液压泵一般理论-液压与气压传动-产教融合-常同立

液压泵一般理论液压与气压传动常同立——面向AI时代的原始创新液压设计师培育普通大学本科产教融合教材液压泵输出有压液体，产生液压动力（液压形式功率，即压力和流量）

液压源一个独立的功能单元，回收液压执行元件回流液压油，并向液压执行元件提供（一定品质的）一定流量和压力的液压油。

功用与分类一、功用

从能量方面看，液压泵是机械能量转换为液压能量的元件。

液压泵是能量转换元件或装置，将输入的机械能转换为工作介质液体的压力能。

二、分类

液压泵有多种类型，也有多种分类方式。

（1）实现结构的不同：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。

齿轮泵：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、转子泵、螺杆泵等。

叶片泵：单作用叶片泵、双作用叶片泵等。

柱塞泵：径向柱塞泵、轴向柱塞泵、通轴泵、半轴泵、斜盘柱塞泵、斜轴柱塞泵、变量泵、定量泵等。

径向柱塞泵：径向曲柄摇杆柱塞泵、星形径向柱塞泵、内曲线径向柱塞泵等。

轴向柱塞泵：斜盘柱塞泵和斜轴柱塞泵（也称弯轴柱塞泵）。

斜盘柱塞泵：半轴式（也称后斜盘式）柱塞泵和通轴式（也称前斜盘式）柱塞泵。

（2）每个驱动运动循环中容腔变化次数：单作用泵、双作用泵和多作用泵等。

（3）是否变排量：定排量液压泵（简称，定量泵）和变排量液压泵（简称，变量泵）两类。

常见定量泵：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、螺杆泵、摆线转子泵、双作用叶片泵、定量斜盘轴向柱塞泵、定量斜轴轴向柱塞泵等。

常见变量泵：单作用叶片泵、斜盘变量泵、斜轴变量泵、径向单作用柱塞变量等。

（4）泵体数目：单体液压泵、双联液压泵和复合液压泵等。

齿轮泵、叶片泵和通轴式斜盘柱塞泵都可以制成双联液压泵。

常见复合液压泵：通轴轴向柱塞泵与齿轮泵复合泵、通轴轴向柱塞泵与叶片泵复合泵、轴向柱塞泵与摆线转子泵复合泵。

（5）最高工作压力：低压泵、中压泵和高压泵等。

（6）驱动方式不同：手动泵、电机泵和机动泵等。

主要结构、工作原理、技术关键一、液压泵主要结构

驱动机构——可变容腔密封结构——配流机构——油口连接（油箱、系统管路）——固定液压泵，用原动机驱动二、液压泵工作原理液压泵工作原理可以用液压泵工作的三个结构条件和两个工作条件进行描述。

结构条件:

（1）液压泵由运动件（柱塞）和非运动件（缸体）所构成的若干密闭容腔。缸体内表面与柱塞端面构成（可变）密闭容腔。

（2）运动件和非运动件所构成的密闭容腔容积能够在机构驱动下周期性变化。

液压泵轴被驱动旋转，凸轮机构带动柱塞周期运动，缸体内表面与柱塞端面构成的可变密闭容腔容积周期性变化。

（3）液压泵结构上具备配流机构或配流结构。

配流机构或配流结构能够将密闭容腔扩大时连接吸油口，密闭容腔缩小时连接压油口。或者正在扩大的密闭容腔连接吸油口，正在缩小的密闭容腔连接压油口。

密闭容腔扩大时，容腔内部压力降低，密闭容腔与压油口相连接的出油单向阀关闭，密闭容腔与吸油口连接的进油单向阀打开，密闭容腔连通吸油口。

密闭容腔缩小时，容腔内部压力增大，密闭容腔与吸油口相连接的进油单向阀关闭，密闭容腔与压油口连接的出油单向阀打开，密闭容腔连通压油口。

工作条件:

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

液压泵吸油的实质是油箱内油液在大气压作用下或油箱内压力作用下进入具有一定真空度的吸油腔，并将其填充满。

通常，油箱内油面压力不小于1个大气压，液压泵吸油条件容易实现。

封堵液压泵的吸油口，吸油腔能够产生一定真空度的液压泵称为自吸泵。

（5）液压泵安装固定，以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。

单作用泵

单作用泵：泵轴旋转一周，泵吸油和压油各一次。

双作用泵

双作用泵：泵轴旋转一周，泵吸油和压油各二次。

三、液压泵结构的技术关键及特性

液压泵是液压系统中制造难度最大的液压元件之一。

液压泵内部有很多动密封表面，它们可能只能间隙密封，而不能采用橡胶密封件。

有很多重载滑动且不允许明显磨损的滑动副。

有些结构承受着低压→高压→低压的高频交变液压载荷冲击，还要避免气蚀现象。1、液压泵技术关键归纳液压泵结构的共性技术关键或者一般液压泵的技术关键如下。

（1）若干可变密闭容腔。设计与制造密闭容腔的技术成为关键。

液压泵就是依靠可变密闭容腔工作的，因此密闭容腔的容积是基本关键参数，液压传动系统是容积驱动的。

（2）封闭容腔可以周期性变化。

在高压力下，可以驱动密闭容腔周期性变化。

容积变大的容腔——吸油腔；

容积变小的容腔——压油腔。

液压泵的吸油腔和压油腔是隔离开的，不连通。

泵在半个周期内吸油、半个周期内压油。

（3）配流机构或配流结构分别将吸油腔联通吸油口；

压油腔联通压油口。吸油腔联通吸油口。

配流机构或配流结构需要在高压与低压之间快速切换密闭空间的连接关系，需要克服气蚀等现象造成的伤害。

液压泵的配流方式有多种。采用单向阀配流的称为阀配流。采用配流盘配流的称为端配流。采用配流轴配流的称为轴配流。齿轮泵采用齿轮啮合产生密封，与壳体形成配流结构。

2、（理想）液压泵技术特性

（理想）液压泵结构的技术特性如下：

（1）忽略泄漏和摩擦转矩，（理想）液压泵的流量与压力没有关系。

采用特别设计的变量液压泵可以建立流量与压力的关系，如恒压变量泵、恒功率液压泵等。

（2）液压泵的最高工作压力取决于液压泵的结构强度与刚度。

液压泵结构强度与刚度只提供了输出工作压力的可能性。液压泵的实际工作压力取决于负载。四、一般液压泵的原理特征与特性1、一般液压泵原理

（1）形成密闭容积，且密闭容积周期性变化。

容积增大时形成真空，油箱的油液在大气压作用下进入密封容积（吸油）；容积减小时油液受挤压克服管路阻力排出（排油）。

因它的吸油和排油均依赖密闭容积的容积变化，因此称之为容积式泵。

（2）液压泵的配流实现排油与吸油。

通过进油单向阀和出油单向阀实现配流——阀式配流。

此外，还有配流盘式配流（简称端配流）和配流轴式配流（简称轴配流）等形式。

功能本质上，液压泵配流机构就是联动的阀控制换接油路机构。

（3）泵排量——密闭容积的变化量。

（4）泵吸油的实质是油箱的油液在大气压的作用下进入具有一定真空度的吸油腔。为防止气蚀，真空度应小于0.05MPa。泵的吸油腔容积能自动增大的泵称为自吸泵。

（5）液压泵的排油压力取决于外负载总阻力。

若排油管路直接接回油箱，则总阻力为零，泵排出压力为零——泵卸载。

（6）泄漏与容积效率。组成液压泵密闭容积的零件，固定件与运动件之间存在相对运动，因此必然存在间隙。

当密闭容积为排油时，压力油将经此间隙向外泄漏、使实际排出的油液体积减小，其减少的油液体积称为泵的容积损失。

（7）闭死的容积。若此闭死容积在转移的过程中大小发生变化，则容积减小时，因液体受挤压而使压力提高；容积增大时又会因无液体补充而使压力降低。

必需注意的是，如果闭死容积的减小是发生在该容积离开压油腔之后，则压力将高于压油腔的压力，这样会导致周期性的压力冲击，同时高压液体会通过运动副之间的间隙挤出，导致油液发热；如果闭死容积的增大是发生在该容积刚离开吸油腔之后，则会使闭死容积的真空度增大，以致引起气蚀和噪声。

