈動大，噪聲高。 用途：工程機械、機床低壓系統(tǒng)。,五、內嚙合齒輪泵,1. 漸開線齒輪泵,特點: 結構緊湊，尺寸小，重量輕 流量脈動小，噪聲小。,2. 擺線齒輪泵（轉子泵）,特點: 結構簡單，體積小 重疊系數大，傳動平穩(wěn) 吸油條件好 齒形復雜，加工精度要 求高，造價高。 應用：機床低壓系統(tǒng),擺線齒輪泵實物結構,五、齒輪泵的常見故障及排除方法,結構特點,兩個油口一樣大， 結構對稱, 調速范圍寬 啟動扭矩大,例一,齒輪泵轉速為1200r/min,理論流量為1
12、2.286L/min,齒數Z=8,齒寬B=30mm,機械效率和容積效率均為90%,工作壓力為5.0106Pa.試求該齒輪泵的齒輪模數m,輸出功率和輸入功率.,課后練習題,1容積式液壓泵是靠_來實現吸油和排油的。 2.液壓泵的額定流量是指泵在額定轉速和_下的 輸出流量。 3.液壓泵的機械損失是指液壓泵在_上的損失。 4.液壓泵是把_能轉變?yōu)橐后w_能的 轉換裝置。 5.齒輪泵的泄漏一般有三個渠道：_;_;_。 其中以_最為嚴重。,密封容積的變化,額定壓力,克服相對運動件表面的摩擦,機械，壓力,徑向間隙，端面間隙，嚙合處；端面間隙,3.6 葉片泵與葉片馬達,一、葉片泵分類,優(yōu)點：輸出流量 均勻、脈動
13、小、噪聲低、 體積小。 缺點：自吸性能差、對油液污染敏感、結 構較復雜。,分類,單作用,雙作用,每轉排油一次,每轉排油兩次,二. 雙作用葉片泵,工作原理 旋轉一周，完成二次吸油，二 次排油雙作用泵 徑向力平衡平衡式葉片泵 （兩個吸油區(qū)，兩個排油區(qū)),2、結構形式,定子和轉子同心； 定子內曲線由四段圓弧 和四段過渡曲線組成； 配油盤上有四個月牙形 窗口。,動畫,(1)過渡曲線:影響泵工作性能（如流量脈動、噪聲和壽命）的主要因素,結構特點,一般采用等加速等減速曲線、阿基米德曲線等。長、短半徑的比越大，泵的排量越大，但比值過大，會引起葉片卡死、折斷和脫空。,(2)徑向力平衡:吸、壓油口是對稱設置的，
14、徑向液壓力平衡。,配油盤上的三角槽,原因： pV 油液倒流。 影響：流量脈動，噪聲。 措施：開三角槽，減小困油。 作用：緩沖，避免壓力突變， 減小流量脈動和噪聲。,(3) 困油現象,封油區(qū)的包角大于或等于相鄰兩葉片間的間距角。,4）. 葉片與定子內表面的良好接觸,葉片底部通壓油腔。,吸油時，葉片與定子之間的接觸面磨損嚴重。,受力分析： N,T P,T = N sin 壓力角 T sin , , sin, T 危害：葉片難以回槽，葉片和槽磨損，卡死。 措施：沿旋轉方向前傾角,葉片傾角,在過渡曲線上，法線與轉子的徑向力不重合,作用：減小切向分力，減輕葉片和槽的磨損，避免卡死。 一般取 = 1014
15、 O YB 型葉片泵取 =13 O 葉片傾斜放置的泵不能反轉,典型結構及結構特征,典型結構剖切圖,3. 流量計算,其中：B - 葉片寬度 R - 定子長軸半徑 r - 定子短軸半徑 葉片傾角 葉片厚度,2) 流量：,1）排量：,三、單作用葉片泵,1. 結構：,轉子、定子、葉片、配油盤、殼體、端蓋等。,特點： 定子和轉子偏心； 定子內曲線是圓； 配油盤有二個月牙形窗口。 葉片靠離心力伸出。,2. 工作原理,密封工作腔（轉子、定子、葉片、配油盤組成） 吸油過程：葉片伸出V p 吸油； 排油過程：葉片縮回V p 排油。 旋轉一周，完成一次吸油，一次排油 徑向力不平衡非平衡式葉片泵,V = 4Re B
