液压与气压传动2王积伟教授东南大学

1、School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 了解液压泵主要性能参数、分类了解液压泵主要性能参数、分类 了解常用液压泵的结构及工作原理了解常用液压泵的结构及工作原理 掌握泵原理、必要条件、排流量、齿轮泵原理、困油掌握泵原理、必要条件、排流量、齿轮泵原理、困油 了解气源装置与气动三联件工作原理了解气源装置与气动三联件工作原理 了解常用的液压与气动辅件了解常用的液压与气动辅件 容积式泵工作原理、必要条件容积式泵工作原理、必要条件 齿轮泵工作原理、排流量计算齿轮泵工作原理、排流量计算 容积式泵的共同弊病、容积式泵的共同弊病、 困油现象的实质

2、困油现象的实质 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 的组成的组成 能源装置有两大类：液压能源装置和气源装置。能源装置有两大类：液压能源装置和气源装置。 ：向液压系统输送具有一定压力和：向液压系统输送具有一定压力和 流量的清洁的工作介质；流量的清洁的工作介质； 向气动系统输送一定压力和流量洁净向气动系统输送一定压力和流量洁净 的压缩空气。的压缩空气。 液压能源装置可以是和主机分离的单独的液压泵液压能源装置可以是和主机分离的单独的液压泵 站，也可以是和主机在一起的液压泵组；站，也可以是和主机在一起的液压泵组； 气源装置一般都是

3、单独的。气源装置一般都是单独的。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 一般一般、和一些和一些（过滤器、温（过滤器、温 控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）， 这些辅件是相对独立的，可根据系统的不同要求而取这些辅件是相对独立的，可根据系统的不同要求而取 舍，一些液压控制元件（各种控制阀）有时也以集成舍，一些液压控制元件（各种控制阀）有时也以集成 的形式安装在液压泵站上。的形式安装在液压泵站上。 则则、（后冷（后冷 却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、却器、油水分离器、储

4、气罐、干燥器及输送管道）、 （分水过滤器、油雾器及减压阀）（分水过滤器、油雾器及减压阀）， 还有一些还有一些，如自动排水器、消声器、缓冲，如自动排水器、消声器、缓冲 器等，这些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不器等，这些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不 可少的。可少的。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 Part 2.2 ： 。 ：其为液压系统提供具有一定压力和流：其为液压系统提供具有一定压力和流 量的液压液，是液压系统的重要组成部分。量的液压液，是液压系统的重要组成部分。 ：其性能好坏直接影响液压系统工作的：其性

5、能好坏直接影响液压系统工作的 可靠性和稳定性。可靠性和稳定性。 ：是：是实现连续旋转或摆动实现连续旋转或摆动 ，它把输入油液的压力能转换，它把输入油液的压力能转换 为输出轴转动的机械能，用来推动负载作为输出轴转动的机械能，用来推动负载作 功。功。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压系统中所用的各种液压泵，其液压系统中所用的各种液压泵，其 都是都是 的。的。 旋转时，旋转时，在在 和和作用下在缸体作用下在缸体 中左右移动。中左右移动。时，时， 缸体中的缸体中的容积容积 增大，产生真空，油液通增大，产生真空，油液通 过过吸

6、入，此时吸入，此时 关闭；关闭；时，缸时，缸 体体的容积变小，的容积变小， 将吸入的油液通过将吸入的油液通过 输入液压系统中去，此时，输入液压系统中去，此时， 关闭。关闭。 。 单柱塞式液压泵工作原理单柱塞式液压泵工作原理 11凸轮凸轮 22柱塞柱塞 33弹簧弹簧 44密封工作腔密封工作腔 55吸油阀吸油阀 66压油阀压油阀 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 液压泵液压泵时，油箱的油液在大气压作用下使吸油阀开启，而时，油箱的油液在大气压作用下使吸油阀开启，而 压油阀在阀的弹簧作用下关闭；压油阀在阀的弹簧作用下关闭； 液压

7、泵液压泵输油输油时，吸油阀在液压和弹簧作用下关闭，而压油阀在时，吸油阀在液压和弹簧作用下关闭，而压油阀在 液压作用下开启。液压作用下开启。 这种这种，称为，称为。 u （如叶片泵的配流盘、径向柱塞泵的配流轴）（如叶片泵的配流盘、径向柱塞泵的配流轴） u （如逆止阀等）（如逆止阀等） School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 液压泵的密封工作腔处于吸油时称为液压泵的密封工作腔处于吸油时称为，处于输油时称，处于输油时称 为为。 液压泵吸油口至油箱液面高度和吸油管路液压泵吸油口至油箱液面高度和吸油管路 压力损失；压力损失； 负载和压油

