第三章 液压泵及液压马达

第三章液压泵及液压马达

3.1液压泵与液压马达作用3.2液压泵与液压马达工作原理3.3液压泵与液压马达分类

3.4液压泵与液压马达参数3.5齿轮泵和齿轮马达3.6叶片泵和叶片马达3.7柱塞泵和柱塞马达3.8液压泵的性能比较

§3.1液压泵及液压马达的作用

液压泵是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。

液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。

§3.2工作原理液压泵必须具备周期性变化的密封容积和配流装置才能工作,属于容积式泵.配流装置使密封容积轮流和油箱或负载相通。液压泵正常工作的三个必备条件▲必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；▲密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大——吸油，由大变小——压油；

▲密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。按其排量能否调节分为：

定量泵（定量马达）

变量泵（变量马达）

一、液压泵和液压马达的分类§3.3液压泵和液压马达的分类按结构形式可分为：

齿轮式叶片式柱塞式螺杆式二、液压泵和液压马达的图形符号a.单向定量液压泵b.单向变量液压泵c.单向定量马达d.单向变量马达e.双向变量液压泵

f.双向变量马达

§3.4液压泵和液压马达的性能参数(1)工作压力:（实际输出油液压力)取决于负载。一、压力(2)额定压力:按试验标准规定情况下，允许连续运转的最高压力。(3)最高压力:短时间运行允许最高压力。泵(1)工作压力:（输入油液压力）取决于输出轴上的转矩。(2)额定压力:按试验标准规定情况下，允许连续运转的最高压力。(3)最高压力:短时间运行允许最高压力。马达二、

流量与排量二、排量V：泵：不考虑泄漏情况下，泵每转一圈所排出液体的体积，一般由其结构尺寸计算得来。马达：不考虑泄露的情况下，马达每转一圈所需输入液体的体积。三、流量q：单位时间内能排出的液体体积。1）理论流量：不考虑泄露额定压力、额定转速下泵输出的流量qt=V×n/602）实际流量3）额定流量qn单位：m3/s三、功率实际输入功率

理论功率实际输出功率泵实际输入功率

理论功率

实际输出功率

马达T、ωΔp、q△P为进出口压差容积效率：反映泄露的影响，影响液压泵的实际输出流量。机械效率：反映液压泵的机械摩擦损失，影响驱动液压泵所需的转矩。总效率为两个效率的乘积。四、效率T、ωΔp、q容积效率：实际输出功率（流量）与理论功率（流量）之比泵马达机械效率：理论功率与实际输入功率之比容积效率：理论功率（流量）与实际输入功率（流量）之比机械效率：实际输出功率与理论功率之比T、ωΔp、q计算实例1

某液压系统，泵的排量V＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa泵容积效率ηv＝0.92，总效率η＝0.84，求：

1）

泵的理论流量；

2）泵的实际流量；

3）泵的输出功率(实际）；

4）驱动电机功率。解：1）泵的理论流量

qt=v·n·10-3=10×1200×10-3＝12L/min

2)泵的实际流量

q＝qt·ηv＝12×0.92＝11.04L/min

3)泵的输出功率

4）驱动电机功率计算实例1

计算实例2已知泵的排量为160mL/r，转速为1000r/min，机械效率为0.9，总效率为0.85；液压马达排量为140mL/r

，机械效率0.9，总效率为0.8，系统压力为8.5MPa，不计管路损失，液压马达的转速是多少？其输出转矩是多少？驱动液压泵所需的转矩和功率是多少？§3.5齿轮泵和齿轮马达外啮合内啮合

分类按齿面按齿形曲线按啮合形式直齿斜齿人字齿

渐开线摆线

一、齿轮泵的分类二、外啮合齿轮泵原理和结构1.结构：齿轮、泵体、泵盖等

(一)外啮合齿轮泵的结构典型结构典型结构剖切图

CB齿轮泵p=2.5MPa卸荷槽缩小压油口减小端面间隙0.03～0.04mm增大吸油口小槽a(泄油）小孔(二)、工作原理吸油过程：轮齿脱开啮合→V↑→p↓→吸油；排油过程：轮齿进入啮合→V↓→p↑→排油。工作原理

（动画）两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。

一、外齿轮齿轮基本尺寸的名称和符号pnr齿顶圆－

da、ra齿根圆－

df、rf齿厚－sk

任意圆上的弧长齿槽宽－ek

弧长齿距（周节）－pk=sk+ek

同侧齿廓弧长齿顶高ha齿根高hf齿全高h=ha+hf齿宽－BhahfhrbOBprapb分度圆－－人为规定的计算基准圆表示符号：d、r、s、e，p=s+e法向齿距（周节）－pnseskek=pbrfpk此圆上具有标准的模数和压力角基圆－db、rb标准直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸外啮合齿轮泵的排量公式

