液壓與氣壓傳動單元1液壓傳動概述學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握液壓傳動的工作原理及液壓傳動系統(tǒng)的組成。理解用液壓傳動圖形符號表達(dá)液壓元件的意義。熟悉液壓傳動的優(yōu)缺點。了解液壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展概況。結(jié)合我國液壓發(fā)展史及成就培養(yǎng)愛國情懷，進(jìn)一步理解科技進(jìn)步在國家富強(qiáng)、民族復(fù)興中的地位和作用。機(jī)械設(shè)備傳動部分的作用是把原動機(jī)（電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）的輸出功率傳送給工作機(jī)構(gòu)。傳動有多種類型，如機(jī)械傳動、電力傳動、液壓傳動、氣壓傳動以及它們的組合——復(fù)合傳動等。按照其工作原理的不同，液體傳動又可分為液壓傳動和液力傳動兩種形式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要利用液體的動能來傳遞能量。

目錄CONTENTS單元1液壓傳動概述液壓傳動的工作原理與系統(tǒng)的組成1.1液壓傳動的優(yōu)缺點1.2液壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展概況1.301液壓傳動的工作原理與系統(tǒng)的組成液壓傳動的工作原理1.1.1如圖所示的某機(jī)床工作平臺的液壓系統(tǒng)為例來說明液壓傳動系統(tǒng)的工作原理。圖1-1圖1-2液壓傳動系統(tǒng)的組成及職能符號1.1.2從上述實例，液壓傳動系統(tǒng)主要由以下四個部分組成：1.動力元件將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動力源。2.執(zhí)行元件將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度。3.控制調(diào)節(jié)元件用以控制液壓傳動系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動方向的裝置。4.輔助元件除以上元件外的其它元器件都稱為輔助元件。液壓元件的圖形符號1.1.3液壓系統(tǒng)的圖形符號有兩種，一種是半結(jié)構(gòu)圖，另一種是職能符號圖。圖1-1

某機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)簡圖對每個液壓元件只表示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，外部形狀則一律不表示，故稱為結(jié)構(gòu)簡圖。特點:直觀性強(qiáng)容易理解，但圖形較復(fù)雜，繪制不方便。液壓元件的圖形符號1.1.3液壓系統(tǒng)的圖形符號有兩種，一種是半結(jié)構(gòu)圖，另一種是職能符號圖。圖1-2

用圖形符號繪制的某機(jī)床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)職能符號用一確定的圖形符號代表某種液壓元件，該圖形符號稱為這種液壓元件的職能符號。職能符號通常以元件的靜止位置或零位來表示，且只表示元件的功能，不表示元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。特點:便于繪制，液壓系統(tǒng)圖簡單明了，油路走向清楚，對系統(tǒng)的分析、設(shè)計都很方便。02液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的優(yōu)點1.2.1液壓傳動容易做到對速度的無級調(diào)節(jié)，且其調(diào)速范圍大，

并且對速度的調(diào)節(jié)還可在工作過程中進(jìn)行；在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊小，能快速起動、制動和頻繁換向；液壓裝置易實現(xiàn)自動化，可以方便地對液體的流動方向、壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并能很容易地與電氣、電子控制或氣壓傳動控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動和操作；液壓傳動易實現(xiàn)過載保護(hù)，液壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較長；液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。液壓傳動的缺點1.2.2液體的泄漏和可壓縮性使液壓傳動難以保證嚴(yán)格的傳動比；液壓傳動在工作過程中能量損失較大，因此，傳動效率相對低，不宜作遠(yuǎn)距離傳動；液壓傳動對油溫變化比較敏感，不宜在較高和較低的溫度下工作；液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不易診斷。03液壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展概況液壓傳動的發(fā)展概況相對于機(jī)械傳動來說，液壓傳動是一門新的技術(shù)。液壓傳動自17世紀(jì)帕斯卡提出靜壓傳遞原理、1795年世界上第一臺水壓機(jī)誕生以來，已有200多年的歷史，但直到上世紀(jì)30年代，由于工藝制造水平的提高，它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快和精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)。液壓傳動在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用行業(yè)名稱

應(yīng)用場所舉例工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等起重運(yùn)輸機(jī)械汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機(jī)械、皮帶運(yùn)輸機(jī)等礦山機(jī)械鑿巖機(jī)、開掘機(jī)、開采機(jī)、破碎機(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)等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等冶金機(jī)械電爐爐頂及電極升降機(jī)、軋鋼機(jī)、壓力機(jī)等輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等汽車工業(yè)自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等智能機(jī)械折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機(jī)、模擬駕駛艙、機(jī)器人等案例分析與能力訓(xùn)練液壓技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域由于液壓系統(tǒng)存在著許多優(yōu)點，所以從民用到國防，從一般傳動到精確要求高的控制系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用，液壓系統(tǒng)工程應(yīng)用圖例（如圖1-3）所示。圖1-3

