第1章液壓與氣壓傳動(dòng)概論章節(jié)目錄1.1液壓與氣壓傳動(dòng)的研究?jī)?nèi)容1.2液壓傳動(dòng)的工作原理1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1.4液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1.5液壓與氣壓傳動(dòng)發(fā)展及應(yīng)用概況能源介質(zhì)：液壓與氣壓傳動(dòng)是以有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為能源介質(zhì)。實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方法：液壓與氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方法基本相同：利用各種控制元件組成能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的基本回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)，從而進(jìn)行能量的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制。了解的內(nèi)容：

(1)傳動(dòng)介質(zhì)的基本物理性能及其靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性；(2)組成系統(tǒng)的各類液壓與氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作性能以及由這些元件所組成的各種控制回路的性能和特點(diǎn)；(3)進(jìn)行液壓與氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。能源介質(zhì)控制方法應(yīng)該要了解的內(nèi)容

1.1液壓與氣壓傳動(dòng)的研究?jī)?nèi)容1.2液壓傳動(dòng)的工作原理

帕斯卡定律：在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到液體中各點(diǎn)。圖1-1

液壓千斤頂工作原理圖1-小液壓缸2-杠桿3-重物4-大液壓缸5-截止閥6-油箱7,8-單向閥

（1-2）1.力的傳遞

據(jù)上式，系統(tǒng)壓力與外負(fù)載密切相關(guān)。由此得出液壓傳動(dòng)工作原理的第一個(gè)重要特征：

液壓與氣壓傳動(dòng)中工作壓力取決于外負(fù)載。（1-1）液壓缸中所產(chǎn)生的液體壓力：作用在液壓泵活塞上的作用力：

由此得出液壓傳動(dòng)工作原理的第二個(gè)重要特征：活塞的運(yùn)動(dòng)速度只取決于輸入流量的大小，而與外負(fù)載無關(guān)。從上面的討論還可以看出，壓力和流量是液壓傳動(dòng)中兩個(gè)最基本的參數(shù)。2.運(yùn)動(dòng)的傳遞液壓泵排出的液體體積等于進(jìn)入液壓缸的液體體積，則有（1-3）上式兩邊同除以運(yùn)動(dòng)時(shí)間t得（1-4）1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成圖1-2典型液壓系統(tǒng)原理圖1-液壓泵

2-流量控制閥3-換向閥4-液壓缸5-工作臺(tái)6-溢流閥7-過濾器8-油箱從上面的例子可以看出，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下五個(gè)部分組成：（1）功率輸入裝置（能源裝置）：把機(jī)械能→流體壓力能。如液壓泵。（2）功率輸出裝置（執(zhí)行元件）：把流體的壓力能→機(jī)械能。如液壓缸、液壓馬達(dá)。（3）控制元件：對(duì)系統(tǒng)中流體壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置，如溢流閥等。（4）輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需的上述三種以外的裝置。如油箱、過濾器等。（5）工作介質(zhì)：液壓油等。為了簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)的表示方法，通常采用圖形符號(hào)來繪制系統(tǒng)原理圖。圖1-2b就是按GB/T786—1993繪制的圖1-2a所示液壓系統(tǒng)原理圖。1.4液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)2.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）在同等體積下，液壓裝置比電氣裝置產(chǎn)生更高的動(dòng)力。在同等功率下，液壓裝置體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。2）工作比較平穩(wěn)。3）能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。4）易于自動(dòng)化。5）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。6）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用比較方便。7）用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1）較多的能量損失。2）工作性能易受溫度變化的影響。3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價(jià)格較貴。4）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找原因。優(yōu)點(diǎn)：1）空氣獲得與排放方便。2）便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。3）對(duì)元件的材料與制造精度要求較低。4）氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞。5）使用安全,并且便于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。缺點(diǎn)：1）平穩(wěn)性不如液壓傳動(dòng)。2）總推力較小。3）傳動(dòng)效率低。

主要經(jīng)歷如下階段：

17、18世紀(jì)—液壓基礎(chǔ)理論的建立（流體運(yùn)動(dòng)原理、物體在流動(dòng)的液體中的粘性和阻力問題、流體能量傳遞原理、靜壓傳遞原理）。

18世紀(jì)末—世界上第一臺(tái)水壓機(jī)由英國(guó)制造。

19世紀(jì)至今—流體運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)一步發(fā)展，液壓與氣壓傳動(dòng)在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用舉例：1.5液壓與氣壓傳動(dòng)發(fā)展及應(yīng)用概況

表1-1液壓與氣壓傳動(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用舉例

行業(yè)名稱應(yīng)用舉例工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、開掘機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)等冶金機(jī)械軋鋼機(jī)、壓力機(jī)等。機(jī)械制造機(jī)床、數(shù)控加工中心、自動(dòng)線等、氣動(dòng)扳手、壓力機(jī)、模鍛機(jī)、空氣錘等。輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、橡膠硫化機(jī)、食品包裝機(jī)、真空鍍膜機(jī)等汽車工業(yè)高空作業(yè)車、自卸式汽車、汽車起重機(jī)、轉(zhuǎn)向器等。水利工程船閘水閘啟閉機(jī)、船舵液壓操縱等。農(nóng)林機(jī)械化肥包裝機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)機(jī)懸掛系統(tǒng)等。

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結(jié)束！視頻演示1-1液壓千斤頂工作原理視頻演示1-2典型液壓系統(tǒng)原理圖第2章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)2.1液壓油的性質(zhì)2.2液體靜力學(xué)2.3液體動(dòng)力學(xué)2.4管道中液流的特性2.5孔口及縫隙的流量壓力特性2.6 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象章節(jié)目錄

2.1.1主要性質(zhì)2.1.2對(duì)液壓油的要求和選用2.1液壓油的性質(zhì)密度(kg/m3)

2.可壓縮性液體的壓縮系數(shù)：2.1.1主要性質(zhì)它的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，以K表示：（2-2）（2-3）（2-1）

液壓油的K值很大，所以幾乎可認(rèn)為不可壓縮，但當(dāng)混入空氣，其可壓縮性將顯著增加，而影響液壓系統(tǒng)的工作性能。3.粘性牛頓液體的內(nèi)摩擦定律：其中,比例系數(shù)，動(dòng)力粘度。圖2-1粘性示意圖液體的粘性表示方法:液體粘性的大小用粘度來表示。常用的粘度有三種，即：(1)動(dòng)力粘度μ：?jiǎn)挝皇荘a?s（帕?秒）或用N?s/m2表示。(2)運(yùn)動(dòng)粘度ν：其單位是ｍ2/s（米2/秒）。

（2-4）(3)相對(duì)粘度ＯＥ（條件粘度）恩氏粘度可由恩氏粘度計(jì)測(cè)出，見圖2-2。動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。圖2-2恩氏粘度計(jì)

恩氏粘度計(jì)工作原理，見圖2-2。恩氏粘度用符號(hào)ｏEt表示：

恩氏粘度和運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系式：

粘度和溫度的關(guān)系：

對(duì)于粘度不超過15ｏE的液壓油，當(dāng)溫度在30～150℃范圍內(nèi)，可用下述近似公式計(jì)算溫度為t℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度:（除用下式計(jì)算外，還可以用下頁(yè)圖2-3查出）（2-5）（2-6）（2-7）(5)壓力對(duì)粘度的影響：（2-8）(6)其他性質(zhì)：如物理化學(xué)性質(zhì)（抗燃性、抗氧化性、抗凝性等）圖2-3幾種國(guó)產(chǎn)油液粘溫圖

