液压与气压传动 课件 第3章 液压动力元件

液压与气压传动任课教师：刘志民河北工程大学机械与装备工程学院液压与气压传动Hydraulic&PneumaticTransmission05学习目标

掌握组成容积式液压泵的三个基本条件、液压泵的基本性能参数与计算、液压泵的分类与图形符号；掌握各类齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的工作原理。。

了解各类齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的结构特点及流量计算；了解液压泵的噪声、各类液压泵的性能比较及应用。3.1液压泵概述3.2齿轮泵3.3叶片泵3.4柱塞泵3.5液压泵的噪声3.6各类液压泵的性能比较及应用目

录第3章

液压动力元件3.1液压泵概述液压泵是产生压力和流量的元件，是液压系统的动力元件，它由原动机（电动机、内燃机等）驱动，将原动机输入的机械能（转矩T和角速度ω）转换为液压能（压力p和流量q）输出，为液压系统提供压力油源，以推动执行元件工作。3.1液压泵概述一、液压泵的工作原理及特点图3-1单柱塞泵工作原理1-偏心轮；2-输入轴；3-柱塞；4-弹簧；5-吸液阀；6-柱塞套；7-排液阀液压泵正常工作的必备条件：1.具有密封容积（密封工作腔）；2.密封容积能交替变化；3.具有配流装置（隔离吸液腔和排液腔）；有阀式、盘式和轴式配流装置。4.吸油过程中油箱必须与大气相通。(动画)3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数1.压力(1)额定压力pn

在正常工作条件下，根据试验标准规定，允许液压泵连续运转的最高压力。一般情况下，额定压力就是泵的公称压力。(2)最高允许压力pmax

按试验标准规定，超过额定压力允许短暂运行的最高压力。

(3)工作压力p即泵实际工作时所达到的具体压力值。3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数2.排量和流量(1)排量V

液压泵的主轴每转动一转，由其几何尺寸计算而得到的排出液体的体积称为泵的排量或几何排量。常用单位是mL/r，m3/r。

排量可调节的液压泵称为变量泵；排量为常数的液压泵称为定量泵。3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数(2)理论流量qt

指在不考虑液压泵的泄漏流量的理想条件下，其单位时间所排出的液体的体积。常用单位为L/min，m3/s。若泵的排量为V，主轴转速为n，则泵的理论流量qt为：(3)实际流量q

指在考虑液压泵泄漏损失时，液压泵在单位时间内实际输出的液体的体积。3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数(4)泄漏流量

通过泵中各个运动副的间隙所泄漏的液体流量。也称为泵的容积损失。泄漏流量分内部泄漏和外部泄漏两部分。内部泄漏是指从泵的排液腔向吸液腔的泄漏，很难直接测量。外部泄漏则是指从泵的吸、排液腔向其他自由空间的泄漏，可以方便地测量出来。泄漏流量大小取决于泵的密封性、工作压力和液体黏度等因素。(5)额定流量qn指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定(额定压力和额定转速)必须保证的流量，即在产品样本上或铭牌上标出的流量。3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数3.功率和效率(1)理论输出功率Pt：

(2)实际输出功率P：

(3)容积效率ηV：

在实际工作中，常按下式计算实际流量：3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数3.功率和效率(4)输入功率Pi与总效率η：输入功率Pi

：或机械效率ηm：

总效率η

：

图3-4液压泵的性能曲线3.1液压泵概述4.转速二、液压泵的基本性能参数额定转速n0—指泵在额定压力下，连续长时间运转的最大转速，常用单位是r/min。最高转速nmax—指泵在额定压力下，允许短暂运行的最大转速。最低转速nmin—为允许泵正常运行的最小转速。常用各类液压泵额定转速范围如下：齿轮泵：1000～1800r/min；叶片泵：1000～1800r/min；轴向柱塞泵：1000～2200r/min。3.1液压泵概述二、液压泵的基本性能参数3.1液压泵概述三、液压泵的分类液压泵按结构形式分为：齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。液压泵按排量能否改变可分为：定量泵和变量泵。液压泵按一个工作周期密闭容积的变化次数可分为：单作用，双作用和多作用。按其压力不同可分为：低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵和超高压泵。3.1液压泵概述四、液压泵的图形符号