液壓系統(tǒng)工程應(yīng)用圖例（a）挖掘機(jī)（b）架橋機(jī)（c）磨床（d）起重機(jī)（e）裝載機(jī)感謝學(xué)習(xí)液壓與氣壓傳動單元2液壓傳動基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解液壓油的基本特性、要求及選擇方法。掌握液體靜力學(xué)相關(guān)知識。掌握液體動力學(xué)基本概念及相關(guān)方程，并理解方程本質(zhì)及應(yīng)用。熟悉管道中液體流動的特性。了解液壓沖擊及空穴現(xiàn)象發(fā)生的原因及解決措施。從基礎(chǔ)做起，培養(yǎng)踏實專注的優(yōu)良品質(zhì)。液體是液壓傳動的工作介質(zhì)。了解液體的物理、化學(xué)性質(zhì)，研究液體的靜力學(xué)與動力學(xué)規(guī)律，對正確理解液壓傳動的基本原理是十分重要的，也是今后學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。本章介紹有關(guān)液壓傳動的流體力學(xué)基礎(chǔ)知識，包括液體靜力學(xué)方程、連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程的應(yīng)用，壓力損失、小孔流量的計算以及壓力沖擊現(xiàn)象等。

目錄CONTENTS單元2液壓傳動基礎(chǔ)液壓油的主要物理性質(zhì)及選用2.1液體靜力學(xué)2.2液體動力學(xué)2.3液體流動時的壓力損失2.4液體流經(jīng)小孔及間隙的流量2.5液壓沖擊與空穴現(xiàn)象2.601液壓油的主要物理性質(zhì)及選用液體的粘性2.1.1液體在外力作用下流動時，分子間的內(nèi)聚力會阻止分子間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這種特性叫做液體的粘性。液體只有在流動時才會呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。粘性的大小可以用粘度表示。1.液體粘性的意義液體的粘性2.1.1常用的粘度有動力粘度、運(yùn)動粘度和相對粘度三種。2.液體的粘度圖2-1

液體黏性示意圖動力粘度如圖所示，若兩平行平板之間充滿液體，上平板以速度向右運(yùn)動，下平板固定不動。附著在上平板的液體在其吸附力作用下，跟隨上平板以速度向右運(yùn)動。附著在下平板的液體在吸附力作用下則保持靜止，中間液體的速度由上至下逐漸減小。當(dāng)兩平行平板距離較小時，速度近似按線性規(guī)律分布。圖2-1

液體黏性示意圖動力粘度由實驗得出，液層間的內(nèi)摩擦力F與液層間的接觸面積A、液層間相對速度成正比，而與液層間的距離成反比。即

(2-1)若用單位面積上的內(nèi)摩擦力，即切應(yīng)力來表示液體粘性，則上式可改寫成

(2-2)

液體的粘性2.1.1常用的粘度有動力粘度、運(yùn)動粘度和相對粘度三種。2.液體的粘度運(yùn)動粘度動力粘度與該液體密度的比值稱為運(yùn)動粘度，即

(2-4)運(yùn)動粘度沒有明確的物理意義，但它卻是工程實際中經(jīng)常用到的物理量，因為其單位只有長度和時間量綱，類似于運(yùn)動學(xué)的量，故稱為運(yùn)動粘度。

運(yùn)動粘度的法定計量單位為m2/s和mm2/s。液壓油(液)的粘度等級就是以其40℃時運(yùn)動粘度的某一中心值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級為32，則40℃時其運(yùn)動粘度的中心值為32mm2/s。液體的粘性2.1.1常用的粘度有動力粘度、運(yùn)動粘度和相對粘度三種。2.液體的粘度相對粘度它是用特定粘度計在規(guī)定條件下測出的粘度。各國采用的相對粘度單位有所不同。有的用賽氏粘度，有的用雷氏粘度，我國采用恩氏粘度。相對粘度由于測量條件不同，相對粘度也不同。恩氏粘度用恩氏粘度計測定，即將2O0cm3的被測液體裝入底部有2.8mm小孔的恩氏粘度計容器內(nèi)，在某一特定溫度下測定該液體在自重作用下流盡所需時間，與2O℃的2O0cm3蒸餾水在同一粘度計中流盡所需時間之比值，便是該液體在這一特定溫度時的恩氏粘度。即

(2-5)恩氏粘度與運(yùn)動粘度可用經(jīng)驗公式換算,也可從有關(guān)圖表直接查出。液體的粘性2.1.13.粘度與壓力、溫度的關(guān)系在一般液壓系統(tǒng)所使用的壓力范圍內(nèi)，液壓油(液)的粘度受壓力變化的影響甚微，可以忽略不計；但當(dāng)液體所受的壓力加大時，分子之間的距離縮小，內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大。液壓油(液)的粘度對溫度變化十分敏感，溫度升高，粘度將降低。

液體的可壓縮性2.1.2液體體積隨著壓力變化而改變。液體受壓力作用而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。壓縮性大小用壓縮系數(shù)表示。即

(2-6)