1.要求工作油液具有雙重作用，一是作為介質(zhì)，二是作為潤(rùn)滑劑，對(duì)其要求是：合適的粘度，粘溫特性好，良好的潤(rùn)滑性，化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性，與系統(tǒng)元件的材料的兼容性好等等2.1.2對(duì)液壓油的要求和選用2.選用選擇液壓用油首先要考慮的是粘度問題。一般液壓系統(tǒng)的油液粘度在之間。

在液壓系統(tǒng)中，常根據(jù)液壓泵的要求選擇液壓油的粘度。各類液壓泵適用的粘度范圍如表2-2所示。表2-2各類液壓泵適用的粘度范圍液壓泵類型運(yùn)動(dòng)粘度（10-6m2/s）液壓泵類型運(yùn)動(dòng)粘度（10-6m2/s）5～40℃①40～80℃①5～40℃①40～80℃①葉片泵P<7MPa30～5040～75齒輪泵30～7095～165P≥7MPa50～7050～90徑向柱塞泵30～5065～240螺桿泵30～5040～80軸向柱塞泵30～7070～150①5～40℃、40～80℃系指液壓系統(tǒng)溫度。2.2.1靜壓力及其特性2.2.2靜壓力基本方程式2.2.3帕斯卡原理2.2.4靜壓力對(duì)固體壁面的作用力2.2液體靜力學(xué)1.液體的靜壓力液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，在工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣上稱為壓力。2.液體靜壓力的特性(1)液體靜壓力垂直于其承壓面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。(2)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。2.2.1靜壓力及其特性

由于液柱受力平衡，故

2.2.2靜壓力基本方程式1.靜壓力基本方程式在重力作用下的靜止液體所受的力，其受力情況如圖2-4a所示。圖2-4靜止液體內(nèi)壓力分布規(guī)律（2-9）將式（2-9）兩邊同除以，則得靜壓力基本方程式（2-10）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：

由上式可知：重力作用下的液體其壓力分布具有如下的特征：(2)靜止液體內(nèi)壓力隨液體深度呈直線規(guī)律遞增。(3)離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，而壓力相等的所有點(diǎn)組成的面叫做等壓面。(4)能量守恒。（2-11）（2-12）式中p0/ｇ——靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能，h——單位質(zhì)量液體的勢(shì)能。2.壓力的表示方法及單位（1）絕對(duì)壓力。（2）相對(duì)壓力（表壓力）：用壓力表測(cè)得的壓力數(shù)值是相對(duì)壓力。（3）真空度。1Pa（帕）＝1N/m2；1bar（巴）＝1×105Pa＝1×105N/m2;1at（工程大氣壓）＝1kgf/cm2=9.8×104N/m2;1mH2O（米水柱）＝9.8×103N/m2;1mmHg(毫米汞柱)＝1.33×102N/m2

。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的關(guān)系見圖2-5（下頁(yè)）。壓力的單位以及各種表示法之間的換算關(guān)系如下：圖2-5絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度

由圖2-5可知，以大氣壓為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)以下的負(fù)值就是真空度。例2-1如圖2-6所示，容器內(nèi)充滿油液。已知：油的密度=900kg/ｍ３，活塞上的作用力Ｆ＝1000Ｎ，活塞面積Ａ=1×10-3m2，忽略活塞的質(zhì)量。問：活塞下方深度為h

=0.5ｍ處的靜壓力等于多少？圖2-6液壓內(nèi)壓力計(jì)算2.2.3帕斯卡原理即：在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體中各點(diǎn)。應(yīng)用實(shí)例如下：圖2-7帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例

（1）當(dāng)固體壁面為一平面時(shí)：F=PA（2）當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)：2.2.4靜壓力對(duì)固體壁面的作用力例2-2液壓缸缸筒如圖2-8所示，缸筒半徑為ｒ，長(zhǎng)度為l。求：液壓油對(duì)缸筒右半壁內(nèi)表面在x方向上的作用力F。圖2-8壓力油作用在缸筒內(nèi)壁上的力

2.3液體動(dòng)力學(xué)2.3.1流量連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒定律2.3.2伯努利方程——能量守恒定律2.3.3動(dòng)量方程——?jiǎng)恿渴睾?/p>

描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程式是流動(dòng)液體的連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程。2.3.1液流連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒定律圖2-9液流連續(xù)性方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖

根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得不考慮液體的壓縮性得或?qū)懗墒剑?-16）為液流的流量連續(xù)性方程。（2-14）

（2-15）

（2-16）假設(shè)液體無能量損失，據(jù)能量守恒定律可得或?qū)懗梢陨蟽墒郊礊槔硐胍后w的伯努利方程。其物理意義：理想流體具有壓力能、動(dòng)能、勢(shì)能。三者可以互相轉(zhuǎn)換，但總的能量不變。

2.3.2伯努利方程——能量守恒定律

圖2-10伯努利方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖

（2-17）1.理想液體的伯努利方程2.實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體存在能量損失hw，并且存在動(dòng)能修正系數(shù)

α

，它用下式表示：紊流時(shí)α

=1.1，層流時(shí)α

=2，實(shí)際計(jì)算常取α

=1.0。

在引進(jìn)了能量損失hw和動(dòng)能修正系數(shù)α后，實(shí)際液體的伯努利方程表示為（2-18）（2-19）注意：截面1、2應(yīng)順流向選取。3.伯努利方程應(yīng)用舉例例2-3其中管子直徑從0.1m減小到0.05m.計(jì)算在理想狀態(tài)下的體積流量和質(zhì)量流量。圖2-11文丘利流量計(jì)

例2-4應(yīng)用伯努利方程分析液壓泵正常吸油的條件。液壓泵裝置如圖2-12所示。設(shè)液壓泵吸油口處的絕對(duì)壓力為P2，油箱液面壓力P1為大氣壓Pa，泵吸油口至油箱液面高度為h。圖2-12

液壓泵從油箱吸油示意圖2.3.3動(dòng)量方程——?jiǎng)恿渴睾銏D2-13帶有壓力容器的管道流動(dòng)示意圖圖2-14液壓油在一個(gè)管道中流動(dòng)的示意圖

圖2-15

液壓油流過彎曲的管道示意圖

這三圖均滿足：

上式與牛頓第二定律相似，即（2-20）（2-21）

如圖2-14所示的流道（假設(shè)液體無摩擦和不可壓縮），則：

由方程（2-20）可以得出力的平衡公式：

由于流量q=Av，因此：

（2-22）

（2-23）

（2-24）

類似地，可推導(dǎo)流體流過彎曲管道的情況，如圖2-15所示。作用力可以分成進(jìn)口沿軸線方向分量Fx，和沿進(jìn)口的法向分量Fy，即

(2-25)例2-5

圖2-16為一滑閥示意圖。當(dāng)液流通過滑閥時(shí)，求液流對(duì)閥芯的軸向作用力。圖2-16滑閥上的液動(dòng)力例2-6

圖2-17所示為一錐閥，錐閥的錐角為2α。液體在壓力P的作用下以流量q流經(jīng)錐閥，當(dāng)液流方向是外流式（ａ）和內(nèi)流式（ｂ）時(shí)，求：作用在閥芯上的液動(dòng)力的大小和方向。圖2-17錐閥上的液動(dòng)力

