第3章 液压泵和液压马达

1、第第3 3章章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达l液压泵和液压马达概述液压泵和液压马达概述l齿轮泵齿轮泵l叶片泵叶片泵l柱塞泵柱塞泵l液压泵的选用液压泵的选用l液压马达液压马达3.1.1 3.1.1 液压泵和液压马达的工作原理液压泵和液压马达的工作原理3.1.2 3.1.2 液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的分类3.1 3.1 液压泵和液压马达概述液压泵和液压马达概述3.1.3 3.1.3 液压泵和液压马达的压力、排量和流量液压泵和液压马达的压力、排量和流量3.1.4 3.1.4 液压泵和液压马达的功率和效液压泵和液压马达的功率和效率率条件：条件：1.具有若干个容具有若干个容积不断变化的

2、密积不断变化的密封工作腔封工作腔; ;2.油箱油液绝对油箱油液绝对压力压力大气压力；大气压力；3.具有配流机构。具有配流机构。Home3.1.1 3.1.1 液压泵和液压马达的工作原理液压泵和液压马达的工作原理1.根据泵的结构形式根据泵的结构形式液压泵液压泵齿轮泵齿轮泵 叶片泵叶片泵 柱塞泵柱塞泵单作用叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵径向柱塞泵径向柱塞泵内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵3.1.2 3.1.2 液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的分类2.根据泵输出油液体积是否可调根据泵输出油液体积是否可调变量泵变量泵定量泵定量泵3.1.2 3.1

3、.2 液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的分类3.按使用压力按使用压力中压中压中高压中高压高压高压低压低压 8MPa8 16 MPa1625 MPa 25MPaHome1. 压力压力 工作压力工作压力 (p)泵实际工作时输出油液的压力。泵实际工作时输出油液的压力。（克服外荷载需要压力）（克服外荷载需要压力）n 额定压力额定压力 (pn)n最高允许压力最高允许压力 (p max )最大工作压力最大工作压力 泵在短时间内允许超载使用的极限压力。泵在短时间内允许超载使用的极限压力。 如果如果p pn 即泵过载即泵过载p p n p max 3.1.3 3.1.3 液压泵和液压马达的压力、排量和流

4、量液压泵和液压马达的压力、排量和流量2. 排量和流量排量和流量 排量排量 ( V ) 在没有泄漏的情况下，泵每转一周所排出在没有泄漏的情况下，泵每转一周所排出 的液体的体积。的液体的体积。n理论流量理论流量 ( qt ) 不考虑泄漏的情况下，单位时间内所排出不考虑泄漏的情况下，单位时间内所排出 液体的体积。液体的体积。 qt = Vn3.1.3 3.1.3 液压泵和液压马达的压力、排量和流量液压泵和液压马达的压力、排量和流量2. 排量和流量排量和流量n实际流量实际流量 ( q )n额定流量额定流量 (qn )q = qt-q指泵工作时实际输出的流量。指泵工作时实际输出的流量。 泵在额定转数和额

5、定压力下输出的实际流量。泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。 q qn qt 3.1.3 3.1.3 液压泵和液压马达的压力、排量和流量液压泵和液压马达的压力、排量和流量 输入功率输入功率1) 液压泵的功率液压泵的功率n输出功率输出功率( Po )( Pi )电动机的输出功率电动机的输出功率Pi = Ti = 2n TiPo=pq p (Pa) ; q(m3/s); Po(W)若忽略能量损失，则若忽略能量损失，则Po = Pi 实际上有能量损失实际上有能量损失 Po 1，两对轮齿同时啮合时，两对轮齿同时啮合时，两对轮齿和前后泵盖形成两对轮齿和前后泵盖形成 一个封闭容积，一个封闭容积，且大小

6、发生变化。且大小发生变化。外啮合齿轮泵结构上存在的问题外啮合齿轮泵结构上存在的问题产生结果：产生结果：V V封封p p高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出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，同时损耗增大，油使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时损耗增大，油液发热。液发热。V V封封p p形成局部真空，产生气穴，引起振动形成局部真空，产生气穴，引起振动噪声、汽蚀等噪声、汽蚀等消除困油的方法：消除困油的方法：原则：原则： V V封封， 通通压油腔压油腔V V封封， 通通吸油腔吸油腔隔开吸压油口隔开吸压油口 在两侧泵盖上开卸荷槽，将卸荷槽向吸油在两侧泵盖上开卸

7、荷槽，将卸荷槽向吸油腔侧偏移。腔侧偏移。方法：方法：( () ) 困油困油( () ) 径向不平衡力径向不平衡力液体沿圆周分布规律：液体沿圆周分布规律：从高压腔到低压腔，压力沿从高压腔到低压腔，压力沿齿轮圆周逐齿分级降低。齿轮圆周逐齿分级降低。 p p，径向不平衡力增大。，径向不平衡力增大。结果：结果：轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体摩擦加剧，使泵不能正常工作。摩擦加剧，使泵不能正常工作。加速轴承磨损，降低加速轴承磨损，降低改善措施：改善措施： 1 1） 缩小压油口，以减小压力油作用面积；缩小压油口，以减小压力油作用面积；2 2） 适当增

