西建大液压传动与液力传动教案

第一章

液压传动概论机器的组成：原动机、传动装置、工作机构。根据传递能量的工作介质的不同，传动可分为：机械传动、电气传动、气体传动、液体传动。第一节液压传动的工作原理和组成一、液体传动的基本概念凡是利用液体（油、水）作为工作介质而来传递动力的，就叫做液体传动。液体传动有两种形式，即：液压传动——（静液传动）基于工程流体力学的帕斯卡原理，利用液体压力能而做功的传动；液力传动——（动液传动）基于工程流体力学的动量矩原理，利用液体动能而做功的传动（如离心泵、液力变矩器）。注意：液体必须在密封容积中才能起传动的作用。二、液压传动的工作原理和组成举升机构的液压系统结构式原理图（图1-1）举升机构的液压系统结构式原理图（图1-1）

a)系统原理图b)换向阀1、2－单向阀3－溢流阀4－节流阀5－换向阀6－工作机构7－液压缸8－液压泵9－过滤器10－油箱用职能符号表示的液压系统原理图（图用职能符号表示的液压系统原理图（图1－2）

a)系统原理图b)、c)换向阀1、2－单向阀3－溢流阀4－节流阀5－换向阀6－工作结构7－液压缸8－液压泵9－过滤器10－油箱

2、液压系统的组成和作用

动力元件（液压泵）——系统的能源，它是把原动机（电动机、发动机）的机械能转换成液压能的“能量转换装置”；

执行元件（液压缸、液压马达）——系统对外做功的装置，是把液压能转换成机械能的“能量转换装置”。前者实现往复运动，后者实现旋转运动；

控制元件（换向阀、溢流阀、流量阀等）——是系统中的控制和调节装置。它能按设定的要求和工作循环，把液压能正确地提供给执行元件；

辅助元件（油箱、滤油器、油管、压力表、蓄能器、截止阀等）——它将使系统工作更完善，是保证系统正常工作的不可缺少的元件；

工作介质（液压油）——用以传递能量，同时还起到散热和润滑作用。三、液压系统的优缺点1、优点：

能获得很大的机械力或扭矩，快速响应灵敏。因为压力高，故可获得较大的机械力或扭矩，又因外形小、质量轻、惯性小，故快速响应灵敏。如缸：400－1000次／分，马达500次／分；

调速方便，且可无级调速（利用流量阀或变量泵、变量马达），传动比大（马达i＝1000：1），低速性能也好（如径向马达稳定低速可达1r/s）；

易于布置，组合灵活性大，利于标准化、系列化，配合计算机可实现随动和自动控制的自动化；

可以简便地与电控部分结合，组成电液结合成一体的传动和控制器件，实现各种自动控制。这种电液控制即具有液压传动输出功率适应范围大的特点，又具有电子控制方便灵活的特点；

自润滑，不需要专门的润滑系统。2、缺点：

易泄露（内泄漏、外泄漏），故效率降低，液动机位移精度降低，锁精度降低，此外外泄漏使油浪费且污染环境；

对元件的加工质量要求高，对油液的过滤要求严格；

受环境影响较大，尤为温度的影响更甚；

由于能量转换次数多等原因造成系统的总效率低，目前一般效率为70－85％；

液压元件的制造和维护要求较高，价格也较贵。四、在现代工业中的应用起重机械——汽车吊、龙门吊、叉车矿山机械——凿岩机、破碎机、提升机、采煤机建筑机械——打桩机、平地机、装载机、推土机、摊铺机农业机械——康拜因、拖拉机林业机械——木材采运机、人造板机纺织机械——整经机、浆纱机石油机械——抽油机、石油钻机建材机械——水泥回转窑、石料切割机、玻璃加工机锻造机械——高压造型机、压铸机机床机械——液压车床、磨床、液压机冶金机械——电炉炉顶电极提升器轻工机械——机械手、自卸汽车、高空作业架船舶机械——起锚机航空机械——飞机起落架航天、宇航——宇宙飞船、航天飞机兵器机械——坦克，火炮稳定器智能机械——机器人第二节液压系统的工作介质一、概述作用：液压油是传递动力和信号的工作介质，同时也起到润滑、冷却、防锈的作用。其类型如下表：工业液压油石油基液压油机械油——即全损耗系统用油汽轮机油普通液压油专业液压油抗磨液压油低温液压油液压——导轨油高粘度指数液压油其他专业液压油难燃型液压油乳化油水包油乳化液油包水乳化液合成型液压油水——乙二醇液磷酸脂液其他下面主要介绍建设机械液压系统广泛采用的石油基液压油。1、普通液压油（L——HL液压油）采用精制矿物油做基础油，加入抗氧、抗腐、抗气泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，适用于一般液压系统。注意：不适合0℃以下的工作环境。其牌号有HL—2、HL—46、HL—68。型号：L——HL32其中：L——代表润滑剂类型；H——组别；L——表示防锈、抗氧化型；32——40℃时的运动粘度“厘斯数”。2、抗磨液压油也是采用精制矿物油做基础油＋抗氧剂＋抗磨剂＋抗泡沫添加剂＋防锈剂＋抗磨剂＋金属钝化剂＋破乳化剂调制而成。从抗磨剂的组成来看，抗磨液压油分为两种：一种是以二烷基二硫代磷锌为主剂的含锌油；一种是不含金属盐（简称无灰型）的油。含锌抗磨液压油，对钢—钢磨擦副（如叶片泵）来说抗磨性特别突出，而对含有银和铜的部件有腐蚀作用。无灰抗磨液压油对含有银和铜的部件不会产生腐蚀且在水解安定性、破乳化及氧化安定性方面好于含锌抗磨液压油。抗磨液压油适用于–15℃以上的高压、高速建设机械和车辆液压系统。其牌号有HM—32、HM—46、HM—68、HM－100、HM—150。其中M代表抗磨型。3、低温液压油、高粘度指数液压油特点是粘温特性好（粘温性——温度对粘度的影响，小则为好），润滑性好，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统。4、机械油（全损耗系统用油）主要适用于低负荷机械部件的润滑。可做液压系统的代用油，适用于环境温度为0~40℃，工作压力低于7MPa的液压系统。二、液压油的性质1、密度式中：——液体的密度(kg/m3)；——液体质量（kg）；——液体体积（m3）。

液压油的标准密度——一个大气压，20℃时的油密度，以表示；

液压油的密度一般在700～900（kg/m3），建设机械常用液压油的密度为=880kg/m3；；

在实用中一般可以认为液压油的密度是固定值（温度、压力对的影响可忽略）。2、压缩性，热胀性压缩性：液压油受压，体积↓而密度↑。热胀性：液压油受热，体积↑而密度↓。一般来说，在实际液压系统中，可以忽略油液的压缩性和热胀性，但当压力较高或进行动态分析时就必须考虑液体的压缩性。3、液压油的粘滞性、粘度（1）粘滞性——液体在流动过程中，由于相互间发生相对运动而所表现出来的力的性质，叫做它的粘滞性，也叫粘性。它表现出的力是指质点之间的内摩擦力。