（a）单向定量泵

（b）单向变量泵

（c）双向定量泵

（d）双向变量泵图3-5液压泵的图形符号3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵1.工作原理动画图3-6外啮合齿轮泵的工作原理密封工作腔：齿间槽、壳体、端盖组成啮合线、吸油腔、排油腔吸油过程：轮齿脱开啮合→V↑→p↓→吸油；压油过程：轮齿进入啮合→V↓→p↑→压油。外啮合齿轮泵配油装置：特殊3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵2.排量和流量计算将渐开线齿轮展开成直齿齿条πm—节距chbπm流量脉动q因啮合点的位置变化，使容积变化率不均匀，瞬时流量变化。结论：齿数越少，脉动率越大。应用：工作平稳性要求不高的场合。3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点外啮合齿轮泵实物结构齿轮泵装配3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点困油现象及消除措施图3-7困油现象(1)困油现象产生原因：

重叠系数ε>1，构成闭死容积VV由大→小，p↑↑，油液发热，轴承磨损。

V由小→大，p↓↓，气蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀。3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点困油现象及消除措施(2)危害：影响工作性能、缩短寿命(3)措施：开卸荷槽（侧板上）

原则：

V由大→小，与压油腔相通

V由小→大，与吸油腔相通

保证吸、压油腔始终不通CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好图3-8非对称卸荷槽尺寸3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点泄露1）端面间隙的泄漏：约占总泄漏量的75％～80％。2）径向间隙的泄漏：约占总泄漏量的15％～20％。3）齿面啮合处(啮合点)的泄漏：一般不用考虑。3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点端面间隙的自动补偿1）浮动轴套式（a）2）浮动侧板式（b）3）挠性侧板式（c）3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点径向不平衡力及减小的措施A径向不平衡力的产生1）原因：径向液压力分布不均2）危害：轴承磨损、刮壳(俗称扫膛)B减小径向不平衡力的措施1）合理选择齿宽和齿顶圆直径2）缩小排液腔尺寸3）将吸液腔扩大4）开设平衡槽3.2齿轮泵一、外啮合齿轮泵3.结构特点及优缺点齿轮泵的优缺点和用途优点：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、农业机械、机床低压系统等。3.2齿轮泵二、内啮合齿轮泵特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻；流量脉动小，噪声小。特点:结构简单，体积小重叠系数大，传动平稳吸油条件好脉动小，噪声小齿形复杂，加工精度要求高，造价高。应用：机床低压系统渐开线齿轮泵摆线转子泵3.2齿轮泵二、内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵实物结构摆线转子泵小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板1-吸油腔；2-压油腔；3-隔板3.2齿轮泵三、螺杆泵螺杆泵实质上是一种外啮合的摆线齿轮泵，泵内的螺杆可以有两个，也可以有三个。螺杆泵的螺杆直径越大，螺旋槽越深，排量就越大；螺杆越长，吸油口和压油口之间的密封层次越多，密封就越好，泵的额定压力就越高。图3-11三螺杆泵的工作原理1、3—从动螺杆；2—主动螺杆螺杆泵结构简单、紧凑，体积和质量小，运转平稳，输油均匀，噪声小，容许采用高转速，容积效率较高（达90%~95%），对油液的污染不敏感，因此它在一些精密机床的液压系统中得到了应用。3.2齿轮泵三、螺杆泵1-后盖2-壳体3-主动螺杆（凸螺杆）4,5-从动螺杆（凹螺杆）6-前盖

螺杆泵结构3.3叶片泵3.3叶片泵叶片泵分类单作用双作用每转压油一次每转压油两次优点

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。

单作用叶片泵双作用叶片泵3.3叶片泵一、单作用叶片泵1.工作原理V密形成：定子、转子、叶片、配流盘围成V密变化，转子逆转右半周，叶片伸出，V密↑，吸油左半周，叶片缩回，V密↓，压油吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片盘式配流图3-12单作用叶片泵的工作原理1-转子；2-定子；3-叶片(动画)(结构动画)3.3叶片泵2.排量和流量计算图3-13单作用叶片泵的排量计算简图单作用叶片泵的排量为：各工作容积在转子旋转一轴排出液体体积总和。实际流量为：式中：R-定子内半径；