液壓油(液)的可壓縮性很小，所以一般可忽略不計。但在某些情況下，如研究液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性以及遠(yuǎn)距離操縱的液壓機(jī)構(gòu)時，就需要考慮液壓油(液)可壓縮性的影響。液壓油的要求2.1.3液壓油的質(zhì)量及其各種性能將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。液壓系統(tǒng)使用油液的要求主要有下面幾點：適宜的粘度和良好的粘溫性能。一般液壓系統(tǒng)所用的液壓油其運(yùn)動粘度范圍為：（13～68）×10-6m2/s(40°C)，一般液壓系統(tǒng)要求粘度指數(shù)VI在90以上；良好的潤滑性能，以減小液壓元件中相對運(yùn)動表面的磨損。為了改善液壓油的潤滑性能，可加入添加劑以增加其潤滑性能；良好的化學(xué)穩(wěn)定性，即對熱、氧化、水解、相容都具有良好的穩(wěn)定性；良好的防銹性和防腐性；比熱、熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)?。涣己玫呐菽院涂谷榛裕挥鸵杭儍?，含雜質(zhì)量少；傾點和凝點低，閃點(明火能使油面上油蒸氣內(nèi)燃，但油本身不燃燒的溫度)和燃點高；對人體無害，成本低。02液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)所研究的問題是液體處于相對平衡狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其實際應(yīng)用。所謂相對平衡是指液體內(nèi)部各質(zhì)點間沒有相對運(yùn)動，至于液體本身完全可以與容器一起如同剛體一樣做各種運(yùn)動。因此，液體在相對平衡狀態(tài)下沒有粘性，不存在切應(yīng)力，只存在法向的壓應(yīng)力，即靜壓力。本節(jié)主要討論液體的平衡規(guī)律和壓強(qiáng)分布規(guī)律以及液體對物體壁面的作用力。

液體靜力學(xué)液體靜壓力及其特性2.2.1液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，液體質(zhì)點間沒有相對運(yùn)動，不存在內(nèi)摩擦力，即不呈現(xiàn)粘性。因此，靜正液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)共點處單位面積上所受到的法向力叫做該點處的靜壓力，即在面積作用有法向力時，該點處的壓力可定義為

(2-7)若法向力均勻地作用在面積上，則壓力表示為(2-8)液體靜力學(xué)基本方程2.2.2圖2-2

靜止液體內(nèi)壓力分布規(guī)律設(shè)小液柱底面積為ΔΑ，高為h，液體的密度為ρ，則這個小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)，其平衡式為:即

(2-9)

在重力場中討論靜止液體內(nèi)的壓力分布規(guī)律具有普遍意義。如圖2-2所示，在—密閉容器內(nèi)，靜止液體所受的力有液體的重力、液面上的外加力以及容器壁面作用于液體表面上的反壓力。若求在液面下深h處A點的壓力p可以從液體內(nèi)部取出一個底面包含A點的豎直小液柱，其上頂與液面重合。液體靜壓力的傳遞2.2.3圖2-3

帕斯卡原理應(yīng)用圖2-3所示為應(yīng)用帕斯卡原理的液壓千斤頂工作原理圖。在兩個相互連通的液壓缸密封腔中充滿油液，小活塞和大活塞的面積分別為A1和A2，在大活塞上放一重物W，小活塞上施加一平衡重力W的力F時，則小液壓缸中液體的壓力p_1為F/A1，大液壓缸中液體的壓力p_2為W/A2。因兩缸互通而構(gòu)成一個密封容器，根據(jù)帕斯卡原理則有p1=p2，相應(yīng)有:

(2-10)注意：由式(2-10)可知，如果大活塞上沒有負(fù)載，即W=0，當(dāng)略去活塞重力及其它阻力時，F(xiàn)也為零，因此無論怎樣也對小活塞施加不上作用力，也就不可能在液體中形成壓力。由此得出一個重要概念：液壓傳動系統(tǒng)的壓力取決于負(fù)載，而與流入的液體多少無關(guān)。由靜力學(xué)基本方程可知，靜止液體內(nèi)任一點處的壓力都包含了液面上的壓力。這說明在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力，能等值地傳遞到液體中的各點，這就是靜壓傳遞原理(又稱帕斯卡原理)。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常由外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大得多，認(rèn)為靜止液體中的壓力處處相等。認(rèn)識帕斯卡原理液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟硪后w靜壓力的傳遞2.2.3液體壓力的表示方法有兩種:壓力的表示方法2.2.4一種是以絕對真空為基準(zhǔn)表示的絕對壓力；另一種是以大氣壓力為基準(zhǔn)表示的相對壓力。圖2-4

絕對壓力、相對壓力和真空度間的關(guān)系絕對壓力和相對壓力的關(guān)系為:絕對壓力=大氣壓力+相對壓力真空度=大氣壓力-絕對壓力注意：以大氣壓力為基準(zhǔn)計算壓力時，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。