液体的粘滞性，只有在质点有相互运动时才能表现出来，静止时是不会有粘滞性的；下面研究有关粘滞性的有关问题。液体的剪切流动图如右图所示，两平面内充满液体，上板运动，下板固定不动。由于液体与固体间的附着性及各层之间的吸附性，致使各液层速度呈线性分布。各层间的内摩擦力与下述因素有关。液体的剪切流动图a)与层间速度成正比，与层间距离成反比，即与成正比。这里，——速度梯度，即由下层向上层速度变化的快慢程度。b)与两层液体的接触面积成正比。c)与液体的品种有关，与压力无关。用数学表达式为：内摩擦力层间切应力式中：——系数。（2）粘度：液体的粘滞程度用粘度表示。粘度是选用液体的主要指标，是影响动力学的重要因素。有三种表示方法：a)绝对粘度（又叫动力粘度），是由层间切应力公式导出来的，因为单位中有力的因次，故又叫动力粘度。其物理意义：面积各为1cm2，相距1cm的两层液体，以1cm/s的速度相对运动，此时产生的内摩擦力，称为动力粘度。在SI单位制中，动力粘度单位为帕·秒（Pa·s）,即：N·s/m2。如果动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，这种液体称为牛顿液体，否则称为非牛顿液体。一般来说，石油基液压油为牛顿液体。b)运动粘度单位（SI单位制）：m2/s，在工程上常用mm2/s（厘斯，cSt）或cm2/s表示（斯，St表示，其换算关系为1m2/s=104St=106cSt。动力粘度和运动粘度是理论分析与推导中经常使用的粘度单位。因采用SI制及其倍数单位中的绝对单位制，故称为绝对粘度。c)相对粘度相对粘度又称条件粘度，是指在规定条件下可以直接测量的粘度。中国、德国和俄罗斯用恩氏粘度，美国用赛氏粘度SUS，英国用雷氏粘度RS。方法：一般采用20℃、50℃、100℃几种温度，分别记作、、。一般记作，如——在20℃时，某被测油的恩氏相对粘度为7。工业上常用作为标准恩氏粘度。恩式粘度计如图所示，蒸馏水：,200cm3，用恩氏粘度计漏完时间为y；液压油：,200cm3，用恩氏粘度计漏完时间为x，，则有。恩式粘度计（3）压力、温度对于粘滞性的影响。压力↑粘度↑，温度↑粘度↓，在压力不高时，可以忽略其对粘度的影响。三、液压油的选用注意：1、一般来说，选用液压油时最先考虑的是它的粘度，因为液压油粘度对液压装置的性能影响最大；2、液压油具有使用寿命，国产液压油的使用寿命一般都在一年以上；3、在使用过程中，应防止水、其它油类、灰类和其它机械杂质进入油中；4、换油时必须将油箱和液压系统的管路彻底清洗，新油要过滤后再注入油箱。

液压流体力学基础流体力学是研究流体平衡和运动规律的一门学科。本节主要介绍与液压传动、伺服控制有关的流体力学知识，重点为静压力基本方程、连续性方程、伯努利方程、以及动量方程、薄壁小孔的流量计算。一、流体静力学基础1、液体静压力及其特性静压力是指液体处于静止状态时，单位面积上所受的法向作用力。静压力在液压传动中简称压力，在物理学中则称为压强。（N/m2）（N/m2）称为Pa，106Pa=1MPa，1bar=105Pa=0.1Mpa静压力有两个重要性质

流体静压力垂直于作用面，其方向和该面的内法线方向一致。这是因液体只能受压，不能受拉（永远内向垂直于作用面）；

静止液体中任何一点受到各个方向的压力都相等。如果液体中某点受到的压力不相等，那么液体就要运动，这就破坏了静止的条件。（静止液体内任一点各方向静压力均相等）。2、静压力基本方程

式中：p——静止液体中某一点的压力；p0——作用在液面上的压力；h——该点离液面的垂直距离；ρ——液体的密度；g——重力加速度。静压力基本方程说明了：

静止液体中任一点的压力是液面上的压力p0和液柱重力所产生的压力之和；

静止液体内的压力随着深度h的增加线性地增加；

同一液体中，深度h相同的各点压力相同。由压力相等的点组成的面称为等压面。显然，在重力作用下静止液体的等压面是水平面。一个标准大气压＝101325Pa≈Pa＝0.1Mpa＝1bar在工程应用中，还可以用到另外的形式表达压力分布规律。对于静止液体，、H、均是常数，设，则有：（const）式中Z实质上表示了A点单位重量液体相对于基准平面的位能。设A点液体质量为m，重量为mg，相对于基准水平面的位置势能为mgz，则单位重量的位能就是mgz/mg=z，故z又常称为位置水头。表示了单位重量的压力能，如果在与A点等高的容器壁上，接一根上端封闭并抽去空气的玻璃管，可以看见在静压力的作用下，液体将沿玻璃杯上升至高度，根据静力学基本方程，有。这说明A处液体质点由于受到静压力作用而具有的势能，或单位势能具有的势能为。又因为，故为单位重量液体的压力能，也称为压力水头。3、绝对压力、相对压力和真空度压力有两种表示方法：一种是以绝对零压力作为基准所表达的压力，称为绝对压力；另一种是以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。绝大多数测压仪所测得的压力都是高于大气压力的压力，故相对压力又称表压力。显然：绝对压力＝大气压力＋相对压力（表压力）或相对压力（表压力）＝绝对压力－大气压力在工程上会遇到绝对压力高于大气压力的情况，也会遇到绝对压力低于大气压力的情况。例如，当液压泵运转时，在液压泵吸油腔内，液体的绝对压力就低于大气压力。这时相对压力是负值，工程上称为真空度。既有：真空度＝大气压力－绝对压力绝对压力、相对压力和真空度之间的相互关系如图所示。

通常在液压传动系统的压力管路和压力容器中，有外力所产生的压力要比由液体自重所产生的压力大许多倍。例如液压缸、管道的配置高度一般不超过10M，如取油液的密度为900kg/m2，则由油液自重所产生的压力，而液压系统内部的压力通常在几到几十Mpa之间。因此，液压传动系统中，为使问题简化，由油液自重产生的压力通常忽略不计，一般认为静止液体内部各处的压力都是想等的。这种提法不严格，但解决实际工程问题很实用，以后在分析某些控制阀和液压系统的工作原理时常要用到它。二、流体动力学基础1、几个基本概念理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。实际液体：既有粘性又可压缩的液体。液体具有粘性，并且只有在液体流动时才显现粘性。但粘性阻力的规律比较复杂。所以开始时，先假设液体无粘性，在此基础上推导出基本方程，然后再考虑粘性的影响，并通过实验验证的方法对基本方程予以修正。液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化，这种流动称为稳定流动；反之称为非稳定流动。通流截面：垂直于液体流动方向的截面。单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量，既式中：q——流量，在液体传动中，流量单位为L/min或mL/s；V——液体体积；t——通过体积V所需要的时间；A——通流截面面积；v——平均流速。2、液体流动的连续性方程液体的压缩性很小，在一般情况下，可认为是不可压缩的。当液体在管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内流体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一通流截面的液体质量必然相等。液流的连续性原理常数液流的连续性原理或上式被称为连续性方程，它说明了在同一管路中，无论通流面积怎样变化，只要液体是连续的，即没有空隙，没有泄露，液体通过任一截面的流量是相等的；同时还说明了同一管路中通流面积大的地方液体流速小，通流面积小的地方则液体流速大。当通流面积一定时，通过液体的流量越大，其流速也越大。伯努力方程推导简图3、能量方程（流体的伯努利方程）伯努力方程推导简图（1）理想流体的伯努利方程理想液体没有粘性，他在管内作稳定流动是没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道在各个截面上液体的总能量都是相等的。=常数式中各项分别称为：比压能（压力水头）、比位能（位置水头）、比动能（速度水头），每一项的量纲都是长度单位。伯努利方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形式的能量，在任一截面上这三种能量可以互相转换，但其总和却保持不变。而静压力基本方程则是伯努利方程（在流速为零时）的特例。（2）实际流体的伯努利方程实际液体具有粘性，在管中流动时，为克服粘性阻力需要消耗能量，所以实际液体的伯努利方程为实际液体流动时的能量损失也可以用压力损失表示：。4、管路压力损失计算实际液体具有粘性，流动时就有阻力，为了克服阻力就必然要消耗能量，这样就有能量损失。能量损失主要表现为压力损失。这就是实际液体伯努利方程最后一项的含义。液体压力的损失分为两类，一是有油液流经直管时的压力损失，称为沿程压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内摩擦力引起的，另一类是油液流经局部障碍（如弯管、管道突然扩大或收缩以及阀控口等）时，由于液流方向或速度突然变化，在局部地区形成旋涡引起液体质点相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失，这种损失称为局部压力损失。沿程压力损失的大小与液体流动状态有关，因此下面将首先介绍液体的两种流态和判断准则。19世纪末，雷诺通过大量实验发现了液体在管道内流动时具有两种状态：层流和紊流。并找到了判别这两种状态的方法。液体流态液体流态