由上述兩個(gè)計(jì)算式可以看出，其中作用在錐閥上的液動(dòng)力項(xiàng)均為負(fù)值，也即此力的作用方向應(yīng)與圖示方向一致。

因此，在圖2-17a情況下，液動(dòng)力力圖使錐閥關(guān)閉；可是在圖2-17b所示情況下，卻欲使之打開。所以不能籠統(tǒng)地認(rèn)為閥上穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的作用力的作用方向是固定不變的，必須對(duì)具體情況作具體分析。2.4

管道中液流的特性2.4.1流體的流態(tài)與雷諾數(shù)

液體在流動(dòng)過程中有能量損失（因?yàn)橛姓承裕?，可由伯努利方程來表示?/p>

式中hw——由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分組成。

液體在管道中流動(dòng)時(shí)存在兩種流動(dòng)狀態(tài)，即層流和紊流。兩種流動(dòng)狀態(tài)可通過實(shí)驗(yàn)來觀察，即雷諾實(shí)驗(yàn)。見下頁(yè)中的圖2-18。圖2-18雷諾試驗(yàn)裝置1-溢流管2-供水管3,6-容器4,8-閥門5-小管7-大管

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，液體在圓管中滿足下式:

雷諾數(shù)Re的物理意義為：慣性力與粘性力之比。常見液流管道的臨界雷諾數(shù)由實(shí)驗(yàn)求得，如表2-3所示：（2-26）管道Recr管道Recr光滑金屬圓管2320光滑的偏心環(huán)狀縫隙1000橡膠軟管1600～2000圓柱形滑閥閥口260光滑的同心環(huán)狀縫隙1100錐閥閥口20～100

表2-3常見液流管道的臨界雷諾數(shù)對(duì)于非圓截面：（2-27）（2-28）其中：2.4.2沿程壓力損失

液體在等徑管中流動(dòng)時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的損失，稱為沿程壓力損失。液體的沿程壓力損失也因流體的流動(dòng)狀態(tài)的不同而有所區(qū)別。1.層流時(shí)的沿程壓力損失(1)通流截面上的流速分布規(guī)律

圖2-19圓管層流運(yùn)動(dòng)

對(duì)此式進(jìn)行積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng)r＝R時(shí)，u＝0，得

可見管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的最小流速在管壁r=R處，umin=0；最大流速發(fā)生在軸線r＝0處，此時(shí)為如圖2-19所示，液流在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受力平衡，故有

令整理可得(2-29)(2-30)(2)通過管道的流量

將上式與比較可知，平均流速v為最大流速umax的。（2-32）(2-31)于是積分得

(3)管道內(nèi)的平均流速根據(jù)平均流速的定義，可得

(4)沿程壓力損失從式（2-32）中可求出沿程壓力損失為：適當(dāng)變換式（2-33）可寫成如下形式：

式中λ——沿程阻力系數(shù)，理論值，而在實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管取，對(duì)橡膠軟管。(2-33)(2-34)在液壓傳動(dòng)中，在水平管的條件下推導(dǎo)的公式（2-34）同樣適用于非水平管。

湍流沿程阻力系數(shù)λ的表達(dá)式為：Re范圍λ的計(jì)算公式4000﹤Re﹤105λ=0.3164Re-0.25105﹤Re﹤3×105λ=0.032+0.221Re-0.237

管壁表面粗糙度△的值和管道的材料有關(guān)，另外湍流中的流速分布是比較均勻的，其最大流速為umax≈(1～1.3)v。（2-35）（2-36）2.湍流時(shí)的沿程壓力損失對(duì)于光滑圓管，Ｒe﹥2300時(shí)可用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

計(jì)算時(shí)可參考下列數(shù)值：鋼管為0.04mm，銅管為0.0015～0.01mm，鋁管取0.0015～0.06mm，橡膠軟管取0.03mm。2.4.3局部壓力損失局部損失的計(jì)算一般按如下算式

局部壓力損失產(chǎn)生的原因。（2-37）

當(dāng)流經(jīng)閥的實(shí)際流量q不等于額定流量時(shí)，通過該閥的壓力損失△pξ可用下式計(jì)算（2-38）

整個(gè)液壓系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即

(2-39)

式（2-39）適用于兩相鄰局部障礙之間的距離大于管道內(nèi)徑10～20倍的場(chǎng)合，否則計(jì)算出來的壓力損失值比實(shí)際數(shù)值小。這是因?yàn)槿绻植空系K距離太小，通過第一個(gè)局部障礙后的流體尚未穩(wěn)定就進(jìn)入第二個(gè)局部障礙，這時(shí)的液流擾動(dòng)更為強(qiáng)烈，阻力系數(shù)要高于正常值的2～3倍。2.5.1薄壁小孔

2.5.2短孔和細(xì)長(zhǎng)孔

2.5.3平板縫隙

2.5.4環(huán)形縫隙

2.5孔口及縫隙的流量壓力特性2.5.1薄壁小孔當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度與孔徑之比l/d≤0.5時(shí)，稱為薄壁小孔，如圖2-20所示。一般薄壁小孔的孔口邊緣都做成刃口形式。圖2-20通過薄壁小孔的液流當(dāng)孔前通道直徑與小孔直徑之比時(shí)，液流的收縮作用不受孔前通道內(nèi)壁的影響，這時(shí)的收縮稱為完全收縮；當(dāng)時(shí)，孔前通道對(duì)液流進(jìn)入小孔起導(dǎo)向作用，這時(shí)的收縮稱為不完全收縮。現(xiàn)對(duì)孔前、孔后通道斷面1-1和2-2列伯努利方程，則有：

上式稱為速度系數(shù)。則經(jīng)過薄壁小孔的流量為

式中A0——小孔截面積;Cc——截面收縮系數(shù)，；Cd——流量系數(shù)Cd=CvCc

。（2-40）（2-41）(2-42)在液流完全收縮時(shí)，Re≤105時(shí)，Cd可由下式計(jì)算：

(2-43)當(dāng)Re＞105時(shí)，Cd按0.60～0.61選取。液流不完全收縮時(shí)，Cd可按表2-4來選擇。表2-4液流不完全收縮時(shí)流量系數(shù)Cd的值0.10.20.30.40.50.60.7Cd0.6020.6150.6340.6610.6960.7420.804

薄壁小孔因其沿程阻力損失非常小，通過小孔的流量對(duì)油溫的變化不敏感，因此薄壁小孔多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器使用。錐閥閥口和滑閥閥口就是利用這一原理用作液壓閥的可調(diào)節(jié)小孔。如圖2-21所示的圓柱滑閥閥口。

圖2-21圓柱滑閥閥口示意圖A為閥套，B為閥芯由式（2-42）可求出通過閥口的流量：

（2-44）當(dāng)xv>>Cr時(shí)，略去Cr不計(jì)，就有：

（2-45）

Cd可由圖2-22查出，雷若數(shù)按下式計(jì)算：

（2-46）

圖2-22中虛線1表示xv=Cr時(shí)的理論曲線，虛線2表示xv>>Cr時(shí)的理論曲線，實(shí)線則表示實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果。液流流經(jīng)閥口時(shí)，不論流入還是流出，其流束與滑閥軸線間總保持著一個(gè)角度θ，稱為速度方向角，一般θ＝69°。

