教学材料《液压传动》-第三章

3.1液压动力元件概述3.1.1液压泵的作用和分类1.作用液压泵是液压传动系统中的动力元件，它将电动机输人的机械能转换为液体的压力能，为系统提供具有一定流量和压力的工作介质。液压泵是液压传动系统的重要组成部分，是整个系统的动力之源。下一页返回3.1液压动力元件概述2.分类液压泵的种类很多，按照不同标准可分类如下:(1)按照结构的不同，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。(2)按其输油方向能否改变，分为单向泵和双向泵。(3)按其输出的流量能否调节，分为定量泵和变量泵。(4)按其额定压力的高低，分为低压泵、中压泵和高压泵等。液压泵的图形符号见表3-1。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述3.1.2液压泵的工作原理1.工作原理液压泵是通过密封容积的变化来完成吸油和压油的。如图3-2所示，泵体3和柱塞2形成一个密封容积。吸油过程中，当偏心轮1在电动机的带动下顺时针向下旋转半周时，柱塞在弹簧6的作用下向下移动，密封容积逐渐增大，形成局部真空，油箱内的油液在大气作用下，顶开单向阀4进人密封容积，实现吸油压油过程中，当偏心轮沿顺时针方向继续旋转半周时，它推动柱塞向上移动，密封容积逐渐减小，油液受柱塞挤压而产生压力，使单向阀4关闭，油液顶开单向阀5而输人系统，这就是压油。液压泵的供油压力为P，供油流量为q。其排油量的大小取决于密封腔的容积变化值，因而这种液压泵又称容积泵。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述通过上述对于液压泵工作原理的分析可知，液压泵正常工作必备需如下条件:(1)具有容积呈周期性变化的密封容积。密封容积实现周期性变化，容积由大变小时压油，由小变大时吸油。(2)有配油装置。配油装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路。压油时与供油管路相通而与油箱切断。图3-2的单向阀4和5就是配流装置，不同结构的泵其配油装置各有差异。(3)吸油过程中，油箱必须和大气相通。用于保证吸油过程中油箱压力大于泵口的压力。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述3.1.3液压泵的性能参数1.压力1)工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力，用符号p表示，单位为Pa。工作压力的高低取决于外负载的大小，其值随着负载的增加而升高，随着负载的减少而下降。工作压力与液压泵的流量无关。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述2)额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定，连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。泵的额定压力由自身结构和寿命所决定，通常标在液压泵的铭牌上。3)最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值称为液压泵的最高允许压力。超过此压力，泵的泄漏会迅速增加，一般为额定压力的1.1倍。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述2.流量(1)理论流量q1:是指无泄漏情况下，液压泵单位时间内排出的液体体积，等于排量与转速的乘积，即(2)实际流量q:是指液压泵在某一工作压力下实际排出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵实际能提供的流量较理论流量小，即(3)额定流量:是指液压泵在额定转速和额定压力下输出的流量3.排量排量V是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值。若泵排量固定，则液压泵为定量泵，若排量可变则液压泵为变量泵上一页下一页返回3.1液压动力元件概述4.容积效率和机械效率泵的容积效率ηv指实际流量与理论流量的比值，即由于液压泵存在机械摩擦(相对运动零件之间及液体黏性摩擦)，因此液压泵的输入转矩必然大于理论所需转矩。