16、,q= 4Re Bnv,流量公式,排量公式,控制方式：手動控制，機械控制，液壓控制等。,3. 單作用變量葉片泵,轉子固定不動，定子中心也相對于轉子中心作水平移動，調節(jié)偏心距e的大小和方向，從而實現排量大小和排油方向的改變。,調節(jié)性能：限壓式、恒功率式，恒流量式等。,其中限壓式應用最廣泛。,外反饋限壓式變量葉片泵,1）.結構特點: 彈簧、控制活塞、 限位螺釘。,2）.工作原理：改變e，改變流量； 調節(jié)彈簧力的大小，改變壓力。,轉子中心固定， 定子可以水平移動 外反饋、限壓,泵的輸出壓力作用在定子右側的活塞 1上。當壓力作用在活塞上的力不超過彈簧2的預緊力時，泵的輸出流量基本不變。當泵的工作壓力增
17、加，作用于活塞上的力超過彈簧的預緊力時，定子向左移動，偏心量減小，泵的輸出流量減小。當 泵壓力到達某一 數值時，偏心量接近零，泵沒有流量輸出。,四、雙作用葉片馬達,1）結構特點 葉片沿轉子徑向放置（正反轉） 進、出油口大小相同 有外泄口 2）工作原理 F = p A = p ( R - r0 ) b - p ( r - r0 ) b = p ( R - r ) b 3）應用：高速、低扭矩及要求 動作靈敏的場合。,五、葉片泵的常見故障及排除方法,3.7 柱塞泵和柱塞馬達,軸向式,徑向式,一、 軸向柱塞泵,柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞沿軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞
18、數必須大于等于3。 徑向柱塞泵 配流軸式徑向柱塞泵 閥配流徑向柱塞泵 軸向柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵 斜軸式無鉸軸向柱塞泵,1 .工作原理,工作原理 缸體： 均布Z 個柱塞孔，分布圓直徑為D 柱塞滑履組： 柱塞直徑為d 斜盤： 相對傳動軸傾角為 配流盤 傳動軸,* 缸體轉動 * 斜盤、配油盤不動,缸體、柱塞、配油盤、斜盤,* 柱塞伸出,低壓油 機械裝置,2.典型結構,3. 流量計算,排量:,一個密封空間:,流量:,式中： d - 柱塞直徑 D - 柱塞分布圓直徑 - 斜盤傾角 z - 柱塞數,q tg , q ; q 。 改變 的大小變量泵； 改變 的方向雙向泵。,流量脈動率：,z為奇數,z為偶
19、數,結論：柱塞數為奇數時流量脈動小， 柱塞數越多，脈動越小。 一般取 z = 7、9、11,4.特點及應用,特點： 容積效率高，壓力高。（v=0.98, p = 32 Mpa） （柱塞和缸體均為圓柱表面,易加工,精度高，內泄?。?結構緊湊、徑向尺寸小，轉動慣量小; 易于實現變量； 構造復雜,成本高； 對油液污染敏感。 應用： 用于高壓、高轉速的場合。,5. 結構分析,SCY14-1型軸向柱塞泵 （p = 32 MPa）,缸體,柱塞滑履組,配流盤,結構特點,滑靴：降低接觸應力，減小磨損。 柱塞的伸出： 由彈簧壓緊壓盤 變量機構：手動變量機構。,配流盤,由于存在困油問題，為減少困油，因此在配油盤的
20、槽I、II的起始點開上條小三角槽，且在二配流槽的兩端都開有小三角槽。見下圖：,變量機構類型 為了節(jié)約能量，希望泵的流量能自動改變。常用的自動變量泵有恒功率式、恒壓力式和恒流量式等。圖中為實現恒功率控制的壓力補償變量機構，以此機構代替上圖手動變量泵左端的手動變量機構，就成為恒功率變量泵。圖中滑閥5和活塞6則形成一個液壓伺服機構。,其中AG為斜盤傾角最大時，泵的最大流量。而GF則表示當泵壓力升高，斜盤傾角減小，泵流量減少。當泵壓力進一步升高時，流量按圖中FE線改變。最后傾角不再變化，則流量不再變化， 如圖中ED線。因此，泵 的輸出流量根據使用壓力 自動按折線GFED變化。 折線GFED與等功率線