（a）层流（b）紊流层流时，液体质点沿管道作直线运动而没有横向运动，即液体作分层流动，各层间的液体互不混杂。紊流时，流体质点的运动杂乱无章，除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态。层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，这时粘性力起主导作用。紊流时，液体流速较高，粘性制约作用减弱，因而惯性力起主动作用。大量实验证明，流体在圆管内的流动状态，不仅与液体的平均流速v有关，还和管径D及油液的运动粘度有关。决定液流状态的是这三个参数组成的一个称之为雷诺数Re的无量纲数，即。液体在圆管内流动时，如雷诺数相同，它的流动状态亦相同。液流由层流转变为紊流时的雷诺数和有紊流转为层流时的雷诺数是不同的，后者数值小，一般用后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作。各种形状通道的临界雷诺数由实验确定。实验表明，在管道形状相同的条件下，其临界雷诺数基本上是一个定值。常见液流通道的临界雷诺数通道形状临界雷诺数光滑金属圆管2320橡胶软管1600～2000光滑的同心环状缝隙1100光滑的偏心环状缝隙1000有环槽的同心环状缝隙700有环槽的偏心环状缝隙400圆柱形滑阀阀口260锥阀阀口20～1005、动量方程在计算流动液体与固体壁面间的作用力时，利用能量方程求解是很麻烦的，利用动量方程就很方便，因为它不涉及液体内部的速度和压力分布，只需要知道边界上速度和压力即可。式中：F——作用在液流控制体上所有的外力；γ——单位体积液体所受的重力，重度；q——通过截面的流量；G——重力加速度；β1、β2——有效截面1、2处的动量修正系数。层流β=4/3，紊流β=1.04，一般取β=1；液压圆柱形滑阀——有效截面1、2处的平均速度。液压圆柱形滑阀例1如图示为一液压圆柱形滑阀，阀芯2可在阀体1中轴向移动，控制进出口的油液。式计算液流作用在滑阀上的轴向力。解：取abcdefa为控制体。写出轴向的动量方程液体对阀芯的作用力为：这一作用力方向与一致，使阀芯趋于关闭的方向。对于上图也可以利用动量方程求出液流对阀芯的作用力：这一作用力方向与的方向相反，使阀仍趋于关闭的方向。上述液流在稳定流动情况下由于控制进出口的动量变化而产生的力叫做稳态力，如为非稳定流动则还会产生瞬态力。三、液体流经孔口及缝隙的特性1、节流特性方程在液压传动和伺服控制中经常会遇到液流流经薄壁孔（小孔的通道长度和孔径之比）、细长孔（长径比）或介于两者之间的孔口。液体流过这些孔口，当其过流面积和通道长度不同时，对液流的阻力也不同。如果它们两端的压差不变，则改变它们的过流面积或长度，就可以调节流经它们的流量，为此将它们称为节流器。我们可以把薄壁小孔、细长孔及介于二者之间的所有节流器写成一个式子：三种节流孔的流量特性曲线式中：K——与节流孔（器）的形状、尺寸和液体性质有关的节流系数，由实验求得；三种节流孔的流量特性曲线A——节流孔的过流面积；ΔP——节流孔前后的压力差；M——由节流孔的形状（即孔径与孔长的相对大小）决定的指数。0.5≤m≤1。对于薄壁小孔m=0.5，对于细长孔m=1，其余孔介于二者之间。三种节流孔的流量特性曲线如图示，其中直线OA表示细长孔的流量特性，抛物线OB表示薄壁小孔的流量特性，而介于两种孔之间的节流器流量特性位于OA与OB之间的阴影部分中。当为薄壁小孔时，K与绝对粘度μ无关；为细长孔时，K是μ的函数，所以当其他条件相同而温度变化较大时，细长孔的流量变化也大，薄壁小孔的流量就不受温度变化的影响。所以液压技术上为使流量稳定多采用薄壁孔作为控制流量的节流器，而细长孔则多为阻尼孔用。对于薄壁小孔，其流量为：对于细长孔，其流量为：式中：---称薄壁小孔的节流系数。其中为流量系数，ρ为液体密度。--称细长孔的节流系数。其中d为孔径，l为孔长，μ为液体绝对粘度。薄壁小孔、细长孔或缝隙等对液体流动产生阻力（即形成压力降或压力损失）。通流面积和通道长度不同，其阻力也不同，这种阻力称为液阻。节流阀是借助改变阀口通流面积或通道长度来改变阻力的可变液阻。四、液压冲击和气穴现象1、液压冲击在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间突然升高，产生很高的的压力峰值，这种现象称为液压冲击，液压冲击产生的压力峰值往往比正常工作压力高很多，且常伴有噪声和振动，严重时会损坏液压元件、密封装置和管件等，有时还会引起某些液压元件的误动作。因此必须采取减少或防止液压冲击。液压冲击的类型有以下几种：（1）液流通道迅速关闭或液流方向突然改变使液流速度的大小或方向突然变化时，由液流的惯性力引起的液压冲击。可以采取以下措施来减少这种液压冲击：

使完全冲击改变为不完全冲击，可用减慢阀门关闭速度或设计缓冲装置来达到；

限制管中油液的流速；

用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的能量；

在出现液压冲击的地方，安装限制压力的安全阀。（2）运动部件制动时产生的液压冲击运动部件质量越大，制动前速度越高，制动时产生的冲击压力也越大。降低制动前的速度、设置缓冲卸荷阀是解决该问题的途径。2、气穴现象通常液压油中都溶解有一定的空气，常温时在一个大气压下溶解量约为6～12％（体积）。液体中能溶解的空气量与绝对压力成正比。溶解在液体中的气体对液体的体积弹性模量没有影响，但游离状态的气泡则对液体的体积弹性模量有显著影响。在大气压下溶解于油液中的空气，当压力低于大气压时，就成为过饱和状态，当压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡。这一压力称为空气分离压。若压力继续降低到相应温度的油液饱和蒸汽压时，油液将沸腾汽化产生大量气泡，这两种现象都成为气穴。由于饱和蒸汽压比空气分离压低得多，在液压技术中常把绝对压力是否低于空气分离压作为产生气穴的标准。液压系统中产生气穴后，气泡随油液流至高压区，在高压作用下迅速破裂。于是产生局部液压冲击，压力和温度均急剧上升，出现强烈的噪声和振动。当附着在金属表面上的气泡破裂时，所产生的局部高温和高压会使金属剥落、表面粗糙、元件的工作寿命降低，这一现象称为气蚀。当液压泵吸油管直径过小、安装高度过高、密封不严使空气进入管道和吸入口滤油器堵塞等都会使泵吸油腔产生气穴。液压泵产生气穴后，不仅使输油量减少，还会导致流量和压力脉动以及振动和噪声，使液压泵不能正常工作。在液压系统中，当压力油流过节流口、喷嘴或管道中狭窄缝隙时，由于流速急剧增加，根据伯努利方程可知，该处压力将降得很低，这时也可能产生气穴。为了防止气穴，可采取下列措施：

系统中应减小流经节流小孔、缝隙的压力降，一般希望小孔前后的压力比<3.5；

使用、安装泵时应注意以下几点：尽量降低吸油高度，吸油管路应有足够的管径并避免吸油管内有急弯和局部狭窄处，接头应有良好的密封，滤油器应及时清洗或更换滤芯等，必要时可采取低压辅助泵向吸油口供油。

第二章液压泵和液压马达本章将介绍几种典型的液压泵（又称油泵）及液压马达（又称油马达）。通过本章学习，了解几种油泵及油马达的结构、工作原理、主要性能及优缺点。第一节油泵及油马达的基本工作原理、种类及性能参数在第一章中已讲到油泵是液压系统的动力元件，即系统的心脏，油马达是执行元件。前者是将机械能转换成液压能，后者是将压力能转换成机械能的装置。从原理上讲，泵与马达是可逆的，但实际上由于功用不同，因而在结构上还是有些差别的，所以在一般情况下，液压泵和液压马达是不能互换的。一、油泵的工作原理和类别1、

原理（如右图）液压泵工作原理图共同特点：液压泵工作原理图

应具有封闭容积，容积的变化量及变化频率决定其流量；

必须有配油装置（即吸油口与压油口不能同时开启）；

产生的油压大小，取决于负载。2、类别粗略来分，共有三大类型，即齿轮油泵及齿轮油马达；叶片油泵及叶片油马达；柱塞油泵及柱塞油马达。

3、液压泵和液压马达的职能符号

液压泵的职能符号(a)单向定量液压泵液压泵的职能符号(a)单向定量液压泵(b)双向定量液压泵(c)单向变量液压泵(d)双向变量液压泵液压马达的职能符号(a)单向定量液压马达(b)双向定量液压马达(c)单向变量液压马达(d)双向变量液压马达