圖2-22滑閥閥口的流量系數(shù)

圖2-23為錐閥閥口，當(dāng)錐閥閥芯向上移動(dòng)xv距離時(shí)，閥座平均直徑dm=（d1+d2）/2處的通流截面A0=πdmxvsinα,

通過的流量為

（2-47）

流量系數(shù)Cd由圖2-24中查出：圖2-23錐閥閥口圖2-24錐閥的流量系數(shù)2.5.2短孔和細(xì)長(zhǎng)孔圖2-25短孔的流量系數(shù)

短孔：0.5＜≤4，細(xì)長(zhǎng)孔：＞4

細(xì)長(zhǎng)孔的流量可用式（2-31）來計(jì)算，即

從上式可看出，流量受液體溫度影響較大，這是和薄壁小孔不同的。

短孔的流量表達(dá)式同公式（2-42），但流量系數(shù)Cd應(yīng)按圖2-25來查。短管加工比薄壁小孔容易，常用作固定節(jié)流器。2.5.3平板縫隙

如圖2-26所示，液體通過平行平板縫隙時(shí)既受壓差△p的作用,又受平行平板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。圖2-26平行平板縫隙間的液流通過平行平板縫隙的流量為

（2-48）下面分別有兩種特殊情況：1）當(dāng)為壓差流動(dòng)，其流量為

（2-49）2）當(dāng)為剪切流動(dòng)，其流量為（2-50）2.5.4環(huán)形縫隙1.流經(jīng)同心圓柱環(huán)形縫隙的流量圖2-27所示為同心環(huán)形縫隙的流動(dòng)。圖2-27同心環(huán)縫隙流動(dòng)若將環(huán)形縫隙沿圓周方向展開，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙，即式（2-48）中的b=πd，則流量公式為當(dāng)圓柱體移動(dòng)方向和壓差方向相同時(shí)取正號(hào)，方向相反時(shí)取負(fù)號(hào)。當(dāng)u0=0時(shí)，流量公式為（2-51）

（2-52）由圖中幾何關(guān)系可知對(duì)于很小的間隙量，由于很小，則上式可以寫成因?yàn)殚g隙小，，可把微小圓弧近似地看成是平行平板縫隙的流動(dòng)，則流量為式中流經(jīng)偏心圓柱環(huán)形縫隙的流量圖2-28偏心環(huán)形縫隙

（2-53）

（2-54）

（2-55）當(dāng)偏心量e=h0時(shí)，其通過的流量是同心環(huán)形縫隙流量的2.5倍。將式（2-54）代入式（2-55）得

積分

（2-56）（2-57）得或

（2-58）3.流經(jīng)圓錐環(huán)形間隙的流量及壓力分布

對(duì)于閥芯與閥體孔同心的情況，當(dāng)柱塞或柱塞孔，閥芯或閥體孔因加工誤差帶有一定錐度時(shí)，將出現(xiàn)如圖2-29所示的倒錐和順錐兩種情況。圖2-29環(huán)形圓錐縫隙的液流

a)倒錐b)順錐倒錐:閥芯大端為高壓，液流由大端流向小端。順錐:閥芯小端為高壓，液流由小端流向大端。對(duì)于圖2-29a的流動(dòng)情況，由于，將其流量公式（2-51）得

由于：h=h1+xtanθ，代入前式并整理后得

對(duì)上式進(jìn)行積分，并將代入得

則流量公式為

（2-59）（2-60）（2-61）（2-62）當(dāng)閥芯沒有運(yùn)動(dòng)，u0=0時(shí)，流量公式為

環(huán)形圓錐縫隙中壓力的分布可通過對(duì)式（2-56）積分，并將邊界條件h=h1，p=p1代入得

將式（2-62）代入上式，并將代人得

（2-64）（2-63）(2-65)

當(dāng)u0=0時(shí)，則有

對(duì)于圖2-29b所示的順錐情況，其流量計(jì)算公式和倒錐安裝時(shí)相同，但其壓力在u0=0時(shí)，則為

或（2-67）（2-68）

（2-66）4.液壓卡緊現(xiàn)象及卡緊力

如果閥芯在閥套內(nèi)的安裝出現(xiàn)偏心量e（如圖2-30）圖2-30帶有偏心的環(huán)形圓錐縫隙的液流

a)倒錐b)順錐c)任意一點(diǎn)處的截面圖形d)圓柱體上開平衡壓強(qiáng)槽（2）對(duì)于順錐情況（圖2-30b)：圓柱滑閥閥芯或閥套有錐度且間隙向流動(dòng)方向減?。樺F）時(shí)，不產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。

液壓卡緊力是客觀存在的，最簡(jiǎn)單的解決方法是：圓柱體上開平衡壓強(qiáng)的槽。

對(duì)于任意一點(diǎn)處的h值為(2-69)（1）對(duì)于倒錐情況（圖2-30a)：圓柱滑閥閥芯或閥套有錐度且間隙向流動(dòng)方向增大（倒錐）時(shí)，將產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。2.6.1液壓沖擊2.6.2氣穴現(xiàn)象2.6

液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2.6.1液壓沖擊

液壓沖擊現(xiàn)象及其危害液壓沖擊的類型按其產(chǎn)生的原因分為：⑴液流的慣性導(dǎo)致的液壓沖擊；⑵工作部件的慣性引起的液壓沖擊。

下面分別根據(jù)這兩種情況進(jìn)行分析。

當(dāng)管道的末端突然關(guān)閉時(shí)，液體立即停止運(yùn)動(dòng)。根據(jù)能量守恒定律，則所以

1）液體突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊

圖2-31液壓沖擊（2-70）

式（2-70）僅適用于管道瞬間關(guān)死的情況，亦即閥門的關(guān)閉時(shí)間t小于壓力波來回依次所需的時(shí)間（臨界關(guān)閉時(shí)間）的情況，即液壓沖擊波在管中的傳播速度可按下式計(jì)算：

（2-71）

凡滿足式（2-72）的稱為完全沖擊，否則便是非完全沖擊。非完全沖擊時(shí)引起的壓力峰值比完全沖擊時(shí)的低，按下式計(jì)算：

（2-72）

（2-73）2）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊根據(jù)動(dòng)量定理，可求得系統(tǒng)中沖擊壓力的近似值為

例2-7已知某管道的內(nèi)徑為d=200mm,壁厚=10mm，液體在管中初始速度

,壓力=2.0MPa，液體的體積模量MPa，彈性模量

MPa。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，試求最大壓力升高值。減小液壓沖擊的措施分析前面各式中△p的影響因素，可以歸納出以下減小液壓沖擊的主要措施：

1）延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)間可調(diào)的換向閥。

2）限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件的速度。

3）適當(dāng)增大管徑。

4）盡量縮短管道長(zhǎng)度，使完全沖擊改變?yōu)椴煌耆珱_擊。

5）用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，也可以在容易出現(xiàn)液壓沖擊的地方安裝限制壓力升高的安全閥。2.6.2氣穴現(xiàn)象1.氣穴現(xiàn)象的機(jī)理及危害

