第三章液压泵改2015.10.9

1、天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学液压与气压传动液压与气压传动第三章第三章 液压泵液压泵天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学20152015年年3 3月月2121日日12 第第3章章 液压泵液压泵目录目录3.1 液压泵概述 3.2 柱塞泵 3.3 叶片泵 3.4 齿轮泵3 第第3章章 液压泵液压泵本章重点本章重点1.液压泵的工作原理，性能特点及应用范围；液压泵的工作原理，性能特点及应用范围；2.液压泵的工作压力、排量、流量的概念及计液压泵的工作压力、排量、流量的概念及计算方法；算方法；3.液压泵的功率与效率及其计算方法；液压泵的功率与效率及其计算方法；4.限压式变量叶片泵的工作原理及

2、泵的流量压限压式变量叶片泵的工作原理及泵的流量压力特性曲线。力特性曲线。4 第第3章章 液压泵液压泵思考：思考： 液压泵是如何实现工作的？ 它的原理是什么？5 第第3章章 液压泵液压泵液压泵：是一种将机械能转换为液压能的能量转换装置，为液压系统提供具有一定压力和流量的液体，是液压系统的一个重要组成部分。液压泵性能好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。3.1 液压泵概述6 第第3章章 液压泵液压泵液压泵的工作原理 液压系统中所用的各种液压泵的工作原理都是依靠液压泵密封工作腔容积大小交替变化来实现吸油和压油的，因此称为容积式液压泵 。7 第第3章章 液压泵液压泵单柱塞式液压泵工作原理 1.液压

3、泵的工作原理8 第第3章章 液压泵液压泵构成液压泵的基本条件是构成液压泵的基本条件是： （1）具有若干个密封且又可以周期性变化的空间。 （2）密封工作容腔大小交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通。 （3）吸油口与压油口不能相通。9 第第3章章 液压泵液压泵液压泵的主要性能参数液压泵的压力液压泵的排量 液压泵的流量 液压泵的功率 效率 1） 2） 3） 4） 5）10 第第3章章 液压泵液压泵 压力（1）工作压力 P：液压泵实际工作时的输出压力。（2）额定压力 Ps：在正常工作条件下，按试验标准规定，允许液压泵连续运转的最高压力。（3）最高允许压力：在超过额定压力条件下，根据试验标准

4、规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值。11 第第3章章 液压泵液压泵排量 排量V：液压泵每转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得出的排出液体的体积。排量可调节的液压泵称为变量泵；排量不可以调节的称为定量泵。12 第第3章章 液压泵液压泵流量（3）额定流量 qn:泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。（2）实际流量 q:液压泵在某一具体工况下，单位时间内实际排出的液体体积。因存在泄漏流量q（1）理论流量qt:在不考虑液压泵泄漏流量的条件下，液压泵在单位时间内所排出出的液体体积。tqVnrVn3液压泵排量（m / ）;主轴转速（r/s）tqqq13 第第3

5、章章 液压泵液压泵功率（1）输入功率 :作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩为 ， 角速度为 时：（2）输出功率 ：在液压泵工作过程中的实际吸、压油口间的压差 和输出流量 的乘积。iPiTiiPTpqPoPpq在实际计算中，若邮箱与大气相通，压力差 往往用液压泵出口压力 代替。pp14 第第3章章 液压泵液压泵（1）容积效率：用来表示液压泵的容积损失。（2）机械效率：用来表示液压泵的机械损失。 （3）液压泵的总效率 效率1tVtttqqqqqqq otVmvtimPpqTP 11tmitTTTT 液压泵的功率流程图第第3章章 液压泵液压泵16 第第3章章 液压泵液压泵4.液压泵的分类按液压