8、大径向间隙。适当增大径向间隙。( () )泄漏泄漏n端面泄漏端面泄漏* * : :n齿侧泄漏齿侧泄漏 : :n径向泄漏径向泄漏 : : 占齿轮泵总泄漏量的占齿轮泵总泄漏量的 20%25% 5% 齿轮泵存在间隙齿轮泵存在间隙 p q 75%80% 提高外啮合齿轮泵压力的方法提高外啮合齿轮泵压力的方法减小径向力减小径向力 增大轴与轴承刚度增大轴与轴承刚度 *自动补偿端面间隙自动补偿端面间隙 可采用如下方法可采用如下方法 3.3.1 3.3.1 单作用叶片泵单作用叶片泵3.3.2 3.3.2 双作用叶片泵双作用叶片泵 3.3 3.3 叶片泵叶片泵3.3.3 3.3.3 外反馈限压式变量叶片泵外反馈限

9、压式变量叶片泵叶片泵在机床液压系统中应用较为广叶片泵在机床液压系统中应用较为广泛它具有结构紧凑、体积小、瞬间流量脉泛它具有结构紧凑、体积小、瞬间流量脉动微小、运转平稳、噪声小、使用寿命长等动微小、运转平稳、噪声小、使用寿命长等优点，但也存在着结构复杂、吸油性能差、优点，但也存在着结构复杂、吸油性能差、对油液污染比较敏感等缺点。对油液污染比较敏感等缺点。叶片泵一般按每转吸压油次数，分为单叶片泵一般按每转吸压油次数，分为单作用（变量叶片泵）和双作用（定量叶片作用（变量叶片泵）和双作用（定量叶片泵）两种泵）两种 3.3 3.3 叶片泵叶片泵叶片泵结构3.3.1 3.3.1 单作用叶片泵单作用叶片泵单

10、作用叶片泵的流量计算单作用叶片泵的流量计算1） 排量排量2） 流量流量 4ReiqVnBn理论流量：理论流量：4ReivvqqBn实际流量：实际流量：ReBereRBzVVzV4)()(21)(2221单作用叶片泵的特点单作用叶片泵的特点1.1.转子转一转，吸压油转子转一转，吸压油 各一次。各一次。 称单作用式称单作用式 2. 2. 吸压油口各半，径向力吸压油口各半，径向力 不平衡不平衡 称非平衡（非卸荷式）称非平衡（非卸荷式）3.3.改变定子和转子之间的偏心可改变流量。改变定子和转子之间的偏心可改变流量。5.5.泵内叶片数越多泵内叶片数越多, ,流量脉动率越小。叶片流量脉动率越小。叶片应应

11、取奇数，一般为取奇数，一般为1313到到1515。 4.4.压油腔和吸油腔处的叶片的底部是分别和压油压油腔和吸油腔处的叶片的底部是分别和压油 腔及吸油腔相通腔及吸油腔相通 。3.3.1 3.3.1 双作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵的流量计算双作用叶片泵的流量计算 1 1） 排量排量 叶片每伸缩一次，叶片每伸缩一次，每两叶片间油液的排出量为每两叶片间油液的排出量为结论结论：1) qt = f(几何参数、几何参数、 n)2） n = C, qt = C 双作用叶片泵为定量泵双作用叶片泵为定量泵 2） 流量流量V V= V密密max-V密密min =/2(=/2(R2 2- -r2 2) )Bq

12、= qtv=2(R2-r2)Bnv 排量排量V V = 2 = 2z zV V= = 2(2(R2 2- -r2 2) )Bqt= Vn=2(R2-r2)Bn双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点(1)(1) 1. 配油盘配油盘 1 1，33压油窗口压油窗口 2 2，44吸油窗口吸油窗口 cc环形槽环形槽双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点(2)(2)2.定子曲线定子曲线四段圆弧和四段过渡曲线四段圆弧和四段过渡曲线阿基米德螺旋线阿基米德螺旋线组成组成:过渡曲线确定的原则：过渡曲线确定的原则：(1) 保证叶片贴紧在定子内表保证叶片贴紧在定

13、子内表面上；面上；(2)使叶片在转子槽内径向运动时使叶片在转子槽内径向运动时速度和加速度的变化均匀；速度和加速度的变化均匀；(3)使叶片对定子的内表面的冲使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。击尽可能小。通常选用的通常选用的过渡曲线：过渡曲线：“等加速一等减速等加速一等减速”曲线曲线高次曲线高次曲线双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点(3)(3)3.叶片倾角叶片倾角压力角：压力角： 定子对叶片的法向反力定子对叶片的法向反力FN N与与 叶片运动方向的夹角。叶片运动方向的夹角。倾角：倾角：叶片与径向半径的夹角。叶片与径向半径的夹角。叶片泵的叶片倾角一般取为叶片泵的叶片倾角一般取为1014。