二、油泵的性能参数1、压力在液压技术中，常用到“压力”这个名词。压力——单位面积所受力的大小，即物理学中的“压强”的概念。单位：Pa（帕斯卡），。（1）泵的最大工作压力——在短时间内所能达到的极限压力，它取决于零件强度和密封件性能的好坏。（2）泵的额定压力——是指泵在正常工作条件（规定的转速、寿命）下，按试验标准规定能连续运转的最高输出压力。（3）泵的工作压力——泵实际工作时的输出压力，它是随负载的大小而变化的。2、排量和流量（1）排量——液压泵每转一周所能输出的液体的体积（m3/r）。理论排量——由封闭容积所决定的排量（即无泄漏时）。实际排量——泵的实际输出排量。如果泵的每转泄漏量为，则。（2）流量——泵在单位时间里所能输出油液的体积（m3/s）。理论流量，。实际流量，。额定流量——在额定转速和额定压力下，泵的实际流量。——泵的转速（r/s）。3、容积效率，注意：同一个油泵，工作压力不同，也不同。工作压力升高下降。4、额定转速（）：泵在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。泵的特性曲线——泵的泄漏流量泵的特性曲线——泵的泄漏流量（1）功率理论功率，。输入功率——泵吸收的功率（即转矩与转速的乘积）。输出功率——。（2）效率机械效率。 总效率。各功率与各效率关系可由下图直观了解，以便记忆。液压泵的功率与效率关系图

液压泵的功率与效率关系图

三、油马达的主要性能参数1、压力（1）工作压力——实际工作中，液压马达的输入压力。（2）额定压力——是指液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。（3）工作压力差——液压马达输入压力与输出压力之差。2、转速（1）额定转速——在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。（2）最低稳定转速——液压马达在额定负载时，不出现爬行现象的最低工作转速。（油马达的转速取决于供油量及自身排量的大小）3、排量（1）理论排量——由几何封闭容积所决定的每转的液体体积（不考虑泄漏）。（2）实际排量——液压马达每一转所能排出的真实液体体积。实际排量＝理论排量＋液压马达每转的泄漏流量4、流量（1）理论流量——有几何封闭容积所决定的流量（无泄漏，不随压力变化）油马达的特性曲线（2）实际流量——液压马达的真实流量（它随压力而变化）油马达的特性曲线实际流量=理论流量＋液压马达由于泄漏所损失的流量一般情况下，上升而下降。5、功率（1）输入功率——液压马达的工作压力差与实际流量之积。式中——工作压力差（2）理论功率——压差与理论流量之积。（3）输出功率——油马达输出轴上的功率6、效率（1）容积效率（2）机械效率（3）总效率油马达的功率与效率关系图各功率、各效率关系如下图：油马达的功率与效率关系图

第二节齿轮油泵和齿轮油马达一、齿轮油泵内啮合式——参见P18，图2—8外啮合式——是应用较广的油泵。1、外啮合式齿轮泵的结构和工作原理

低压齿轮泵是由两个啮合的外齿轮、泵体、前后端盖及轴承等组成；

工作原理——封闭容积的变化，完成吸、排油。2、外啮合齿轮泵的流量外啮合齿轮泵的工作原理（图2-4）1—外啮合齿轮泵的工作原理（图2-4）1—泵体；2—主动齿轮；3—从动齿轮首先研究近似的理论排量，假设齿轮齿间的工作容积等于齿轮牙齿的体积，则：式中：——齿轮泵的排量（m3/r）；Z——齿轮的齿数；m——齿轮的模数（m）；B——齿轮的齿宽（m）；D——齿轮的节圆直径（m），D=mz；h——齿轮有效工作高度（m）h=2m。实际上，齿间的容积比牙齿的体积稍大一些，所以上式要修正。故理论排量注意：齿数少时取大值。（2）实际流量（即输出流量）（m3/s）说明：泵的排量和齿轮模数的平方成正比。在分度圆直径不变的前提下，模数越大，泵的排量越大。1齿轮泵输出流量具有脉动性，即瞬时流量随齿轮转角的变化具有脉动性。脉动性影响系统的平稳性。脉动的程度用脉动率来表示：齿轮泵脉动率示意图式中：——液压泵的流量脉动率；齿轮泵脉动率示意图——液压泵最大瞬时流量（m3/s）；——液压泵最小瞬时流量（m3/s）；——理论流量。啮合长度长，脉动率就大，当齿轮节圆直径相同时，齿数越多，则啮合长度变小，脉动率减少，但这样会使泵的流量减少。一般来说Z↑（m↓）↓，低压齿轮泵的齿数Z一般取13～19，高压齿轮泵Z一般取6～13。2不能太大，但也不能过小。太大时，会有离心作用，致使吸油腔不能吸满，产生空穴；太小时，下降。所以一般应在额定转速或接近额定转速下运转。二、外啮合齿轮泵存在的问题1、困油现象（1）产生原因：为防止啮合处泄漏，齿轮的重合度，这样就会出现困油现象。卸荷槽示意图齿轮泵的困油现象原理（图2—5）BC最大，CA最小，困油腔最大a)BC＝CA，困油腔最小卸荷槽示意图齿轮泵的困油现象原理（图2—5）BC最大，CA最小，困油腔最大a)BC＝CA，困油腔最小b)BC最小，CA最大，困油腔最大c)

但要严格控制a的尺寸，若a太小，则两泄荷槽经闭死容积将泵的吸、排腔直接连通，使泵的容积效率下降；若a太大，困油现象又不能彻底消除。其原理是：当闭死容积处于最小位置时，卸荷槽不能与闭死容积相通，即闭死容积不能与吸、排油腔相通；当闭死容积由最大逐渐减小时，通过卸荷槽与排油腔相通；当闭死容积由最小逐渐增大时，通过卸荷槽与吸油腔相通。除了双泄荷槽之外，还可开设单个泄荷槽。在困油期间，闭死容积始终与排油腔（或吸油腔）相通。而在任何时候，高、低压腔皆不互相沟通。2、径向力（1）产生原因：有液压作用合力（如图阶梯式渐增，总合力为）；齿轮啮合力（两轮上的方向相反，大小相等）；总径向力。

外啮合齿轮泵的径向作用力合成径向力图外啮合齿轮泵的压力平衡原理图（2）解决和改善措施外啮合齿轮泵的径向作用力合成径向力图外啮合齿轮泵的压力平衡原理图径向力大，将使轴承径向载荷增大，齿顶与壳内壁产生偏磨，同时也加剧轴承的磨损，降低轴承的使用寿命，所以必须改进。其措施：开压力平衡槽，但这样会使内泄增加（如右上图），这种方法现在很少用了；缩小排油口的尺寸，使排油腔的压力仅作用在1～2齿上，以减小值，同时适当增加齿顶和泵壳体内壁之间的间隙，是齿顶不与泵壳体内壁接触。轴向间隙补偿装置示意图（图2—轴向间隙补偿装置示意图（图2—7a）1—

浮动轴套；2—泵体；3—齿轮轴4—弹簧泄漏途径：（1）齿顶泄漏——因路途较长，泄漏量不大，占总泄漏量的15％～20％；（2）齿轮啮合处泄漏——可提高制造安装精度，减少齿轮材料变形，泄漏量也不太大；（3）齿轮端面（也称轴向）泄漏——泄漏量较大，约占75％～80％。对于低压泵，主要是采取提高加工制造精度、安装精度的方法，减少泄漏；对于中、高泵，端面泄漏则不能忽视。采取措施：浮动轴套法或浮动侧板法。启动时，弹簧4起作用，之后泵的出口压力油进入A腔，A腔油压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。图2—7b是浮动侧板式的间隙补偿原理图。它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板5的背面，使之紧贴于齿轮的端面来消除并补偿间隙。起动时，浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。图2–7c是挠性侧板式的间隙补偿原理图。它同样是利用泵的出口压力油引到挠性侧板6的背面，靠挠性侧板自身的变形来补偿间隙。扰性侧板式间隙补偿原理图（图2扰性侧板式间隙补偿原理图（图2—7c）浮动侧板式间隙补偿原理图（图2—7b）

三、内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵分渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种，本文仅对渐开线齿轮泵作简要叙述。内啮合渐开线齿轮泵主要由内齿环、外齿轮、月牙板等组成。下图为内啮合齿轮泵的工作原理图，内齿环和外齿轮相啮合，月牙板将吸油腔与排油腔隔开，当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿环也随着旋转，吸油腔由于齿轮脱开容积不断增大而连续吸油，吸入的油液经月牙隔板后进入压油腔，压油腔由于齿轮啮合容积不断减小而将油液连续排出。1—