8、管路压力损失。输出的负载和压油管路压力损失。输出的 只只和和（或角速（或角速 度），而度），而。 密封容积增大，产生真空密封容积增大，产生真空 密封容积减小，油液被迫压出密封容积减小，油液被迫压出 容积式容积式 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 形成密封工作腔；形成密封工作腔； 密封工作腔容积大小交替变化；密封工作腔容积大小交替变化； （变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通）（变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通） 吸压油腔隔开（配流装置）。吸压油腔隔开（配流装置）。 具有一个或若干个周期性变化的密封容积；具有一个或若

9、干个周期性变化的密封容积； 具有配流装置；具有配流装置； 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 下图下图所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。和和固定固定 不动，不动，可在可在的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交 一个倾角一个倾角 。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高 压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，

10、斜盘对柱塞的反作用力压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力 可分可分 解为两个分力，轴向分力解为两个分力，轴向分力和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分 力力使缸体产生转矩，带动使缸体产生转矩，带动转动。转动。 图图3-26 3-26 轴向柱塞式液压轴向柱塞式液压 马达的工作原理马达的工作原理 11斜盘斜盘 22缸体缸体 33柱柱 塞塞 44配油盘配油盘 55马达轴马达轴 设第设第 个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为 ，则在柱塞上产生的，则在柱塞上产生的 转矩为转矩为 式中式中 R R柱塞在缸体中的分布圆半径。柱塞在缸体中的

11、分布圆半径。 sintansinRFRFrFT xyyi 液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和，即液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和，即 随着角随着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产 生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动时的生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动时的 情况相似。情况相似。 sintanRFT x School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学东南大学机械工程学 院院 u 转矩脉动转矩脉动; ; u 马达的进、回油

12、口互换时，马达将反向转动马达的进、回油口互换时，马达将反向转动; ; u 改变斜盘倾角改变斜盘倾角 的大小，既改变了马达的排量，也使的大小，既改变了马达的排量，也使 输出转矩输出转矩T T 发生变化；发生变化； u 改变斜盘倾角改变斜盘倾角 的方向，就改变了马达的旋转方向。的方向，就改变了马达的旋转方向。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是指是指，。 p pS S是指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。是指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。 是指在没有泄漏情况下，泵轴转过一转时所能排出的油是指在没有泄漏情况下，泵轴

13、转过一转时所能排出的油 液体积。液体积。 p pS S （公称压力、铭牌压力）（公称压力、铭牌压力） School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 ：在额定转速和额定压力下输出的流量。：在额定转速和额定压力下输出的流量。 ：在没有泄漏情况下，单位时间内所输出的油液体在没有泄漏情况下，单位时间内所输出的油液体 积。积。，即，即 常用单位为常用单位为mm3 3/s/s和和L/minL/min。 ：单位时间内实际输出的油液体积。：单位时间内实际输出的油液体积。 液压泵在运行时，泵的出口压力不等于零，因而存在部分油液压泵在运行时，泵的出口压力

14、不等于零，因而存在部分油 液泄漏，使实际流量小于理论流量。液泄漏，使实际流量小于理论流量。 液压泵的流量液压泵的流量可分为可分为、和和。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则 ，即是它们的，即是它们的 Pt=pVn=Tt=2nTt 1）为驱动液压泵轴的机械功率。为驱动液压泵轴的机械功率。 2）为液压泵输出的液压功率。为液压泵输出的液压功率。 式中式中 Tt液压泵的理论转矩；液压泵的理论转矩； 泵的角速度；泵的角速度； n泵的转速。泵的转速。

15、School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 因因、和和在高压下受压缩而造成的流量上的在高压下受压缩而造成的流量上的 损失。损失。 由于液压泵内工作构件之间存在间隙所造成的内泄漏是主由于液压泵内工作构件之间存在间隙所造成的内泄漏是主 要原因，因而泵的压力增高，输出的实际流量就减小。要原因，因而泵的压力增高，输出的实际流量就减小。 功率损失可分为功率损失可分为和和。 实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功 率总是比输入功率小，即率总是比输入功率小，即。 School of

16、 Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 用用来表征容积损失的大小：来表征容积损失的大小： tt t t v q q q qq q q 1 式中式中某一工某一工 作压力下液压泵的流作压力下液压泵的流 量损失，即泄漏量。量损失，即泄漏量。 如果将泄漏油液的流态看作为层流，则如果将泄漏油液的流态看作为层流，则与泵的与泵的 ，即，即，k1为泄漏系数。有：为泄漏系数。有： Vn pk q pk 11 11 t v 由式由式（2-32-3）中可看出：中可看出： 泵的输出压力泵的输出压力，泄漏系数，泄漏系数 ，泵的排量，泵的排量，转速，转速， 容积效率容积效率