6、泵的排量能否变化分为定量泵和变量泵。按泵的结构来分主要有：齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵液压泵按进出油口的方向是否可变还可以分为单向泵和双向泵。液压泵的图形符号液压泵的图形符号 第第3章章 液压泵液压泵18 第第3章章 液压泵液压泵 3.2 柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往复运动使泵内密封工作腔容积发复运动使泵内密封工作腔容积发生变化实现吸油和压油的生变化实现吸油和压油的。按柱塞排列方式分为按柱塞排列方式分为轴向柱塞轴向柱塞泵泵和和径向柱塞泵径向柱塞泵。其中，轴向。其中，轴向柱塞泵又分为柱塞泵又分为斜盘式斜盘式和和斜轴式斜轴式。径向柱塞泵又分为径向柱塞泵又分为配油

7、轴式配油轴式和和阀配流式阀配流式。19 柱塞泵特别适合于高压、大流量高压、大流量和大功率大功率的系统中以及流量需要调节流量需要调节的场合下。u适应场合适应场合 第第3章章 液压泵液压泵龙门刨床、液压机、工程机械、矿山冶龙门刨床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶金机械、船舶20 第第3章章 液压泵液压泵 3.2 柱塞泵配油轴配油轴式径向式径向柱塞泵柱塞泵21 第第3章章 液压泵液压泵3.2.1 径向柱塞泵工作 原理衬套与工作腔对应开有油孔，安装在配油轴与转子中间。径向柱塞泵每旋转一转，工作腔容积变化一次，完成吸油、压油各一次。改变其偏心距可使其输出流量发生变化，成为变量泵。22 第第3章章

8、液压泵液压泵（1）由于该泵上下各部分为吸油区和压油区，因此，泵在工作时受到径向不平衡力作用，易磨损，限制其转速和压力的提高。（2）径向尺寸太大，结构复杂，自吸能力差。缺点缺点23 第第3章章 液压泵液压泵泵的排量：泵的排量：vvezndezndq22224224Vdez泵的实际输出流量：泵的实际输出流量：24 第第3章章 液压泵液压泵结构 特点（1）柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面的比压很小。（2）可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。（3）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。（4）柱塞在缸体中移动速度是变化的，因此输出流量有脉动，当柱塞数为奇数时，流量脉动

9、较小。25 第第3章章 液压泵液压泵3.2.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两种。26 第第3章章 液压泵液压泵缸体缸体柱塞滑履组柱塞滑履组配油盘配油盘轴向柱塞泵的组成结构 第第3章章 液压泵液压泵下面主要介下面主要介绍斜盘式轴绍斜盘式轴向柱塞泵向柱塞泵28斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵工作原理工作原理 第第3章章 液压泵液压泵29V V密密形成形成柱塞和缸体配合而成。柱塞和缸体配合而成。 右半周，右半周，V V密密增大，吸油增大，吸油 V V密密变化变化 左半周，左半周，V V密密减小，压油减小，压油 吸压油口隔开吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体底配油盘上的封油区及缸体底部的

10、通油孔。部的通油孔。 u工作原理 第第3章章 液压泵液压泵30轴向柱塞泵是靠改变斜轴向柱塞泵是靠改变斜盘的倾角，从而改变每盘的倾角，从而改变每个柱塞的行程使得泵的个柱塞的行程使得泵的排量发生变化的。排量发生变化的。u原理原理u流量计算流量计算vznDdqtan42 第第3章章 液压泵液压泵u流量计算流量计算2tan4vqd Dznu排量计算排量计算2tan4Vd Dz32 三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘三对磨擦副：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，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达达31.5MPa。 泵体上有泄漏油口。泵体上有泄漏油口。 传动轴是悬臂

11、梁，缸体外有大轴承支承。传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。 由于柱塞在缸体中运动的速度不是恒速，因由于柱塞在缸体中运动的速度不是恒速，因此输出流量有脉动，为减小瞬时理论流量的此输出流量有脉动，为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：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。前端开有减振槽或减振孔。u结构特点结构特点 第第3章章 液压泵液压泵333.2.3 柱塞泵优点工作压力高。工作压力高。因此，其工因此，其工作中泄漏较作中