1—

外齿轮（主动齿轮）；2—

内齿轮（从动齿轮）；3—

月牙板；4—

吸油腔；5—

排油腔内啮合齿轮泵工作原理（图2—8）

内啮合齿轮泵的优点：内啮合齿轮泵相对外啮合齿轮泵可做到无困油现象，流量脉动小，因此相应地压力脉动及噪声也都小；结构紧凑、尺寸小、重量轻；由于齿轮相对速度小，可以高速旋转；又由于内外齿轮转向相同，齿轮相对滑动速度小，因此磨损小，寿命长。其主要缺点是，工艺性不如外啮合齿轮泵，造价高。齿轮液压马达工作原理（图齿轮液压马达工作原理（图2—9）1、工作原理（右图A是啮合点）2、结构特点其结构和齿轮泵的结构基本一致，但由于有正反转要求及有载启动，所以齿轮马达在实际结构上和齿轮泵还是有差别的，主要在几个方面：（1）进出口对称，孔径相同。以便正反转使用时性能一样；（2）采用外泄漏油孔。原因：其一，回油有背压；其二，正反转时，进出口互换，若内泄，反向时，则内泄孔与入口处压力油相通，压力油冲向轴承等处，不仅起不到内泄作用，反使轴承密封等被压力油损坏。采用外泄（专门油孔与油箱相通，释放泄漏的油）则不存在以上问题；（3）轴向间隙自动补偿的浮动测板，必须是适应正、反转都能工作的结构，同时解决困油现象的泄荷槽必须是对称布置的结构；（4）应用滚动轴承较多，主要为了减少摩擦损失而改善启动性能。3、齿轮液压马达的优缺点优点：结构简单，使用、维护方便，造价低廉。缺点：输出转矩小，低速时稳定性差。高速时，因惯性大，起飞轮平衡脉动作用，低速时则不起此作用，故低速脉动明显。所以一般不低于150～400r/min。适用场合：要求转矩小，转速高，不要变速的场合。第三节叶片油泵及叶片油马达一、叶片油泵及叶片油马达分类：

单作用式——转子每转一周，吸、排油各一次，多是变量泵；

双作用式——转子每转一周，吸、排油各两次，是定量泵。1、单作用式叶片油泵（1）工作原理如右图，转子转一周，吸油排油各一次，故称为单作用式。它将产生较大的径向力作用于转子轴上。叶片向外运动主要靠旋转产生的惯性力。如果使叶片后倾，启动时，叶片所受的切向惯性力与叶片离心力的合力尽量与槽的倾斜方向一致，则有助于叶片迅速甩出。反之容易发生自锁，严重时会使叶片发生卡死或折断的危险。反馈限压式：当负载↑，↓，e↓，↓，最终（实际流量）＝0时，限定在某一值，不会升高。图中调节螺钉的作用，就是调节定子和转子水平中心线的误差，以减少泵的噪声。（2）单作用叶片泵的流量不计叶片厚度时，每一封闭容积变化量（近似值）单作用叶片泵排量计算图计叶片厚度时单作用叶片泵排量计算图计叶片厚度时的理论排量：式中：——叶片的个数（即封闭容积个数）；——叶片的厚度；——叶片的宽度；——定子与转子的轴心偏移量；——叶片伸缩长度差。一般叶片根部油腔与相应的工作腔连通，故叶片腔处于吸油位或排油位时，其根部也相应处于吸油或排油，可基本补偿工作油腔中叶片所占的体积，所以可以认为叶片基本不影响吸排油。这样，理论排量和实际流量应为：——r/s泵的瞬时流量是脉动的，泵内叶片数越多越好，则流量脉动越小。此外，叶片数为奇数的脉动率比叶片数为偶数的脉动率小。所以，单作用叶片泵的叶片数一般为13或15。单作用叶片泵的主要缺点是转子受到来自排油腔的单向压力，由于径向力不平衡，使轴承上所受的载荷较大，称非平衡式叶片泵，故不宜用作高压泵。2、双作用式叶片泵（1）工作原理、结构双作用泵工作原理（图2—双作用泵工作原理（图2—11）1—配流盘；2—传动轴；3—转子；4—定子；5—叶片

1～2，2～3，5～6，6～7为吸油过程；3～4，4～5，7～8，8～1为排油过程。YB型叶片泵配油盘结构图θ—圆弧段夹角（大）；α—两叶片夹角（小）；YB型叶片泵配油盘结构图θ—圆弧段夹角（大）；α—两叶片夹角（小）；β—配油盘封闭区夹角（中）；防困油应该β≤θ；防吸排窗口相通还应α≤β。YB型双作用油泵结构图1—针状轴承；2、6—左右配油盘3—转子；4—定子；5—泵体；7—滚珠轴承；8—传动轴；ａ—环槽ｂ—叶片根部槽

密封环槽的作用：环槽与叶片槽底部b连接，从而使压力油进入所有叶片槽的底部，将叶片压向定子内表面。双作用叶片泵排量计算图（2）双作用叶片泵的流量双作用叶片泵排量计算图当忽视叶片厚度，且叶片与径向夹角为零，则理论排量式中：2——双作用式，每个封闭容积在一周内吸、排油各两次；——叶片数，即封闭容积的个数；——每个封闭容积最大与最小的差值，；——叶片宽度。如果考虑叶片厚度及安装角对排量的影响，则一转之内造成容积损失为：泵的实际流量为：一般来说，双作用叶片泵的脉动很小，可忽略不计。此外，从转子径向力平衡考虑，叶片数应选偶数。当过渡曲线为“等加速—等减速”曲线时或高次曲线时，一般Z取12。确定叶片的厚度主要考虑其强度，刚度和叶片与定子的接触应力。若叶片太薄，则受液压力的作用易折断，而且叶片槽的加工也困难。若叶片太厚，则会减少泵的排量。叶片底部的作用面积大，使叶片与定子的接触应力增大，造成叶片与定子的磨损加剧，限制了泵的工作压力，故叶片厚度一般为1.8～2.2mm。（3）双作用叶片泵在结构上的几个问题①叶片安装角——防止叶片偏磨及卡死，所以。②在配流盘迎着转子旋转方向的排油窗口一端开有三角沟槽（三角槽的尺寸一般由实验决定）——封闭容积从吸油腔进入到排油腔时，会发生压力突变，引起流量脉动。高压泵间隙补偿示意图③间隙补偿、叶片卸荷高压泵间隙补偿示意图低压泵——保障轴向间隙、径向公差方法使间隙减少。高压泵——对于轴向间隙，仍用配油盘外侧加压力油，压紧转子端面；对于径向间隙，也是用叶片根部加压力油的方法，但会存在如下问题，即叶片在吸油窗口位时，叶片根部、顶部油压差过大，使顶部与定子内表面磨损加快，转子转动阻力上升，解决方法如右图。④定子内表面过渡段采用等加速曲面，目的是使叶片伸缩速度无实变。也有采用阿基米德螺旋线、正弦、余弦线的，以等加速－等减速曲线为好。⑤防困油现象，应满足。其中：——配油盘上封闭区夹角（中）；——圆弧段夹角（大）；——两叶片夹角（小）。（4）双作用叶片泵的优缺点优点：结构紧凑，流量及压力脉动率较小，噪声小，运转平稳，径向力小。缺点：转速范围窄，对油液要求高，叶片易卡，只能做成定量泵。二、叶片油马达1、工作原理（以双作用油马达为例）双作用马达的工作原理（图2－12）液压马达是将压力能转换为机械能的液压元件，因此其进油腔必须是高压油，而出油腔为低压油。当压力油进入进油腔时，位于进油腔中的叶片2、6两面均受压力油作用，所以不产生转矩。同理叶片4、8也不产生力矩。而位于封油区的叶片1、3、5、7一面受压力油作用，另一面所受的是出油腔中低压油作用，所以能产生转矩。同时叶片3、7和1、5受力方向相反，但因叶片3、7伸出长，压力作用面积大，产生的转矩大于叶片1、5产生的转矩，因此转子作顺时针方向旋转。所以叶片马达的输出转矩即为叶片3、7和叶片1、5所产生的转矩差。定子内表面的长、短径双作用马达的工作原理（图2－12）2、结构特点（1）转子两端面有环形槽，里面置有翼形弹簧，使叶片压紧定子内面。主要是防止马达在启动时，因叶片未贴紧定子内表面而使进、出油腔相通，不能建立油压，无法保证有足够的启动力。（2）叶片安装角为零，即叶片的延长线过轴心，目的是适应正反转。（3）为使叶片根部始终（正反转）都有压力油，应增加单向阀（如下图）。