21、HK接近。泵的流量壓力 特性可在圖中陰影的范圍 內調節(jié)。,恒功率變量泵特性曲線如下圖所示：,6、斜軸式無鉸軸向柱塞泵,工作原理與斜盤式軸向柱塞泵類似，只是缸體軸線與傳動軸不在一條直線上，它們之間存在一個擺角，特點：柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，不僅可增大擺角來增大流量，且耐沖擊、壽命長。,圖中為斜軸式軸向柱塞泵外形,7.軸向柱塞泵的常見故障及排除方法,二、軸向柱塞馬達,1. 結構,2.工作原理,輸入的高壓油通過柱塞作用在斜盤上。斜盤給柱塞的反作用力的徑向分力，使缸體產生轉矩。通過輸出軸帶動負載做功。,改變供油方向馬達反轉。雙向馬達 改變斜盤傾角排量變，轉速變。變量馬達 應用：高轉速、較大扭矩的場合。
22、,三、徑向柱塞泵,1.結構特點： 定子不動 缸體（轉子）轉動 偏心距e 配油軸（不動） 襯套（與缸體緊配合）,2. 工作原理,調節(jié)e的大小變量泵 改變e的方向雙向泵,密封工作腔 柱塞伸出：離心力,3. 流量計算,例題,某軸向柱塞泵的柱塞直徑 d20mm，柱塞分布圓直徑 D60mm，柱塞數 z7。當斜盤傾角20，轉速n=1450rmin，輸出壓力p=28Mpa，容積效率v=0.95，機械效率=0.9時，試求泵的理論流量、實際流量和所需電動機功率。如泵其它參數不變，斜盤傾角由20變?yōu)?2 ，求上述參數。,四、低速大扭矩馬達,1.單作用連桿型徑向柱塞馬達,結構組成（動畫）,排量公式 v =d 2e
23、z / 2 d 為柱塞直徑；e 為曲軸偏心距；z 為柱塞數。 特點：結構簡單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸旋轉，也可以是曲軸固定殼體旋轉，但體積重量較大，轉矩脈動，低速穩(wěn)定性較差。,2.多作用內曲線徑向柱塞馬達,結構組成（動畫）,結構原理,結構原理 殼體內環(huán)由x 個導軌曲面組成，每個曲面分為a、b兩個區(qū)段； 缸體徑向均布有z 個柱塞孔，柱塞球面頭部頂在滾輪組橫梁上，使之在缸體徑向槽內滑動 ；,柱塞、滾輪組組成柱塞組件， a段導軌對柱塞組件的法向反力的切向分力對缸體產生轉矩； 配流軸圓周均布2x 個配流窗口，其中x 個窗口對應于a段，通高壓油，x 個窗口對應于b段，通回油（xz )； 輸出軸 ，
24、缸體與輸出軸連成一體。,放大,排量公式 v =（d 2/4）Hxyz H為柱塞行程； x 為作用次數； y 為柱塞排數； z 為每排柱塞數 應用: 轉矩脈動小，徑向力平衡，啟動轉矩大，能在低速下穩(wěn)定運轉，普遍用于工程、建筑、起重運輸、煤礦、船舶、農業(yè)等機械中。,能否變量,壓力,脈動率,油液要求,效率,噪聲,外嚙合齒輪泵,雙作用葉片泵,單作用葉片泵,軸向柱塞泵,能,不能,能,不能,低壓,高壓,低壓,低壓,大,小,中等,中等,較低,中等,中等,高,低,中等,中等,高,大,小,中等,中等,3.8 液壓泵的性能比較與選用,3.9 液壓泵的選用原則,選用原則： 是否要求變量 要求變量選用變量泵。 額定壓力 滿足系統(tǒng)（如液壓缸）壓力要求。 額定流量 滿足執(zhí)行元件的速度要求。 工作環(huán)境 齒輪泵的抗污能力最好。 噪聲指標 雙作用葉片泵和螺桿泵屬低 噪聲泵。 效率 軸向柱塞泵的總效率最高。 其它,
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