第3章液壓泵與液壓馬達3.1液壓泵概述

3.2齒輪泵

3.3葉片泵

3.4柱塞泵

3.5螺桿泵

3.6液壓泵的選用

3.7液壓泵常見故障及維修

3.8液壓馬達

思考和練習(xí)題

3.1液

壓

泵

概

述

3.1.1液壓泵的工作原理及特點

1.液壓泵的工作原理液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進行工作的，故一般稱為容積式液壓泵。圖3-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2與泵體3形成一個密封容積V，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)，從而使柱塞2作往復(fù)運動，使密封容積V的大小發(fā)生周期性的交替變化。當V由小變大時就形成部分真空，油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6,進入密封腔而實現(xiàn)吸油；反之，當V由大變小時，密封腔中吸滿的油液將頂開單向閥5,流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油，原動機驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油，這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成了液體的壓力能。

圖3-1液壓泵工作原理圖

2．液壓泵的特點

單柱塞液壓泵具有一切容積式液壓泵的基本特點：

(1)具有若干個周期性變化的密封容積，密封容積由小變大時吸油，由大變小時壓油。液壓泵輸出油液的多少只取決于此密封容積的變化量及其變化頻率。這是容積式液壓泵的一個重要特性。

(2)油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須等于或大于大氣壓力，這是容積式液壓泵能夠吸入油液的必要外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。

(3)具有相應(yīng)的配流機構(gòu)，將吸油腔與排油腔隔開。它保證密封容積由小變大時只與吸油管連通，密封容積由大變小時只與壓油管連通。圖3－1中的單柱塞泵中的兩個單向閥5和6就是起配流作用的，是配流機構(gòu)的一種類型。按照結(jié)構(gòu)形式的不同，液壓泵分為齒輪式、葉片式、柱塞式和螺桿式等類型。按照輸出油液的流量可否調(diào)節(jié)，液壓泵又有定量式和變量式之分。

3.1.2液壓泵的性能參數(shù)

1.壓力

1）工作壓力液壓泵工作時輸出油液的實際壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于外負載的大小和排油管路上的壓力損失，與液壓泵的流量無關(guān)。

2)額定壓力泵在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為泵的額定壓力。泵的額定壓力受泵本身的泄漏和結(jié)構(gòu)強度制約，當泵的工作壓力超過額定壓力時，泵就會過載。由于液壓傳動的用途不同，系統(tǒng)所需的壓力也不相同，為了便于液壓元件的設(shè)計、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個等級，

見表3-1。

表

3-1壓

力

等

級

2．排量和流量

1）排量V

在不考慮泄漏的情況下，液壓泵每轉(zhuǎn)一周所排出的液體的體積稱為液壓泵的排量。其大小由液壓泵密封容積幾何尺寸變化而得到，常用單位為ml/r。排量可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；

排量不可以調(diào)節(jié)的液壓泵則稱為定量泵。

2)理論流量qt

在不考慮液壓泵泄漏的條件下，在單位時間內(nèi)所排出的液體體積稱為理論流量。顯然，如果液壓泵的排量為V，其主軸轉(zhuǎn)速為n，則該液壓泵的理論流量的計算公式為(3-1)

3）實際流量qt

液壓泵在某一具體工況下，單位時間內(nèi)所排出的液體的實際體積稱為實際流量，它等于理論流量qt減去泄漏流量Δq，即(3-2)式中:Δq為液壓泵的泄漏量，它是理論流量與實際流量之間的差值，

即

(3-3)Δq與泵的工作壓力p有關(guān)，因泵內(nèi)機件間的間隙很小，泄漏油液可視為層流，故Δq與p成正比，即(3-4)式中：k為液壓泵的泄漏系數(shù)。

圖

3-2泵的泄漏量、

流量與壓力的關(guān)系

4)額定流量qn

液壓泵在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定(如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下)必須保證的流量稱為額定流量，用qn表示。額定流量是泵正常工作時實際流量的最小值。

3．液壓泵的功率

1)輸出功率Po

泵輸出的是液壓能，表現(xiàn)為輸出油液的壓力p和流量q。以圖3-3所示的泵——缸系統(tǒng)為例，當忽略輸送管路及液壓缸中的能量損失時，液壓泵的輸出功率應(yīng)等于液壓缸的輸入功率,又等于液壓缸的輸出功率，