因存在闭死容积大小发生变化而导致的压力冲击、气蚀、噪声等危害液压泵的性能和寿命的现象，称为液压泵的困油现象。

理想的容积式液压泵（本质）特性：

忽略泄漏和工作介质的可压缩性，液压泵的输出流量与转速成正比，与负载无关。

忽略机械和流体的摩擦等因素，液压泵驱动转矩与泵工作压差成正比，与输出流量无关。2、（实际）一般液压泵特性

现实中，工作介质具有可压缩性和黏性，液压泵的零部件之间存在摩擦，液压泵与液压油箱之间连接位置关系多样，类似这样对液压泵性能产生影响的因素很多，其中无法忽视的影响如下。

（1）泵工作压差会影响泵的内泄漏和工作介质的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。

（2）吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的阻力。

压油腔的压力取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关。

（3）配流机构不断在切换封闭油腔，因而导致供油脉动的原因之一。

封闭容器的容积变化规律也是导致供油脉动的另一原因。

在高压下，油液的可压缩性也影响供油的平稳性。泵主要技术参数一、规格参数泵的规格参数包括结构类型和数量规格等。1、结构类型

性能

外啮合轮泵

双作用叶片泵

限压式变量叶片泵

径向柱塞泵

轴向柱塞泵

螺杆泵

输出压力

低压

中压

中压

高压

高压

低压

流量调节

不能

不能

能

能

能

不能

效率

低

较高

较高

高

高

较高

输出流量脉动

很大

很小

一般

一般

一般

最小

自吸特性

好

较差

较差

差

差

好

对油的污染敏感性

不敏感

较敏感

较敏感

很敏感

很敏感

不敏感

噪声

大

小

较大

大

大

最小

常用液压泵的性能比较

2、泵旋向液压泵的旋向有顺时针旋向、逆时针旋向和双向旋向三类。液压泵的旋向与其结构是相关的，不同旋向泵的结构是有差别的。3、泵排量排量是忽略泄漏与流体可压缩性的情况下每一行程、每一转或每一循环所吸入或排出的流体体积。习惯上，泵排量是忽略泵泄漏与流体可压缩性的情况下泵轴每转一转吸入或排出的油液体积4、泵弧度排量泵弧度排量是忽略泵泄漏与流体可压缩性的情况下泵排出的油液体积与泵轴转过（弧度）角度的比值在液压技术中，也可以采用其他方式定义泵排量，如瞬时排量等。可以用于精细地描述随液压泵轴转角变化，泵排量呈现的波动。排量的常用单位cm3/r。排量的其他单位有L/r、m3/r和m3/rad等。二、压力参数

泵压力参数包括：泵压油口压力参数和泵吸油口压力参数。

泵压油口压力参数包括：泵工作压力、泵工作压力范围、泵额定压力、泵最高工作压力、泵最高压力。

泵吸油口压力参数包括：泵吸油压力、泵最小吸油压力。

三、流量参数泵理论流量、泵实际流量和泵额定流量。

1、泵理论流量泵理论流量是泵排量与泵工作转速的导出参数。泵理论流量，又称泵空载输出流量是指在不考虑液压泵的泄漏和液体可压缩性的情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值。2、泵实际输出流量泵实际输出流量又称泵有效输出流量，是指液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积。液压泵参数逻辑（液压泵的参数关系）四、速度参数液压泵的速度参数包括泵工作转速、泵最高工作转速、泵额定工作转速和泵最低工作转速。1、泵工作转速2、泵最高转速3、泵额定转速4、泵最低转速转速的国际单位是rad/s。工程上常用转数r/min替代转速rad/s。五、转矩参数液压泵的转矩参数是液压泵的导出参数泵输入转矩：泵理论转矩和泵实际转矩；是泵排量与泵工作压力的导出参数1、泵理论转矩2、泵实际转矩六、功率参数1、泵输入功率泵输入功率，也称泵吸收功率，机械功率2、泵输出功率，液压功率输出功率与输入功率关系泵总效率=泵机械效率×泵容积效率液压泵的性能曲线液压泵通用性能曲线通用特性曲线也称等效率曲线