泵的机械效率ηm是理论转矩和实际输入转矩的比值，即式中Tt—泵的理论扭矩;Ti—泵的实际输入扭矩。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述5.功率液压泵输入的是机械能(电动机功率)，与输入转矩Ti和转速n成正比;输出的是液压能，与输出流量(实际流量)和压力成正比泵的输入功率Pi为泵的输出功率P为式中p—液压泵的输出压力;q—液压的输出流量。上一页下一页返回3.1液压动力元件概述3.总效率η液压泵的输出功率与输入功率的比值，即上一页下一页返回3.1液压动力元件概述【例3.1】某液压系统，泵的排量V=10mL/r，电机转速n=1200r/min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(4)驱动电机功率解:(1)泵的理论流量上一页下一页返回3.1液压动力元件概述(2)泵的实际流量(3)泵的输出功率(4)驱动电机功率上一页返回3.2齿轮泵齿轮泵按结构形式可分为外啮合和内啮合两种。外啮合齿轮泵具有结构紧凑、易于制造维护、成本低，抗污染能力强，工作可靠等优点，故广泛应用于各种低压系统中，而内啮合齿轮泵多作为辅助泵使用。随着齿轮泵在结构上的不断完善，高压齿轮泵正处在发展和研制阶段。下一页返回3.2齿轮泵3.2.1外啮合齿轮泵1.工作原理如图3-3所示为齿轮泵的工作原理图。在液压泵壳体1内装有一对互相啮合的齿轮2和3。壳体的左、右油腔被啮合着的轮齿分开，与前、后盖(图中未画出)组成了两个密闭容积。当齿轮按图示方向转动时，右边的轮齿逐渐脱离啮合，右侧密闭容积逐渐增大，形成真空，吸入油液，称为吸油腔。被吸到齿间的油液，随着轮齿旋转而进入左侧油腔。左侧油腔的轮齿是逐渐进入啮合的，故左侧密闭容积逐渐减小，腔内油液受到挤压，从输油口挤出，此腔称为压油腔。齿轮不断旋转，便于油液在压力的作用下源源不断地排出。上一页下一页返回3.2齿轮泵2.结构以如图3-4所示CB一B型齿轮泵为例来介绍齿轮泵的结构，CB一B型齿轮泵采用泵体与两侧泵盖分开的三片式结构。泵体3中装有一对直径和齿数相同并互相啮合的齿轮。主动齿轮用键固定在传动轴6上，由键7带动旋转;从动齿轮8由主动齿轮4带动旋转。主动轴和从动轴均由滚针轴承2支承，而滚针轴承分别装在前、后泵盖5和1中。前、后泵盖由两定位销定位，并和泵体3一起用6个螺钉紧固为使齿轮转动，齿宽比泵体的尺寸稍薄，因此存在轴向间隙。为了防止轴向间隙泄漏的油液漏到泵体外，除了在主动轴的伸出端装有密封圈外，还在泵体的前、后端面上开有卸荷沟槽α，使泄漏油经由卸荷沟槽流回吸油口，同时减轻了泵体与泵盖接合面之间的泄漏油压力，减轻了螺钉承受的拉力。上一页下一页返回3.2齿轮泵外啮合齿轮泵在结构上存在泄漏、困油、径向不平衡等问题1)齿轮泵的泄漏及自动补偿外啮合齿轮泵高压腔(压油腔)的压力油向低压腔(吸油腔)泄漏有三条途径。一是通过齿轮啮合处的间隙。二是泵体内表面与齿顶圆间的径向间隙。三是通过齿轮两端面与两侧端盖间的端面轴向间隙。三条途径中，端面轴向间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的70%~80%。因此普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力不容易提高，不适宜用作高压泵。上一页下一页返回3.2齿轮泵2)齿轮泵的困油现象为使齿轮能正常运转和平衡工作，必须使齿轮啮合的重迭系数大于1，即在运转中前一对轮齿还未完全脱开时，后一对轮齿已开始啮合。故在某一段时间内，同时有两对轮齿啮合。此时，在这两对啮合轮齿之间便形成了一个密闭容积，称为困油区。齿轮旋转时，困油区容积反复变化，如图3-5所示。当容积缩小时(图3-5(a)过渡到图3-5fib))，困油区中的油液受挤压，压力急剧升高。当容积增大时(图3-5(b)过渡到图3-5(c))，困油区产生真空度，使油液汽化、气体析出，气泡被带到液压系统内引起振动、气蚀和噪声。上述这种不良隋况称为齿轮式液压泵的困油现象。上一页下一页返回3.2齿轮泵为了消除困油现象，通常在两侧泵盖上铣出两个卸荷槽，如图3-5(d)中虚线所示。两槽距离a应保证困油区在容积缩小时能与压油腔连通，便于及时将油液挤出，防止压力升高;而在困油区增大过程中能与吸油腔连通，便于及时补油，防止真空汽化。