12、泄漏较小，容积效小，容积效率较高。率较高。结构紧凑。结构紧凑。特别是轴向特别是轴向柱塞泵其径柱塞泵其径向尺寸小，向尺寸小，转动惯量也转动惯量也较小。较小。流量调节流量调节方便。方便。 第第3章章 液压泵液压泵34 u适应场合适应场合 机械制造中的专用机床、自动线等中机械制造中的专用机床、自动线等中低压液压系统中。低压液压系统中。 3.3 叶片泵 3.3 叶片泵 3.3 叶片泵 叶片泵是一种常见的液压泵，可以分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种。前者用作变量泵；后者为定量泵。单作用叶片泵双作用叶片泵 3.3.1 单作用式叶片泵 单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用叶片泵。 1.工

13、作原理图2.7单作用叶片泵工作原理1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 3.3.2 单作用式叶片泵 泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。 转子单方向受力，轴承负载大。 改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵。 此外此外，奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小，一般取13、15片叶片。 泵内叶片数越多，流量脉动率越小。3.3.2 单作用式叶片泵 排量计算排量计算工作容积 V=V1-V21222VVV1()() 24eBReReR Bz2z其 中4eVzVR B排量排量3.3.2 单作用式叶片泵 流量计算流量计算4 RetqVnBn流量流量4 Retvvq

14、qBn3.3.2 单作用式叶片泵 单作用叶片泵的特点单作用叶片泵的特点 1）可以通过改变定子的偏心距来调节泵的排量和流量。 2）处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用，为了使叶片可靠的和定子表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通。只靠离心力顶在定子内表面上。 3）因为定子内环为偏心圆，因此转子转动时，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，以减小流量脉动率。 4）由于转子自受到不平衡的径向液压力的作用，这种泵不易用于高压。 动画/%E5%8F%8C%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%8F%B6%E7%89%87

15、%E6%B3%B5.exe工作原理 图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区。图2.12 双作用叶片泵工作原理1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口 3.3.1 双作用式叶片泵 在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。 这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵双作用叶片泵。 3.3.1 双作用式叶片泵排量计算排量计算不考虑叶片厚度和倾角若考虑叶片厚度和倾角222212()22 ()VzRrBRrB 3.3.1 双作用式叶片泵22R2()cosr bzVB

16、Rr流量计算流量计算22R2()costr bzqVnBRrn 3.3.1 双作用式叶片泵22R2()costvvr bzqqBRrn 3.3.1 双作用式叶片泵配油盘配油盘 结构特点结构特点（1）配流盘的两个吸油窗口和两个压油窗口对称布置，因此作用在转子和定子上的液压径向力平衡，轴承承受的径向力小，寿命长。（2）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。 3.3.1 双作用式叶片泵 （3）为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，一般采用叶片槽根部全部通压力油腔的办法。 （4）合理设计过渡曲线形状和叶片数 ，可使理论流量均匀，噪声低。

17、8z 3.3.1 双作用式叶片泵 限压式变量泵限压式变量泵49 第3章 液压泵 3.4 齿轮泵齿轮泵是液压系统中最常见的一种泵，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。无论是哪一种，都属于定量泵定量泵。外啮合内啮合50 第3章 液压泵 3.4.1外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵的结构 1泵体; 2 主动齿轮;3 从动齿轮 结构组成结构组成 一对几何参一对几何参数完全相同数完全相同的齿轮，齿的齿轮，齿宽为宽为B，齿，齿数为数为z 泵体泵体 前后盖板前后盖板 长短轴长短轴双向定量泵双向定量泵51 第第3章章 液压泵液压泵 工作原理工作原理 两啮合的轮齿将泵两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿体、前后盖板

18、和齿轮包围的密闭容积轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密进入啮合的一侧密闭容积减小，经压闭容积减小，经压油口排油，退出啮油口排油，退出啮合的一侧密闭容积合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸增大，经吸油口吸油。油。液 压 泵 排量排量，是液压泵每转一周所排出的油液体积。v即所有密封工作容积排出的油液体积总和， 这里近似等于两个齿轮近似等于两个齿轮的齿间槽容积之的齿间槽容积之和和。v设齿间槽容积等于轮齿体积，则有 其中：D节圆直径， h齿高 ， B齿宽， z齿数， m模数 v由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为 222VDhBmzm Bzm B排量排量和和流量流量2