液體對固體壁面的作用力2.2.5圖2-5

液體對錐面的作用力液體和固體壁面相接觸時，固體壁面將受到液體壓力的作用。在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，可以近似地認(rèn)為整個液體內(nèi)部的壓力是相等的。當(dāng)固體壁面為一曲面時，液體在某一方向(x)上對曲面的作用力F_x等于液體壓力p與曲面在該方向(x)投影面積A_x的乘積，即:

(2-12)

如圖2-5所示錐閥，與錐面接觸的液體壓力為p

，錐面與閥口接觸處的直徑為d

，液體在軸線方向?qū)﹀F面的作用力

F_軸

就等于液體壓力p與受壓錐面在軸線方向投影面積πd^2/4的乘積，即:

(2-13)

03液體動力學(xué)液體動力學(xué)基礎(chǔ)是主要研究液體流動時流速和壓力之間的變化規(guī)律。其中，流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程就是描述流動液體力學(xué)規(guī)律的三個基本方程。這些內(nèi)容不僅構(gòu)成了液體動力學(xué)的基礎(chǔ)，而且還是液壓技術(shù)中分析問題和設(shè)計計算的理論依據(jù)。液體動力學(xué)液體動力學(xué)基本概念2.3.11.理想液體和恒定流動理想液體在研究流動液體時，將假設(shè)的既無粘性又無可壓縮性的液體稱為理想液體，而把實際存在的既有粘性又有可壓縮性的液體稱為實際液體。恒定流動液體流動時，若液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動稱為恒定流動；若液體中任一點處的壓力、速度和密度中只要有一個參數(shù)隨時間而變化，就稱為非恒定流動。液體動力學(xué)基本概念2.3.12．流量和平均流速過流斷面(或通流截面)液體在管道中流動時，其垂直于流動方向的截面稱為過流斷面或稱為通流截面。2．流量和平均流速流量流量的單位m^3/s為或L/min，換算關(guān)系為1m^3/s=6×L/min。對于實際液體的流動，由于粘性的作用，通流截面上各點的液體實際流速分布規(guī)律較復(fù)雜(見圖2-6中A截面實際流速u分布)，為便于流量計算，需引入平均流速概念。單位時間內(nèi)流過某一過流斷面的液體體積稱為流量。流量用q_v表示，即:

(2-14)2．流量和平均流速平均流速假設(shè)液流在通流截面A上各點的流速均勻分布(見圖2-6平均流速v分布)，且液體以平均流速流過通流截面A的流量等于液體以實際流速流過該截面的流量，即:

(2-15)圖2-6

實際流量和平均流量式中：A為通流截面A的面積。由式（2-14）可得出通流截面A上的平均流速為:

(2-16)

3．流態(tài)液體有兩種流動狀態(tài)，即層流和紊流。在層流時，液體質(zhì)點互不干擾，流動呈層狀且平行于導(dǎo)管軸線；在紊流時，液體質(zhì)點的運(yùn)動雜亂無章，除了平行于導(dǎo)管軸線的運(yùn)動外，還存在劇烈的橫向運(yùn)動。實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)與管內(nèi)液體的平均流速v、管道內(nèi)徑d和液體的運(yùn)動黏度v有關(guān)。由這三個參數(shù)所組成的雷諾數(shù)Re常用來判定液體流動狀態(tài)，雷諾數(shù)可表示如下:

(2-17)雷諾數(shù)的物理意義雷諾數(shù)是液流的慣性力與內(nèi)摩擦力的比值。雷諾數(shù)較小時，液體的內(nèi)摩擦力起主導(dǎo)作用，液流狀態(tài)為層流；雷諾數(shù)較大時，慣性力起主導(dǎo)作用，液流狀態(tài)為紊流。3．流態(tài)

流動液體的基本定律2.3.21.連續(xù)性方程圖2-7

不等截面管

也可得(2-18)流動液體的基本定律2.3.22.伯努利方程圖2-8

理想液體伯努利方程示意圖

或(2-19)

流動液體的基本定律2.3.23.動量方程

04液體流動時的壓力損失沿程壓力損失2.4.1液體在直徑不變的直通道中流動時因其內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的能量損失，稱為沿程壓力損失。它主要決定于液體平均流速υ、動力粘度μ(ρv)、通道的長度l和內(nèi)徑d等，其計算公式為

(2-21)

式中：λ為沿程阻力系數(shù)。式(2-21)既適用于層流又適用于紊流，只是λ選取的數(shù)值不同，λ值可從有關(guān)圖表查出。局部壓損失2.4.2

一般都依靠實驗求得各種類型局部障礙的局部阻力系數(shù)，然后再計算局部壓力損失Δp_ξ

，其計算公式為

(2-22)

(2-23)液體流經(jīng)管道的彎頭、大小管的接頭、突變截面、閥口和網(wǎng)孔等局部障礙處時，因液流方向和速度大小發(fā)生突度，使液體質(zhì)點間相互撞擊而造成的能量損失，稱為局部壓力損失。管路系統(tǒng)的總壓力損失2.4.3利用上式進(jìn)行計算時，只有在各局部障礙之間有足夠距離時才正確。液壓系統(tǒng)中的壓力損失絕大部分將轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫升高、泄漏增大。管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和局部壓力損失之和，即