槽距a也不能过小，以免吸、排油腔通过困油区串通而降低液压泵的容积效率。上一页下一页返回3.2齿轮泵3)径向不平衡力齿轮泵工作时，作用在齿轮外圆上的压力是不均匀的。在压力油腔和吸油腔齿轮外圆分别承受着系统工作压力和吸油压力。在齿轮齿顶圆与泵体内孔的径向间隙中，可以认为油液由压油腔压力逐渐下降到吸油腔压力。在油液压力的综合作用下，齿轮所受径向作用力是不平衡的，如图3-6所示。径向不平衡力作用在齿轮和轴上，而且工作压力越高就越大，因此它直接影响轴承的寿命，并往往成为提高泵的工作压力的限制因素.通常采取缩小压油口的办法来减小径向不平衡力，使高压油仅作用在一个到两个齿的范围内。上一页下一页返回3.2齿轮泵齿轮泵由于泄漏大(主要是端面泄漏，约占总泄漏量的70%~80%)，且存在径向不平衡力，故压力不易提高。中高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施，如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度对泄漏量最大处的端面间隙，采用了自动补偿装置等。下面对中高压齿轮泵的端面间隙的补偿装置作简单介绍。上一页下一页返回3.2齿轮泵1)浮动轴套式浮动轴套式利用高压齿轮泵的出口压力油，引入齿轮轴上的浮动轴套的外侧腔，在液体压力作用下，使轴套紧贴齿轮的侧面，因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵启动时，靠弹簧来产生预紧力，保证了轴向间隙的密封。2)浮动侧板式浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基本相似，也是利用高压齿轮泵的出口压力油引到浮动侧板的背面，使之紧贴于齿轮的端面来补偿间隙。启动时，浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。上一页下一页返回3.2齿轮泵3)挠性侧板式挠性侧板式间隙补偿装置，是利用高压齿轮泵的出口压力油引到侧板的背面后，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的，侧板的厚度较薄，内侧面耐磨(如烧结有0.5~0.7mm的磷青铜)。这种结构采取一定措施后，易使侧板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相适应。中高压齿轮油泵采用了高精度的齿轮、铝合金壳体、浮动轴套及DU轴承等结构，具有结构简单、质量轻、能长期保持较高的容积效率和使用可靠等特点中高压齿轮油泵广泛适用于工程机械、起重运输机械、矿山机械和农业机械等液压系统中。上一页下一页返回3.2齿轮泵3.2.2内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵(又名转子泵)两种，如图3-7所示，其工作原理和主要特点与外啮合齿轮泵完全相同。在渐开线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙形的隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图3-7(a)所示。在摆线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮只相差一个齿，因而不需设置隔板，如图3-7(b)所示。内啮合齿轮泵中的小齿轮为主动轮。上一页下一页返回3.2齿轮泵内啮合齿轮泵结构紧凑，尺寸小，质量轻。由于齿轮转向相同，相对滑动速度小，磨损小，使用寿命长，流量脉动远小于外啮合齿轮泵，因而压力脉动和噪声都较小。内啮合齿轮泵容许使用高转速(高转速下的离心力能使油液更好地充入密封工作腔)，可获得较高的容积效率。摆线内啮合齿轮泵排量大、结构更简单，而且由于啮合的重合度大，传动平稳，吸油条件更为良好。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂、加工精度要求高、需要专门的制造设备、造价较贵。随着工业技术的发展，它的应用将会越来越广泛。上一页返回3.3叶片泵叶片泵是机床液压系统中应用最广泛的一种泵。具有工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长等优点，主要应用于机械制造中的专用机床和自动线等中低压液压系统中。