第2章 液压动力元件

1、2.1液压泵概述2.2齿轮泵2.3叶片泵2.4活塞泵2.5螺杆泵2.6液压泵的噪声和控制2液压动力部件2.1液压泵概述在液压系统中，为系统提供动力的部件称为液压动力部件，它们是液压泵，是液压系统中的能量转换装置。液压泵的功能：是将原动机的机械能(扭矩m，转速n)转换成液体的压力能(压力p，排量q)。在液压系统中，所需的液压能量由液压泵提供，因此液压泵也称为液压系统的“心脏”。2.1.1液压泵的基本原理，在液压传动系统中，液压泵都是容积式的，并通过密封工作室的容积变化而工作。构成容积的泵必须满足以下基本条件：(1)具有密封性能的可变工作容积可以在结构上实现。(2)工作室可以反复增减。当它增加时，

2、与吸油口相连，当它减少时，与排油口相连。(3)吸油口和排油口不能连接，即不能同时打开。从工作过程中可以看出，在不考虑漏油的情况下，液压泵在每个工作循环中吸入或排出的油量仅取决于工作部件的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。不考虑漏油的影响，液压泵单位时间排出的油量与液压泵密封量的变化频率n成正比，也与泵密封量的变化v成正比。不考虑液体的可压缩性和泄漏性，液压泵单位时间排出的液体量与工作压力无关。液压泵的功能符号如下：2.1.2液压泵的分类(1)根据结构分为三类：柱塞泵、齿轮泵和叶片泵；(2) :定排量泵和变排量泵可以根据排量是否可调来划分；什么是位移？(3)根据排油方向，将：单向泵和双向泵

3、分开；(4) :低压、中压、中高压和超高压泵，根据压力等级；2.1.3液压泵和液压马达的性能参数液压泵的基本性能参数主要包括压力、排量、流量、功率和效率。1.压力(1)工作压力p.液压泵在实际运行过程中的输出压力称为工作压力。其值取决于外部载荷和排油管路上的压力损失，但与液压泵的流量无关。(2)额定压力pn。在正常工作条件下，根据测试标准，允许连续运行的最大压力称为液压泵的额定压力。(3)最大允许压力pmax。根据测试标准，允许液压泵短暂运行的最大压力值称为液压泵的最大允许压力。2。排量和流量，(1)排量v .在无泄漏的情况下，泵轴每转可排出的液体量称为液压泵的排量，其值仅与周期性变化的封闭容

4、积的几何尺寸有关。排量可调的液压泵称为变量泵。具有恒定排量的液压泵称为固定排量泵。(2)理论流量q0。理论流量是指单位时间内排出液体的平均体积，不考虑液压泵的泄漏流量。显然，如果液压泵的排量为V，其主轴转速为N，液压泵的理论流量q0为q0=Vn (2-1) (3)实际流量Q。在特定的工作条件下，液压泵在单位时间内排出的液体量称为实际流量，等于理论流量q0减去泄漏流量Q，即q=q0-q (2-2) (4)额定流量qn。在正常工作条件下，液压泵可以根据测试标准输出最大流量(如在额定压力和额定速度下)。不考虑液体的可压缩性和泄漏性，液压泵单位时间排出的液体量与工作压力无关。(m3/s)，3。2.1.

5、3.3电力和效率液压泵的容积损失可以用容积效率来表示，容积效率等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量q0的比值，即0，因此液压泵的实际输出流量q为q=q0v=Vnv (2-4)。液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增加而降低，并随着液压泵的结构类型而变化，但总是小于1。机械损失m.机械损失是指液压泵的扭矩损失。液压泵的实际输入扭矩t总是大于理论所需扭矩T0，这主要是由于液压泵体中相对运动部件之间的机械摩擦引起的摩擦扭矩损失和液体粘度引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示，它等于液压泵的理论扭矩T0与实际输入扭矩t的比值。如果扭矩损失为t，液压泵的机械效率为：输入功率Pi。液压泵的输入功

6、率是指作用在液压泵主轴上的机械功率。当输入扭矩为T0且角速度为0时，存在Pi=T0 (2-6)和输出功率P0。液压泵的输出功率是指吸油口和压力口之间的实际压差p与输出流量q的乘积，即P0=p q (2-7)。在实际计算中，如果油箱与大气相通，吸油口与液压泵压力之间的压差常常被液压泵的出口压力p所代替。(2)液压泵的功率。(3)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率P0与其输入功率Pi之比，即从公式(2-8)可以知道液压泵的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积，所以液压泵的输入功率也可以写成：(2-8)，液压泵的各种参数与压力的关系如图2.3所示。如图所示，齿轮泵是一种常用的液压

