总课件-第二章：第二、三、四节：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵

齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，它的抗污染能力强，价格最便宜。但一般齿轮泵容积效率较低，轴承上不平衡力大，工作压力不高。齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大，运行时噪声水平较高，在高压下运行时尤为突出。齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵。从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合两类，其中以外啮合齿轮泵应用更广泛。外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵一、外啮合齿轮泵工作原理外啮合齿轮泵由一对完全相同的齿轮啮合，由于

>1，产生上下体积变化，这就形成了吸油区和压油区。同时在啮合过程中啮合点沿啮合线移动，把这两区分开，起配流作用。吸油压油1、密封工作腔齿轮的齿间槽、泵体、前后配油盘组成许多个密封工作腔。2、通过齿顶与泵体、轮齿与轮齿的啮合、前后配油盘形成高压腔和低压腔。3、通过轮齿与轮齿的啮合造成密封工作腔容积发生变化完成吸压油。轮齿与轮齿退出啮合是吸油过程、轮齿与轮齿进入啮合是压油过程图为外啮合齿轮泵实物结构二：外啮合齿轮泵排量和流量计算下面我们来分析一下齿轮泵的排量。根据齿轮泵的工作原理我们知道，泵每转一转所排出的液体体积，就等于两个齿轮的齿顶与轮齿所组成的齿间槽的体积。我们如果采用标准齿轮，并假设齿间槽的体积就等于轮齿的体积，那么，齿轮每转一周所排出的体积就可近似等于外径为齿顶圆(mZ+2m)，内径为齿根圆（mZ-2m)，厚度为齿轮的厚度B所组成的圆环的体积，即

在实际中，要使齿轮能够正常转动，必须使齿间槽的体积大于轮齿的体积，由于这个原因，实验发现，在实际中获得的排量要比理论推导的大一些，为此，一般以3.33代替公式中的，这样与实际情况更接近。

哪么齿轮泵的排量为:V=6.66m2ZB

齿轮泵的理论流量为：qth=6.66m2ZBn

齿轮泵的实际流量为：q=6.66m2ZBPV.n

但是需要注意的一点是，这个排量和流量是平均值，在实际中，由于轮齿在每一个瞬间容积的变化率是不均匀的，因此，所有泵的瞬时流量都是脉动的，假设在某一瞬间的最大流量为qmax，另外一个瞬间的最小流量为qmin，那么，

流量脉动的大小我们用流量脉动

率σ来表示，则：三、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点1、泄漏

通过齿轮泵工作原理的分析，我们可以发现齿轮泵泄漏的途径主要有三个部位：（1）发生在齿顶与泵体之间的径向间隙泄漏。（2）齿轮的端面与端盖之间的轴向间隙泄漏。（3）轮齿与轮齿啮合处之间的泄漏。实验发现，由于齿顶与泵体的径向间隙较小，轮齿与轮齿啮合处的间隙更小，这两部分的泄漏量比较小，而端面与端盖之间的轴向间隙较大，泄漏量也比较大，它占总泄漏量的75%～80%，因此要想减小齿轮泵的泄漏提高齿轮泵的容积效率，就要想法减小端面与端盖之间的轴向间隙的泄漏，通常的方法是采用浮动配油盘，并把高压油引到油盘的后面使配油盘紧紧压到齿轮的端面上2、困油

根据机械原理我们知道，要保证一对齿轮运转平稳，吸压油口的严格分开，重叠系数ε必须大于1，也就是说在同一时间内有两对齿轮的轮齿处于啮合状态，这样在两个啮合线之间的液体既不与吸油口相通，也不与压油口相通，而是被围困在一个密闭的容积内，随着点轮的转动，这个密闭容积的大小又要发生变化，从而使液体受压或产生真空，这就是困油现象，如书图2-4的所示：从节点P上下分开，假设节点以上的体积为V1，节点以下的体积为V2，两个啮合点之间的总体积为V，那么V=V1+V2，现在我们看V1，V2，是怎样变化的，当齿轮沿着图示方向转动时，我们知道齿轮的一方向转动另一方向轮点与轮点之间还要沿着点口滑动，我们看上面的这个啮合点它是沿点面向点根方向滑动，从而使V1减小，而下面这相啮合点它是沿点面的向点顶方向滑动，从而使V2增大，但是大从图a向图b转动时，上面这个啮合点距节点的距离比较大，回转半径比较大，沿齿面滑动量也比较大，从而使V1的减小量比较大，而下面这个啮合点距节点的距离比较小，回转半径比较小，沿点面滑动量也比较小，从而使用权V2的增大量比较小，这样在从图a向图b转动时，由于V1的减小量比较大，V2的增大量比较小，从而使总体积V减小，由于液