它的缺点是:结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染比较敏感。根据吸压油液次数可分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。按其排量能否变化可分为定量叶片泵和变量叶片泵。下一页返回3.3叶片泵3.3.1双作用叶片泵1.工作原理在叶片泵中双作用式叶片泵为定量泵。如图3-8所示双作用式叶片泵由定子1、转子2、叶片3和配油盘4等组成。转子和定子中心重合，定子内表面近似为椭圆柱形，该椭圆由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线所组成。当转子转动时，叶片在离心力和(建立压力后)根部液压油的作用下，由转子槽内向外移动而压向定子内表面。叶片与定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘共同围成了若干个密封空间。当转子按图3-8所示方向顺针旋转时，处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中，叶片外伸，密封空间的容积增大，吸入油液。而当大圆弧经过渡曲线运动上一页下一页返回3.3叶片泵到小圆弧时，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封空间容积变小，将油液压出。因而，转子每转一周，每个工作空间要完成两次吸油和压油的叶片泵，称之为双作用叶片泵。这种叶片泵的两个吸油腔和两个压腔是径向对称的，因而作用在转子上的径向液压力平衡。因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵，为了要使径向力完全平衡，密封空间数(即叶片数)应当是双数。上一页下一页返回3.3叶片泵2.结构YB型双作用叶片泵的结构如图3-9所示，整个泵采用分离结构，前、后盖体3和7以及前端盖8组成泵体，左右两个配流盘2和6、转子13、定子5和叶片4都是泵的主要结构。在图中可以看到吸油口和压油口距离较远，分别设置在前后泵体上，这样的结构便于解决隔离和密封问题。两端的轴承1和11通过花键支撑转子，防尘圈10可以防止外部灰尘和污物的侵入，同时防止油液的外泄。双作用叶片泵在结构上有两个特点:(1)在叶片底部通液压油，使叶片充分伸出，顶在定子内表面上，使叶片顶部与定子内表面紧密接触(2)叶片安装时，相对于转动方向前倾，以减小叶片在伸缩时与叶片槽之间的摩擦力。所以若使用双作用叶片，电动机的旋转方向为规定方向。上一页下一页返回3.3叶片泵3.提高工作压力的主要措施随着技术的发展，经过不断改进，双作用叶片泵的最高工作压力已达到2030MPa;这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的，因此不像高压齿轮泵和单作用叶片泵那样，工作压力的提高会受到径向承载能力的限制。叶片泵采用浮动配流盘对端面间隙进行补偿后，泵在高压下也能保持较高的容积效率，叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损，为了解决定子和叶片的磨损，要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力，目前采取的主要结构措施有以下几种。上一页下一页返回3.3叶片泵1)双叶片结构如图3-10所示，在转子2的叶片槽内装有两个经过倒角的叶片1。叶片底部不和高压油腔相通，两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道，因而作用在叶片底、头部的油压力相等。合理设计叶片头部的形状，使叶片头部承压面积略小于叶片底部承压面积。这个承压面积的差值就形成叶片对定子3内表面的接触力。也就是说，这个推力是能够通过叶片头部的形状来控制的，以便既保证叶片与定子紧密接触，又不至于使接触应力过大。同时，槽内两个叶片可以相互滑动，以保证在任何位置，两个叶片的头部和定子内表面紧密接触。这种结构形式的叶片泵，最高压力可达175x105Pa。上一页下一页返回3.3叶片泵2)弹簧负载叶片结构与双叶片结构类似的还有弹簧负载叶片结构。