氣穴現(xiàn)象機(jī)理:

在液流中，如果某點(diǎn)處壓力低于當(dāng)時(shí)溫度下空氣分離壓時(shí)，溶于油中的空氣就會(huì)分離出來形成氣泡；當(dāng)繼續(xù)降低到飽和蒸汽壓時(shí)，油液將汽化產(chǎn)生大量氣泡為什么最容易產(chǎn)生氣穴處的是泵的吸油腔和閥口？泵的吸油腔，常因吸油面過低，吸油管徑過小，吸油管路的其它阻力過大，以致吸油腔壓力過低；或泵的轉(zhuǎn)速過高，吸油腔未能完全充滿油液.如果閥口通流截面很小，流速升得很高，根據(jù)能量守恒，速度的升高也將使該處的壓力很低，這些原因都將導(dǎo)致氣穴的產(chǎn)生。危害：使金屬表面產(chǎn)生氣蝕，縮短零件的壽命。減少氣穴現(xiàn)象的措施為減少氣穴現(xiàn)象和氣蝕的危害，一般采取如下一些措施：

1）減小閥孔或其它元件通道前后的壓力降，一般使壓力比p1／p2＜3.5。

2）在設(shè)計(jì)液壓元件和管路時(shí)，盡量避免設(shè)計(jì)成狹窄油道或急轉(zhuǎn)彎油道，以防止產(chǎn)生低壓區(qū)。

3）盡量降低液壓泵的吸油高度。

4）各元件的聯(lián)接處要密封可靠、防止空氣進(jìn)入。

5）對(duì)容易產(chǎn)生氣蝕的元件，如泵的配油盤等，要采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，增強(qiáng)元件的機(jī)械強(qiáng)度。

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結(jié)束！圖2-2視頻演示：恩氏粘度計(jì)圖2-16視頻演示：滑閥上的液動(dòng)力圖2-17視頻演示：錐閥上的液動(dòng)力圖2-18視頻演示：雷諾試驗(yàn)裝置第3章液壓泵章節(jié)目錄

3.1概述3.2柱塞泵3.3葉片泵3.4齒輪泵3.1概述3.1.1液壓泵的基本工作原理3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)3.1.3液壓泵的特性曲線3.1.4液壓泵的分類3.1.5液壓泵的圖形符號(hào)3.1.1液壓泵的基本工作原理

液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力元件，為系統(tǒng)提供壓力油。圖3-1容積式（單柱塞泵）的工作原理圖

液壓系統(tǒng)中的各種液壓泵，其工作原理都是依靠密閉容積的變化來進(jìn)行工作的。構(gòu)成液壓泵的基本條件是：

1)具有密閉的容積空間。

2)具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)。

3)油箱內(nèi)體積的絕對(duì)壓力必須等于或大于大氣壓力。3.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)1.液壓泵的壓力

(1)吸入壓力——泵進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力。

(2)工作壓力P——液壓泵工作時(shí)的出口壓力，其大小取決于負(fù)載。

(3)額定壓力PS——在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。2.液壓泵的排量、流量和容積效率(1)排量V

（2）流量

液壓泵的流量又分為平均理論流量、實(shí)際流量、瞬時(shí)理論流量。

平均理論流量qt

實(shí)際流量q

瞬時(shí)理論流量qsh

額定流量qs3.液壓泵的功率和效率

(1)輸入功率pr

(2)輸出功率P

(3)容積效率ηv(4)機(jī)械效率ηm(5)總效率η和機(jī)械效率ηm

4.液壓泵的轉(zhuǎn)速

(1)額定轉(zhuǎn)速ns:

在額定壓力下，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速，稱為液壓泵的額定轉(zhuǎn)速。

(2)最高轉(zhuǎn)速nmax:

在額定壓力下，超過額定轉(zhuǎn)速允許短時(shí)間運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。

(3)最低轉(zhuǎn)速nmin:

正常運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的液壓泵的最低轉(zhuǎn)速。

(4)轉(zhuǎn)速范圍:

最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速為液壓泵工作的轉(zhuǎn)速范圍。3.1.3液壓泵的特性曲線

液壓泵的性能常用圖3-2所示的性能曲線表示。曲線的橫坐標(biāo)為液壓泵的工作壓力p，縱坐標(biāo)為液壓泵的容積效率ηv(或?qū)嶋H流量ｑ)，總效率η和輸入功率Ｐr。它是液壓泵在特定的介質(zhì)、轉(zhuǎn)速和油溫下通過試驗(yàn)做出的。圖3-2

液壓泵的性能曲線

對(duì)某些工作轉(zhuǎn)速在一定范圍的液壓泵或排量可變的液壓泵，為了揭示液壓泵整個(gè)工作范圍的全性能特性，一般用圖3-3所示的通用特性曲線表示。曲線的橫坐標(biāo)為泵的工作壓力P,縱坐標(biāo)為泵的流量q、轉(zhuǎn)速n或排量V，圖中繪制有泵的等效率曲線ηv、等功率曲線Ｐri。圖3-3

液壓泵的通用性能曲線3.1.4液壓泵的分類

液壓泵按主要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)方式分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。1）齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵；2）葉片泵分為雙作用葉片泵、單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵；3）柱塞泵分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵；4）螺桿泵分為單螺桿泵、雙螺桿泵和三螺桿泵。

液壓泵按排量能否改變分為定量泵和變量泵，其中變量泵可以是單作用葉片泵、徑向柱塞泵、軸向柱塞泵。3.1.5液壓泵的圖形符號(hào)液壓泵的圖形符號(hào)如圖3-4所示。圖3-4

液壓泵的圖形符號(hào)a）單向定量液壓泵b）單向變量液壓泵c）雙向定量液壓泵d）雙向變量液壓泵

3.2柱塞泵3.2.1配流軸式徑向柱塞泵3.2.2斜盤式軸向往塞泵3.2.3斜軸式軸向柱塞泵3.2.1配流軸式徑向柱塞泵

柱塞液壓泵是依靠柱塞在缸體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的容積變化進(jìn)行吸油和壓油的。下面介紹幾種典型的柱塞泵的結(jié)構(gòu)和工作原理。1.工作原理圖3-5配流軸式徑向柱塞泵此時(shí)，泵的排量為

（3-1）1-柱塞2-轉(zhuǎn)子3-襯套4-定子5-配流軸

2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)配流軸上的吸、壓油窗口由中間隔墻分開，同時(shí)對(duì)應(yīng)的方向開有平衡油槽，使作用在配流軸上的液壓徑向力實(shí)現(xiàn)了平衡，既減少了滑動(dòng)表面的磨損，又減小了間隙泄漏，提高了容積效率。

2)改變定子與轉(zhuǎn)子的偏心量e，可改變泵的排量；改變偏心量e的方向（即使偏心量e由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值）時(shí)，泵的吸、壓油方向改變。因此徑向柱塞泵可做成單向或雙向變量泵。3.負(fù)載敏感變量徑向柱塞泵圖3-6負(fù)載敏感變量徑向柱塞泵原理圖1-右變量活塞2-轉(zhuǎn)子3-定子4-左變量活塞3.2.2斜盤式軸向柱塞泵1.工作原理圖3-7斜盤式軸向柱塞泵1-斜盤2-柱塞3-缸體4-傳動(dòng)軸5-配流盤6-軸銷7-變量活塞8-螺釘9-絲桿10-手輪a-吸油窗口b-壓油窗口