即

(3-5)式（3-5)表明，在液壓傳動系統(tǒng)中，液體所具有的功率，即液壓功率等于壓力和流量的乘積。

圖3-3液壓泵輸出功率的計算2)輸入功率Pi

液壓泵的輸入功率為泵軸的驅(qū)動功率，

其值為

(3-6)式中:Ti為液壓泵的輸入轉(zhuǎn)矩，n為泵軸的轉(zhuǎn)速。液壓泵在工作中，由于泄漏和機械摩擦?xí)斐赡芰繐p失，故其輸出功率Po

小于輸入功率Pi，即Po＜Pi。

4．液壓泵的效率

1)容積效率液壓泵實際流量與理論流量的比值稱為容積效率，以ηv表示

（3-7）

2)機械效率液壓泵在工作時存在機械摩擦(相對運動零件之間的摩擦及液體粘性摩擦)，因此驅(qū)動泵所需的實際輸入轉(zhuǎn)矩Ti必然大于理論轉(zhuǎn)矩Ｔt。理論轉(zhuǎn)矩與實際輸入轉(zhuǎn)矩的比值稱為機械效率，以ηm表示(3-8)因泵的理論功率(當忽略能量損失時)表達式為

(3-9)所以有

(3-10)將其代入式(3-8)，

得

(3-11)3)總效率泵的輸出功率與輸入功率的比值稱為泵的總效率，以η表示

(3-12)式(3-12)說明，液壓泵的總效率等于容積效率和機械效率的乘積。綜上所述，泵的理論流量、實際流量、理論轉(zhuǎn)矩、實際轉(zhuǎn)矩、容積效率、機械效率和總效率之間的關(guān)系如圖3-4所示。

圖

3-4液壓泵有關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系曲線

3.2齒

輪

泵

3.2.1外嚙合齒輪泵

1.外嚙合齒輪泵的工作原理如圖3-5所示，在泵體內(nèi)有一對齒數(shù)、模數(shù)都相同的外嚙合漸開線齒輪。齒輪兩側(cè)有端蓋(圖中未示出)。泵體、端蓋和齒輪之間形成了密封容腔，并由兩個齒輪的齒面接觸線將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。當齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，左側(cè)吸油腔內(nèi)相互嚙合的輪齒相繼脫開，使密封容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力作用下進入吸油腔，并隨著旋轉(zhuǎn)的輪齒進入右側(cè)壓油腔。圖3-5齒輪泵的工作原理

2.外嚙合齒輪泵的排量和流量齒輪泵的排量可近似看作兩個齒輪的齒槽容積之和。因齒槽容積略大于輪齒體積，故其排量等于一個齒輪的齒槽容積和輪齒體積的總和再乘以一個大于1的修正系數(shù)n，即相當于以有效齒高(h=2m)和齒寬構(gòu)成的平面所掃過的環(huán)形體積，于是泵的排量為(3-13)式中:d為分度圓直徑，d=mz;h為有效齒高，h=2m；b為齒寬；m為齒輪模數(shù);n為修正系數(shù)，n=1.06。從而有

(3-14)齒輪泵的實際輸出流量為

(3-15)式(3-15)中的q是齒輪泵的平均流量。實際上，隨著嚙合點位置的改變，齒輪嚙合過程中壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時流量是脈動的。設(shè)qmax、qmin分別表示最大、最小瞬時流量，流量脈動率σ可用下式表示(3-16)

3．外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)要點

1）徑向作用力不平衡

在齒輪泵中，液體作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉(zhuǎn)方向逐漸上升，因此齒輪受到徑向不平衡力的作用。工作壓力越高，徑向不平衡力也越大。徑向不平衡力過大時能使泵軸彎曲，齒頂與泵體接觸，產(chǎn)生摩擦；同時也加速軸承的磨損，這是影響齒輪泵壽命的主要原因。為了減小徑向不平衡力的影響，常采用的最簡單的辦法就是縮小壓油口，使壓油腔的壓力油僅作用在一個齒到兩個齒的范圍內(nèi)；也可采用如圖3－6所示的在泵端蓋設(shè)徑向力平衡槽的方法。

圖

3-6齒輪泵徑向力平衡槽

2）困油現(xiàn)象及其消除措施為使齒輪平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，齒輪嚙合重合度必須大于1，即在一對輪齒退出嚙合之前，后面一對輪齒已進入嚙合，因而在兩對輪齒同時嚙合的階段，兩對輪齒的嚙合點之間形成獨立的密封容積，也就有一部分油液會被圍困在這個封閉容積之內(nèi)，如圖3-7所示。這個封閉容積先隨齒輪轉(zhuǎn)動逐漸減小(由圖3-7(a)到圖3-7(b))，以后又逐漸增大(由圖3－7(b)到圖3-7(c))。封閉容積減小會使被困油液受擠而產(chǎn)生高壓，并從縫隙中流出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等部件也會受到附加的不平衡負載的作用；封閉容積增大又會造成局部真空，使溶于油中的氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴，引起噪聲、振動和氣蝕，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。