17、v就就。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。 设转矩损失为设转矩损失为T，实际，实际为为T=Tt+T， ： TT T T T t tt m 对液压泵而言，对液压泵而言，。 pVnpqnT tt 2 t 2 pV T T pV m 2 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压泵的输出功率与输入功率之比液压泵的输出功率与输入功率之比 式（式（2-52-5）表明：）表明： mv t tt i o

18、Tq qT TpVn pqT T pq P P School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 容积效率容积效率 v: 转速转速n： 理论转矩理论转矩Tt： 机械效率机械效率 m： q qt v Vnq t v V q n pVnnT t 2 t 2 pV T t m T T School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 实际转矩实际转矩T： 总效率：总效率： vmv V i o 2 22 pV T Vn p nT pq nT P P m 2 pV T School of Me

19、chanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压泵的性能曲线是在一定的液压泵的性能曲线是在一定的 、和和下，通过试验得下，通过试验得 出的。出的。 其其 （或实际流量）、（或实际流量）、 。 液压泵的性能曲线液压泵的性能曲线 由图示性能曲线可以看出：容积效率由图示性能曲线可以看出：容积效率v（或实际流量（或实际流量q）随压力）随压力 增高而减小，压力增高而减小，压力p为零时，泄漏流量为零时，泄漏流量q为零，容积效率为零，容积效率 v=100%，实际流量，实际流量q等于理论流量等于理论流量qt。总效率。总效率随工作压力增高随工作压力增高 而增大，且有一个最高

20、值。而增大，且有一个最高值。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 对于某些工作转速可在一对于某些工作转速可在一 定范围内变化的液压泵或定范围内变化的液压泵或 排量可变的液压泵，为了排量可变的液压泵，为了 显示在整个允许工作的转显示在整个允许工作的转 速范围内的全性能特性，速范围内的全性能特性， 常用常用表表 示，如示，如所示。所示。 图中除表示工作压力图中除表示工作压力p、流、流 量量q、转速、转速n的关系外，还的关系外，还 表示了等效率曲线表示了等效率曲线i、等、等 功率曲线功率曲线Pii等。等。 School of Me

21、chanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压泵种类繁多。液压泵种类繁多。 按泵的排量可否调节按泵的排量可否调节，可分为，可分为和和。 其中其中有有、等。等。 按结构形式按结构形式，可分为，可分为、和和等。等。 每类中还有多种型式，例如每类中还有多种型式，例如 u柱塞泵有柱塞泵有和和之分；之分； u叶片泵有叶片泵有、和和之分；之分； u齿轮泵有齿轮泵有和和之分；之分； u螺杆泵有螺杆泵有和和之分；等等。之分；等等。 按使用压力：按使用压力： 低压低压 中压中压 中高压中高压 高压高压 School of Mechanical Engineering东南大

22、学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压马达和液压泵结构基本相同。液压马达和液压泵结构基本相同。 按按，可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它形式。，可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它形式。 按按：高速：高速( (额定转速高于额定转速高于500r500rmin)min)和低速和低速 ( (额定额定 转速低于转速低于500r500rmin) min) 按按：定量马达和变量马达。：定量马达和变量马达。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 齿轮液压泵是一种常用的液压泵，在结构上可分为齿轮液压泵是一种常用的液压泵，在结构上可分为 和和。

23、 内啮合内啮合外啮合外啮合 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 1. 工作原理工作原理 结构组成：结构组成： 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵 由壳体、一对由壳体、一对齿数、模数、齿齿数、模数、齿 形完全相同的渐开线外啮合形完全相同的渐开线外啮合齿齿 轮和两个端盖等主要零件组成。轮和两个端盖等主要零件组成。 壳体、端盖和齿轮的各个齿间壳体、端盖和齿轮的各个齿间 槽组成许多密封工作腔。槽组成许多密封工作腔。 当齿轮按图示方向旋转时，右当齿轮按图示方向旋转时，右 侧吸油腔的轮齿侧吸油腔的轮齿，密，密 封工作腔的容积封工作腔的容积，形，形

24、 成部分真空。因此，油箱中的成部分真空。因此，油箱中的 油液在大气压作用下，经吸油油液在大气压作用下，经吸油 管进入吸油腔，将齿间槽充满管进入吸油腔，将齿间槽充满 ，并随着齿轮旋转，把油液带，并随着齿轮旋转，把油液带 到左侧压油腔去。因左侧压油到左侧压油腔去。因左侧压油 腔的轮齿逐渐进入啮合，密封腔的轮齿逐渐进入啮合，密封 工作腔容积工作腔容积，齿间槽，齿间槽 中的油液被挤出，通过泵的出中的油液被挤出，通过泵的出 口输出。口输出。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 密封容积变化密封容积变化 齿轮、泵体内表面、前后端盖围成齿