當(dāng)傳動(dòng)軸以圖3-7方向帶動(dòng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。若柱塞直徑為d，缸體柱塞孔分布圓直徑為Ｄ，柱塞數(shù)為z，斜盤傾角為β，則斜盤式軸向柱塞泵的排量

(3-2)

圖3-7為手動(dòng)變量泵,若軸銷距斜盤回轉(zhuǎn)中心的力臂為L(zhǎng),則可得tanβmax=smax/L又由于軸銷隨同變量活塞一起位移，因此軸銷的位移即變量活塞的位移s，于是有tanβ=s/L，代入公式(3-2)，則有

(3-3)

泵的排量與變量活塞的位移成正比。為限制柱塞所受的液壓側(cè)向力不致過大，斜盤的最大傾角αmax一般小于18°～20°。2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)

在構(gòu)成吸壓油腔密閉容積的三對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦副中，柱塞與缸體柱塞孔之間的圓柱環(huán)形間隙加工精度易于保證；缸體與配流盤、滑履與斜盤之間的平面縫隙采用靜壓平衡，間隙磨損后可以補(bǔ)償，因此軸向柱塞泵的容積效率較高，額定壓力可達(dá)32MPa。

2)

為防止柱塞底部的密閉容積在吸、壓油腔轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變而引起的壓力沖擊，一般在配流盤吸、壓油窗口的前端開設(shè)減振槽(孔)，或?qū)⑴淞鞅P順缸體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一定角度放置。

3)

泵內(nèi)壓油腔的高壓油經(jīng)三對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦副的間隙泄漏到缸體與泵體之間的空間后，再經(jīng)泵體上方的泄漏油口直接引回油箱，這不僅可保證泵體內(nèi)的油液為零壓，而且可隨時(shí)將熱油帶走，保證泵體內(nèi)的油液不致過熱。

4)斜盤式軸向柱塞泵以及前面介紹的徑向柱塞泵和后面介紹的斜軸式軸向柱塞泵的瞬時(shí)理論流量隨缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性變化，其變化頻率與泵的轉(zhuǎn)速和柱塞數(shù)有關(guān)，由理論推導(dǎo)柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)的脈動(dòng)小于偶數(shù)，因此柱塞泵的柱塞取為奇數(shù)，一般為5、7或9。3.2.3斜軸式軸向柱塞泵1.工作原理圖3-8

斜軸式軸向柱塞泵1-配流盤2-柱塞3-缸體4-連桿5-傳動(dòng)軸a-吸油窗口b-壓油窗口

2.恒功率變量軸向柱塞泵圖3-9

恒功率變量軸向柱塞泵1-缸體2-斜盤3-柱塞4-配流盤5-撥銷6-阻尼孔7-控制活塞8-彈簧座9、10、12-彈簧11-伺服閥13-變量活塞

3.3葉片泵3.3.1雙作用葉片泵3.3.2單作用葉片泵1.工作原理圖3-10雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)3.3.1雙作用葉片泵雙作用葉片泵因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)滑動(dòng)兩次，完成兩次吸油和兩次壓油而得名。雙作用葉片泵的排量為（3-4）1、11-軸承2、6-左右配流盤3、7-前后蓋體4-葉片5-定子8-端蓋9-傳動(dòng)軸10-防塵圈12-螺釘13-轉(zhuǎn)子

圖3-11a)雙作用葉片泵工作原理圖b)彈簧葉片式結(jié)構(gòu)

1，2，3，4，5，6，7，8，15-葉片10，12-吸油窗口9，11-壓油窗口13-轉(zhuǎn)子14-彈簧16-定子

2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）配流盤的兩個(gè)吸油窗口和兩個(gè)壓油窗口對(duì)稱布置，因此作用在轉(zhuǎn)子和定子上的液壓徑向力平衡，軸承承受的徑向力小，壽命長(zhǎng)。

2）為保證葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)自由滑動(dòng)并始終緊貼定子內(nèi)環(huán)，雙作用葉片泵一般采用葉片槽根部全部通壓油腔的辦法。

3）由于雙作用葉片泵的吸、壓油經(jīng)常是在定子的大半徑圓弧和小半徑圓弧段進(jìn)行的，每個(gè)圓弧段半徑不變，因此轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈的排量是個(gè)定值。與其他泵相比，雙作用葉片泵運(yùn)行更平穩(wěn)，產(chǎn)生的噪聲較小。

4）為了提高雙作用葉片泵的工作壓力，除了對(duì)有關(guān)零件選用合適的材料和熱處理外，結(jié)構(gòu)上采取必要的措施解決葉片卸荷問題，使葉片壓向定子的作用力減小。通常有雙葉片式、彈簧葉片式和母子葉片式等。

3.3.2單作用葉片泵

單作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用。1.工作原理圖3-12

單作用葉片泵工作原理圖其排量為（3-5）

1-定子2-轉(zhuǎn)子3-葉片A-吸油窗口B-壓油窗口

2.限壓式變量葉片泵的變量原理

圖3-13YBX型外反饋限壓式葉片泵的結(jié)構(gòu)

1-預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘2-限壓彈簧3-泵體4-彈簧座5-轉(zhuǎn)子6-定子7-滑塊8-傳動(dòng)軸9-葉片10-(反饋柱塞11-最大流量調(diào)節(jié)螺釘

圖3-14限壓式變量葉片泵原理a)簡(jiǎn)化原理圖

b)特性曲線1-定子2-限壓彈簧3-預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘4-轉(zhuǎn)子5-柱塞6-偏心調(diào)節(jié)螺釘3.4齒輪泵3.4.1外嚙合齒輪泵3.4.2內(nèi)嚙合齒輪泵3.4.3螺桿泵3.4.1外嚙合齒輪泵

齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，根據(jù)嚙合形式不同分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種。因螺桿的螺旋面可視為齒輪曲線作螺旋運(yùn)動(dòng)所形成的表面，螺桿的嚙合相當(dāng)于無數(shù)個(gè)無限薄的齒輪曲線的嚙合，因此將螺桿泵與齒輪泵一起介紹。1.工作原理圖3-15齒輪泵結(jié)構(gòu)圖1-后蓋2-滾針軸承3-泵體4-主動(dòng)齒輪5-前蓋6-傳動(dòng)軸7-鍵8-從動(dòng)齒輪

圖3-16齒輪泵工作原理圖1-泵體2-主動(dòng)齒輪3-從動(dòng)齒輪

若瞬時(shí)最大流量為qmax，最小流量為qmin，平均流量為qp，則表示泵的瞬時(shí)理論流量脈動(dòng)系數(shù)

(3-6)

值隨齒數(shù)增多而減小。

齒輪泵的排量可根據(jù)輪齒齒谷的面積A=πm2得到

(3-7)