如图3-11所示，转子2的叶片槽内装有叶片1，叶片的顶部和根部有孔相通，在叶片的底面上开有3个弹簧孔。叶片在转子槽中滑动时，头部和底部所受的作用力基本平衡。为了保证叶片1和定子3的内表面能紧密接触，在叶片根部装有弹簧4。叶片和定子内表面的接触压力仅为叶片的惯性力和弹簧力，故接触力较小。不过，弹簧在工作过程中频繁受交变压缩，易引起疲劳损坏，但这种结构可以原封不动地作为油电动机使用，这是其他叶片泵结构所不具备的。上一页下一页返回3.3叶片泵3)母子叶片结构如图3-12所示，在转子叶片槽中装有母叶片1和子叶片4两部分。通过配油盘使K腔总是和压力油相通，引入母子叶片间的小腔C内。而母子叶片根部L腔，则经转子体2上虚线所示的油孔始终与顶部油压相通。当叶片经过吸油腔时，母叶片根部不受高压油作用，只受C腔的高压油作用而压向定子。由于C腔面积不大，所以定子表面所受作用力也不大。上一页下一页返回3.3叶片泵4.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在油路上并联组成的。两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转，并各自有独立的出油口，两个泵可以是相等流量的，也可以是不等流量的。双联叶片泵常用于有快进和工作进给要求的机械加工的专用机床中，这时双联泵由一小流量泵和一大流量泵组成。当快速进给时，两个泵同时供油(此时压力较低)。当工作进给时，由小流量泵供油(此时压力较高)，同时在油路系统上使大流量泵卸荷。这与采用一个高压大流量的泵相比，可以节省能源，减少油液发热。这种双联叶片泵也常用于机床液压系统中需要两个互不影响的独立油路中。上一页下一页返回3.3叶片泵3.3.2单作用叶片泵1.工作原理单作用叶片泵的工作原理如图3-13所示，泵由定子1、转子2、叶片3和配油盘4等组成。定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心距。，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油液压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，这样，两相邻叶片、配油盘、定子和转子之间便形成了一个密封的工作腔。当转子按图示方向旋转时，图下侧的叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，油液通过吸油口经配油盘上的吸油窗口进入密封工作腔，从而完成吸油过程。而在图的上侧，叶片被定子内表面推入转子的槽内，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液受到压缩，经配油盘上排油窗口和压油口被输上一页下一页返回3.3叶片泵送到系统中去。这种泵在转子转一周的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。由于转子上受到的径向液压力是不平衡的，故又称非平衡式叶片泵，其轴承负载大。若改变定子和转子间的偏心距大小，便可改变泵的排量，故这种泵是变量泵。如果不考虑叶片的厚度，设定子内径为D，定子与转子的偏心量为e，叶片宽度b，则泵的排量近似为泵的实际流量为上一页下一页返回3.3叶片泵2.结构特点1)定子和转子偏心安置通过移动定子位置来改变偏心距，从而调节泵的输出流量。偏心反向时，吸压油方向也相反。2)叶片后倾为了减小叶片与定子间磨损，叶片底部油槽采用在压油区通压力油，在吸油区与吸油腔相通的结构形式，因而，叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的这样，叶片仅靠旋转时所受的离心力作用向外运动顶在定子内部表面上。根据力学分析，叶片后倾一个角度更有利于叶片向外伸出，通常后倾角为24℃。3)径向液压力不平衡由于转子及轴承上承受的径向力不平衡，所以，该泵不易用于高压，其额定压力不能超过7MPa.上一页下一页返回3.3叶片泵3.限压式变量叶片泵改变单作用叶片泵的偏心距。，就可以改变泵的排量。按照改变偏心距的方式，变量泵可分为手调式和自动调节式两种类型，自动调节式变量泵又有限压式和稳流量式等多种形式，其中以限压式变量叶片泵应用最广泛。限压式变量叶片泵按变量工作原理来分，有内反馈式和外反馈式两种，下面以外反馈式为例介绍它的变量原理。