体不可压缩，必然使两啮

合点之间液体的压力迅速

增大，产生高压困油，直

到转到图b上下两个啮合

点到节点的距离一样，总

体积V减小到最小，被困

液体的压力达到最大那么从图b到c那随着齿轮的转动，上面的啮合点仍然向齿根滑动，使用权V1减小，而下边的啮合点仍然向点顶滑动，使用权V2增大，但是上边这个啮合点到节点的距离越来越大，而下边这个啮合点到节点的距离是越来越小，从而使V2的增大量越来越大，这样从图b到图c时，由于V1的减小量比较小，V2的增大量比较大，从而使总的体积V增大由于液体不可压缩也不会彭胀，必然使两啮合点之间的压力迅速减小，产生真空，出现振动和噪声，产生所谓的低压困油，直到图c下边这个啮合点要脱开，开始吸油，这个点间槽困油全部结束，这就是困油的全过程，在这里无论是高压困油还是低压困油，对泵的危害都是很大的，在实际中要想法清除困油现象，那么怎么清除通常是在两个盖板上开两个卸荷槽，在体积V减小时通过卸荷槽，使两啮合点之间的液体与压油口相通，体积V增大时，通过卸荷槽使两啮合点之间的液体与吸油口相通进行补油，从而消除困油现象，但在这里应该注意的是两卸荷槽之间的距离必须保证在任何时候吸压油口都不申通，这是点轮泵的困油现象。

§2-3

叶片泵

目前使用的叶片泵主要有两大类：一种是单作用叶片泵，另一种是双作用叶片泵，单作用式叶片泵就是指转子转一转每一个密封工作腔吸压油各一次，单作用式叶片泵往往做成变量泵，而双作用叶片泵就是指转子转一转每一个密封工作腔吸压油各二次，对于双作用叶片泵，目前全部是定量泵。现在我们首先来分析单作用式叶片泵的工作原理、排量与流量的计算一、单作用叶片泵1、结构和工作原理

图示为单作用式叶片泵的工作原理图。它主要由转子1、定子2、叶片3、壳体以及前后两侧的配流盘所组成，现在我们来分析它的工作原理。（一）结构和工作原理二、双作用叶片泵

图中为双作用叶片泵结构。它主要由壳体1、7，转子3，定子4，叶片5，配流盘2、6和主轴9等组成。

双作用叶片泵工作原理可由下图说明。当转子2和叶片3一起按图示方向旋转时，由于离心力的作用，叶片紧贴在定子1的内表面，通过定子内表面、转子外表面、叶片和两个配流盘形成若干个密封容积。随着转子的旋转，每一个密封工作腔容积会周期性地变大和缩小。一转内密封容积变化两个循环。所以密封容积每转内吸油、压油两次，称为双作用泵。双作用使流量增加一倍，流量也相应增加。四、限压式变量叶片泵1.限压式变量叶片泵变量叶片泵有内反馈式和外反馈式两种。（1）限压式外反馈变量叶片泵左图中表示限压式变量叶片泵的原理，右图为其特性曲线。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。所谓限压式变量叶片泵是指，泵本身可以根据外负载的大小，自动调整泵的排量，从而限制泵的最高供油能力，如图为限压式变量叶片泵的工作原理，在这里转子固定在转动轴上，随传动轴一起转动，而传动轴又通过轴承固定在甭体上，使传动轴连同转子不能轴向和径向移动，只能传动，而定子那它是通过单作用式叶片泵径向不平衡力，使它在径向不平衡力的作用下紧紧的压在滚针轴承上，这样我们在定子的左边设置一个限压弹簧，而在定子的右边设一个反馈柱塞缸，通过柱塞缸和限压弹簧就可以使定子左右移动，来改变定子相对于轮子的偏心距，从而改变泵的排量，在这里我们假设弹簧在最大偏心距e0的情况下弹簧压缩量为x0，实际工作中的偏心距为e弹簧新产生的压缩量为x，反馈柱塞面积为A，由于反馈柱塞工作腔与泵压油口相通，这样反馈柱塞缸工作腔的压力也就等于泵的供油压力，假设为P，在忽略滑块上的摩擦力时定子在水平方向上的力为：