(2-24)05液體流經(jīng)小孔及間隙的流量液體流經(jīng)小孔的流量2.5.1

1．液體流經(jīng)薄壁小孔的流量流經(jīng)薄壁小孔的流量為

(2-25)

2．液體流經(jīng)短孔的流量液體流經(jīng)短孔的流量計算仍可用薄壁小孔的流量計算公式，只是流量系數(shù)不同。短孔比薄壁小孔加工容易，因此特別適合要求不高的節(jié)流閥用。3．液體流經(jīng)細(xì)長孔的流量液體流經(jīng)細(xì)長孔時，由于液體內(nèi)摩擦力的作用較突出，故多為層流。液體流經(jīng)細(xì)長孔的流量計算公式為

(2-26)從上式可發(fā)現(xiàn)，流經(jīng)細(xì)長孔的流量會隨液體粘度變化而變化。流經(jīng)三種小孔的流量公式，可以綜合地用下面通式表達(dá)(2-27)

液體流經(jīng)間隙的流量2.5.2在液壓元件中常見的間隙形式有兩種，即平行平板間隙和環(huán)狀間隙。1．液體流經(jīng)平行平板間隙的流量平行平板間隙分為固定平行平板間隙和相對運(yùn)動平行平板間隙兩種。液體流經(jīng)固定平行平板間隙的流量在這種間隙中液體的流動屬于壓差流動，其流量計算公式為

(2-28)從上式可以看出，流經(jīng)固定平行平板間隙的流量與間隙高度的三次方成正比，可見液壓元件間隙大小對泄漏的影響很大。液體流經(jīng)相對運(yùn)動平行平板間隙的流量

平行平板有相對運(yùn)動時，兩平板一般為一長一短。式(2-24)中“±”的確定方法為：若長平板相對于短平板的運(yùn)動方向與壓差流動方向相同，取“+”(見圖2-9a和c)；反之，取“-”(見圖2-9b和d)。圖2-9

流經(jīng)相對運(yùn)動平行平板間隙的流量

圖2-9為液體在平行平板間隙中既有壓差流動又有剪切流動的情況。在間隙中流速的分布規(guī)律和流量是上述兩種情況的疊加，即液體流經(jīng)間隙的流量為

(2-30)液體流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量環(huán)狀間隙分為同心環(huán)狀間隙和偏心環(huán)狀間隙兩種。2．液體流經(jīng)環(huán)狀間隙的流量

圖2-10

流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量液體流經(jīng)偏心環(huán)狀間隙的流量圖2-11所示內(nèi)外兩圓柱面若不同心，便形成偏心環(huán)狀間隙，其流量計算公式為：

(2-32)圖2-11

偏心環(huán)形縫隙

06液壓沖擊與空穴現(xiàn)象液壓沖擊2.6.11.產(chǎn)生液壓沖擊的原因在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在某一瞬間突然急劇上升，而形成很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。閥門突然關(guān)閉引起液壓沖擊若有一較大容腔(如液壓缸、蓄能器等)和在另一端裝有閥門的管道相通。當(dāng)閥門開啟時，管內(nèi)液體從閥門流出。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時，從閥門處開始液體動能將逐層轉(zhuǎn)化為壓力能，相應(yīng)產(chǎn)生一從閥門向容腔推進(jìn)的壓力沖擊波，出現(xiàn)液壓沖擊。運(yùn)動部件突然制動引起液壓沖擊如換向閥突然關(guān)閉液壓缸的回油通道而使運(yùn)動部件制動時，這一瞬間運(yùn)動部件的動能會轉(zhuǎn)化為被封閉油液的壓力能，壓力急劇上升，出現(xiàn)液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中元件反應(yīng)不靈敏造成液壓沖擊如系統(tǒng)壓力突然升高時，溢流閥不能迅速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時自動減小輸出流量等，都會導(dǎo)致液壓沖擊。2．液壓沖擊的危害在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓沖擊時，瞬時壓力峰值有時比正常壓力要大好幾倍，會引起振動和噪聲，導(dǎo)致密封裝置、管路和液壓元件的損壞，甚至還會使某些液壓元件(如壓力繼電器、順序閥等)產(chǎn)生誤動作，從而影響系統(tǒng)正常工作?？梢姂?yīng)力求減小液壓沖擊。延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動部件制動換向的時間?？刹捎脫Q向時間可調(diào)的換向閥。實驗證明當(dāng)換向時間大于0.3s時，液壓沖擊就大大減少。限制管路內(nèi)液體的流速及運(yùn)動部件的速度。一般在液壓系統(tǒng)中將管路流速控制在4.5m／s以內(nèi)，運(yùn)動部件的速度一般小于10.0/min，并且當(dāng)運(yùn)動部件的質(zhì)量越大，則其運(yùn)動速度就應(yīng)該越小。適當(dāng)增大管徑。這樣不僅可以降低流速，而且可以減小壓力沖擊波傳播速度。盡量縮小管道長度，可以減小壓力波的傳播時間。用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置畜能器，以吸收沖擊的能量；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。通?？刹扇∠铝写胧﹣頊p少液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中，如果某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓時，油液中的空氣就會分離出來而形成大量氣泡；當(dāng)壓力進(jìn)一步降低到油液工作溫度下的飽和蒸汽壓力時，油液會迅速汽化而產(chǎn)生大量汽泡。這些氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生空穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象一般稱為空穴現(xiàn)象。減小閥孔或其他元件通道前后的壓力差。降低液壓泵的吸油高度，采用內(nèi)徑較大的吸油管，并盡量少用彎頭，以減小管路阻力，必要時對大流量泵采用輔助泵供油。各元件的連接處要密封可靠，以防止空氣進(jìn)入。整個系統(tǒng)管路應(yīng)盡可能直，避免急彎和局部狹窄等。提高元件的抗氣蝕能力。通?？刹扇∠铝写胧﹣頊p少液壓沖擊：空穴現(xiàn)象2.6.2感謝學(xué)習(xí)液壓與氣壓傳動單元3液壓動力元件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握液壓泵的工作原理、主要性能及符號、參數(shù)。掌握液壓泵的分類，齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特點。了解液壓泵的常見故障及排除方法。了解液壓泵的選用原則。樹立正確的理想信念，激發(fā)人生前進(jìn)的動力源。目錄CONTENTS單元3液壓動力元件液壓泵概述3.1齒輪泵3.2葉片泵3.3柱塞泵3.4液壓泵的選用3.501液壓泵概述液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動力裝置，是能量轉(zhuǎn)換元件。它由原動機(jī)（電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）驅(qū)動，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能輸出到系統(tǒng)中去，為執(zhí)行元件提供動力。它是液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，其性能好壞直接影響到系統(tǒng)是否正常工作。液壓泵的工作原理3.1.1圖3-1