圖

3-7齒輪泵的困油現(xiàn)象及其消除措施

3）端面泄漏及端面間隙的自動補償齒輪泵存在著三個可能產(chǎn)生泄漏的部位：齒輪齒面嚙合處的間隙；泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙；齒輪兩端面和端蓋間的端面間隙。在這三類間隙中，以端面間隙的泄漏量最大，約占總泄漏量的75%～80%。泵的壓力愈高，間隙越大，泄漏就愈大，因此一般齒輪泵只適用于低壓系統(tǒng)，且其容積效率很低。為減小泄漏，用設(shè)計較小間隙的方法并不能取得好的效果，因為間隙過小，端面之間的機械摩擦損失增加，會降低機械效率，而且泵在經(jīng)過一段時間運轉(zhuǎn)后，由于磨損而使間隙變大，泄漏又會增加。為使齒輪泵能在高壓下工作，并具有較高的容積效率，

需要從結(jié)構(gòu)上采取措施對端面間隙進行自動補償。

通常采用的端面間隙自動補償裝置有浮動軸套式和彈性側(cè)板式兩種，其原理都是引入壓力油使軸套或側(cè)板緊貼齒輪端面，壓力愈高，貼得越緊，因而自動補償端面磨損和減小間隙。圖3-8所示為采用浮動軸套的中、高壓齒輪泵的一種典型結(jié)構(gòu)，圖中，軸套1和2是浮動安裝的，軸套左側(cè)的空腔均與泵的壓油腔相通。當齒輪泵工作時，軸套1和2受左側(cè)油壓作用而向右移動，將齒輪兩側(cè)面壓緊，從而自動補償了端面間隙。這種齒輪泵的額定工作壓力可達10～16MPa，容積效率不低于0.9。圖

3-8采用浮動軸套的中、高壓齒輪泵

3.2.2內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵（又稱擺線轉(zhuǎn)子泵）兩種，其工作原理見圖3-9。漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪與內(nèi)齒環(huán)之間有一月牙形隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開。當小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)繞各自的中心同方向旋轉(zhuǎn)時，左半部輪齒退出嚙合，形成真空，進行吸油。進入齒槽的油被帶到壓油腔，右半部輪齒進行嚙合，容積減小，從壓油口排油。圖3-9內(nèi)嚙合齒輪泵(a)漸開線齒形;(b)擺線齒形

3.3葉

片

泵

3.3.1雙作用葉片泵

1.雙作用葉片泵的工作原理雙作用葉片泵的工作原理如圖3-10所示。該泵主要由定子4、轉(zhuǎn)子3、葉片5及裝在它們兩側(cè)的配流盤1組成。定子內(nèi)表面形似橢圓，由兩段半徑為R的大圓弧、兩段半徑為r的小圓弧和四段過渡曲線所組成。定子和轉(zhuǎn)子的中心重合。在轉(zhuǎn)子上沿圓周均布的若干個槽內(nèi)分別安放有葉片，

這些葉片可沿槽作徑向滑動。

在配流盤上，對應(yīng)于定子四段過渡曲線的位置開有四個腰形配流窗口，其中兩個窗口與泵的吸油口連通，為吸油窗口；另兩個窗口與壓油口連通，為壓油窗口。當轉(zhuǎn)子由軸帶動按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，葉片在自身離心力和由壓油腔引至葉片根部的高壓油作用下貼緊定子內(nèi)表面，并在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)往復(fù)滑動。當葉片由定子小半徑r處向定子大半徑R處運動時，相鄰兩葉片間的密封腔容積就逐漸增大，形成局部真空而經(jīng)過窗口a吸油；當葉片由定子大半徑R處向定子小半徑r處運動時，相鄰兩葉片間的密封腔容積就逐漸減小，通過窗口b壓油。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每一葉片往復(fù)滑動兩次，因而吸、壓油作用發(fā)生兩次，故這種泵稱為雙作用葉片泵。又因吸、壓油口對稱分布，作用在轉(zhuǎn)子和軸承上的徑向液壓力相平衡，所以這種泵又稱為平衡式葉片泵。圖3-10雙作用葉片泵的工作原理