七、工作介质参数液压泵的工作介质参数描述了液压泵正常工作的工作介质条件，包括工作介质类型、工作介质黏度、工作介质过滤要求、工作介质温度和环境温度等。八、尺寸参数与安装参数液压泵具有一定的尺寸外廓，需要在主机上占据一定的空间。液压泵的输入轴和进出油口有一些联接尺寸。液压泵的安装法兰具有一定的型式和安装尺寸。九、理想液压泵模型理想液压泵模型对于理解液压传动的本质有重要意义。没有损失的液压泵就是理想液压泵模型。<能量守恒>

理想液压泵的实际流量等于理论流量，理想液压泵的实际转矩等于理论转矩。经常用的模型：理想的液压泵可以分为恒压力液压泵和恒流量液压泵（或者恒定排量液压泵）。十、液压泵选型和使用要点一般地，液压泵的选型与使用主要注意如下五点：（1）需要控制液压泵吸油口的真空度不要超过该泵的允许值。（2）确保液压泵的工作液的黏度在该泵的许用范围内。（3）确保液压泵的输入转速在该泵的工作转速范围内。（4）确保液压泵的最大工作压力不要超出液压泵的规定数值。（5）液压泵的排量应符合需求。十一、能量守恒柱塞泵

1、轴向柱塞泵

柱塞方向大致是轴向布置

2、径向柱塞泵柱塞方向大致是径向布置

轴向柱塞泵通轴斜盘轴向柱塞泵

二、工作原理轴向柱塞泵工作原理可以概括如下：

（1）轴向柱塞泵结构上构成若干个密闭容腔。转子上柱塞孔的圆柱面，柱塞端面和配流盘表面形成密闭容腔。

（2）液压泵轴被驱动旋转，存在斜盘倾角，转子一侧密闭容腔变大，另一侧密闭容腔变小。密闭容腔变大的称为吸油腔，而密闭容腔变小的称为压油腔。

斜盘式轴向柱塞泵的柱塞的球状头部装在滑靴，以缸体作为支撑的弹簧通过钢柱推压回程盘，回程盘和柱塞滑靴一同转动。

在排油过程中借助斜盘推动柱塞作轴向运动；在吸油时依靠回程盘、钢柱和回程弹簧组成的回程装置将滑靴紧紧压在斜盘表面上滑动，这样的泵具有自吸能力。

（3）具有配流盘，采用端面配流方式。

配流盘位于端盖和转子之间，配流盘相对于端盖保持静止。

配流盘开有槽孔，将压油腔连通，并与压油口连通；将变大的容腔连通，并与吸油口连通。

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

液压泵的吸油的实质是在大气压的作用下或油箱压力作用下，油箱的油液进入具有一定真空度的吸油腔，并填充满吸油腔。

（5）液压泵安装固定，并以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。

（6）改变斜盘倾角可以改变泵排量。将斜盘制作为可以摆动的，改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量。