上一页下一页返回3.3叶片泵如图3-14所示为外反馈限压式变量叶片泵的工作原理图，其能根据泵出口负载压力的大小自动调节泵的排量。图中转子1的中心是固定不动的，定子2可沿滑块滚针轴承4左右移动。定子左边有限压弹簧3，右边有反馈柱塞缸5，柱塞缸油腔与泵的压油腔相通。设反馈柱塞的受压面积为Ax当作用在定子上的反馈力pAx小于作用在定子上的弹簧力Fx时，弹簧3把定子推向最右边，使定子和转子之间保持原始偏心距e0(调节螺钉6用以调节泵的原始偏心距e0，进而调节流量)，泵的输出流量最大。当泵的压力升高到pAx>Fx时，反馈力克服弹簧预紧力，推动定子左移x,偏心ex减小，泵输出流量9随之减小。压力愈高，偏心愈小，输出流量也愈小。当压力达到使泵的偏心所产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵的输出流量为零，不管外负载再如何加大，泵的输出压力不会再升高，所以这种泵被称为外反馈限压式变量叶片泵。上一页下一页返回3.3叶片泵如图3-15所示为外反馈限压式变量叶片泵的静态特性曲线，曲线AB段稍有下降是泵的泄漏所引起的;当泵的工作压力升高到大于限定压力PB时，pAx>F，定子左移，偏心量减小，泵的流量也减小。泵的工作压力愈高，偏心量就愈小，泵的流量也就愈小;当泵的压力达到极限压力PC时，偏心量接近零，泵不再有流量输出。限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实现保压和工作进给的执行元件来说是一种合适的油源。快速行程需要大的流量，负载压力较低，正好使用其AB段曲线部分;保压和工作进给时负载压力升高，需要流量减小，正好使用其BC段曲线部分。上一页返回3.4柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动引起密封容积的变化来实现吸油与压油的。通过改变柱塞的工作行程来改变泵的排量，易于实现单向或双向变量。与齿轮泵和叶片泵相比，柱塞泵具有压力高、加工方便、配合精度高、泄漏小等优点，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合上得到广泛的应用，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械和船舶等。按柱塞泵柱塞排列方向的不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。下一页返回3.4柱塞泵3.4.1径向柱塞泵如图3-16所示为径向柱塞泵的工作原理图，转子2上径向排列着柱塞孔，柱塞1可在其中自由滑动。衬套3固定在转子孔内，并随转子一起旋转，配油轴5固定不动。当转子顺时针方向旋转时，柱塞随转子一起旋转，在惯性作用下压紧在定子4的内壁上。由于转子与定子之间存在偏心距e，所以柱塞在旋转的同时作往复运动，通过配油轴上的a孔b腔和d孔c腔完成吸、排油过程。转子每转一周，每个柱塞吸、排油各一次。移动定子，改变偏心距e，便可改变泵的排量。径向柱塞泵的加工精度要求不高，但径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，配油轴受径向不平衡力的作用容易磨损，因此转速和压力不能太高。上一页下一页返回3.4柱塞泵3.4.2轴向柱塞泵轴向柱塞泵有直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式)两种形式。1.直轴式轴向柱塞泵1)工作原理如图3-17所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图，配油盘1上的两个弧形孔为吸、排油窗口，斜盘10与配油盘固定不动，弹簧5通过芯套7将回程盘8和滑靴9压紧在斜盘上。传动轴2通过键3带动缸体4和柱塞6旋转，当柱塞按图示方向旋转时，在泵的右侧，柱塞被滑靴(其头为球铰连接)从柱塞孔中拉出，使柱塞与柱塞孔组成的密封工作容积加大而产生真空，油液通过配油盘的吸油窗口被吸进柱塞孔内，从而完成吸油过程。当柱塞转到泵的左侧，柱塞被斜盘的斜面通过滑靴压进柱塞孔内，使密封工作容积减小，油液受压，通过配油盘的排上一页下一页返回3.4柱塞泵油，窗口排出泵外，从而完成压油过程。缸体旋转一周，每个柱塞都完成一次吸油和压油。