19、6.66Vzm B理论流量理论流量 其中： n泵的转速实际流量实际流量 其中：V 泵的容积效率流量脉动率流量脉动率 v上述q是齿轮泵的平均流量，实际上，在齿轮啮合过程齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。v设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率为 22maxmin6.666.66100%tt VVqV nzmBnq qzmBnqqq 液 压 泵结构结构中存在的三大问题中存在的三大问题1）泄露）泄露 指液压泵的内部泄漏，即一部分液压油从压油腔流回吸油腔，没有输送到系统中去。泄漏降低了液压泵的容积效率。 外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：v 齿轮端面和端盖间 轴

20、向间隙轴向间隙v 齿轮外圆和壳体内孔间径向间隙径向间隙v 两个齿轮的轮面啮合处齿侧间隙齿侧间隙v 其中对泄漏影响最大的是齿轮端面和端盖间的轴向间隙齿轮端面和端盖间的轴向间隙，这部分泄漏量约占总泄漏量的75% 80%，因为这里泄漏途径短，泄漏面积大。v 轴向间隙过大，泄漏量多，会使泵的容积效率降低；但间隙过小，齿轮端面和端盖间的机械摩擦损失增加，会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。液 压 泵2）困油）困油 困油现象困油现象v 随着齿轮旋转，这个密封容腔 逐渐减小，直到两个啮合点A、B 处于节点两侧的对称位置，此时 密封容腔减到最小，随后密封容 腔又逐渐增大。v 密封容

21、腔减小时，会使被困油液受挤压而产生高压（用液体颜色变深表示高压特点），并从缝隙中强行挤出，导致油液发热，同时也使齿轮和轴承受到很大的不平衡径向力。v 封闭容腔增大时，会造成局部真空（ 用液体颜色变浅表示低压特点 ），使油液中溶解的气体分离出来，产生空穴，这就是齿轮泵的困油现象。 困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，影响泵的工作平稳性，缩短泵的使用寿命。液 压 泵 2）困油）困油 消除消除困油现象的困油现象的措施措施在齿轮泵的两侧端盖上开一对矩形卸荷槽。开一对矩形卸荷槽。v 开卸荷槽的作用：当封闭容腔减小时，使卸荷槽与压油腔相通，将封闭容腔中的高压油排到压油腔；当封闭容腔增大时，使卸荷槽与吸油腔相通

22、，将吸油腔的油补入封闭容腔，从而避免产生局部真空。液 压 泵v开卸荷槽的原则：必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。卸荷槽间距也不能过大，否则困油现象不能彻底消除。3）径向不平衡力）径向不平衡力 在齿轮泵中，由于压油腔和吸油腔之间存在着压差， 液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不 平衡力。v 径向不平衡力的大小为： F=K. F=K.p.B.Dp.B.De e 式中，K系数；主动轮为0.75；从动轮为0.85； p泵进出口压力差；De齿顶圆直径。v 当泵的尺寸确定以后，油液压力越高径向不平衡力就越大。结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏

23、，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。 减小径向不平衡力的方法有：v 缩小压油腔v 开压力平衡槽液 压 泵 缺点缺点v 承受径向不平衡力，磨损严重v 内部泄漏大，工作压力的提高受到限制v 流量脉动大 ，压力脉动和噪声大v 排量不能调节 齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系统中。统中。特点特点 优点优点v 结构简单，制造方便 v 尺寸小，重量轻 v 价格低廉 v 工作可靠 v 自吸能力强v 抗油液污染能力强，维护容易液 压 泵59 第第3章章 液压泵液压泵 3.4.2内啮合齿轮泵 采取间隙补偿措施后，采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达泵的额定压力可达30 MPa。 工作原理工作原理 一对相互啮合的小一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的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密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；