2.雙作用葉片泵的排量和流量

由圖3-10可知，當葉片每伸縮一次時，每相鄰兩葉片間油液的排出量等于大半徑圓弧段的容積與小半徑圓弧段的容積之差。若葉片數(shù)為z，則雙作用葉片泵每轉(zhuǎn)排油量等于上述容積差的2z倍。當忽略葉片本身所占的體積時，雙作用葉片泵的排量即為環(huán)形體容積的2倍，表達式為

(3-17)泵輸出的實際流量則為

(3-18)式中:b為葉片寬度。雙作用葉片泵為定量泵。

3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點

1)定子過渡曲線定子內(nèi)表面的曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線所組成的。理想的過渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動時的徑向速度和加速度變化均勻，而且應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧交接點處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲。目前雙作用葉片泵一般都使用綜合性能較好的等加速等減速曲線作為過渡曲線，為了獲得更好的性能，有些泵采用了三次以上的高次曲線。

2)端面間隙的自動補償圖3-11所示為一中壓雙作用葉片泵的典型結(jié)構(gòu)圖。由圖可見，為了減少端面泄漏，采取的間隙自動補償措施是將右配流盤的右側(cè)與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向定子。泵的工作壓力愈高，配流盤就會更加貼緊定子。同時，配流盤在液壓力作用下發(fā)生彈性變形，

亦對轉(zhuǎn)子端面的間隙進行自動補償。

端面泄漏的減小使泵的容積效率得以提高。

圖

3-11雙作用葉片泵的典型結(jié)構(gòu)

3)提高工作壓力的主要措施雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子所承受的徑向力是平衡的，同時，采用端面間隙自動補償后，泵在高壓下工作也能保持較高的容積效率。因此雙作用葉片泵與一般的齒輪泵相比，工作壓力提高許多，但是其工作壓力的提高要受葉片與定子內(nèi)表面之間磨損的制約。前已述及，為了保證葉片頂部與定子內(nèi)表面緊密接觸，所有葉片的根部都是通向壓油腔的，當葉片處于吸油區(qū)時，其根部作用著壓油腔的壓力，頂部卻作用著吸油腔的壓力，這一壓力差使葉片以很大的力壓緊定子內(nèi)表面，加速了定子內(nèi)表面的磨損。當提高泵的工作壓力時，這問題就更顯突出，所以必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，使吸油區(qū)葉片壓向定子的作用力減小?？梢圆扇〉拇胧┯卸喾N，高壓葉片泵常用的有雙葉片結(jié)構(gòu)和子母葉片結(jié)構(gòu)。

(1)雙葉片結(jié)構(gòu)。如圖3-12所示，在轉(zhuǎn)子的每一槽內(nèi)裝有兩片葉片，葉片頂端和兩側(cè)面倒角構(gòu)成了V形通道，根部壓力油經(jīng)過通道進入頂部，使葉片頂部和根部的油壓相等。合理設(shè)計葉片頂部棱邊的寬度，使葉片頂部的承壓面積小于根部的承壓面積，從而既保證葉片與定子緊密接觸，又不致于產(chǎn)生過大的壓力。

(2)子母葉片結(jié)構(gòu)。子母葉片又稱復(fù)合葉片，如圖3-13所示。母葉片1的根部L腔經(jīng)轉(zhuǎn)子2上虛線所示的油孔始終和頂部油腔相通，而子葉片4和母葉片間的小腔C通過配流盤經(jīng)K槽總是接通壓力油。當葉片在吸油區(qū)工作時，推動母葉片壓向定子3的力僅為小腔C的油液壓力，此力不大，但能使葉片與定子接觸良好，

保證密封。

圖3-12雙葉片結(jié)構(gòu)

圖3-13子母葉片結(jié)構(gòu)

4.雙聯(lián)葉片泵

將兩個雙作用葉片泵的主要工作部件裝在一個泵體內(nèi)，并在油路上并聯(lián)工作，就構(gòu)成雙聯(lián)葉片泵。雙聯(lián)葉片泵的兩個轉(zhuǎn)子由同一傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)，合用一個吸油口，有兩個獨立的壓油口，兩個泵可以是相等流量的也可以是不等流量的。雙聯(lián)葉片泵多用于有快進和工作進給要求的機床進給系統(tǒng)，這時雙聯(lián)葉片泵由一小流量泵和一大流量泵組成。當執(zhí)行機構(gòu)帶動工作部件作輕載快進或快退時，大、小兩葉片泵同時輸出低壓油；當重載慢速工進時，高壓小流量泵單獨供油，大流量泵輸出的油在極低的壓力下流回油箱，實現(xiàn)卸荷。系統(tǒng)中采用雙聯(lián)泵可以降低功率損耗，減少油液發(fā)熱。雙聯(lián)泵也可應(yīng)用于機床液壓系統(tǒng)中互不干擾的獨立油路中。