左边向右的限压弹簧的弹簧力FS=ks(x0+x)，其中在偏心距最大时的弹簧为PB=Fs0=ksx0右边向左的反馈柱塞的作用力为PA=F2,而定子相对于转子的工作位置就有这两个力来决定,下面我们分三种情况来分析:（1）当泵的供油压力P小于FS0/A=PB时，我们可以看出反馈柱塞缸对定子的作用力F2=PA＜FS0/A.A＜FS0，这样反馈柱塞对定子向左的作用力小于限压弹簧的预紧力FS,也就是说作用在定子左边的力大,右边的力小,这样定子就是限压弹簧的作用下处于最右边使定子相对于转子处于最大偏心,e0=e泵在最大偏心下工作,输出的流量也最大,V1=2πDe0b这时它就是相当于单作用定量式叶片泵，这是第一种情况泵的供油压力P小于FS/A时，下面我们来看当泵拓供油压力升高时的情况。(2)当泵的供油压力升高使P＞PB这时我们可以看出反馈柱塞对定子的作用力F2=PA＞FS0/A.A＞FS0，这时作用在定子右边反馈拉塞的作用力大，而定子左边限压弹簧的弹簧预紧力小，定子就要在反馈柱塞缸的作用下推动定子克服限压弹簧的弹簧力使定子向左移动，当定子移动到定子中心相对于轮子的中心为e时，限压弹簧的弹簧力增大到正好等于反馈柱塞的作用力时，定子在偏心距为e处处于平衡，这时泵的供油压力为PA=KS(x0+x),那么P=KS(x0+x)/A,泵输出的排量为：V2=2πDeb，拿这种情况与上一种情况相比，由于e0＞e，显然V1＞V2，泵输出的流量自然减小，这是第二种情况泵的供油压力大于FS/A时，下面我们看第三种情况下泵的最大供油压力为多少。（3）当泵的供油压力达到最大值时，我们看泵的供油压力增大，反馈柱塞对定子向左的作用力一直增大，定子一直左移，偏心距e一直减小，直到泵输出的排量V=2πDeb=0，这时无论负载有多大，由于液压泵不再向外输出压力油，泵的供油压力也就不会再增大了，从而使作用在定子上反馈柱塞的作用力F2与弹簧力Fs相平衡，即F2=Fs，Pmax.A=ks(e0+x0)Pmax=ks(e0+x0)/A，这就是限压式变量叶片泵的最大供油压力，这里所谓的限压就是通过改变流量来限制最高压力。另外我们想一下，实际中的液压泵定子相对于轮子的偏心距会不会完全等于零，这是不会的，那么为什么，我们知道液压泵本身存在泄漏，当e=0时，由于液压泵的泄漏，必然使泵的供油压力减小，定子右移偏心增大，泵的供油压力增大，e减小，直到泵的供油压力增大到最大时，定子相对于轮子的偏心距减小到e时使泵产生的流量全部用来补充泄漏而输出流量为零，泵的供油压力就保持在最大值不变了。第四节柱塞泵三、径向柱塞泵1.径向柱塞泵的工作原理图为径向柱塞泵的工作原理。之所以称为径向柱塞泵是因为有多个柱塞径向地配置在一个共同的缸体2内。缸体由电动机带动旋转，柱塞要靠离心力甩出，但其顶部被定子4的内壁所限制。定子4是一个与缸体偏心放置的圆环。因此，当缸体旋转时柱塞就做往复运动。这里采用配流轴配油，又称径