（7）改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。

径向柱塞泵

一、主要结构固定缸径向柱塞泵二、工作原理径向柱塞泵工作原理可以概括如下：

（1）径向柱塞泵结构上构成若干个密闭容腔。

转子上柱塞孔的圆柱面，柱塞端面和配流轴或配流盘表面形成密闭容腔。或者配流单向阀使径向柱塞泵具有若干个密闭容腔。

（2）液压泵轴被驱动旋转，转子一侧密闭容腔变大，另一侧密闭容腔变小。密闭容腔变大的称为吸油腔，而密闭容腔变小的称为压油腔。

（3）径向柱塞泵结构上可以设置配流轴采用轴配流方式；也可以设置配流盘，采用端面配流方式；还可以采用配流单向阀，阀配流方式。

配流轴位于径向柱塞泵的转子内，相对于定子，径向柱塞泵配流轴保持静止。配流轴内部开吸油和压油流道。

配流盘位于端盖与转子之间，相对于定子，配流盘保持静止。配流盘开有槽孔，将压油腔连通，并与压油口连通；将变大的容腔连通，并与吸油口连通。

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

液压泵的吸油的实质是在大气压的作用下或油箱压力作用下，油箱的油液进入具有一定真空度的吸油腔，并填充满吸油腔。

（5）液压泵安装固定，并以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。叶片泵

1、双作用泵主要结构2、单作用叶片泵双作用叶片泵

一、主要结构双作用叶片泵工作原理可以阐述如下：

（1）结构上，泵轴旋转使叶片伸出并顶在定子上，双作用叶片泵由转子外圆柱面、定子内柱面，叶片和前后配流盘表面构成若干个叶片间的密闭容腔。

（2）液压泵轴被驱动旋转，每个密闭容腔经历变大变小的周期性过程。变大的密闭容腔称为吸油腔，变小的密闭容腔称为压油腔。

（3）具备配流盘，采用端面配流方式。

配流盘位于端盖和转子之间，配流盘相对于端盖保持静止。

配流盘开有槽孔，将压油腔连通，并与压油口连通；将变大的容腔连通，并与吸油口连通。

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

液压泵的吸油的实质是在大气压的作用下或油箱压力作用下，油箱的油液进入具有一定真空度的吸油腔，并填充满吸油腔。

（5）液压泵安装固定，并以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。

单作用叶片泵

一、主要结构单作用叶片泵工作原理可以概括如下：

（1）结构上，泵轴旋转使叶片伸出并顶在定子上，单作用叶片泵由转子外圆柱面、定子内柱面，叶片和前后配流盘表面构成若干个叶片间的密闭容腔。

（2）液压泵轴被驱动旋转，每个密闭容腔经历变大变小的周期性过程。变大的密闭容腔称为吸油腔，变小的密闭容腔称为压油腔。

（3）单作用叶片泵结构上具备配流盘，采用端面配流方式。

配流盘位于端盖和转子之间，配流盘相对于端盖保持静止。

配流盘开有槽孔，将压油腔连通，并与压油口连通；将变大的容腔连通，并与吸油口连通。

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

液压泵的吸油的实质是在大气压的作用下或油箱压力作用下，油箱的油液进入具有一定真空度的吸油腔，并填充满吸油腔。

（5）液压泵安装固定，并以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。

（6）改变偏心距可以改变泵排量。

齿轮泵1、外啮合齿轮泵主要结构2、渐开线内啮合齿轮泵3、摆线内啮合齿轮泵（摆线转子泵）4、螺杆泵外啮合齿轮泵

一、主要结构二、工作原理

套用容积式液压泵的一般工作原理，外啮合齿轮泵工作原理可以如下阐述：

（1）密封容腔形成：由壳体和齿轮所构成若干个齿间的密闭容腔。

（2）压油腔减少密闭容腔，而吸油腔扩大密闭容腔。

泵轴旋转，两齿轮啮合转动，齿轮啮合处密封。啮合处一侧产生齿间空间，容腔变大；另一侧齿

间空间消失，容腔变小。密封容腔变大的接吸油口；容腔变小的接压油口。

（3）具备配流机构或配流结构。

泵轴旋转，两齿轮的齿间密封容腔周期性地将液压油从齿轮一侧输送到另一侧。

（4）液压泵吸油口连接液压油箱，液压泵吸油口真空度不超过一定数值。

通常，油箱内油面压力不小于1个大气压，液压泵吸油条件容易实现。

油箱与液压泵的位置和连接关系有多种情况，对液压泵吸油口处的真空度提出要求更科学合理。为防止气蚀，真空度应小于-0.05MPa，因此对吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。封堵液压泵的吸油口，吸油腔能够产生一定真空度的液压泵称为自吸泵。

（5）液压泵安装固定，并以一定转速和转矩驱动液压泵输入轴。内啮合渐开线齿轮泵

一、主要结构

二、工作原理渐开线内啮合齿轮泵工作原理可以从几个方面阐述：

（1）构成的若干密闭容腔。齿圈内齿形柱面、月牙板的外圆弧面和两侧端盖平面构成密封容腔；齿轮外齿形柱面、月