3、叶片油马达的优缺点优点：体积小，重量轻，转动惯性小，正反转换向频率高，扭矩脉动性小。缺点：泄漏量大，故低，低速旋转不稳定。适用场合：高速小扭矩，换向频繁的场合。第四节柱塞式油泵及柱塞式油马达一、柱塞式油泵柱塞式液压泵是利用柱塞在缸体柱塞孔内作往复运动时，使密封工作容积的变化来实现吸油和排油进行工作的。具有泄漏小，容积效率高的特点，一般作为高压泵。分类1、直轴式（斜盘式）轴向柱塞泵（1）工作原理斜盘式轴向柱塞泵工作原理即流量计算图1斜盘式轴向柱塞泵工作原理即流量计算图1－斜盘；2—柱塞；3—缸体；4—配油盘（固定）；5—传动轴；6—弹簧。

柱塞泵也存在着类似叶片泵的困油与压力冲击问题，所采取的措施也是在配油盘吸、排油槽的边缘开设三角形卸荷槽。配油盘是泵中最易磨损的零件。（2）流量平均几何排量（理论排量）式中：——柱塞直径；

——柱塞个数。实际流量由上式可见：通过改变可使柱塞泵改变流量，做成变量泵。但为减小侧面力，斜盘斜角一般不大于20度。瞬时流量和注塞个数的关系：和结构参数、、、、角速度等因素有关，特别是脉动率与的关系特别密切，通过理论和实验，见下表。②3④5⑥7⑧9⑩11121.570.140.3250.04960.140.02530.0780.01530.04960.01020.0345由上表数据可见：为奇数时比偶数时要小。一般时，值已满足使用要求。再大，对的减少已不明显，却使结构复杂，意义不大。（3）结构斜盘式注塞泵结构如图所示，由两部分组成：主体部分和变量部分。CY-1B型斜盘式手动变量柱塞泵（图2CY-1B型斜盘式手动变量柱塞泵（图2－15）

1—变量手轮；2—斜盘；3—回程盘；4—轴承；5—滑靴；6—缸体；7—柱塞；8—回程弹簧；9—传动轴；10—配流盘；11—壳体；12—变量活塞；13—拨叉斜盘式柱塞泵结构示意图及静压支撑原理1—轴承；斜盘式柱塞泵结构示意图及静压支撑原理1—轴承；2—传动轴；3—配油盘；4、6—回程弹簧外、内座套；5—回程弹簧；7—缸体；8—钢套；9—柱塞；10－回程盘；11—滑履；12－钢球；13－斜盘

滑鞋的静压支撑原理（图滑鞋的静压支撑原理（图2－16）1—柱塞；2—滑靴；3—油室；4—斜盘

通常取压紧系数。这样即可保证滑靴不会脱离斜盘，又不会压的太紧而加速磨损。一般情况下，正常的工作油膜厚度必须在0.01～0.05mm的范围内。②变量部分斜盘式柱塞泵主体部分各型号原理和结构基本上相同，而变量机构却根据需要有多种形式，如手动变量、伺服变量、液控变量、电动变量、恒功率变量等。手动变量机构示意图手动变量结构如右图。手动变量机构示意图手轮转动，螺杆不上下移动，而变量柱塞上下移动。液压伺服机构原理图手动伺服变量结构（随动阀），它可根据较小的力量放大较大的力量，且位置方向、大小和原来完全一样，其原理如左图，也叫液压伺服机构。液压伺服机构原理图f腔截面积＝2×b腔面积分三种情况：Ⅰ：伺服活塞在中间位，变量活塞不能动（因为f封闭，b腔有压力，所以变量活塞不动）；Ⅱ：伺服活塞下移X，变量活塞也下降X位移（相对位置如情况Ⅰ），因为f与b相通，但f腔压力>b腔压力，所以变量活塞下移直到二者相对位置如Ⅰ；Ⅲ：伺服活塞上移Y，变量活塞也上移Y位移，因为f腔与油箱通，压力为零，b腔压力推变量活塞上移Y位移。根据上述，伺服活塞9怎样移动，变量活塞11也以同向同距移动，且有力的放大作用。但在此过程中，变量活塞有位移和时间的滞后。从以上过程可见，此种变量控制机构是1：1位移反馈的伺服机构。这样，以很小的力推动伺服活塞，变量活塞即可运动同时输出很大的力带动斜盘，改变倾斜角。从而改变了泵的流量。控制阀芯的方式，可以是手动、机械，液压或电气的。此种变量控制机构实质是力的放大器，它不能控制泵的运动参数按指定的运动规律变化。用11带动斜盘改变角，就是手动伺服变量机构，它与泵装在一起就成为斜盘式手动伺服变量柱塞泵，结构图如下。手动伺服变量轴向柱塞泵（图手动伺服变量轴向柱塞泵（图2－17）

1—传动轴；2—配油盘；3—缸体；4—内套；5—定心球头；6—回程盘；7—斜盘8—拉杆；9—伺服活塞；10—刻度盘；11—变量活塞；12—销轴；13—变量壳体；14—单向阀；15—滑靴；16—弹簧；17—柱塞；18—进油口或出油口恒功率变量机构的随动（变量活塞随伺服活塞动作）工作原理同上述随动原理，不同处是与伺服活塞相连接的芯轴4上装有外簧5、内簧6等，详见下图。

1—单向阀；2—活塞；1—单向阀；2—活塞；3—滑阀；4—芯轴；5—外弹簧；6—内弹簧；7—调节螺钉；8—外弹簧套；9—内弹簧套内外簧的上簧座及调节螺钉均可根据需要调节。图示是内簧处于自由状态（无予紧力）。

伺服变量泵恒功率变量特性Ⅰ、时（弹簧5力>d面液压力），（斜盘倾角）最大，则有最大，如图中A1B线；Ⅱ、时（弹簧5力<d面液压力），下降，则下降，如BC线；Ⅲ、时（弹簧5力＋弹簧6力<d面液压力），下降，则下降（弹簧刚度上升，线的斜率变缓），如CD线；Ⅳ、时，调节螺钉7，限制4上升，所以不变，则不变，如DE线。折线BCDE和等功率线很接近（功率，↑而↓，但乘积恒定），把这种输出功率近似不变的泵叫恒功率变量泵，适合建设机械特性要求。B点位置——由外弹簧予紧力确定，大则右移；C点位置——由内弹簧上簧座确定，靠下时，C沿CB线上移；D点位置——有螺钉位置确定，靠下时，D沿DC线上移（最小流量）；BC、CD线斜率分别与外弹簧、内弹簧共同作用的刚度有关，刚度大，线平缓；AF——只有外弹簧作用，且予紧力较小时的曲线；B’C’——双簧共同作用的曲线；若只有一个弹簧作用，当时，其泵流量仅为泄漏量，输出流量，使输出压力，即输出座大压力为，故可以做成限压泵。恒功率泵使用场合：当压力较低时，系统可按要求的流量和压力工作，这时泵输出的功率不是恒定的。当负载增加到系统压力超过某一限定值后，恒功率控制机构开始起作用，即使负载继续增加功率仍保持常数。其实质是当负载很大时，用减缓速度的方法使功率不超过限定值，保持电动机不过载。2、斜轴式轴向柱塞泵斜轴式轴向柱塞泵流量计算图（1）结构斜轴式轴向柱塞泵流量计算图斜轴式轴向柱塞泵的工作原理（图2斜轴式轴向柱塞泵的工作原理（图2－19）

1—传动轴；2—连杆机构；3—柱塞；4—缸体；5—配流盘；6—泵体（2）流量由结构图可知，柱塞的行程为。式中：——柱塞分步半径；——柱塞个数；——缸体轴线倾角（可高达40度）。3、径向柱塞泵（配油轴式）（1）结构配流轴式径向柱塞泵工作原理（图配流轴式径向柱塞泵工作原理（图2－20）配油轴配油轴下半周吸油，上半周排油

1—柱塞；2—定子（不转）；3—缸体（转子）；4—配流衬套；5—配油轴（不转）（2）原理当e↑，则↓。当e由正值变成负值时，泵的进出口将发生互换。因此可以为单向1—