2)结构特点(1)端面间隙的自动补偿。如图3-16所示，使缸体紧压配油盘端面的作用力，除机械装置或弹簧的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力。此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力作用，从而紧贴着配油盘，就使端面间隙得到了自动补偿。上一页下一页返回3.4柱塞泵(2)滑靴的静压支撑结构。如图3-18所示，柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，这种轴向柱塞泵由于头部与斜盘平面理论上为点接触，因而接触应力大，极易磨损。一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴，如图3-17所示，滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况，有利于提高轴向柱塞泵的压力和其他参数，使其在高压、高速下工作。上一页下一页返回3.4柱塞泵2.斜轴式轴向柱塞泵如图3-19所示为斜轴式轴向柱塞泵的工作原理图。传动轴5的轴线相对于缸体3有倾角，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆4相连。当传动轴5沿图示方向旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内作往复运动，使柱塞孔底部的密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配油盘1上的窗口a和b实现吸油和压油。上一页下一页返回3.4柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故其结构强度较高，可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角较大，变量范围较大，但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，斜轴式轴向柱塞泵的使用相当广泛。在变量形式上，斜盘式轴向柱塞泵靠斜盘摆动变量，斜轴式轴向柱塞泵则为摆缸变量，因此，后者的变量系统的响应较慢。关于斜轴泵的排量和流量可参照斜盘式泵的计算方法计算。上一页返回3.5液压泵的选用选择液压泵时，首先要根据液压系统所提出的要求(如工作压力、流量)选择液压泵的类型，然后对其性能和成本等进行综合考虑，最后确定所选用液压泵的类型、型号和规格。下一页返回3.5液压泵的选用上一页下一页返回3.5.1液压泵类型的选择一般低压系统或辅助装置选用低压齿轮泵;中压系统多选用叶片泵;高压系统多选用柱塞泵。由于柱塞泵价格较高，所以对于平稳性、脉动性和噪声要求不高的高压系统或工作环境较差的场合，可采用高压齿轮泵。如各种工程机械(推土机和挖掘机)。有特别精密要求的液压系统，可以选用螺杆泵常用液压泵的性能比较见表3-2，可供选用液压泵时参考。3.5液压泵的选用上一页下一页返回3.5.2液压泵的工作压力液压泵的工作压力应满足液压系统中执行机构所需的最大工作压力，即式中K压为考虑管道压力损失所取的系数，一般取K压=1.1~1.5。3.5液压泵的选用上一页下一页返回3.5.3液压泵的流量液压泵的流量应满足液压系统中同时工作的执行机构所需的最大流量之和，即根据计算出的工作压力和流量选择泵的类型，确定泵的额定压力和额定流量。3.5液压泵的选用3.5.4配套电动机的选用液压泵配套电动机功率的计算公式为式中pq—液压泵同一时间压力与流量乘积的最大值;

η—液压泵的总效率。在液压泵产品样本中，往往附有配套电动机功率数值，这个数值是指在额定压力和流量下所需的功率，实际应用中可能达不到，故可根据实际情况计算选用合适的电动机。上一页返回知识拓展1.泵的装拆实验目的液压元件是液压系统的重要组成部分。通过对液压泵的拆装，加深对泵结构及工作原理的了解，并对液压泵的加工及装配工艺形成初步的认识实验设备内六角扳手、固定扳手、螺丝刀、液压泵实验内容拆解各类液压元件，观察及了解各零件在液压泵中的作用以及各种液压泵的工作原理，并按一定的步骤装配各类液压泵。下一页返回知识拓展1)轴向柱塞泵型号:SCY14-1型轴向柱塞泵(手动变量)。结构如图3-20所示。