25、轮、泵体内表面、前后端盖围成 齿轮退出啮合齿轮退出啮合, ,容积容积吸油吸油 齿轮进入啮合齿轮进入啮合, ,容积容积压油压油 外啮合外啮合工作原理工作原理 吸压油口隔开吸压油口隔开两相互啮合的轮齿以及两个端盖两相互啮合的轮齿以及两个端盖 齿轮泵齿轮泵，齿轮，齿轮 的的。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 2. 排量计算排量计算 外啮合齿轮泵排量的精确计算可按齿轮啮合原理来进行。外啮合齿轮泵排量的精确计算可按齿轮啮合原理来进行。 近似计算时，可假设：近似计算时，可假设： 则：当齿轮模数为则：当齿轮模数为m、齿数为、齿数为z、

26、分度圆直径为、分度圆直径为D、工作齿高、工作齿高 为为hw（hw=2m）、齿宽为）、齿宽为b时，时，为为 bzmbDhV 2 2 w 设：设： School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 2. 排量计算排量计算 实际上实际上 因为因为 齿槽容积齿槽容积轮齿体积轮齿体积 所以所以 通常取通常取 V=6.66zm2b u流量计算流量计算 理论流量：理论流量： qt=Vn=6.66zm2bn 实际流量：实际流量： q=qtv=6.66zm2bnv 齿轮泵的齿轮泵的qt是是和和 因为转速等于常数，流量等于常数因为转速等于常数，流量等于常数

27、所以定量泵。所以定量泵。 理论流量与出口压力无关。理论流量与出口压力无关。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 3. 流量脉动流量脉动 因为齿轮啮合过程中，啮合点位置瞬间变化，工作腔容积变因为齿轮啮合过程中，啮合点位置瞬间变化，工作腔容积变 化率不是常数化率不是常数 所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的 一般，运用一般，运用来评价瞬时流量的脉动。来评价瞬时流量的脉动。 设设qmax、qmin表示最大瞬时流量和最小瞬时流量，表示最大瞬时流量和最小瞬时流量，q表示平均表示平均 流量，则流量脉动率可以用式流量，

28、则流量脉动率可以用式 表示表示 q qq minmax 外啮合齿轮泵齿数越少，脉动率就越大外啮合齿轮泵齿数越少，脉动率就越大 ，其值最高可达，其值最高可达0.20以上；以上； 。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 4. 几个突出问题几个突出问题 u困油现象及其消除措施困油现象及其消除措施 u径向作用力不平衡径向作用力不平衡 u泄漏泄漏 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 u困油现象及其消除措施困油现象及其消除措施 l 何谓困油现象何谓困油现象 l 产生原

29、因产生原因 l 引起结果引起结果 l 消除困油的方法消除困油的方法 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 l 困油现象困油现象 为了使齿轮泵能连续平稳地供油，必须使齿轮啮合的重叠系为了使齿轮泵能连续平稳地供油，必须使齿轮啮合的重叠系 数数大于大于1。这样，齿轮在啮合过程中，前一对轮齿尚未脱离。这样，齿轮在啮合过程中，前一对轮齿尚未脱离 啮合，后一对轮齿已进入啮合。啮合，后一对轮齿已进入啮合。 因为因为两对轮齿同时啮合两对轮齿同时啮合 所以所以就有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的独立的封闭就有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的

30、独立的封闭 腔内，这一封闭腔和泵的吸、压油腔相互间不连通。腔内，这一封闭腔和泵的吸、压油腔相互间不连通。 当齿轮旋转时，此封闭腔容积发生变化，使油液受压缩或膨当齿轮旋转时，此封闭腔容积发生变化，使油液受压缩或膨 胀，这种现象称为胀，这种现象称为。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 l 困油现象产生原因困油现象产生原因 ab 容积逐渐减小容积逐渐减小 b c 容积逐渐增大容积逐渐增大 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 l 困油引起的后果困油引起的后果 高

31、压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大 冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。 形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生 气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。气穴，引起振动、噪声、汽蚀等。 由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪 声等，直接影响泵的工作寿命。声等，直接影响泵的工作寿命。 School of Mechanical Engineering东南大学机

32、械工程学院东南大学机械工程学院 l 消除困油的办法消除困油的办法 ab 密封容积减小，使之通压油口密封容积减小，使之通压油口(图图a)，避免压力急剧升高，避免压力急剧升高 bc 密封容积增大，使之通吸油口密封容积增大，使之通吸油口(图图c) ，避免形成局部真空，避免形成局部真空 b 密封容积最小，隔开吸压油密封容积最小，隔开吸压油 在两侧端盖上分别开卸荷槽以消除困油。在两侧端盖上分别开卸荷槽以消除困油。 困油现象在其他液压泵中同样存在，是个共性困油现象在其他液压泵中同样存在，是个共性 问题。在设计与制造液压泵时应竭力避免。问题。在设计与制造液压泵时应竭力避免。 School of Mechan