單柱塞液壓泵的工作原理

液壓泵是靠密封容腔容積的變化來工作的。圖3-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖。原動機(jī)驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)時，柱塞2將作往復(fù)運(yùn)動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。原動機(jī)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(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能輸出。

液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵。（a）單向定量泵（b）雙向定量泵（c）單向變量泵（d）雙向變量泵圖3-2

液壓泵的符號

液壓泵的主要性能參數(shù)3.1.21.液壓泵的壓力工作壓力液壓泵實際工作時的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力的大小取決于外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無關(guān)。額定壓力液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。超過此值即為過載。最高允許壓力在超過額定壓力的條件下，根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運(yùn)行的最高壓力值，稱為液壓泵的最高允許壓力。一般最大允許壓力為額定壓力的1.1倍。超過這個壓力液壓泵將很快損壞。流量是指單位時間內(nèi)泵輸出油液的體積，其單位為m^3/r

。2.液壓泵的排量和流量液壓泵的主要性能參數(shù)3.1.2排量V。它是由計算泵密封容腔幾何尺寸的變化而得到的泵每轉(zhuǎn)排出油液的體積。其國際標(biāo)準(zhǔn)單位為m^3/r，常用的單位為mL/r。理論流量q_vt。理論流量是指在不考慮液壓泵泄漏流量的情況下，該泵在單位時間內(nèi)所排出的液體體積的平均值。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q_vt為

(3-1)qvt=Vn實際流量qv。它是泵工作時的輸出流量，這時的流量必須考慮泵的泄漏。它等于泵理論流量減去泄漏損失的流量?qv，即(3-2)額定流量qvn。它是泵在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下輸出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵實際流量qv和額定流量qvn都小于理論流量qvt。

qv=qvt??qv液壓泵的主要性能參數(shù)3.1.23.液壓泵的功率和效率(1)液壓泵的功率損失

液壓泵的功率損失有容積損失和機(jī)械損失兩部分。

容積損失是指液壓泵流量上的損失，液壓泵的實際輸出流量總是小于其理論流量，其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來表示,它等于液壓泵的實際輸出流量與其理論流量之比。

即：(3-7)

機(jī)械效率機(jī)械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩總是大于理論上所需要的轉(zhuǎn)矩，其主要原因是由于液壓泵體內(nèi)相對運(yùn)動部件之間因機(jī)械摩擦而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失以及液體的粘性而引起的摩擦損失。液壓泵的機(jī)械損失用機(jī)械效率表示，它等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩與實際輸入轉(zhuǎn)矩之比，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為，則液壓泵的機(jī)械效率為：

(3-9)理論功率液壓泵的輸入為機(jī)械能，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；其輸出為壓力能，表現(xiàn)為壓力和流量。當(dāng)用液壓泵輸出的壓力能驅(qū)動液壓缸克服負(fù)載F以速度運(yùn)動v時(若不考慮能量損失)，則液壓泵和液壓缸的理論功率為:

(3-3)(2)液壓泵的功率

液壓泵的輸入功率是指作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率,當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩為T，角速度為ω時,有：

(3-4)