V=πdhB=2πzm2Bz—主动齿数，m—齿轮模数，

B—齿宽齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积。

实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中常加以系数进行修正,则上式可写成：

齿轮泵的流量q(1/min)为：

V=6.66z

m2Bq=6.66z

m2Bnηv三、齿轮泵结构特点1.困油现象吸压

困油现象产生的原因齿轮重合度ε＞1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。

困油现象描述困油现象解决方法

困油现象的危害:闭死容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。

卸荷措施:在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽闭死容积由大变小时，下面卸荷槽与压油腔相通；在闭死容积最小处，两个卸荷槽的边缘正好与两个啮合点相接；闭死容积由小变大时，上边卸荷槽与吸油腔相通。必须严格控制两卸荷槽的位置和距离。

也可开设单卸荷槽，始终与压油腔（吸油腔)相通，两腔并不相通。

2.径向力不平衡

齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力F即为齿轮泵的径向力径向力不平衡的影响

（1)

加速轴承磨损，降低轴承寿命；（2）使轴完全，泵变形；（3）齿顶与壳体接触（扫膛现象）。

减小径向力措施

（1)齿轮轴所受的径向力与齿顶圆直径成反比，与√B成正比，所以可以减小齿宽,增大齿顶圆直径。（2)缩小压油腔尺寸,使压力油作用在较少的齿范围内。（3)延伸压油腔或吸油腔,在工作过程中只有很少的齿起密封作用。

减小径向力措施

（4)通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。3.泄漏问题1)泄漏途径：端面间隙80%ql

径向间隙15%ql

啮合处5%

ql2)危害：ηv↓3)防泄措施：

a)减小端面间隙

b)端面间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套防泄措施b)轴向间隙补偿装置

浮动侧板浮动轴套a)减小轴向（端面）间隙

小流量：间隙0.025-0.04mm

大流量：间隙0.04-0.06mm压油腔引至轴套外端面的油液，形成压紧力。压紧力F1稍大于反推力F2。泵启动时，浮动轴套在弹性元件的作用下，贴紧齿轮端面以保证密封。四、齿轮泵优缺点和用途优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠，自吸性能好，对油液污染不敏感，便于制造、维修。缺点：效率低，流量脉动大，噪声高。用途：工程机械、机床低压系统。五、内啮合齿轮泵1.渐开线齿轮泵

特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻流量脉动小，噪声小。2.摆线齿轮泵（转子泵）特点:结构简单，体积小重叠系数大，传动平稳吸油条件好齿形复杂，加工精度要求高，造价高。应用：机床低压系统摆线齿轮泵实物结构

五、齿轮泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大1．吸油管接头、泵体与泵盖的接合面、堵头和泵轴密封圈等处密封不良，有空气被吸入2．泵盖螺钉松动3．泵与联轴器不同心或松动4．齿轮齿形精度太低或接触不良5．齿轮轴向间隙过小

6．齿轮内孔与端面垂直度或泵盖上两孔平行度超差7．泵盖修磨后，两卸荷槽距离增大，产生困油8．滚针轴承等零件损坏9．装配不良，如主轴转一周有时轻时重现象1．用涂脂法查出泄漏处。用密封胶涂敷管接头并拧紧；修磨泵体与泵盖结合面保证平面度不超过0.005mm；用环氧树脂黏结剂涂敷堵头配合面再压进；更换密封圈2．适当拧紧3．重新安装，使其同心，紧固连接件4．更换齿轮或研磨修整5．配磨齿轮、泵体和泵盖6．检查并修复有关零件7．修整卸荷槽，保证两槽距离8．拆检，更换损坏件9．拆检，重装调整

流量不足或压力不能升高1．齿轮端面与泵盖接合面严重拉伤，使轴向间隙过大2．径向不平衡力使齿轮轴变形碰擦泵体，增大径向间隙3．泵盖螺钉过松4．中、高压泵弓形密封圈破坏、或侧板磨损严重1．修磨齿轮及泵盖端面，并清除齿形上毛刺2．校正或更换齿轮轴3．适当拧紧4．更换零件过热1．轴向间隙与径向间隙过小2．侧板和轴套与齿轮端面严重摩擦1．检测泵体、齿轮，重配间隙2．修理或更换侧板和轴套结构特点（1）两个油口一样大；（2）马达需要正反转，所以内部结构对称。泵一般单方向旋转；（3）调速范围宽。泵一般转速高且变化小；（4）启动扭矩大。