33、ical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 u径向作用力不平衡径向作用力不平衡 液压力。液压力。 齿轮泵中，从压油齿轮泵中，从压油 腔经过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙腔经过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙 向吸油腔泄漏的油液，其压力随径向位向吸油腔泄漏的油液，其压力随径向位 置而不同。经过分析发现，从压油腔到置而不同。经过分析发现，从压油腔到 吸油腔的压力是逐级下降的。其合力相吸油腔的压力是逐级下降的。其合力相 当于给齿轮轴一个径向作用力，此力称当于给齿轮轴一个径向作用力，此力称 为为。 工作压力越高，径向不平衡力也越大，工作压力越高，径向不平衡力也越大， 直接影响轴

34、承的寿命。直接影响轴承的寿命。 径向不平衡力很大时能使轴弯曲、齿顶径向不平衡力很大时能使轴弯曲、齿顶 和壳体内表面产生摩擦。和壳体内表面产生摩擦。 齿轮泵的径向不平衡力齿轮泵的径向不平衡力 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 u径向作用力不平衡径向作用力不平衡 u缩小压油口，以减小压力油缩小压油口，以减小压力油 作用面积作用面积 u增大泵体内表面和齿顶间隙增大泵体内表面和齿顶间隙 u开压力平衡槽，会使容积效开压力平衡槽，会使容积效 率减小率减小 齿轮泵的压力平衡槽齿轮泵的压力平衡槽 1 1、22压力平衡槽压力平衡槽 Scho

35、ol of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 u泄漏泄漏 约占齿轮泵总约占齿轮泵总 泄漏量的泄漏量的 5% 约占齿轮泵总约占齿轮泵总 泄漏量的泄漏量的 20%25% 约占齿轮泵约占齿轮泵 总泄漏量的总泄漏量的 75%80% 泵压力愈高，泄漏泵压力愈高，泄漏 愈大愈大。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 5. 5. 提高外啮合齿轮泵压力的措施提高外啮合齿轮泵压力的措施 齿轮泵存在间隙齿轮泵存在间隙 ， p q v 径向不平衡力也径向不平衡力也p p 径向力径向力 将压力油引

36、入轴套背将压力油引入轴套背 面，使之紧贴齿轮端面，使之紧贴齿轮端 面，补偿磨损，减小面，补偿磨损，减小 间隙。间隙。 带浮动轴套的齿轮泵带浮动轴套的齿轮泵 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 将泵出口压将泵出口压 力油引至侧力油引至侧 板背面，靠板背面，靠 侧板自身的侧板自身的 变形来补偿变形来补偿 端面间隙。端面间隙。 带浮动侧板的齿轮泵带浮动侧板的齿轮泵 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 5. 5. 提高外啮合齿轮泵压力的措施提高外啮合齿轮泵压力的措

37、施 齿轮泵的齿轮泵的也是影响其压力提高的另一个重要问题。也是影响其压力提高的另一个重要问题。 在用浮动轴套产生轴向补在用浮动轴套产生轴向补 偿的同时，由于齿顶处高压油偿的同时，由于齿顶处高压油 的作用，可使轴套与齿轮副一的作用，可使轴套与齿轮副一 起在泵体内浮动，从而自动地起在泵体内浮动，从而自动地 将齿顶圆压紧在泵体的吸油腔将齿顶圆压紧在泵体的吸油腔 侧内壁上，不仅结构简单，且侧内壁上，不仅结构简单，且 能使轴承的受力有所减轻。能使轴承的受力有所减轻。 扩大高压区径向间隙的扩大高压区径向间隙的 齿轮泵齿轮泵 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院

38、东南大学机械工程学院 6. 6. 外啮合齿轮泵的优点外啮合齿轮泵的优点 结构简单，制造方便，价格结构简单，制造方便，价格 低廉低廉 结构紧凑，体积小，重量轻结构紧凑，体积小，重量轻 自吸性能好，对油污不敏感自吸性能好，对油污不敏感 工作可靠，便于维护工作可靠，便于维护 流量脉动大流量脉动大 噪声大噪声大 排量不可调排量不可调 7. 7. 外啮合齿轮泵的缺点外啮合齿轮泵的缺点 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 8. 8. 小结小结 工作原理（三个必要条件）工作原理（三个必要条件） 排量、流量计算排量、流量计算 几个突出问题及

39、其解决措施几个突出问题及其解决措施 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 内啮合齿轮泵有内啮合齿轮泵有 （又名转子泵）（又名转子泵） 两种。两种。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 、和和等等 渐开线内啮合齿轮泵渐开线内啮合齿轮泵 结构组成：结构组成： 当小齿轮按逆时针方向绕中心当小齿轮按逆时针方向绕中心O O1 1旋转旋转 时，驱动内齿轮绕时，驱动内齿轮绕O O2 2同向旋转。月牙同向旋转。月牙 形隔板把形隔板把和和隔开。隔开。 ，轮齿脱离啮合，形，轮齿