3.3.2單作用葉片泵

1.單作用葉片泵的工作原理

與雙作用葉片泵顯著不同的是，單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是一個圓形，定子與轉(zhuǎn)子間有一偏心量e，兩端的配油盤上只開有一個吸油窗口和一個壓油窗口，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，每一葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)往復(fù)滑動一次，每相鄰兩葉片間的密封腔容積發(fā)生一次增大和縮小的變化，容積增大時通過吸油窗口吸油，容積縮小時則通過壓油窗口將油壓出，如圖3-14所示。由于這種泵在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中，吸油壓油各一次，因此稱單作用葉片泵。這種泵的轉(zhuǎn)子所受的徑向液壓力不平衡，

因而使這種泵工作壓力的提高受到了限制。

圖3-14單作用葉片泵的工作原理

圖

3-15單作用葉片泵排量的計算

2.單作用葉片泵的排量和流量如圖3-15所示，當單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周時，每兩相鄰葉片間的密封容積變化量為V1-V2。若近似把AB和CD看作是以O(shè)1為中心的圓弧，當定子內(nèi)徑為D時，此二圓弧的半徑即分別為。設(shè)轉(zhuǎn)子直徑為d，葉片寬度為b，葉片數(shù)為z，

則有

式中: ,為相鄰葉片所夾的中心角。

因排量V=(V1-V2)z,故將以上兩式代入，并加以整理即得泵的排量近似表達式為(3-19)泵的實際流量為

(3-20)

式(3-20)表明，只要改變偏心距e，即可改變流量，故單作用葉片泵常做成變量泵。單作用葉片泵的定子內(nèi)緣和轉(zhuǎn)子外緣都是圓柱面，由于偏心安置，其容積變化是不均勻的，故有流量脈動。理論分析表明，葉片數(shù)為奇數(shù)時脈動率較小，故一般葉片數(shù)為13或15。

3.單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點

1)定子和轉(zhuǎn)子偏心安置移動定子位置以改變偏心距e，就可以調(diào)節(jié)泵的輸出流量。偏心反向時，吸油壓油方向相反。

2)徑向液壓力不平衡單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子及軸承上承受著不平衡的徑向力,這限制了泵工作壓力的提高，故泵的額定壓力不超過7MPa。

3)葉片后傾為了減小葉片與定子間的磨損，葉片底部油槽采取在壓油區(qū)通壓力油、吸油區(qū)與吸油腔相通的結(jié)構(gòu)形式。因而，葉片的底部和頂部所受的液壓力是平衡的。這樣，葉片向外運動僅靠離心力的作用。根據(jù)力學(xué)分析，葉片后傾一個角度更有利于葉片在離心力作用下向外伸出。

通常后傾角為24°。

4.限壓式變量葉片泵

1)外反饋式變量葉片泵的工作原理如圖3-16所示，轉(zhuǎn)子2的中心O1是固定的，定子3可以左右移動，其中心為O2。在限壓彈簧5的作用下，定子被推向左端，使定子中心O2和轉(zhuǎn)子中心O1之間有一初始偏心量e0。它決定了泵的最大流量qmax。定子左側(cè)裝有反饋液壓缸6，其左腔與泵出口相通。在泵工作過程中，液壓缸活塞對定子施加向右的反饋力pA(A為活塞有效作用面積)。設(shè)泵的工作壓力達到pB值時，定子所受的液壓力與彈簧力相平衡，有pBA=kx0(k為彈簧剛度，x0為彈簧的預(yù)壓縮量)，則pB稱為泵的限定壓力。當泵的工作壓力p＜pB時，pA＜kx0，定子不動，最大偏心距e0保持不變，泵的流量也維持最大值qmax;當泵的工作壓力p＞pB時，pA＞kx0,限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心距減小，泵的流量也隨之迅速減小。圖3-16外反饋式變量葉片泵的工作原理

2)內(nèi)反饋式變量葉片泵的工作原理內(nèi)反饋式變量葉片泵的工作原理與外反饋式相似，但泵的偏心距的改變不是依靠外反饋液壓缸，而是依靠內(nèi)反饋液壓力的直接作用。內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸、壓油窗口布置如圖3-17所示，由于存在偏角θ，壓油區(qū)的壓力油對定子的作用力F在平行于轉(zhuǎn)子、定子中心連線O1O2的方向有一分力Ｆx。隨著泵工作壓力p的升高，F(xiàn)x也增大。當Fx大于限壓彈簧5的預(yù)緊力kx0時，定子就向右移動，減小了定子和轉(zhuǎn)子的偏心距，從而使流量相應(yīng)變小。圖