14、FN N 分解分解FT T=FN Nsin垂直于叶片，增大了垂直于叶片，增大了摩擦，且易使叶片折断摩擦，且易使叶片折断 Fp p =FN Ncos和叶片底部液压力平和叶片底部液压力平衡衡 提高双作用叶片泵压力的措施提高双作用叶片泵压力的措施叶片底部叶片底部通压力油通压力油在压油区，顶部和底部压力平衡在压油区，顶部和底部压力平衡 在吸油区，顶部低压，底部高压，在吸油区，顶部低压，底部高压，致使叶片作用于定子表面的力很大，致使叶片作用于定子表面的力很大，使使 磨损加剧，寿命降低磨损加剧，寿命降低 Go提高双作用叶片泵压力的措施提高双作用叶片泵压力的措施( (续续) )(1)减小作用在叶片底部的油液

15、压力减小作用在叶片底部的油液压力(2)减小叶片底部承受压力油作用的面积减小叶片底部承受压力油作用的面积 通过阻尼孔或减压阀减小吸油口油液的压力通过阻尼孔或减压阀减小吸油口油液的压力 子母叶片子母叶片11母叶片母叶片22子叶片子叶片33转子转子44定子定子55叶片叶片阶梯叶片阶梯叶片提高双作用叶片泵压力的措施提高双作用叶片泵压力的措施( (续续) )(3)使叶片顶端和底部的液压作用力平衡使叶片顶端和底部的液压作用力平衡 Home1 1，22叶片叶片33定子定子44转子转子双叶片结构双叶片结构叶片装弹簧叶片装弹簧3.3.3 3.3.3 外反馈限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵的

16、应用限压式变量叶片泵的应用 执行机构需要有快、慢速运动的场合执行机构需要有快、慢速运动的场合 如：组合机床进给系如：组合机床进给系统实现快进、工进、统实现快进、工进、快退等快退等 快进或快退：用快进或快退：用AB段段 工进：工进： 用用BC段段 3.4.1 3.4.1 径向柱塞泵径向柱塞泵3.4.2 3.4.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 3.4 3.4柱塞泵柱塞泵按柱塞排列方式按柱塞排列方式 径向柱塞泵径向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵阀配流式阀配流式轴配流式轴配流式直轴式直轴式 斜轴式斜轴式 3.4 3.4 柱塞泵柱塞泵特征：特征：各柱塞排列在传动轴半径方向，即柱塞中心线垂直各柱塞排列在传动轴半径方

17、向，即柱塞中心线垂直于传动轴中心线于传动轴中心线 象。象。结构：结构：定子、转子、柱塞、配油轴等定子、转子、柱塞、配油轴等 11柱塞柱塞 22缸体缸体 33衬套衬套 44定子定子 55配油轴配油轴3.4.1 3.4.1 径向柱塞泵径向柱塞泵3.4.1 3.4.1 径向柱塞泵径向柱塞泵3.4.2 3.4.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵直轴式轴向直轴式轴向柱塞泵构造柱塞泵构造特征：特征： 柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线 组成：组成： 配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等 3.4.2 3.4.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵直轴式轴向柱塞泵结构图直轴式轴向柱塞泵结

18、构图轴向柱塞泵的排量和流量轴向柱塞泵的排量和流量s= =Dtantan 柱塞的行程柱塞的行程: : V=d2/4 Dtanz排量排量: : q=d2 2/4/4Dtanz nv v泵的实际泵的实际输出流量输出流量: : 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 轴向柱塞泵可作为双向变量泵轴向柱塞泵可作为双向变量泵 直轴式轴向柱塞泵结构特点直轴式轴向柱塞泵结构特点主体结构：主体结构：主要由斜盘、柱塞、缸体、配油盘和传动轴主要由斜盘、柱塞、缸体、配油盘和传动轴等组成。等组成。滑靴结构滑靴结构和斜盘接触为面接触，大大降低和斜盘接触为面接触，大大降低了

19、磨损。（了磨损。（动画动画） 柱塞头部柱塞头部结构结构 球形头部球形头部和斜盘接触为点接触，接触应力和斜盘接触为点接触，接触应力大，易磨损。大，易磨损。 （如图如图）回程装置回程装置 回程弹簧，回程盘，钢球回程弹簧，回程盘，钢球变量机构变量机构 手动变量机构（如图）手动变量机构（如图）手动伺服变量机构（如图）手动伺服变量机构（如图） 滑靴的静压支承原理图滑靴的静压支承原理图Home手动变量伺服机构手动变量伺服机构Home斜轴式轴向柱塞泵工作原理斜轴式轴向柱塞泵工作原理 3.5 3.5 液压泵的选用液压泵的选用 选择液压泵的原则是选择液压泵的原则是:根据主机工根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的况、功率大小和系统对工作性能的要求要求,首先确定液压泵的类型首