式中

z

——齒數(shù)；

m

——齒輪模數(shù)；

B

——齒寬。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)降低齒輪泵的噪聲

(2)泄漏

(3)間隙補(bǔ)償措施，圖3-17所示為采用浮動(dòng)軸套的中高壓齒輪泵。

圖3-17浮動(dòng)軸套的中高壓齒輪泵

1，2-軸套

(4)液壓徑向不平衡力。在齒輪泵中，由于在壓油腔和吸油腔之間存在著壓差，液體壓力的合力作用在齒輪和軸上，是一種徑向不平衡力，如圖3-18a所示。

圖3-18徑向壓力分布及合力

徑向不平衡力的大小為式中K——系數(shù)。對(duì)主動(dòng)齒輪，K=0.75；對(duì)從動(dòng)齒輪，k=0.85；

Δp

——壓油腔的壓力；

B——齒輪寬度；

De——齒頂圓直徑。由此可見，當(dāng)泵的尺寸確定以后，油液壓力越高徑向不平衡力就越大。其結(jié)果是加速軸承的磨損，增大內(nèi)部泄漏，甚至造成齒頂與殼體內(nèi)表面的摩擦。減小徑向不平衡力的方法有：1）開壓力平衡槽2）縮小壓油腔(3-8)(5)困油現(xiàn)象與卸荷措施

1）困油現(xiàn)象圖3-19

齒輪泵的困油現(xiàn)象(6)應(yīng)用

外嚙合齒輪泵在采取了一系列的高壓化措施后，額定壓力可達(dá)32MPa。由于它具有轉(zhuǎn)速高、自吸能力好、抗污染能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。2)卸荷措施困油現(xiàn)象使齒輪泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲和氣蝕，影響、縮短其工作的平穩(wěn)性和壽命。消除困油的方法通常是在兩端蓋板上開卸荷槽。3.4.2內(nèi)嚙合齒輪泵圖3-20內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理3.4.3螺桿泵

螺桿泵實(shí)質(zhì)上是一種外嚙合擺線齒輪泵。圖3-21所示為一種三螺桿泵的結(jié)構(gòu)圖。圖3-21

螺桿泵1-后蓋2-殼體3-主動(dòng)螺桿（凸螺桿）4,5-從動(dòng)螺桿（凹螺桿）6-前蓋

下面舉兩個(gè)例子例3-1

一變量泵的轉(zhuǎn)子外經(jīng)為d=83mm，定子內(nèi)徑為D=89mm，葉片寬度為B=30mm。求：1）排量qp=16cm3/rad時(shí)，其偏心量是多少？

2）此泵最大可能的排量是多少？

例3-2有一軸向柱塞液壓馬達(dá)，其平均輸出轉(zhuǎn)矩Tm=25N/m2,工作壓力Pm=50×105Pa,最小轉(zhuǎn)速nmin=2r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax=300r/min，其機(jī)械效率ηm=0.9，求所需的最大流量和最小流量各為多少？

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結(jié)束！圖3-1視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）：容積式（單柱塞泵）的工作原理圖圖3-6視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）：負(fù)載敏感變量徑向柱塞泵原理圖圖3-9視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）：恒功率變量軸向柱塞泵

圖3-11視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）

雙作用葉片泵的工作原理圖

圖3-12視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）

單作用葉片泵的工作原理圖圖3-16視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）：齒輪泵工作原理圖圖3-22視頻演示（標(biāo)準(zhǔn)）：內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理圖3-20視頻演示（慢速）內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理第4章液壓執(zhí)行元件章節(jié)目錄

4.1液壓馬達(dá)4.2液壓缸4.1液壓馬達(dá)4.1.1

液壓馬達(dá)概述4.1.2

液壓馬達(dá)的工作原理4.1.3

低速液壓馬達(dá)4.1.1液壓馬達(dá)概述

從工作原理上講，液壓傳動(dòng)中的泵和馬達(dá)都是靠工作腔密閉容積的容積變化而工作的。1.液壓馬達(dá)特性參數(shù)（1）功率與總效率

馬達(dá)輸入功率PMi為(4-1)

馬達(dá)輸出功率PM0為

(4-2)

馬達(dá)的總效率ηM等于馬達(dá)的輸出功率PM0與輸入功率PMi之比，即(4-3)

（2）馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械效率

a）理論轉(zhuǎn)距

即(4-4)

b）啟動(dòng)轉(zhuǎn)距

(4-5)

c）機(jī)械效率

由(4-6)

得(4-7)

（3）流量與容積效率

(4-8)

(4-9)（4）馬達(dá)的排量與轉(zhuǎn)速

(4-10)（5）工作壓力與額定壓力

液壓馬達(dá)的分類

按照工作特性馬達(dá)可分為兩大類：額定轉(zhuǎn)速在500r/min以上為高速液壓馬達(dá)；額定轉(zhuǎn)速在500r/min以下為低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)有齒輪馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、軸向柱塞馬達(dá)、螺桿馬達(dá)等。低速液壓馬達(dá)有單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)等。按其排量能否改變可分為定量馬達(dá)和變量馬達(dá)。

液壓馬達(dá)的圖形符號(hào)如圖4-1所示。圖4-1液壓馬達(dá)的圖形符號(hào)a)定量液壓馬達(dá)b)變量液壓馬達(dá)4.1.2液壓馬達(dá)的工作原理1.軸向柱塞馬達(dá)圖4-2軸向柱塞馬達(dá)的工作原理1-斜盤2-缸體3-活塞4-配油盤5-軸

葉片液壓馬達(dá)常用葉片液壓馬達(dá)為雙作用式，現(xiàn)以其來說明它的工作原理。圖4-3葉片液壓馬達(dá)的工作原理1，2，3，4，5，6，7，8-葉片

3.齒輪液壓馬達(dá)圖4-4

外嚙合齒輪液壓馬達(dá)的工作原理4.1.3低速液壓馬達(dá)

低速液壓馬達(dá)通常是徑向柱塞式結(jié)構(gòu)，為了獲得低速和大轉(zhuǎn)矩，采用高壓和大排量，它的體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，不能用于反應(yīng)靈敏和頻繁換向的場(chǎng)合。低速液壓馬達(dá)按其每轉(zhuǎn)作用次數(shù)，可分單作用式和多作用式。若馬達(dá)每旋轉(zhuǎn)一周，柱塞作一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱為單作用式；若馬達(dá)轉(zhuǎn)一周，柱塞作多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱為多作用式。1.單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)

圖4-5曲柄連桿式徑向液壓馬達(dá)的工作原理1-殼體2-活塞3-連桿4-曲柄5-進(jìn)油腔6-配油軸

單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)的排量V為(4-11)

式中d——柱塞直徑；

e——曲軸偏心距；

z——柱塞數(shù)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。缺點(diǎn)：體積和重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速穩(wěn)定性較差。2.多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)圖4-6

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)1-定子2-轉(zhuǎn)子3-柱塞4-橫梁5-滾輪6-配油軸

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)的排量為

(4-12)

式中d——柱塞直徑；

s——柱塞行程；

x——作用次數(shù)；

y——柱塞排數(shù)；

z——每排柱塞數(shù)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，徑向力平衡，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，并能在低速下穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)

4.2液壓缸4.2.1液壓缸的類型和速度推力特性4.2.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.2.3液壓缸主要尺寸的確定4.2.4擺動(dòng)式液壓缸4.2.1液壓缸的類型和速度推力特性