輸出功率液壓泵的輸出功率是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口間的壓差Δp和輸出流量q_v的乘積,即：

(3-5)

液壓泵的泄漏量隨壓力升高而增大，相應(yīng)其容積效率也隨壓力升高而降低。機(jī)械效率是指驅(qū)動液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩與實際轉(zhuǎn)矩的比值，即(3-9)由式(3-3)可得，

，代入式(3-9)可得(3-10)液壓泵的總效率

為其實際輸出功率和實際輸入功率的比值

(3-11)圖3-3

液壓泵的特性曲線液壓泵的各個參數(shù)和壓力之間的關(guān)系如圖所示。02齒輪泵齒輪泵是一種常用液壓泵。其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性能好，對油液污染不敏感和工作可靠等。其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。按齒輪的嚙合形式的不同，齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，由于外嚙合齒輪泵工藝簡單、加工方便，因而應(yīng)用最廣。下面分別介紹它們的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和性能。齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)3.2.1當(dāng)泵的主動齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，齒輪泵右側(cè)（吸油腔）齒輪脫開嚙合，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管路、吸油腔進(jìn)入齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入齒間的油液被帶到另一側(cè)，進(jìn)入壓油腔。這時輪齒進(jìn)入嚙合，使密封容積逐漸減小，齒輪間部分的油液被擠出，從壓油腔輸送到系統(tǒng)中去，形成了齒輪泵的壓油過程。齒輪在電機(jī)帶動下不斷地旋轉(zhuǎn)，齒輪泵就不斷地吸、壓油。齒輪嚙合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開，起配油作用。

圖3-4

外嚙合型齒輪泵工作原理注意：其主要結(jié)構(gòu)由泵體、一對嚙合的齒輪、泵軸和前后泵蓋組成。如圖3-5所示為CB-B齒輪泵的結(jié)構(gòu)圖。該泵采用了泵體與兩泵蓋三片式結(jié)構(gòu)，兩泵蓋與泵體用兩個定位銷和六個螺釘連接，這種結(jié)構(gòu)便于制造和維修時控制齒輪端面和蓋板間的端面間隙(小流量泵間隙為0.025～0.04mm，大流量泵間隙為0.04～0.06mm)。

圖3-5

CB-B

齒輪泵的結(jié)構(gòu)1—堵頭；2—軸承；3—后泵蓋；4—鍵；5—齒輪；6—泵體；7—前泵蓋；8—螺釘；9—壓環(huán)；10—骨架式密封圈；11—主動軸；12—泄油孔；13—從動軸；14—定位銷；15—封油缷荷槽齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點分析3.2.2齒輪泵要能連續(xù)地供油，就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)ε大于1，也就是當(dāng)一對齒輪尚未脫開嚙合時，另一對齒輪已進(jìn)入嚙合，這樣就出現(xiàn)同時有兩對齒輪嚙合的瞬間，在兩對齒輪的齒向嚙合線之間形成了一個封閉容積。這個密閉容積隨著齒輪的轉(zhuǎn)動形成了困油現(xiàn)象。這種困油現(xiàn)象極為嚴(yán)重地影響著泵的工作平穩(wěn)性和使用壽命。圖3-6

齒輪泵的困油現(xiàn)象1.齒輪泵的困油現(xiàn)象CB—B型齒輪泵將卸荷槽的位置整個向吸油腔側(cè)平移了一個距離。這時封閉腔只有在由小變至最大時才和壓油腔斷開，油壓沒有突變。封閉腔和吸油腔接通時，封閉腔不會出現(xiàn)真空也沒有壓力沖擊，這樣改進(jìn)后，使齒輪泵的振動和噪聲得到了進(jìn)一步改善。圖3-7

齒輪泵的困油卸荷槽圖

齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點分析3.2.2圖3-8

齒輪泵的徑向不平衡力2.徑向不平衡力產(chǎn)生原因在壓油腔內(nèi)有液壓力作用于齒輪上，沿著齒頂?shù)男孤┯停哂写笮〔坏鹊膲毫?，就是齒輪和軸承受到的徑向不平衡力。液壓力越高，這個不平衡力就越大。后果加速軸承的磨損，降低軸承的壽命，甚至使軸變形，造成齒頂和泵體內(nèi)壁的摩擦等。解決辦法在有些齒輪泵上，采用開壓力平衡槽的辦法來消除徑向不平衡力，但這將使泄漏增大，容積效率降低等。CB—B型齒輪泵則采用縮小壓油腔，以減少液壓力對齒頂部分的作用面積來減小徑向不平衡力。齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點分析3.2.2在液壓泵中，運(yùn)動件間是靠微小間隙密封的。這些微小間隙從運(yùn)動學(xué)上形成摩擦副，而高壓腔的油液通過間隙向低壓腔泄漏是不可避免的；齒輪泵壓油腔的壓力油可通過三條途徑泄漏到吸油腔去：一是通過齒輪嚙合線處的間隙（齒側(cè)間隙）；二是通過體定子環(huán)內(nèi)孔和齒頂間隙的徑向間隙（齒頂間隙）；三是通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙（端面間隙）。在這三類間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油液就越多。高壓齒輪泵的特點3.2.3