7、泵，其主要特点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性能好、对油液污染不敏感、运行可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪音大，排量不可调。齿轮泵广泛应用于矿山设备、冶金设备、建筑机械、工程机械、农林机械等行业。根据啮合形式的不同，齿轮泵有两种类型：外齿轮泵和内齿轮泵，其中外齿轮泵应用广泛，而内齿轮泵大多是辅助泵。图2.4 cbb齿轮液压泵1-轴承外圈结构；2插头；3-滚轴；4-后泵盖；5键；6档；7-泵体；8-前泵盖；9-螺钉；10-压力环；11-密封圈；12-驱动轴；13键；14-排油孔；15-从动轴；16-泵体；17-定位销；18-卸荷槽，2.2.1外齿轮泵的工作原理，当泵的

8、主动齿轮逆时针转动时，齿轮泵的右齿轮脱开，齿轮的齿从齿中退出，增加了密封容积，形成局部真空。在外界大气压力的作用下，油箱中的油通过吸油管路和吸油腔进入牙齿。随着齿轮的旋转，齿间吸入的油被带到另一侧，并进入油压室。此时，轮齿啮合，密封容积逐渐减小，齿轮间的油被挤出，形成齿轮液压泵的压油过程。当齿轮啮合时，齿接触线将吸油腔与油压腔分开，起到配油的作用。当齿轮液压泵的驱动齿轮被电机驱动持续旋转时，随着密封容积变大，齿轮齿脱离的一侧将持续从油箱中吸油，齿轮齿将进入啮合侧，随着密封容积的减小，油将持续排出。如果齿轮反转，吸油室和排油室互换，这就是齿轮液压泵的工作原理。2.2.2齿轮泵的流量计算，外齿轮泵

9、的排量可近似视为两个啮合齿轮的齿谷体积之和，如果齿谷体积等于这样，齿轮泵的排量可以写成V=(6.667)zm2b，因此齿轮泵的输出流量为q=(6.667) zm2b nV。事实上，由于齿轮泵的排量是工作过程中旋转角度的周期性函数，所以存在排量脉动，并且瞬时流量也是脉动的。流量脉动会直接影响系统的稳定性，引起压力脉动，并使管道系统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，也会引起共振，加剧振动和噪声。为了测量流量脉动，引入了流量脉动率：Q0公式中=(qmax qmin)/液压泵的流量脉动率；qmax液压泵的最大瞬时流量(m3s)。qmin液压泵的最小瞬时流量(m3s)。q0液压泵的时间平

10、均流量(m3s)。流量脉动率是衡量容积泵流量质量的重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，齿数越少，脉动率越大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。2.2.3齿轮泵的结构特点，1。齿轮泵的泄漏通道，在液压泵中，运动部件被微小间隙密封，形成运动摩擦副，高压腔中的油不可避免地通过间隙泄漏到低压腔中；齿轮泵油压室中的压力油可通过以下三种方式泄漏到吸油室：轴向间隙：齿轮端面与泵壳端盖之间沿轴向有一间隙，称为轴向间隙，其泄漏量约占泵内泄漏量的70%。径向间隙：在冠圆的冠与泵壳之间有一个间隙，称为沿轴径向的径向间隙，间隙的泄漏约占泵内泄漏的15%。径向间隙：齿轮啮合线上有齿隙，齿轮啮合线上的泄漏约占泵内泄漏

11、的5%。这些间隙的大小是为了确保齿轮的灵活操作，减少摩擦和提高机械效率，以及减少泄漏和提高容积效率。因此，在设计齿轮液压泵时，确定这些间隙是非常重要的。轴向间隙尺寸一般为0.005-0.03毫米；径向间隙尺寸通常为0.080.16毫米.确保这些间隙的尺寸保持不变并且在使用过程中不被损坏也非常重要。此外，在确定间隙尺寸时，应考虑泵的抗污染能力。液压油中有机械颗粒杂质。如果间隙小于颗粒，会减少颗粒的渗透并损坏间隙密封。这也是提高齿轮液压泵使用寿命的关键因素之一。因此，为了实现齿轮泵的高压，提高齿轮泵的压力和容积效率，有必要采取结构措施自动补偿端面间隙。径向力的原因： (a)吸油室侧的压力低于油压室