液壓缸的種類繁多，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式三大類；按其作用來分，有單作用式和雙作用式。下面介紹幾種常用的液壓缸?；钊揭簤焊?1）雙桿活塞缸

a)缸筒固定式

圖4-7

雙桿活塞缸

b)雙桿活塞缸

因雙活塞桿液壓缸的兩端活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。則缸的推力F和運(yùn)動(dòng)速度分別為

(4-13)

(4-14)式中A——液壓缸的有效面積；ηm——液壓缸的機(jī)械效率；

ηV——液壓缸的容積效率；D——活塞直徑；

d——活塞桿直徑；q——輸入液壓缸的流量；

p1——進(jìn)油腔壓力；p2——回油腔壓力。（2）單桿活塞缸圖4-8

單桿活塞缸

如圖4-8所示，活塞只有一端帶活塞桿。單桿活塞缸也有缸筒固定和活塞桿固定的兩種安裝形式。兩種安裝形式的工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍均為活塞有效行程l的2倍。單桿活塞缸因左、右兩腔有效面積A1和A2不等，因此當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔壓力分別為P1和P2，輸入左、右兩腔的流量均為q

時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度不相同。a)無桿腔進(jìn)油

b)有桿腔進(jìn)油

c)差動(dòng)連接

2.柱塞液壓缸圖4-9柱塞液壓缸1-缸筒2-柱塞

前面所討論的活塞式液壓缸的應(yīng)用非常廣泛,但這種液壓缸由于缸孔加工精度要求很高，當(dāng)行程較長(zhǎng)時(shí)，加工難度大,使得制造成本增加。在生產(chǎn)實(shí)際中,某些場(chǎng)合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價(jià)格低廉的液壓缸。

當(dāng)柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q時(shí)，柱塞上所產(chǎn)生的推力F和速度v分別為(4-23)

(4-24)

3.其他形式液壓缸（1）伸縮液壓缸伸縮式液壓缸又稱多套缸，它是由兩級(jí)或多級(jí)活塞式液壓缸套裝而成的，前一級(jí)活塞缸的活塞是后一級(jí)活塞的缸筒。當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞有效面積最大的缸筒以最低油壓力開始伸出，當(dāng)行至終點(diǎn)時(shí)，活塞有效面積次之的缸筒在壓力油的作用下開始伸出。各級(jí)伸出速度取決于外伸缸筒的有效面積，外伸缸筒有效面積越小，伸出速度加快。伸縮式液壓缸可以獲得很長(zhǎng)的行程，縮回時(shí)軸向尺寸又很小。圖4-10和圖4-11分別為雙作用伸縮液壓缸和單作用伸縮液壓缸工作原理圖。

圖4-11單作用伸縮液壓缸圖4-10雙作用伸縮液壓缸（2）齒條活塞液壓缸

圖4-12齒條活塞液壓缸（3）增壓缸（增壓器）

圖4-13增壓缸4.2.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成1.液壓缸典型結(jié)構(gòu)

圖4-14

單活塞桿液壓機(jī)構(gòu)1-缸底2-緩沖柱塞3-卡鍵4，6，10，12-密封圈5-活塞7-缸筒8-活塞桿9-導(dǎo)向套11-缸蓋13-防塵圈14-耳軸

2.液壓缸的組成

液壓缸按結(jié)構(gòu)組成分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等。除密封裝置將在第6章單獨(dú)敘述外，下面介紹其他部分。（1）缸體組件圖4-15

缸筒與缸蓋連接方式a)法蘭式b)半環(huán)式c)螺紋式d)拉桿式e)焊接式）

1-缸蓋2-缸筒3-壓板4-半環(huán)5-防松螺母6-拉桿（2）活塞組件圖4-16活塞與活塞桿的連接1-活塞桿2-活塞3-密封圈4-防松墊片5-螺母6-半環(huán)7-套環(huán)8-彈簧卡圈（3）緩沖裝置圖4-17液壓缸的緩沖裝置a)圓柱形環(huán)隙式b)圓錐形環(huán)隙式c)可變節(jié)流槽式d)可調(diào)節(jié)流孔式

（4)排氣裝置圖4-18排氣裝置a)排氣閥b)排氣塞

4.2.3液壓缸主要尺寸的確定

液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸與主機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有直接關(guān)系。在對(duì)主機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析、編制負(fù)載圖、確定各工況壓力之后（詳見第9章），根據(jù)工作機(jī)構(gòu)負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、工作行程等確定液壓缸的尺寸和結(jié)構(gòu)，對(duì)主要零件進(jìn)行驗(yàn)算，最后進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)時(shí)還需參考有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。1.液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題（1）在保證所獲得速度和推力的前提下，應(yīng)盡可能使液壓缸各部分結(jié)構(gòu)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊，加工、裝配和維修方便。（2）盡量使活塞桿在承受最大負(fù)載時(shí)處于受拉狀態(tài)，若受壓應(yīng)具有良好的縱向穩(wěn)定狀態(tài)。長(zhǎng)行程的活塞桿伸出時(shí)，還應(yīng)加輔助支承，避免活塞桿下垂。（3）液壓缸熱脹冷縮時(shí)應(yīng)不受阻礙，所以液壓缸在安裝、固定時(shí)，只能一端定位。（4）根據(jù)液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩沖、排氣和防塵等裝置。2.液壓缸主要尺寸的確定（1）缸筒內(nèi)徑D。（2）活塞桿直徑d。（3）液壓缸缸筒長(zhǎng)度s。（4）液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。3.強(qiáng)度校核（1）缸筒壁厚δ的校核對(duì)中低壓，由于缸筒的壁厚δ往往根據(jù)結(jié)構(gòu)工藝的要求來確定，它的強(qiáng)度足夠，通?？梢圆槐匦：?。但在高壓系統(tǒng)并且缸筒內(nèi)徑D較大時(shí)，則必須對(duì)壁厚進(jìn)行校核。1）當(dāng)D/δ≥10時(shí)，可按薄壁筒公式來校核

(4-29)2）當(dāng)D/δ＜10時(shí)，應(yīng)按厚壁筒公式進(jìn)行校核

(4-30)

（2）活塞桿的直徑d的校核活塞桿主要承受拉、壓作用力，其校核公式為(4-31)

當(dāng)活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度≥10d時(shí)，受到軸向壓縮負(fù)載超過某一臨界值時(shí)，會(huì)失去穩(wěn)定性，所以要按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。（3）液壓缸連接螺栓的直徑校核當(dāng)缸筒與缸蓋用螺栓連接時(shí)，螺栓在工作中既承受拉應(yīng)力又承受扭應(yīng)力。計(jì)算時(shí)取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行校核。4.2.4擺動(dòng)式液壓缸

擺動(dòng)液壓缸能實(shí)現(xiàn)小于360°的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由于它可直接輸出轉(zhuǎn)矩，故又稱為擺動(dòng)液壓馬達(dá)，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。擺動(dòng)式液壓缸如圖4-20所示。圖4-20

擺動(dòng)式液壓缸a)單葉片式擺動(dòng)缸b)雙葉片式擺動(dòng)缸式中p1、p2——單葉片式擺動(dòng)液壓缸進(jìn)出口油口壓力；q——流入流量；b——葉片寬度；D—缸體內(nèi)孔直徑；d—擺動(dòng)軸直徑；

——擺動(dòng)缸的容積效率和機(jī)械效率。