六、齿轮马达例一齿轮泵转速为1200r/min,理论流量为12.286L/min,齿数Z=8,齿宽B=30mm,机械效率和容积效率均为90%,工作压力为5.0×106Pa.试求该齿轮泵的齿轮模数m,输出功率和输入功率.课后练习题1．容积式液压泵是靠____________来实现吸油和排油的。2.液压泵的额定流量是指泵在额定转速和____________下的输出流量。3.液压泵的机械损失是指液压泵在_______________上的损失。

4.液压泵是把_______________能转变为液体_______________能的转换装置。5.齿轮泵的泄漏一般有三个渠道：_______;_______;__________。其中以_____________最为严重。密封容积的变化额定压力克服相对运动件表面的摩擦机械，压力径向间隙，端面间隙，啮合处；端面间隙§3.6叶片泵与叶片马达

一、叶片泵分类优点：输出流量均匀、脉动小、噪声低、体积小。缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结构较复杂。分类单作用双作用每转排油一次每转排油两次二.双作用叶片泵工作原理旋转一周，完成二次吸油，二次排油——双作用泵径向力平衡——平衡式叶片泵（两个吸油区，两个排油区)

2、结构形式●定子和转子同心；

●定子内曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成；

●配油盘上有四个月牙形窗口。动画排量和流量计算

其中：B-叶片宽度

R

-定子长轴半径

r

-定子短轴半径

θ–叶片倾角

δ

–叶片厚度2)流量：吸压1）排量：(1)定子曲线:过渡曲线：影响泵工作性能（如流量脉动、噪声和寿命）的主要因素结构特点一般采用等加速等减速曲线、阿基米德曲线等。长、短半径的比越大，泵的排量越大，但比值过大，会引起叶片卡死、折断和脱空。(2)径向力平衡:吸、压油口是对称设置的，径向液压力平衡。配油盘上的三角槽原因：

p↑↑V↓油液倒流。影响：流量脉动，噪声。措施：开三角槽，减小困油。作用：缓冲，避免压力突变，减小流量脉动和噪声。吸压(3)困油现象配有盘上的封油区的包角大于或等于相邻两叶片间的间距角。4）.叶片与定子内表面的良好接触叶片底部通压油腔。吸油时，叶片与定子之间的接触面磨损严重，是提高叶片泵工作压力的障碍。叶片数与叶片厚度考虑泵瞬时流量的均匀性，即保证工作时吸油腔和压油腔不相通，又不减小泵的排量，不消弱转子槽根部的强度，一般取Z=12.叶片厚度一般取1.8～2.2mm受力分析：

NT切向分力P

T=Nsinββ——压力角

T∝sinβ,β↑,sinβ↑,T↑危害：叶片难以回槽，叶片和槽磨损，卡死。措施：叶片顶端沿转子旋转方向前倾θ角

前倾θ角后：NT’P’

压力角——(β-θ)叶片倾角在过渡曲线上，法线与转子的径向力不重合

作用：减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。一般取θ=10~14

O

YB型叶片泵取θ=13

O

缺点：使吸油区受力更加恶劣。

※

叶片倾斜放置的泵不能反转

典型结构及结构特征

典型结构剖切图三、单作用叶片泵1.结构：转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。

特点：

●定子和转子偏心；

●定子内曲线是圆；

●配油盘有二个月牙形窗口。

●叶片靠离心力伸出。2.工作原理密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成）吸油过程：叶片伸出→V↑→p↓→吸油；排油过程：叶片缩回→V↓→p↑→排油。旋转一周，完成一次吸油，一次排油径向力不平衡——非平衡式叶片泵V=4πReBq=4πReBnηv流量公式排量公式控制方式：手动控制，机械控制，液压控制等。

3.单作用变量叶片泵转子固定不动，定子中心相对于转子中心作水平移动，调节偏心距e的大小和方向，从而实现排量大小和排油方向的改变。

调节性能：限压式、恒功率式，恒流量式等。

其中限压式应用最广泛。

外反馈限压式变量叶片泵1）.结构特点:

弹簧、控制活塞、限位螺钉。eoo’2）.工作原理：改变e，改变流量；调节弹簧力的大小，改变压力。转子中心固定，定子可以水平移动外反馈、限压泵的输出压力作用在定子右侧的活塞1上。当压力作用在活塞上的力不超过弹簧2的预紧力时，泵的输出流量基本不变。当泵的工作压力增加，作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时，定子向左移动，偏心量减小，泵的输出流量减小。当泵压力到达某一数值时，偏心量接近零，泵没有流量输出。四、双作用叶片马达1）结构特点

