液壓泵

一、液壓泵概述1．液壓泵的基本工作原理液壓泵就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動外負(fù)載的需要?？恳簤好芊獾墓ぷ髑坏娜莘e變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油，因此稱為容積式液壓泵。如圖3-4-1所示的就是單柱塞式容積式液壓泵工作原理。由上所述，一個容積式液壓泵必須具備的條件是：（1）具有若干個容積能夠不斷變化的密封工作腔。（2）相應(yīng)的配流裝置。圖3-4-1容積式液壓泵工作原理圖1―偏心凸輪2―柱塞3―彈簧4―工作腔

5―單向閥（吸油）6―單向閥（壓油）

2．液壓泵的分類（1）按液壓泵單位時間內(nèi)輸出油液的體積能否變化分為定量泵和變量泵。（2）按液壓泵的結(jié)構(gòu)來分主要有：齒輪泵，分為內(nèi)嚙合齒輪泵和外嚙合齒輪泵；葉片泵，分為單作用式葉片泵和雙作用式葉片泵；柱塞泵，分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵；螺桿泵。（3）液壓泵按其組成還可以分為單泵和復(fù)合泵。

3．液壓泵的圖形符號液壓泵的圖形符號如圖3-4-2所示。圖3-4-2液壓泵的圖形符號a）單向定量液壓泵b）雙向定量液壓泵c）單向變量液壓泵d）雙向變量液壓泵

4．液壓泵的主要性能參數(shù)（1）液壓泵的壓力1）工作壓力。是指液壓泵在實(shí)際工作時輸出的油液壓力。2）額定壓力。是指液壓泵在正常工作狀態(tài)下，連續(xù)使用中允許達(dá)到的最高壓力，一般情況下，就是液壓泵出廠時標(biāo)牌上所標(biāo)出的壓力。（2）液壓泵的排量液壓泵的排量是指該泵在沒有泄漏的情況下每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所輸出的油液的體積。用V來表示。（3）液壓泵的流量液壓泵的流量分為理論流量、實(shí)際流量和額定流量。1）理論流量是指該泵在沒有泄漏的情況下單位時間內(nèi)輸出油液的體積，可見，它等于排量和轉(zhuǎn)速的乘積，即qt=Vn，流量的單位為m3/s，實(shí)際應(yīng)用中也常用L/min來表示。2）實(shí)際流量q是指泵在單位時間內(nèi)實(shí)際輸出油液的體積。3）額定流量是指泵在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下輸出的流量。（4）功率1）輸入功率。就是電機(jī)驅(qū)動液壓泵軸的機(jī)械功率，它等于輸入轉(zhuǎn)矩乘以角速度：Pi=Tω（W）式中T——液壓泵的輸入轉(zhuǎn)矩，N.m；ω——液壓泵的角速度，rad/s。2）輸出功率。就是液壓泵輸出的液壓功率，它等于泵輸出的壓力乘以輸出流量：Po=Pq(W)式中P——液壓泵的輸出壓力，Pa；q——液壓泵的實(shí)際輸出流量，m3/s。

（5）效率液壓泵的效率是由容積效率和機(jī)械效率兩部分所組成。1）容積效率。在液壓傳動中，一般用容積效率ηv來表示容積損失，如果設(shè)qt為液壓泵在沒有泄漏情況下的流量，稱為理論流量；而q為液壓泵的實(shí)際輸出流量，則液壓泵的容積效率可表示為：式中△q——液壓泵的流量損失，即泄漏量。

2）機(jī)械效率。在液壓傳動中，以機(jī)械效率ηm來表示機(jī)械損失，設(shè)Tt為液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩；而T為液壓泵的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩，則液壓泵的機(jī)械效率可表示為：

式中△T——液壓泵的機(jī)械損失。3）液壓泵的總效率。液壓泵的總效率等于泵的輸出功率與輸入功率的比值，也等于泵的機(jī)械效率和容積效率的乘積，即：一般情況下，在液壓系統(tǒng)設(shè)計計算中，常常需要計算液壓泵的輸入功率以確定所需電機(jī)的功率。根據(jù)前面的推導(dǎo)，液壓泵的輸入功率可用下式計算：

5．液壓泵特性及檢測液壓泵的性能是衡量液壓泵優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)，主要包括液壓泵的壓力-流量特性、泵的容積效率曲線、泵的總效率曲線等。檢測一個液壓泵的性能可用如圖3-4-3所示系統(tǒng)。圖3-4-3液壓泵性能檢測原理圖如圖3-4-4所示的泵的特性曲線。圖3-4-4液壓泵的性能曲線二、齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種，都屬于定量泵。