12、侧的压力；(b)齿轮啮合力。齿轮液压泵的径向力如图2.6(a)和(b)所示。假设O1是主动轮，O2是从动轮，两个轮子按1和2指示的方向转动。齿轮液压泵的液压是在油压室中，它的分配是螺杆式的，因为每次液压通过齿轮的齿顶时，都会产生压降。合力是驱动轮上的F1和从动轮上的F1。2.齿轮泵的径向力，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的影响，并且工作压力越高，径向不平衡力越大，这会使泵轴弯曲，导致齿顶压在定子的低压端，使定子偏心磨损，加速轴承的磨损，降低轴承的使用寿命。减小径向力偏心载荷的措施：a)减小油压口直径；使油压室的压力仅在一个齿到两个齿的范围内起作用；b)增加扫孔时的径向间隙；使齿顶不与定子的内表

13、面发生金属接触；c)采用滚针轴承或滑动轴承；滚针轴承或滑动轴承通常用于支撑。d)打开减载槽，即齿槽中的高压区通向低压吸油口，3。齿轮液压泵的陷油现象及其卸荷措施。为了保证齿轮泵的平稳运行，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，即至少有一对齿轮齿同时啮合。因此，在工作过程中，两对齿轮齿啮合时形成的封闭油腔中会截留一些油。如图所示，密封容积的大小随着齿轮的旋转而变化。从图(1)到图(2)，密封容积逐渐减小；从图(2)到图(3)，密封容积逐渐增大；这在密封容积中产生周期性的增加和减少。截留的油被挤压产生瞬时高压。如果密封腔中截留的油不与排油口连通，油将从间隙中挤出，导致油升温，轴承等零件也会受到额外冲击载荷

14、的影响；如果密封容积增加，将没有油补充，这将导致局部真空，这将分离溶解在油中的气体并产生气穴，这是齿轮泵的油捕集现象。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，引起振动和气蚀，同时降低了泵的容积效率，影响了工作稳定性和使用寿命。在设计齿轮泵时，在保证高低压室不串动的前提下，必须保证死容积由大变小时与油压室连通，由小变大时与吸油室连通。端盖上还钻有一个或两个盲孔作为卸载槽。消除困油现象的方法是打开两端盖板上的卸荷槽，如下图虚线框所示。当封闭容积减小时，它通过右侧的卸荷槽与油压室连通。当封闭容积增大时，它通过左侧的卸荷槽与吸油腔相通，两个卸荷槽之间的距离必须保证吸油和排油在任何时候都不相通。2.2.4高压齿

15、轮泵的特点是，由于泄漏量大(主要是端部泄漏，约占总泄漏量的70%)和径向不平衡力，齿轮液压泵的压力不易增大。针对上述问题，高压齿轮液压泵采取了一些改进措施，如减小径向不平衡力，提高轴和轴承的刚度；最大泄漏端间隙采用自动补偿装置。下面简要介绍端部间隙补偿装置。图2.10(a)显示了带有浮动轴套的间隙补偿装置。它利用泵的出口压力油，将其引入齿轮轴上浮动轴套1的外A腔。在液体压力的作用下，轴套紧贴齿轮3的侧面，从而消除了齿轮侧面和轴套之间的间隙并补偿了磨损。当泵启动时，弹簧4产生预紧力，以确保轴向间隙的密封。1。浮动轴套式，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。它还利用泵的出口压力油引向浮动侧板1的背面(见图2.10(b)，使其紧贴齿轮7的端面，以补偿间隙。启动时，浮动侧板依靠密封圈产生预紧力。3。柔性侧板式，图2.10(c)是一种柔性侧板式间隙补偿装置，它利用泵的出口压力油引向侧板的背面，然后通过侧板本身的变形来补偿端部间隙。侧板厚度薄，内侧应耐磨(如烧结0.50.7毫米磷青铜)。采取一定措施后，这种结构易于使侧板外侧的压力分布和齿轮侧的压力分布大致相同。内齿轮泵具有渐开线齿廓和摆线齿廓。其结构示意图见图2.11。在内齿轮泵中，小齿轮是主动轮，大齿轮是从动轮。工作时，大齿轮与小齿轮同向旋转。2.2.5内齿轮泵，主要特点是：(1)侧板上