●叶片沿转子径向放置（正反转）●进、出油口大小相同2）工作原理

F=pA=p(R-r0)b-p(r-r0

)b=p(R-r)b3）应用：高速、低扭矩及要求动作灵敏的场合。rr0R五、叶片泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大1．叶片顶部倒角太小2．叶片各面不垂直3．定子内表面被刮伤或磨损，产生运动噪声4．由于修磨使配油盘上三角形卸荷槽太短，不能消除困油现象5．配油盘端面与内孔不垂直，旋转时刮磨转子端面而产生噪声6．泵轴与原动机不同轴1．重新倒角（不小于1×45°）或修成圆角2．检查，修磨3．抛光，有的定子可翻转180°使用4．锉修卸荷槽5．修磨配油盘端面，保证其与内孔的垂直度小于0.005～0.01mm6．调整连轴器，使同轴度小于ф0.1mm容积效率低或压力不能升高1．个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住2．叶片装反3．叶片顶部与定子内表面接触不良4．叶片与转子叶片槽配合间隙过大5．配油盘端面磨损6．限压式变量泵限定压力调得太小7．限压式变量泵的调压弹簧变形或太软8．变量泵的反馈缸柱塞磨损1．检查，选配叶片或单槽研配保证间隙2．重新装配3．修磨定子内表面或更换叶片4．选配叶片，保证配合间隙5．修磨或更换6．重新调整压力调节螺钉7．更换合适的弹簧8．更换新柱塞§3.7柱塞泵和柱塞马达轴向式径向式

柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞沿轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵工作原理缸体：均布Z个柱塞孔，分布圆直径为D柱塞滑履组：柱塞直径为d斜盘：相对传动轴倾角为β配流盘传动轴一、

轴向柱塞泵*缸体转动*斜盘、配油盘不动缸体、柱塞、配油盘、斜盘*柱塞伸出低压油机械装置2.典型结构3.流量计算排量:一个密封空间:流量:式中：

d-柱塞直径

D-柱塞分布圆直径β-斜盘倾角

z-柱塞数β

q∝

tgβ,β↑q↑;β↓q↓。改变β

的大小——变量泵；改变β

的方向——双向泵。流量脉动率：z为奇数z为偶数结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数越多，脉动越小。一般取z=7、9、114.特点及应用

特点：容积效率高，压力高。（ηv=0.98,p=32Mpa）（柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小）结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小;易于实现变量；排量分布范围广；寿命长；构造复杂,成本高；对油液污染敏感。

应用：用于高压（16～32MPa甚至更高）、高转速的场合。5.结构分析SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴缸体柱塞滑履组配流盘结构特点弹簧通过钢球推压压盘，压盘和柱塞滑履一起转动滑履：降低接触应力，减小磨损。回程的运动（吸油）：压盘（回程盘）、弹簧和钢球组成回程装置。滑履与斜盘接触的油室通过柱塞中间的小孔，与缸体的工作腔相连，静压支承，使滑履作用在斜盘上的力大大减小。变量机构：手动变量机构。配流盘由于存在困油问题，为减少困油，因此在配油盘的槽I、II的起始点开条小三角槽，或在二配流槽的两端都开有小三角槽。见下图：变量机构类型

常用的自动变量泵有恒功率式、恒压力式和恒流量式等。图中为实现恒功率控制的压力补偿变量机构，以此机构代替上图手动变量泵左端的手动变量机构，就成为恒功率变量泵。图中滑阀5和活塞6则形成一个液压伺服机构。6、斜轴（连杆）式轴向柱塞泵

工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角β结构：带大、小球头的连杆带球头的中心轴特点：柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。图中为斜轴式轴向柱塞泵外形7.轴向柱塞泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大或压力波动大1．变量柱塞因油脏或污物卡住运动不灵活2．变量机构偏角太小，流量过小，内泄漏增大3．柱塞头部与滑履配合松动1．清洗或拆下配研、更换2．加大变量机构偏角，消除内泄漏3．可适当铆紧容积效率低或压力提升不高1．泵轴中心弹簧折断，使柱塞回程不够或不能回程，缸体与配流盘间密封不良2．配油盘与缸体间接合面不平或有污物卡住以及拉毛3．柱塞与缸体孔间磨损或拉伤4．变量机构失灵5．系统泄漏及其他元件故障1．更换中心弹簧2．清洗或研磨、抛光配油盘与缸体结合面3．研磨或更换有关零件，保证其配合间隙4．检查变量机构，纠正其调整误差5．逐个检查，逐一排除二、轴向柱塞马达

输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上。斜盘给柱塞的反作用力的径向分力，使缸体产生转矩。通过输出轴带动负载做功。改变供油方向——马达反转。双向马达改变斜盘倾角——排量变，转速变。变量马达应用：高转速、较大扭矩的场合。三、径向柱塞泵1.结构特点：

定子不动缸体（转子）转动偏心距e

配油轴（不动）衬套（与缸体紧配合）2.工作原理调节e的大小——变量泵改变e的方向——双向泵密封工作腔柱塞伸出：离心力3.流量计算例题

某轴向柱