3-17內(nèi)反饋式變量葉片泵的工作原理

3）限壓式變量葉片泵的流量壓力特性限壓式變量葉片泵的流量壓力特性曲線如圖

3-18所示。

圖3-18限壓式變量葉片泵的特性曲線

3.4柱

塞

泵

3.4.1斜盤式軸向柱塞泵

1.斜盤式軸向柱塞泵的工作原理斜盤式軸向柱塞泵的工作原理如圖3-19所示。它主要由斜盤1、柱塞3、缸體2、配流盤4等所組成。泵傳動軸中心線與缸體中心線重合，斜盤與缸體間有一傾角γ，配流盤上有兩個窗口。缸體由軸5帶動旋轉(zhuǎn)，斜盤和配流盤固定不動。在彈簧6的作用下，柱塞頭部始終緊貼斜盤。當缸體按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，由于斜盤和彈簧的共同作用，使柱塞產(chǎn)生往復(fù)運動，各柱塞與缸體間的密封腔容積便發(fā)生增大或縮小的變化，通過配流盤上的吸油和壓油窗口實現(xiàn)吸油和壓油。

缸體每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞各完成吸、

壓油一次。

圖

3-19斜盤式軸向柱塞泵的工作原理

2.斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量若柱塞數(shù)目為z，柱塞直徑為d，柱塞孔的分布圓直徑為D，斜盤傾角為γ(見圖3-20)，

當缸體轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時，泵的排量為

()2tan4dDzpgV=(3-21)由式(3-21)可以看出，如果改變斜盤傾角γ的大小，就能改變柱塞的行程長度，也就改變了泵的排量。如果改變斜盤傾角的方向，就能改變吸、壓油方向，這時柱塞泵就成為雙向變量軸向柱塞泵。

圖3-20軸向柱塞泵的流量計算泵輸出的實際流量為

(3-22)

柱塞泵的輸油量是脈動的。單個柱塞的瞬時流量是按正弦規(guī)律變化的。整個泵的瞬時流量是處于壓油區(qū)的幾個柱塞瞬時流量的總和，因而也是脈動的。不同柱塞數(shù)目的柱塞泵，其輸出流量的脈動率σ是不同的。具體脈動率σ的大小如表3-2所示。表

3-2柱塞泵的流量脈動率

由表3-2可以看出,柱塞數(shù)較多并為奇數(shù)時，脈動率σ較小，故柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)。從結(jié)構(gòu)和工藝性考慮，常取z=7或z=9。此時，其脈動率遠小于外嚙合齒輪泵。

3.斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)要點

1)滑履結(jié)構(gòu)在圖3-19中，各柱塞以球形頭部直接接觸斜盤而滑動，柱塞頭部與斜盤之間為點接觸。泵工作時，柱塞頭部接觸應(yīng)力大，極易磨損，故一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑履7(見圖3-21)，滑履的底平面與斜盤4接觸，而柱塞頭部與滑履則為球面接觸，并加以鉚合，使柱塞和滑履既不會脫落，又可以相對轉(zhuǎn)動。這樣改點接觸為面接觸，并且各相對運動表面之間通過小孔引入壓力油，實現(xiàn)可靠的潤滑方法，極大地降低了相對運動零件表面的磨損。這樣，就大大提高了泵的工作壓力。

2)中心彈簧機構(gòu)柱塞頭部的滑履必須始終緊貼斜盤才能正常工作。圖3-19中是在每個柱塞底部加一個彈簧。但這種結(jié)構(gòu)中，隨著柱塞的往復(fù)運動，彈簧易于疲勞損壞。圖3-21中改用一個中心彈簧14，通過鋼球17和壓盤6將滑履壓向斜盤并帶動柱塞運動，從而使泵具有較好的自吸能力。這種結(jié)構(gòu)中的彈簧只受靜載荷，

不易疲勞損壞。

3)變量機構(gòu)在變量軸向柱塞泵中均設(shè)有專門的變量機構(gòu)，用來改變斜盤傾角γ的大小，從而調(diào)節(jié)泵的排量。軸向柱塞泵的變量方式有多種，有手動變量、伺服變量、恒功率變量、恒壓變量等。圖3-21中是一手動變量機構(gòu)，設(shè)置在泵的左側(cè)。變量時，轉(zhuǎn)動手輪1，螺桿2隨之轉(zhuǎn)動，因?qū)蜴I的作用，變量活塞3便上下移動，通過銷5使支承在變量殼體上的斜盤4繞其中心轉(zhuǎn)動，從而改變了斜盤傾角γ。手動變量機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但操縱力較大，通常只能在停機或泵壓較低的情況下才能實現(xiàn)變量。