40、脱离啮合，形 成局部真空，油液从吸油窗口吸入成局部真空，油液从吸油窗口吸入 ，进入齿槽，并被带到压油腔。，进入齿槽，并被带到压油腔。 轮齿进入啮合，工轮齿进入啮合，工 作腔容积逐渐变小，将油液经压油作腔容积逐渐变小，将油液经压油 窗口压出。窗口压出。 工作原理：工作原理： School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 由由和和（均为摆线齿轮）（均为摆线齿轮） 组成。组成。且有且有 一偏心距，一偏心距，。 结构组成：结构组成： 当小齿轮绕中心当小齿轮绕中心O O1 1旋转时，内齿轮被旋转时，内齿轮被 驱动，并绕驱动，并绕O O2 2同向

41、旋转。同向旋转。 ，轮齿脱离啮合，形成，轮齿脱离啮合，形成 局部真空，进行吸油。局部真空，进行吸油。 ，轮齿进入啮合，进行，轮齿进入啮合，进行 压油。压油。 工作原理：工作原理： 摆线齿形内啮合齿轮泵摆线齿形内啮合齿轮泵 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 u 结构紧凑，尺寸小，质量轻；结构紧凑，尺寸小，质量轻； u 因齿轮同向旋转，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长；因齿轮同向旋转，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长； u 流量脉动小，因而压力脉动和噪声都较小；流量脉动小，因而压力脉动和噪声都较小； u 油液在离心力作用下

42、易充满齿间槽，故允许高速旋转，容油液在离心力作用下易充满齿间槽，故允许高速旋转，容 积效率高。积效率高。 摆线内啮合齿轮泵结构更简单，啮合重叠系数大，传动摆线内啮合齿轮泵结构更简单，啮合重叠系数大，传动 平稳，吸油条件更为良好。平稳，吸油条件更为良好。 齿形复杂，加工精度要求高，因此造价较贵。齿形复杂，加工精度要求高，因此造价较贵。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 具有良好的轴向和径向补偿措施的中、小排量的齿轮泵的最高具有良好的轴向和径向补偿措施的中、小排量的齿轮泵的最高 工作压力目前均超过了工作压力目前均超过了25MP

43、a25MPa，最高达，最高达32MPa32MPa以上。大排量齿轮泵的许用以上。大排量齿轮泵的许用 压力亦可达压力亦可达1620MPa1620MPa； 液压工程用的齿轮泵的排量范围很宽从液压工程用的齿轮泵的排量范围很宽从0.05800mL/r0.05800mL/r，但常，但常 用者为用者为2.5250mL/r2.5250mL/r。 微型齿轮泵的最高转速可达微型齿轮泵的最高转速可达20000r/min20000r/min以上，常用者为以上，常用者为 10003000r/min10003000r/min。必须指出，齿轮泵的工作转速亦有下限，一般为。必须指出，齿轮泵的工作转速亦有下限，一般为 3005

44、00r/min300500r/min。 低压齿轮泵的寿命为低压齿轮泵的寿命为30005000h30005000h，高压外齿轮泵额定压力下，高压外齿轮泵额定压力下 的寿命一般却只有几百小时，高压内齿轮泵的寿命可达的寿命一般却只有几百小时，高压内齿轮泵的寿命可达20003000h20003000h。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 当主动螺杆带动从动螺杆旋转时，各密封当主动螺杆带动从动螺杆旋转时，各密封 工作腔沿着轴向从左向右移动。工作腔沿着轴向从左向右移动。 u左端形成密封工作腔容积逐渐增大左端形成密封工作腔容积逐渐增大

45、，进行吸油；，进行吸油； u右端工作腔容积逐渐缩小，将油压右端工作腔容积逐渐缩小，将油压 出。出。 工作原理：工作原理： ，螺旋槽越深，螺旋槽越深， 排量也越大。排量也越大。 ，吸油口和压油口，吸油口和压油口 之间密封层次越多，密封越之间密封层次越多，密封越 好，可提高泵的额定压力。好，可提高泵的额定压力。 螺杆泵的工作原理螺杆泵的工作原理 在泵的壳体里有三根互相啮合的双头螺杆，在泵的壳体里有三根互相啮合的双头螺杆， 是凸螺杆，是凸螺杆，是凹螺杆。在横是凹螺杆。在横 截面内，其齿廓由几对摆线共轭曲线组成，截面内，其齿廓由几对摆线共轭曲线组成， 。 结构组成：结构组成： School of Me