1．外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理主要由一對相互嚙合的齒輪、泵體及齒輪兩端的兩個端蓋所組成，其工作原理如圖3-4-5所示。圖3-4-5齒輪泵的工作原理1―泵體2―主動齒輪3―從動齒輪

2．外嚙合齒輪泵的流量計算外嚙合齒輪泵的排量就是齒輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)齒間工作腔從吸油區(qū)帶入壓油區(qū)的油液的容積的總和。設(shè)齒輪齒數(shù)為Z，節(jié)圓直徑為D，齒高為h，模數(shù)為m，齒寬為b時，泵的排量近似計算公式為：將2修正為6.66。齒輪泵的流量計算公式為：

設(shè)最大流量和最小流量為qmax、qmin，則流量脈動率為：

在齒輪泵中，外嚙合齒輪泵的流量脈動率要高于內(nèi)嚙合齒輪泵，并且隨著齒數(shù)的減少而增大，最高可達(dá)20%以上。

3．齒輪泵結(jié)構(gòu)中存在的問題及解決措施（1）泄漏問題齒輪泵從高壓腔到低壓腔的油液泄漏主要通過三個渠道：一個是通過齒輪兩側(cè)面與兩面?zhèn)壬w板之間的間隙；二是通過齒輪頂圓與泵體內(nèi)孔之間的徑向間隙；三是通過齒輪嚙合處的間隙。其中，第一種間隙為主要泄漏渠道，大約占泵總泄漏量的75%～85%。（2）徑向不平衡力的問題作用于齒輪外圓上的壓力，在吸油腔中壓力最低，而在壓油腔中，壓力最高，對齒輪的輪軸及軸承產(chǎn)生了一個徑向不平衡力。解決的辦法一種是可以開壓力平衡槽；另一種是縮小壓油腔。（3）困油問題在設(shè)計上要保證齒輪嚙合的重疊系數(shù)大于1，如圖3-4-6所示。齒輪泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，封閉腔的容積不斷的變化，當(dāng)封閉腔容積變小時，油液受很高壓力，從各處縫隙擠壓出去，造成油液發(fā)熱，并使機(jī)件承受額外負(fù)載。而當(dāng)封閉腔容積增大時，又會造成局部真空，使油液中溶解的氣體分離出來，并使油液本身汽化，加劇流量不均勻，兩者都會造成強(qiáng)烈的振動與噪聲，降低泵的容積效率，影響泵的使用壽命，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。解決這一問題的方法是在兩側(cè)端蓋各銑兩個卸荷槽，如圖3-4-6中的雙點(diǎn)劃線所示。圖3-4-6齒輪泵的困油現(xiàn)象原理

4．內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵一般又分為擺線齒輪泵和漸開線齒輪泵兩種，如圖3-4-7所示。

圖3-4-7內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理a）漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵b）擺線內(nèi)嚙合齒輪泵1―吸油窗口2―壓油窗口3―隔離板

5．齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、尺寸小、制造容易、成本低、工作可靠、維護(hù)方便、自吸能力強(qiáng)、對油液的污染不敏感，可廣泛用于壓力要求不高的場合，如磨床、珩磨機(jī)等中低壓機(jī)床中；它的缺點(diǎn)是漏油較多，軸承上承受不平衡力，磨損嚴(yán)重，壓力脈動和噪聲較大。內(nèi)嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕；由于內(nèi)外齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對滑移速度小，因而磨損小、壽命長；其流量脈動和噪聲都比外嚙合齒輪泵要小得多。內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點(diǎn)是：齒形復(fù)雜、加工精度要求高，因而造價高。三、葉片泵根據(jù)結(jié)構(gòu)來分有單作用式和雙作用式兩種。單作用式葉片泵又稱非平衡式泵，一般為變量泵；雙作用式葉片泵也稱平衡式泵，一般是定量泵。

1．雙作用式葉片泵（1）工作原理圖3-4-8所示。雙作用式葉片泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個工作腔完成吸油兩次和壓油兩次，所以稱其為雙作用式葉片泵，作用于轉(zhuǎn)子上的液壓力是平衡的，所以又稱為平衡式葉片泵。圖3-4-8雙作用式葉片泵的工作用力1―泵體2―壓油口3―轉(zhuǎn)子4―葉片5―吸油口6―定子