e-转子与定子的偏心距；B-叶片宽度；n-泵的转速；ηV-泵的容积效率。3.3叶片泵3.单作用叶片泵的特点(1)改变定子和转子之间的偏心距，便可调节泵的输出流量。偏心反向时，吸、排液方向也相反。(2)泵的瞬时流量是脉动的，泵内叶片数越多，流量脉动率越小。单作用叶片泵的叶片数一般为13或15片。(3)叶片底部油槽采取在排液区通压力油，在吸液区与吸液腔相通的结构形式。(4）由于转子受到径向不平衡的液压力的作用，所以这种泵不适宜作高压。3.3叶片泵3.3叶片泵二、双作用叶片泵1.工作原理图3-14双作用叶片泵的工作原理1-定子；2-转子；3-叶片(动画)双作用叶片泵的原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，且定子和转子是同心的。3.3叶片泵二、双作用叶片泵2.排量和流量计算图3-15双作用叶片泵的排量计算简图式中：B-定子宽度；R-定子圆弧部分的长半径；r-定子圆弧部分的短半径；b-叶片的厚度；z-叶片数；θ-叶片的倾角；ηV-泵的容积效率；n-泵的转速。二、双作用叶片泵3.结构特点（1）配油盘图3-16双作用叶片泵的配油盘1、3—压油窗口；2、4—吸油窗口通常应使封油区对应的中心角α稍大于或等于两个叶片之间的夹角β，否则会使吸油腔和压油腔连通，造成泄漏。（2）定子曲线图3-17双作用叶片泵的定子曲线定子曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成，长、短半径比越大，泵排量也越大。但比值过大，会引起叶片卡死、折断和叶片脱空等现象。二、双作用叶片泵3.结构特点（3）叶片的倾角及方向

单作用叶片泵的叶片“前倾”

双作用叶片泵的叶片“后倾”二、双作用叶片泵4.提高双作用叶片泵压力的措施（1）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——子母叶片，阶梯式叶片（a）

（b）图3-19减小叶片作用面积的高压叶片泵叶片结构（3）使叶片顶端和底部的液压作用力相平衡——双叶片，弹簧式叶片图3-20叶片液压力平衡的高压叶片泵叶片结构三、限压式变量叶片泵1.典型结构图3-21YBX型外反馈限压式叶片泵的结构

1-预紧力调节螺钉；2-限压弹簧；3-泵体；4-弹簧座；5-转子；6-定子；7-滑块；8-传动轴；9-叶片10-反馈柱塞；11-最大流量调节螺钉

(动画)三、限压式变量叶片泵图3-21限压式变量叶片泵的工作原理1-转子；2-定子；3-吸油窗口；4-柱塞；5-螺钉；6-柱塞缸；7-通道；8-压油窗口；9-调压弹簧；10-调压螺钉图3-22限压式变量叶片泵的特性曲线定子相对于转子的偏心量最大，输出流量最大。若不考虑定子移动时的摩擦力，液压作用力就要克服弹簧力推动定子向上移动，随之泵的偏心量减小，泵的输出流量也减小。称为泵的限定压力2.工作原理四、双联叶片泵双联叶片泵是由两个单级叶片泵装在一个泵体内使其油路并联而成。两个泵的转子由同一传动轴传动，有一个公共的吸油口和两个各自独立的出油口。两个泵的排量可以有多种不同的组合。两泵输出的流量可以单独使用、也可以合并使用。双联叶片泵常用于快慢速交替动作的工况类型：快速轻载时，两泵同时供给低压油；慢速重载时，通过控制阀使大流量泵卸荷，小流量泵单独供油。从而可节省功率消耗，减少油液发热。双联叶片泵也常应用于液压系统需要有两个互不干扰的独立油路。五、叶片泵主要性能（1）压力中低压：6.3Mpa；高压28-30Mpa；变量：17.5Mpa（2）排量叶片泵的排量范围为0.5~4200mL/r，常用的双作用叶片泵2.5-300ml/r；变量：6-120ml/r；（3）转速小排量双作用叶片泵的最高转速可达8000~10000r/min，一般排量的叶片泵为1500~2000r/min，常用的变量叶片泵最高转速大约为3000r/min，但最低转速不能小于600~900r/min。（4）效率双作用容积效率93-95%；机械效率与齿轮泵近似；（5）寿命高于齿轮泵，高压叶片泵5000h以上。3.4柱塞泵3.4柱塞泵柱塞泵的优点：1）工作压力高；一般是20~40MPa，最高可达100MPa。2）流量范围大；3）效率高；4）变量方便，形式多；5）柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得以充分利用，寿命长，单位功率的重量轻。