实验原理当油泵的输入轴9通过电机带动旋转时，缸体5随之旋转。由于装在缸体中的柱塞10的球头部分上的滑靴13被回程盘14压向斜盘20，因此柱塞10将随着斜盘20的斜面在缸体5中作往复运动，从而实现油泵的吸油和排油。油泵的配油是由配油盘6实现的。改变斜盘的倾斜角度就可以改变油泵的流量输出。实验报告要求(1)根据实物，画出柱塞泵的工作原理简图(2)简要说明轴向柱塞泵的结构组成上一页下一页返回知识拓展2)齿轮泵型号:CB-B型齿轮泵结构图如图3-21所示。工作原理在吸油腔，轮齿在啮合点相互从对方齿谷中退出，密封工作空间的有效容积不断增大，完成吸油过程。在排油腔，轮齿在啮合点相互进入对方齿谷中，密封工作空间的有效容积不断减小，实现排油过程。实验报告要求(1)根据实物，画出齿轮泵的工作原理简图。(2)简要说明齿轮泵的结构组成。上一页下一页返回知识拓展3)双作用叶片泵型号:YB-6型叶片泵。结构图如图3-22所示。工作原理当轴3带动转子4转动时，装于转子叶片槽中的叶片在离心力和叶片底部压力油的作用下伸出，叶片顶部紧贴于定子表面，沿着定子曲线滑动。叶片往定子的长轴方向运动时叶片伸出，使得由定子5的内表面，配油盘2,7，转子和叶片所形成的密闭容腔不断扩大，通过配油盘上的配油窗口实现吸油。往短轴方向运动时叶片缩进，密闭容腔不断缩小，通过配油盘上的配油窗口实现排油。转子旋转一周，叶片伸出和缩进两次。上一页下一页返回知识拓展试验报告要求(1)根据实物画出双作用叶片泵的工作原理简图(2)简要说明叶片泵的结构组成上一页下一页返回知识拓展2.泵的出口压力与流量的关系实验目的通过实验，了解液压泵的主要性能及其性能实验所用设备和实验方法。分析液压泵的性能曲线，了解液压泵压力与流量的关系实验设备液压教学试验台、秒表、棉纱上一页下一页返回知识拓展

上一页下一页返回知识拓展通过测定被试泵在不同工作压力下的实际流量，得出其流量-压力的特性曲线调节节流阀，即得到被试泵的不同压力，可通过压力表观测。不同压力下的流量，用测定对应流过流量计液体体积△V所用的时间△t来确定。△V取10L，即流量计转一圈。上一页下一页返回知识拓展实验步骤(1)全部打开节流阀和溢流阀，接通电源，启动液压泵。让被试泵空载运转几分钟，排除系统内的空气。(2)关闭节流阀，慢慢调节溢流阀，将压力P1调至50kgf/cm2，然后用锁母将溢流阀锁紧。(3)全部打开节流阀，使被试泵的压力为零(或接近零)，测出此时的流量，即为空载流量。(4)逐渐关小节流阀的通流截面，作为泵的不同负载，测出对应不同压力P时流过流量计△V所用的时间△t，将所测数据填入表3-3。注意，节流阀每次调节后，须运转一两分钟后再测有关数据。(5)实验完成后，将节流阀、溢流阀全部松开，再关闭液压泵，关闭电源。上一页返回本章小结作为系统的动力元件，液压泵将原动机提供的机械能转化为系统的压力能，为系统提供具有流量和压力的工作介质。液压泵是通过密封容积的变化来完成吸油和压油的，因此又称为容积泵。液压泵分类依据多样，本章以结构不同为依据，先后介绍齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的工作原理和结构特点。齿轮泵按结构形式可分为外啮合和内啮合两种。外啮合齿轮泵具有结构紧凑、易于制造维护、成本低，抗污染能力强，工作可靠等优点，故广泛应用于各种低压系统中，而内啮合齿轮泵多作为辅助泵使用。下一页返回本章小结叶片泵是机床液压系统中应用最广泛的一种泵。具有工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长等优点。主要应用于机械制造中的专用机床和自动线等中低压液压系统中。它的缺点是:结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染比较敏感。根据吸压油液次数可分为双作用叶片泵和单作用叶片泵，按其排量能否变化可分为定量叶片泵和变量叶片泵。柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动引起密封容积的变化来实现吸油与压油的。通过改变柱塞的工作行程来改变泵的排量，易于实现单向或双向变量。柱塞泵具有压力高、加工方便、配合精度高、泄漏小等优点，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合上得到广泛