偏心轮；21—

偏心轮；2—柱塞；3—弹簧；4—压油阀；5—吸油阀；6—柱塞缸

配流阀式径向柱塞泵工作原理图（图2—21）

4、配流阀式径向柱塞泵优点：这种泵采用阀式配流，没有相对滑动的配合面，柱塞受侧向力也较小，因此对油的过滤要求低，工作压力比较高，一般可达20~40MPa。而且耐冲击，使用可靠，不易出故障，维修方便。采用阀式配流密封可靠，因而容积效率可达95%以上。缺点：泵的吸、排油对于柱塞的运动有一定的滞后，泵转速愈高时滞后现象愈严重，导致泵的容积效率急剧降低，特别是吸油阀，为减小吸油阻力，弹簧往往比较软，滞后更为严重。因此这种泵的额定转速不高，另外这种泵变量困难，外形尺寸和重量都较大。二、柱塞油马达分类轴向柱塞油马达工作原理1、轴向柱塞油马达轴向柱塞油马达工作原理（1）工作原理

斜盘反力式中：A——柱塞截面积；——工作油压。就是产生马达扭矩之力。凡进油柱塞产生的均相等，但各自力臂不等。液压马达的转矩是随外负载转矩的变化而变化的。（2）总扭矩瞬时值式中：k——同时处于进油的柱塞数；——第I个柱塞所处的夹角；——马达的机械效率。由上式可知：扭矩是脉动的，扭矩小。故适用于高速小扭矩的场合。缺点：低速稳定性差。2、内曲线径向柱塞油马达（1）工作原理内曲线油马达工作原理图

内曲线油马达工作原理图

1—配油轴（不转动，有两条轴向孔。一孔进油，另一孔排油。各孔分别与各自的五个油口相通）；2—转子（对外输出力矩）；3—柱塞（装在转子上）；4—定子（不转动）5；滚子。图示位置：

转子各径向缸孔中装有柱塞，头部有滚子，滚子沿定子内曲线滚动；

配油轴是固定的，在上沿轴有两条通道，一条为进油道通压力油，且在图示截面上有五个油口；另一通道上分别与另五个红色口相通；

进油口互换，可实现反转。

曲面给滚子的反力：。是产生力矩的力，它是变化的。可见：①工作油压↑，↑，↑，↑，扭矩↑；②↑，柱塞伸缩速度加快，↑，反之↓；③改变供油方向，可正、反转；④转子每转一周，柱塞就有若干次伸缩，排量大，故比轴向式马达扭矩大；如果做成多排，输出扭矩会更大。利用曲线多来实现大排量、大扭矩。内曲线低速大扭矩马达的结构原理（图2－25内曲线低速大扭矩马达的结构原理（图2－25）

1—壳体；2—缸体；3—输出轴；4—柱塞；5—滚轮组；6—配流轴；7—微调凸轮；8—端盖从工作原理还可看出，若固定轴（即转子不转），则定子就可转动。内曲线油马达由于力矩大，转速低，且可调，如在汽车吊上的卷扬机的马达就是使用此种油马达。3、曲轴连杆式径向柱塞马达曲轴连杆式液压马达工作原理（图2曲轴连杆式液压马达工作原理（图2－23）

1—壳体；2—柱塞；3—连杆；4—曲轴；5—配流轴曲轴连杆式径向柱塞马达受力示意图壳体1不转动，配流轴5用十字接头与曲轴同步转动（固定一起）。如果柱塞2作用在偏心轮上的力（通过连杆中心线），则有：曲轴连杆式径向柱塞马达受力示意图式中：——法向力，通过OO’，不产生力矩；——切向力，产生力矩（逆时针）。利用作用面积大，来实现大扭矩。第五节油泵与油马达的选择、使用一、油泵与油马达的特点二、油泵的选择柱塞泵：额定压力为21～40Mpa，高，可变量，大多是可逆的（即可作马达），价格高，复杂，对油液要求苛刻。叶片泵：额定压力6.3～10MP，低，除单作用式外，不能变量。双作用式噪音低，输出流量平稳，只能作定量泵。高性能叶片泵也有能达14～21MPa的。齿轮泵：常用2～3Mpa，高压也有16～26Mpa，只能是定量泵，脉动流量大，噪音低，低，结构简单，成本低，对油液要求低。三、油马达的选择四、油泵、油马达的使用

第三章液压缸液压缸是将液压能转变成机械能，作直线或摆动运动的执行元件。第一节液压缸的主要类型及特点一、液压缸的工作原理1、活塞式液压缸（未注明的一律缸筒固定）（1）活塞向右行（2）活塞向左行（3）差动连接（一般）比较（1）、（2）、（3），可知，。差动连接适用于快速、小负载的工况，如液压机床中的快速推进。2、柱塞式液压缸其优点在于：柱塞较粗，受力较好，而且柱塞在缸体内并不接触缸壁，两者非配合面，因此对缸体内壁的表面粗造度无特殊要求，由于柱塞缸是单作用的，需要借助工作机构的重力回位。柱塞式液压缸结构原理图柱塞式液压缸结构原理图

3、伸缩套筒式液压缸伸缩套筒式液压缸系多级液压缸，行程大而体积小，它有单作用柱塞式和双作用活塞式两种结构。由于各级套筒的有效面积不等，因此当压力油进入套筒缸的下腔时，各级套筒缸按直径大小，先大后小依次回缩。这种缸常用于自卸汽车和汽车式起重机的伸缩臂。4、摆动式液压缸有单叶片、双叶片两种类型。单叶片摆角小于，双叶片摆角小于。摆动缸结构比较简单，制造方便，但密封困难，一般只用于中低压系统。单叶片摆动式液压缸1单叶片摆动式液压缸1—输出轴；2—叶片；3—缸体4—固定叶片（与3固定，不转动）双叶片摆动式液压缸1—输出轴；2—固定叶片；3—缸体4—叶片

二、类型按运动形式分按作用方式分a单作用活塞缸b单作用柱塞缸c双作用单杆活塞缸d双作用双杆活塞缸按结构形式分第二节液压缸的结构单杆双作用活塞液压缸（图3单杆双作用活塞液压缸（图3—3）1—油嘴；2—缸底；3、7、17—档圈；4—卡键帽；5—卡键；6—小Y形密封圈；8—活塞；9—支承环；10、14—O形密封圈；11—缸筒；12—活塞杆；13—导向套；15—缸盖；16—Y形密封圈；18—液压缸排气孔；19—防尘套；20—耳环锁紧螺母；21—耳环；22—耳环连接孔衬套图中支承环9是尼龙或聚四氯乙烯耐磨材料，防止拉缸，不起密封作用。二、缓冲装置柱塞缓冲阀式缓冲装置柱塞缓冲阀式缓冲装置

柱塞间隙式缓冲装置柱塞间隙式缓冲装置

单向阀作用：运动时增加油压作用面积第三节液压缸的设计标准油缸选择原则：动作要求、允许安装尺寸、安装形式、负载、行程、速度、工作压力等。通过计算油缸内径D来选择标准油缸。自行设计油缸是在标准油缸无法满足上述工况时，才进行设计。其主要参数按下述确定。一、油缸的主要几何尺寸设计1、油缸内径D，取标准D值值选用过大、过小都不好，应参考类似产品、推荐值，经验选定。2、活塞杆直径d前述已知式中：——速比系数，若无特殊要求，值可参考下表取值。工作油压（MPa）1.331.46～22值确定后，则可算出。如无速比要求，也可取，选用标准值。3、缸筒长度＝活塞行程＋活塞长度＋导向长度＋密封长度＋其它长度（如缓冲装置）其中活塞长度＝，导向长度＝，最好。二、油缸的强度、刚度校核1、缸筒的强度中、低压缸筒的臂厚一般情况下由结构工艺要求决定，一般都能满足强度要求，不用验算。但在高压系统中，若臂厚与D的比值时，可按薄壁筒强度计算公式计算：式中：——油缸试验压力（MPa），当缸的额定工作压力MPa时，，当MPa时，；——缸筒材料的许用应力（MPa），，——抗拉强度MPa，n——安全系数；——油缸内径（m）。当时，可按厚壁筒强度公式验算，即：2、活塞杆强度及压杆刚度校验（即稳定性校验）（1）强度验算式中：——活塞杆上的载荷（N）；——活塞杆材料许用应力（Pa），，——抗拉强度，n——安全系数（）。（2）稳定性校验当活塞杆受压，且时（——活塞杆长），需要对活塞杆进行稳定性验算：式中：——活塞受压时的载荷（N）；——压杆能保持工作稳定的临界载荷（N），与材料的性质、截面形状、直径、长度、缸的安装方式等有关，可查设计手册；——安全系数，2～4。