（2）流量計算雙作用式葉片泵的流量可用下式計算：式中

R—定子曲線圓弧的長半徑；r—定子曲線圓弧的短半徑；n—葉片泵的轉(zhuǎn)速；θ—葉片的傾角（一般θ=10°～14°）；z—葉片數(shù)；B—葉片的寬度；b—葉片的厚度。（3）雙作用式葉片泵提高壓力的措施一般都采取將葉片根部通入壓力油的方法來增加壓力。如何減少作用于葉片上的液壓力，常用以下措施：1）減小作用于葉片根部的油液壓力。加一個阻尼孔或安裝一個減壓閥。2）減小葉片根部的受壓面積。如圖3-4-9（a）所示的復(fù)合葉片；還可以像如圖3-4-9（b）所示的階梯葉片。圖3-4-9特殊葉片結(jié)構(gòu)a）復(fù)合葉片b）階梯葉片1―轉(zhuǎn)子2―定子3―大葉片4―小葉片3）采用雙葉片結(jié)構(gòu)，如圖3-4-10所示。圖3-4-10雙葉片結(jié)構(gòu)1―葉片2―轉(zhuǎn)子3―定子

2．單作用式葉片泵（1）工作原理如圖3-4-11所示。圖3-4-11單作用式葉片泵工作原理1―轉(zhuǎn)子2―定子3―葉片（2）限壓式變量泵限壓式變量泵分為內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。內(nèi)反饋式主要是利用單作用式葉片泵所受的徑向不平衡力來進(jìn)行壓力反饋，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的；外反饋式主要利用泵輸出的壓力油從外部來控制定子的移動，以達(dá)到改變偏心、調(diào)節(jié)流量的目的。圖3-4-12所示是外反饋?zhàn)兞咳~片泵的工作原理。圖3-4-12外反饋式限壓式變量泵工作原理圖1―轉(zhuǎn)子2―彈簧3―定子4―滑動支撐5―柱塞油缸6―調(diào)節(jié)螺釘圖3-4-13YBX型外反饋式限壓變量泵1―調(diào)節(jié)螺釘2―彈簧3―泵體4―轉(zhuǎn)子5―定子6―滑塊7―泵軸8―葉片9―柱塞10―最大偏心調(diào)節(jié)螺釘圖3-4-13為YBX型外反饋式限壓式變量泵的實(shí)際結(jié)構(gòu)圖。

如圖3-4-14所示，限壓式變量泵工作時的壓力-流量特性曲線圖3-4-14限壓式變量泵特性曲線

3．雙級葉片泵與雙聯(lián)葉片泵（1）雙級葉片泵如圖3-4-15所示的雙級葉片泵。第一級泵經(jīng)吸油管直接從郵箱中吸油，輸出的油液就送到第二級泵的吸油口，第二級泵的輸出油液經(jīng)管路送到工作系統(tǒng)。（2）雙聯(lián)葉片泵將雙泵系統(tǒng)及控制閥做成一體，其結(jié)構(gòu)見圖3-4-16，這種組合也稱為復(fù)合泵。具有結(jié)構(gòu)緊湊、回路簡單等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)床等行業(yè)。圖3-4-15雙泵系統(tǒng)1―載荷平衡閥（活塞面積比1∶2）2、3―葉片泵內(nèi)部組件圖3-4-16采用復(fù)合泵的雙泵供油系統(tǒng)1―溢流閥2―單向閥3―小流量泵組件4―大流量泵組件5―軸6―卸荷閥4．葉片泵的優(yōu)缺點(diǎn)葉片泵具有輸出流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于工程機(jī)械的中、高壓系統(tǒng)中，因此，在機(jī)床、工程機(jī)床、船舶、壓鑄及冶金設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。但是，葉片泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油特性不太好，對油液的污染也比較敏感。四、柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動使泵內(nèi)密封工作腔容積發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的。柱塞泵一般分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。

1．徑向柱塞泵（1）工作原理見圖3-4-17。圖3-4-17徑向柱塞泵的工作原理1―柱塞2―轉(zhuǎn)子3―軸套4―定子5―配流軸（2）流量計算柱塞泵的排量計算較為精確，工作腔容積變化等于柱塞端面積乘以2倍偏心距再乘以柱塞數(shù)，實(shí)際流量的計算公式如下：式中e——轉(zhuǎn)子與定子間的偏心距；d——柱塞的直徑；n——柱塞泵的轉(zhuǎn)速；z——柱塞數(shù)。

2．軸向柱塞泵軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩種，下面主要介紹斜盤式。（1）工作原理見圖3-4-18。圖3-4-18斜盤式軸向柱塞泵的工作原理1―斜盤2―柱塞3―轉(zhuǎn)子4―配流盤5―轉(zhuǎn)軸（2）流量計算同徑向柱塞泵一樣，軸向柱塞泵的排量計算也是泵轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)每個工作腔容積變化的總和，實(shí)際流量的計算公式如下：式中δ—斜盤的傾角；D—柱塞的分布圓直徑；d—柱塞的直徑；n—柱塞泵的轉(zhuǎn)速；z—柱塞數(shù)。一般軸向柱塞泵的柱塞數(shù)選擇7、9等奇數(shù)。（