4)通軸與非通軸結(jié)構(gòu)斜盤式軸向柱塞泵有通軸與非通軸兩種結(jié)構(gòu)形式。圖3-21所示的泵是一種非通軸型軸向柱塞泵。非通軸型泵的主要缺點之一是要采用大型滾柱軸承來承受斜盤施加給缸體的徑向力，軸承壽命較低，轉(zhuǎn)速受到限制，且噪聲大，成本高。

圖3-21手動變量斜盤式軸向柱塞泵

圖3-22通軸型軸向柱塞泵

3.4.2斜軸式軸向柱塞泵斜軸式軸向柱塞泵的工作原理如圖3-23所示。+法蘭傳動軸1與缸體4的軸線傾斜了一個角度γ，故稱為斜軸式泵。連桿兩端為球頭，一端鉸接于柱塞上，另一端與法蘭軸形成球鉸，它既是連接件又是傳動件，利用連桿的錐體部分與柱塞內(nèi)的接觸帶動缸體旋轉(zhuǎn)。配流盤固定不動，中心軸6起支承缸體的作用。圖3-23斜軸式軸向柱塞泵的工作原理

當傳動軸沿圖示方向旋轉(zhuǎn)時，連桿就帶動柱塞連同缸體一起轉(zhuǎn)動，柱塞同時也在孔內(nèi)作往復(fù)運動，使柱塞孔底部的密封腔容積不斷發(fā)生增大和縮小的周期性變化，再通過配流盤5上的窗口a和b實現(xiàn)吸油和壓油。改變角度γ可以改變泵的排量。與斜盤式泵相比較，斜軸式泵轉(zhuǎn)速較高，自吸性能好，結(jié)構(gòu)強度較高，允許的傾角γmax較大，變量范圍較大。一般斜盤式泵的最大斜盤角度為20°左右，而斜軸式泵的最大傾角可達40°。但斜軸式泵體積較大，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。3.4.3徑向柱塞泵徑向柱塞泵的工作原理如圖3-24所示。它主要由定子4、轉(zhuǎn)子(缸體)2、柱塞1、配流軸5、襯套3等組成，柱塞徑向均勻布置在轉(zhuǎn)子中。轉(zhuǎn)子和定子之間有一個偏心量e。配流軸固定不動，上部和下部各做成一個缺口，此兩缺口又分別通過所在部位的兩個軸向孔與泵的吸、壓油口連通。配流軸外的襯套與轉(zhuǎn)子內(nèi)孔是過盈配合，隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，上半周的柱塞在離心力作用下外伸，經(jīng)過襯套上的油孔通過配流軸吸油；下半周的柱塞則受定子內(nèi)表面的推壓作用而縮回，通過配流軸壓油。轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周，每個柱塞根部的密封腔完成一次周期性的變化，實現(xiàn)一次吸、壓油。移動定子改變偏心距的大小，便可改變柱塞的行程，從而改變排量。若改變偏心距的方向，則可改變吸、壓油的方向。因此，徑向柱塞泵可以做成單向或雙向變量泵。

圖3-24徑向柱塞泵的工作原理

3.5螺

桿

泵

螺桿泵是利用螺桿轉(zhuǎn)動將液體沿軸向壓送而進行工作的。螺桿泵內(nèi)的螺桿可以有兩根、三根、五根等。其中使用最廣泛的是具有良好密封性能的三螺桿泵。圖3-25是三螺桿泵的結(jié)構(gòu)圖。

圖3-25螺桿泵

3.6液壓泵的選用

液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力油液的動力元件，它是每一個液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，合理地選擇液壓泵對于降低液壓系統(tǒng)的能耗、提高系統(tǒng)的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要。選擇液壓泵的原則是：根據(jù)主機工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，確定液壓泵的類型。首先應(yīng)該確定的是選用變量泵還是定量泵。變量泵價格昂貴，但是工作效率高、節(jié)能。選用的時候應(yīng)綜合考慮泵的性能、特點及成本。然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。