第四章液压控制阀液压控制阀是液压系统中的控制元件，用来控制和调节系统的方向、压力及流量，以满足各种液压传动机械（执行元件）的要求，这样的元件统称为液压控制阀。一、液压控制阀的分类按用途可分三类：（1）压力控制阀：控制系统中液体的压力，如溢流阀、减压阀、顺序阀等；（2）方向控制阀：用来控制液压系统的液体流动方向的阀，如单向阀、方向阀等；（3）流量控制阀：用来控制液压系统的液体流量的阀，如节流阀、调速阀等。按控制能源分：手动阀、电动阀、液动阀、机动阀、气动阀。按控制精度分：（1）普通阀：用于一般系统；（2）电液比例阀：用于控制精度稍高的系统；（3）电液伺服阀：用于控制精度较高的系统。按照阀的联结方式分：（1）管式联接：标准螺纹管接头；（2）板式联接：法兰；（3）集成联接：集成块。二、对液压阀的基本要求

动作灵敏，使用可靠，工作平稳，冲击振动小；

密封性好，泄漏少；

油液流过时压力损失小；

结构简单、紧凑、体积小，安装、调整、维护、保养方便，成本低廉，通用性好，寿命长；第一节方向控制阀在液压系统中，用来控制液体流动方向的阀，叫做方向控制阀。它主要分两种：单向阀和换向阀。一、单向阀单向阀是限制油液只能朝某一个方向流动，反向不能流动的元件。它主要的性能要求是：液流正向通过时压力损失要小，反向不通时密封性要好、动作要灵敏。单向阀板式联接：油液流动方向和阀的轴线垂直。阀体用螺钉固定在机体上，阀体的平面和机体的平面紧密贴合，阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接，之间用“O”型密封圈来密封。管式联接：油液流动方向与阀的轴线方向相同。油口可通过管接头和油管相连，阀体的重量靠管路支承，因此阀的体积不能太大太重。1、直动式单向阀锥阀式直通单向阀（图4—18）锥阀式直通单向阀（图4—18）钢球式直通单向阀（图4—19）1—阀体；2—阀心；3—弹簧

直角式单向阀（图直角式单向阀（图4—20）1—密封圈；2—上盖；3—弹簧；4—阀心；5—阀座；6—阀体

单向阀开启压力一般为0.035～0.05MPa，其中的弹簧刚度较小，目的是使压力损失较小。如果做背压阀（用在回油路中，可防止活塞的冲击，使活塞运动平稳），则刚度要大一些，开启压力一般为0.2～0.6MPa。2、液控单向阀（液压锁）分类

带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）（图4带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）（图4—22）1—卸荷阀芯；2—弹簧；3—弹簧座；4—锥阀；5—推杆；6—控制活塞

普通型外泄式液控单向阀（图4—21）1—弹簧；2—阀心；3—推杆；4—控制活塞这种是外泄式（有外泄口L）。若无L口，则为内泄漏式。外泄式结构简单，但反向开启时，K腔压力必须大于左腔压力，故要求K腔压力较大。这种适用于左腔压力较低的场合。控制油压最小值为主油路油压的0.3～0.4。此外，加外泄口，还能使控制活塞上行时不致将控制活塞上腔的油路封死。图4—22是一种具有带卸荷阀心的液控单向阀。因高压系统反向开启前右腔压力很高（），所以K腔压力也必须高才行，且锥阀4被推开后会使右腔压力突然释放，产生冲击。图中卸荷阀心1就是为防止冲击和减少K腔控制油压而设的。（压力逐渐与相等，故可使K腔油压低一些，冲击少一些。）双液控单向阀（图4—23）1—阀体；2—控制活塞；3—卸荷阀心；4—锥阀图4—23是一种双液控单向阀。若双液控单向阀（图4—23）1—阀体；2—控制活塞；3—卸荷阀心；4—锥阀

单向阀的主要用途：

选择液流方向；

区分高低压油；

保护泵正常工作（防止压力突然增高，反向传给泵，造成反转或损坏）；

泵停止供油时，保护缸中活塞的位置；

作背压阀用，提高执行元件的运动平稳性（背压作用－保持低压回路的压力）。二、换向阀换向阀是变更液流方向的阀，是系统常用的基本阀类。按阀心运动形式分按通道分按阀的工作位置分按操作方式分1、滑阀滑阀是利用阀心相对于阀体作轴向滑动的换向阀。根据控制阀心的操作方式不同，有手动、电磁、机动、液动、气动等滑阀。（1）滑阀机能位——阀心相对于阀体有几种不同的工作位置，叫做“位”。通——阀体与系统中油路相通的油口。如四个油口，叫四通。职能符号——用方框个数表示位置，再绘上各油口的通、断关系。在液压系统中，都是画的阀心位于中位时的情况（即常态位）。A、B——工作油口；P——进油口；T——回油口。

箭头不一定代表液流方向；

不能对角线画。滑阀机能—－阀心位于中位（即未接受操纵时的阀心位置）时，各油路连通的方式，叫滑阀机能。有O、H、Y、P、K、M等多种机能，各机能特点和作用，见表4—1。（2）液压卡紧现象滑阀式换向阀中，由于阀芯和阀体孔的中心线不可能完全重合，且具有一定的几何形状误差，进入滑阀间隙中的压力油，将对阀芯产生不平衡的径向力，该力在一定条件下使阀芯紧贴在孔壁上，产生相当大的摩擦力（卡紧力）使得操纵滑阀运动发生困难，严重时甚至被卡住，这种现象称为液压卡紧现象。为了减小径向不平衡液压力，一般在阀芯台肩上开有宽0.3～0.5mm，深0.5～1mm，间距1～5mm的环形槽，称为均压槽。开有均压槽的部位，四周都有相等或接近相等的压力，可显著减小液压卡紧力。液压卡紧现象不仅在换向阀中存在，在其它液压阀及柱塞副中也普遍存在。为了减小液压卡紧力，必须对滑阀的几何精度以及配合间隙等予以严格的控制，并且一般在阀芯上都开有均压槽。（3）手动滑阀

三位四通手动换向阀（图三位四通手动换向阀（图4—26）a)弹簧复位式b)钢球定位式

复位一般是指恢复至中位（原始位置）。其中箭头的方向并不一定表示液流方向，只是表示通断关系。（注意正确画法）二位三通机动换向阀（图4—27）1—二位三通机动换向阀（图4—27）1—

弹簧；2—阀心；3—阀体2—

4—滚轮；5—行程档块二位二通弹簧复位式电磁换向阀（图二位二通弹簧复位式电磁换向阀（图4—28）1—推杆；2—O形圈座；3—O形圈；4—弹簧；5—阀体；6—阀心；7—弹簧座；8—盖板三槽式三位四通弹簧对中型电磁换向阀（湿式）（图4—29）1—阀体；2—阀心；3—定位套；4—对中弹簧；5—挡圈；6—推杆；7—环；8—线圈；9—衔铁；三槽式三位四通弹簧对中型电磁换向阀（湿式）（图4—29）1—阀体；2—阀心；3—定位套；4—对中弹簧；5—挡圈；6—推杆；7—环；8—线圈；9—衔铁；10—导套；11—插头组件按衔铁是否浸油分干式和湿式两种。干式：衔铁不浸入油，运动阻力大（阻力大是因为需要密封）；湿式：衔铁浸入油，运动阻力小（阻力小是因为不需要密封）。干式电磁铁（交流）一般只能工作50～60万次，而湿式电磁铁可工作1000万次以上。因此，湿式电磁铁性能较好，但价格稍贵。（5）液动换向阀对于大流量换向阀，因液动力与流量成正比，且液动力的方向总是力图关闭阀口，这样就使阀心的移动很困难。为此产生了利用液动力来推动阀心移动的阀，即液动换向阀。三位四通液动换向阀（图4—三位四通液动换向阀（图4—30）1—

阀体；2—阀心；3—挡圈；2—

4—弹簧；5—端盖；6—盖板下面以电液动换向阀为例说明工作原理。电液动换向阀以电磁换向阀作先导阀，控制主阀心移动改变液流方向。液动阀是主阀，其阀心的移动靠液压力来实现。电液换向阀（图4—31）a)电液换向阀结构b)电液换向阀详细图形符号c)电液换向阀（图4—31）