46、chanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 必须满足四个密封条件，才能形成空间八字形密封容积：必须满足四个密封条件，才能形成空间八字形密封容积： 1.1. 主从动螺杆共扼；主从动螺杆共扼； 2.2. 螺杆根数和螺纹头数必须满足一定关系；螺杆根数和螺纹头数必须满足一定关系； 3.3. 泵体最小长度应大于螺杆的导程；泵体最小长度应大于螺杆的导程； 4.4. 保证最小径向间隙。保证最小径向间隙。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 螺杆泵的性能特点螺杆泵的性能特点： School of Mec

47、hanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 螺杆泵的主要性能螺杆泵的主要性能： School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 容积式泵工作的必要条件是什么？容积式泵工作的必要条件是什么？ 困油现象的实质是什么？困油现象的实质是什么？ 齿轮泵困油现象是怎样产生的？齿轮泵困油现象是怎样产生的？ 外啮合齿轮泵能否做高压泵？为什么？外啮合齿轮泵能否做高压泵？为什么？ 练习与思考练习与思考 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 叶片液压泵的特

48、点叶片液压泵的特点 ，主要分，主要分（）和和 （）两大类。两大类。 叶片液压泵的种类叶片液压泵的种类 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 当转子按逆时针方向转动时，当转子按逆时针方向转动时， ，密封工作腔，密封工作腔，形成局部，形成局部 真空，于是通过吸油口和配油盘上的吸油窗口真空，于是通过吸油口和配油盘上的吸油窗口 ；，密封，密封 工作腔工作腔，工作腔内的油液经配油，工作腔内的油液经配油 盘压油窗口和泵的压油口盘压油窗口和泵的压油口。 工作原理：工作原理： 由由、和和等主等主 要零件组成。定子的内表面是圆柱形孔，定子要零件

49、组成。定子的内表面是圆柱形孔，定子 和转子中心不重合，相距一偏心距和转子中心不重合，相距一偏心距e e。叶片可以。叶片可以 在转子槽内灵活滑动（当转子转动时，叶片由在转子槽内灵活滑动（当转子转动时，叶片由 离心力或液压力作用使其顶部和定子内表面产离心力或液压力作用使其顶部和定子内表面产 生可靠接触）。配油盘上各有一个腰形的生可靠接触）。配油盘上各有一个腰形的 和和。由。由、 和和组成组成。 结构组成：结构组成： 单作用叶片泵工作原理单作用叶片泵工作原理 11转子转子 22定子定子 33叶片叶片 泵的转子每旋转一周，叶片在槽中泵的转子每旋转一周，叶片在槽中 往复滑动一次，密封工作腔容积增往复滑动

50、一次，密封工作腔容积增 大和缩小各一次，完成一次吸油和大和缩小各一次，完成一次吸油和 压油，故称压油，故称。 ：配油盘上封油区和叶片：配油盘上封油区和叶片 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 单作用叶片泵的排量单作用叶片泵的排量 转子转一转，每个工作腔容积变化为转子转一转，每个工作腔容积变化为 V=V1-V2 叶片泵每转输出的油液体积为叶片泵每转输出的油液体积为Vz，z 为叶片数。为叶片数。 2Vbe D 式中式中: : b转子宽度；转子宽度； e转子和定子间的偏心距；转子和定子间的偏心距； D定子内圆直径。定子内圆直径。

51、单作用叶片泵单作用叶片泵 排量计算排量计算 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 单作用叶片泵的流量单作用叶片泵的流量 qt = Vn = 2bDen q = qtv = 2bDenv qt = f(几何参数、几何参数、 n、e) n = c e变化变化 q C 变量泵变量泵 e = 0 q = 0 e 大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化方向变化，输油方向变化 单作用叶片单作用叶片 泵可做双向泵可做双向 变量泵！变量泵！ School of Mechanical Engineering东南大学

52、机械工程学院东南大学机械工程学院 单作用叶片泵性能特点单作用叶片泵性能特点 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 双作用叶片泵的作用原理和单作用叶双作用叶片泵的作用原理和单作用叶 片泵相似，片泵相似，只在于定子内表只在于定子内表 面由面由、 和和组成。且组成。且 。 u当转子当转子时，密时，密 封工作腔容积在封工作腔容积在和和 处处，为，为； u在在和和， 为为。 在吸油区和压油区之间有一段封油区在吸油区和压油区之间有一段封油区 将它们隔开。将它们隔开。 工作原理：工作原理： 双作用叶片泵的工作原理双作用叶片泵的工作原理 泵的

53、转子每转一转，完成泵的转子每转一转，完成 ，所以称，所以称。 由于泵的吸油区和压油区对称布置，由于泵的吸油区和压油区对称布置， 因此，转子所受径向力是平衡的，因此，转子所受径向力是平衡的， 所以，又称所以，又称。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 双作用叶片泵的排量双作用叶片泵的排量 由图由图2-15所示，所示，为为封油区内的油液封油区内的油液 体积，体积，为为封油区内的油液体积，泵封油区内的油液体积，泵 ，考虑到叶片厚，考虑到叶片厚 度度 对吸油和压油时油液体积的影响。对吸油和压油时油液体积的影响。 式中式中 R、r叶片