表3-3各類液壓泵的主要性能與選用范圍

3.7液壓泵常見故障及維修

1.由液壓泵本身的原因引起的故障從液壓泵的工作原理可知，液壓泵的吸油和壓油是依靠密封容積做周期變化實現(xiàn)的。要想實現(xiàn)這個過程，要求液壓泵在制造的過程中滿足足夠的加工精度，尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、配合間隙以及接觸剛度都要符合技術(shù)條件。泵經(jīng)過一段時間的使用后，有些質(zhì)量問題會暴露出來，突出的表現(xiàn)是技術(shù)要求遭到破壞，液壓泵不能正常工作。這種故障對于一般用戶而言，是不易排除的。在進行液壓泵故障分析時，這個原因要放到最后來考慮。在尚未明確故障原因之前，不要輕易拆泵。

2.由外界因素引起的故障

(1）油液。油液粘度過高或過低都會影響液壓泵正常工作。粘度過高，會增加吸油阻力，使泵吸油腔真空度過大，出現(xiàn)氣穴和氣蝕現(xiàn)象；粘度過低，會加大泄漏，降低容積效率，并容易吸入空氣，造成泵運轉(zhuǎn)過程中的沖擊和爬行。油液的清潔也是非常重要的。液壓油受到污染，如水分、空氣、鐵屑、灰塵等進入油液，對液壓泵的運行會產(chǎn)生嚴重的影響。鐵屑、灰塵等固體顆粒會堵塞過濾器，使液壓泵吸油阻力增加，產(chǎn)生噪聲；還會加速零件磨損，擦傷密封件，使泄漏增加，對那些對油液污染敏感的泵而言，危害就更大。

(2）液壓泵的安裝。泵軸與驅(qū)動電機軸的連接應(yīng)有足夠的同軸度。若同軸度誤差過大，就會引起噪聲和運動的不平穩(wěn)，嚴重時還會損壞零件。同時安裝時要注意液壓泵的轉(zhuǎn)向，應(yīng)合理選擇液壓泵的轉(zhuǎn)速，同時要保證吸油管與排油管道管接頭處的密封。

(3）油箱。油箱容量小，散熱條件差，會使油溫過高，油液粘度減小，帶來許多問題；油箱容量過大，油面過低以及液壓泵吸油口高度不合適，吸油管道直徑過細等都會影響泵正常工作。

表3-4外嚙合齒輪泵常見故障與排除方法

表

3-5葉片泵常見故障與排除方法

表

3-6柱塞泵常見故障與排除方法

3.8液

壓

馬

達

3.8.1液壓馬達的特點及分類從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況；反之，當液壓馬達的主軸由外力矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因為它們具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素——密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機構(gòu)。

液壓馬達按其結(jié)構(gòu)類型可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它形式。也可以按液壓馬達的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本形式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉(zhuǎn)速較高,轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動，調(diào)節(jié)(調(diào)速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十N·m到幾百N·m),所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。低速液壓馬達的主要特點是排量大、轉(zhuǎn)速低(有時只有每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機構(gòu)連接，不再需要減速裝置，使傳動機構(gòu)大為簡化。通常低速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩較大(可達幾千N·m到幾萬N·m)，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。3.8.2液壓馬達的工作原理

1.葉片式液壓馬達圖3-26所示為葉片式液壓馬達工作原理圖。當壓力油通入壓油腔后，在葉片1、3(或5、7)上，一面作用有高壓油，另一面為低壓油。由于葉片3伸出的面積大于葉片1伸出的面積，因此作用于葉片3上的總液壓力大于作用于葉片1上的總液壓力，于是壓力差使葉片帶動轉(zhuǎn)子作逆時針方向旋轉(zhuǎn)。作用于其它葉片如5、7上的液壓力，其作用原理同上。葉片2、6兩面同時受壓力油作用，受力平衡對轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生作用轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進、出油口之間的壓力差有關(guān)，其轉(zhuǎn)速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。

圖

3-26葉片式液壓馬達工作原理圖

由于液壓馬達一般都要求能正反轉(zhuǎn)，因此葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通入葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通入后能正常啟動，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。葉片式液壓馬達體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動作靈敏，可適用于換向頻率較高的場合，但泄漏量較大，低速工作時不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動作要求靈敏的場合。

2.徑向柱塞式液壓馬達

圖3-27所示為徑向柱塞式液壓馬達工作原理圖，當壓力油經(jīng)固定的配流軸4的窗口進入缸體3內(nèi)柱塞1的底部時，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子2的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距e，因此在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞有反作用力,為FN。力FN可分解為FF和FT兩個分力。當作用在柱塞底部的油液壓力為p，柱塞直徑為d，力FF與FN之間的夾角為φ時，它們分別為力FT對缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn),缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。以上分析的是一個柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況，事實上在壓油區(qū)作用有好幾個柱塞，在這些柱塞上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都使缸體旋轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。徑向柱塞液壓馬達多用于