柱塞泵的缺点：1）结构较复杂，零件数较多；2）自吸性差；3）制造工艺要求较高，价格较贵；4）对油液污染较敏感，要求较高的过滤精度，对使用和维护要求较高。

柱塞泵广泛用于高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，在机床、液压机、工程机械、矿山机械上得到广泛的应用。3.4柱塞泵柱塞泵的形式：柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。轴向柱塞泵径向柱塞泵3.4柱塞泵一、径向柱塞泵径向柱塞泵根据配流方式的不同可分为轴配流和阀配流两种类型轴配流阀配流3.4柱塞泵一、径向柱塞泵图3-23配流轴式径向柱塞泵1-柱塞；2-转子；3-衬套；4-定子；5-配流轴轴配流径向柱塞泵由定子4、转子(缸体)2、配流轴5、衬套3和柱塞1等主要零件构成。沿转子的半径均匀分布有若干个柱塞缸，柱塞可在其中灵活滑动，衬套4与转子内孔是紧配合，随转子一起转动。配流轴3是固定不动的。泵的排量为动画1.工作原理3.4柱塞泵一、径向柱塞泵动画2.负载敏感变量径向柱塞泵1-右变量活塞2-转子3-定子4-左变量活塞3.4柱塞泵二、轴向柱塞泵轴向柱塞泵的柱塞与缸体轴线平行或接近平行。优点:

结构紧凑，单位功率体积小，质量轻，工作压力高，容易实现变量。缺点:

对油液污染敏感，滤油精度要求高；对材质和加工精度的要求高；使用和维修要求比较严，价格比较贵。3.4柱塞泵二、轴向柱塞泵轴向柱塞泵盘式配流阀式配流斜盘式(即直杆式)斜轴式(即连杆式)（a）直轴式（b）斜轴式图3-24轴向柱塞泵的工作原理1.斜盘式轴向柱塞泵1-斜盘2-柱塞3-缸体4-传动轴5-配流盘6-轴销7-变量活塞8-螺钉9-丝杆10-手轮a-吸油窗口b-压油窗口

密封工作腔（缸体孔、柱塞底部、配流盘）由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、压油。吸油过程：柱塞伸出→ΔV↑→p↓→吸油；压油过程：柱塞缩回→ΔV↓→p↑→压油。（1）工作原理和流量斜盘式轴向柱塞泵排量流量1.斜盘式轴向柱塞泵（2）结构特点图3-25直轴式轴向柱塞泵的结构柱塞与缸体柱塞孔之间的圆柱环形间隙加工精度易于保证；缸体与配流盘、滑履与斜盘之间的平面缝隙采用静压平衡，间隙磨损后可以补偿，容积效率较高，额定压力可达32MPa。为防止压力冲击，一般在配流盘吸、压油窗口的前端开设减振槽(孔)，或将配流盘顺缸体旋转方向偏转一定角度放置。瞬时流量脉动，柱塞数奇数时的脉动小于偶数，因此柱塞泵的柱塞取为奇数，一般为5、7或9。1.斜盘式轴向柱塞泵（2）结构特点(动画)1.斜盘式轴向柱塞泵（2）结构特点a滑靴与斜盘剩余压紧力法，即将柱塞底部的压力油引至滑靴底面的油室a，使油室a及其周围的环形密封带上压力升高，产生一个垂直于滑靴端面的液压反推力Ff。Ff的大小与滑靴的端而尺寸R1和R2有关，方向与柱塞对滑靴的压紧力相反，通常取压紧系数1.斜盘式轴向柱塞泵（2）结构特点