54、泵定子内表面圆弧部分长、短半径；叶片泵定子内表面圆弧部分长、短半径； z叶片数；叶片数； b叶片宽度；叶片宽度；叶片倾角。叶片倾角。 双作用叶片泵双作用叶片泵 排量计算排量计算 22 12 2()2() cos Rr VVV zbRrsz School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 qt =Vn= f(几何参数，几何参数， n) n = c qt= C 双作用叶片泵为定量泵双作用叶片泵为定量泵 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是一种是一种 。当工作压力大到泵所

55、产生的流量全部用于补偿泄漏。当工作压力大到泵所产生的流量全部用于补偿泄漏 时，泵的输出流量为零，不管外负载再怎样加大，泵的输时，泵的输出流量为零，不管外负载再怎样加大，泵的输 出压力不会再升高，所以这种泵被称出压力不会再升高，所以这种泵被称。 的的 的的( (和和) ) ，故其可分为，故其可分为和和两两 种。其中，外反馈限压式变量叶片泵能根据外负载（泵的种。其中，外反馈限压式变量叶片泵能根据外负载（泵的 工作压力）的大小自动调节泵的排量。工作压力）的大小自动调节泵的排量。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 外反馈限压式变量

56、叶片泵工作原理外反馈限压式变量叶片泵工作原理 图中液压泵的图中液压泵的中心固定中心固定 不动，不动，可左右移动。定可左右移动。定 子左侧有一子左侧有一，右侧是一，右侧是一 ，它的油腔与泵的，它的油腔与泵的 压油腔相通。压油腔相通。 外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵 11转子转子 22弹簧弹簧 33定子定子 44滑块滚滑块滚 针支承针支承 55反馈柱塞反馈柱塞 66流量调节螺钉流量调节螺钉 设弹簧刚度为设弹簧刚度为ks，反馈柱塞面，反馈柱塞面 积为积为Ax，若忽略泵在，若忽略泵在 4处的摩擦力处的摩擦力Ff，则泵的，则泵的 定子受弹簧力定子受弹簧力Fs=ksx0和反馈柱和反馈柱 塞压

57、力的作用。塞压力的作用。 当泵的转子按当泵的转子按 时，转子时，转子， 。把定子向上把定子向上 压在滑块滚针支承上。压在滑块滚针支承上。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 当反馈柱塞的液压力当反馈柱塞的液压力F（等于（等于pAx）弹簧力弹簧力Fs时，定时，定 子处于子处于，即，即e=emax，泵的，泵的 。 若泵的输出压力因工作负载增大而增高，使若泵的输出压力因工作负载增大而增高，使FFs时，反时，反 馈柱塞把定子向左推移馈柱塞把定子向左推移x距离，距离，到到e=emax-x， 。 泵的泵的，定子与转子间的，定子与转子间的

58、，泵的，泵的 。即即 。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 摆动液压马达是一种摆动液压马达是一种 。它。它 有单叶片式和双叶片式两种有单叶片式和双叶片式两种 结构。结构。 摆动液压马达摆动液压马达 a a） b b） 11叶片叶片 22分隔片分隔片 33缸筒缸筒 右图右图a a所示为所示为 ，压力油从进油口进入，压力油从进油口进入 ，推动，推动和轴一起作逆和轴一起作逆 时针方向转动，回油从缸筒的时针方向转动，回油从缸筒的 回油口排出。其回油口排出。其 ，用以隔开高低用以隔开高低 压腔。压腔。当当时，时， 。 图图b所示为所

59、示为。它有。它有，其，其 。在相同的条件下，其。在相同的条件下，其 T T双 双 = 2 = 2T T单 单 ， ，双 双=1/2单单 。 。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 柱塞液压泵是柱塞液压泵是 。 由于柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高由于柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高 精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高 的容积效率和总效率。的容积效率和总效率。 根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置 的不同，

60、柱塞液压泵可分为的不同，柱塞液压泵可分为和和两两 类。类。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 直轴式轴向柱塞泵又名直轴式轴向柱塞泵又名。 此液压泵的此液压泵的。 1.工作原理：工作原理： 缸体旋转一周缸体旋转一周 ，每个柱塞往，每个柱塞往 复运动一次，复运动一次， 完成一次吸油完成一次吸油 和压油动作和压油动作。 直轴式轴向柱塞泵的工作原理直轴式轴向柱塞泵的工作原理 11斜盘斜盘 22柱塞柱塞 33缸体缸体 44配油盘配油盘 5传动轴传动轴 d School of Mechanical Engineering东南大学机械工