一般齒輪泵由于泄漏大(主要是端面泄漏，約占總泄漏量的70%～80%)，且存在徑向不平衡力，故壓力不易提高。高壓齒輪泵主要是針對上述問題采取了一些措施，如盡量減小徑向不平衡力和提高軸與軸承的剛度；對泄漏量最大處的端面間隙，采用了自動補(bǔ)償裝置等。浮動軸套式它利用泵的出口壓力油，引入齒輪軸上的浮動軸套1的外側(cè)A腔，在液體壓力作用下，使軸套緊貼齒輪3的側(cè)面，因而可以消除間隙并可補(bǔ)償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵起動時，靠彈簧4來產(chǎn)生預(yù)緊力，保證了軸向間隙的密封。圖3-9

端面間隙補(bǔ)償裝置示意圖浮動側(cè)板式浮動側(cè)板式補(bǔ)償裝置的工作原理與浮動軸套式基本相似，如圖(b)所示，它也是利用泵的出口壓力油引到浮動側(cè)板1的背面，使之緊貼于齒輪2的端面來補(bǔ)償間隙。起動時,浮動側(cè)板靠密封圈來產(chǎn)生預(yù)緊力。撓性側(cè)板式它是利用泵的出口壓力油引到側(cè)板的背面后，靠側(cè)板自身的變形來補(bǔ)償端面間隙的。側(cè)板的厚度較薄，內(nèi)側(cè)面要耐磨(如燒結(jié)有0.5～0.7mm的磷青銅)，這種結(jié)構(gòu)采取一定措施后，易使側(cè)板外側(cè)面的壓力分布大體上和齒輪側(cè)面的壓力分布相適應(yīng)。

齒輪泵的常見故障及排除方法3.2.4齒輪泵在使用中產(chǎn)生的故障較多，原因也很復(fù)雜。液壓系統(tǒng)“一個原因可以引起不同的故障，一個故障可以有不同的原因引起”。故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法噪聲大①吸油管接頭、泵體與蓋板的結(jié)合面、堵頭和密封圈等處密封不良，有空氣被吸入②齒輪齒形精度太低③端面間隙過小④齒輪內(nèi)孔與端面不垂直、蓋板上兩孔軸線不平行、泵體兩端面不平行等⑤兩蓋板端面修磨后，兩困油卸荷凹槽距離增大，產(chǎn)生困油現(xiàn)象⑥裝配不良，如主動軸轉(zhuǎn)一周有時輕時重現(xiàn)象⑦滾針軸承等零件損壞⑧泵軸與電機(jī)軸不同軸⑨出現(xiàn)空穴現(xiàn)象①用涂脂法查出泄漏處。更換密封圈；用環(huán)氧樹脂結(jié)劑涂敷堵頭配合面再壓進(jìn)；用密封膠涂敷管接頭并擰緊；修磨泵體與蓋板結(jié)

合面保證平面度不超過0.005mm②配研(或更換)齒輪③配磨齒輪、泵體和蓋板端面，保證端面間隙④拆檢，修磨(或更換)有關(guān)零件⑤修整困油卸荷槽，保證兩槽距離⑥拆檢，裝配調(diào)整⑦拆檢，更換損壞件⑧調(diào)整聯(lián)軸器，使同軸度小于⑨檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液粘度等，排除空穴現(xiàn)象容積效率低、壓力提不高①端面間隙和徑向間隙過大②各連接處泄漏③油液粘度太大或大?、芤缌鏖y失靈⑤電機(jī)轉(zhuǎn)速過低⑥出現(xiàn)空穴現(xiàn)象①配磨齒輪、泵體和蓋板端面，保證端面間隙；將泵體相對于兩蓋

板向壓油腔適當(dāng)平移，保證吸油腔處徑向間隙再緊固螺釘，試驗后，重新鉆、鉸銷孔，用圓錐銷定位②緊固各連接處③測定油液粘度，按說明書要求選用油液④拆檢，修理(或更換)溢流閥⑤檢查轉(zhuǎn)速，排除故障根源⑥檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液粘度等，排除空穴現(xiàn)象堵頭和密封圈有時被沖掉①堵頭將泄漏通道堵塞②密封圈與蓋板孔配合過松③泵體裝反④泄漏通道被堵塞①將堵頭取出涂敷上環(huán)氧樹脂粘接劑后，重新壓進(jìn)②更換密封圈③糾正裝配方向④清洗泄漏通道表3-1

齒輪泵的常見故障及排除方法03葉片泵葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、流量均勻、噪聲小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，因此廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)中。但它也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸油能力差、對油液污染比較敏感等缺點。葉片泵有單作用式和雙作用式兩種。所謂單作用式是指葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈完成一次吸油，壓油；而雙作用式則是轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周葉片泵完成兩次吸油，壓油。通常，單作用式葉片泵為變量系，雙作用式為定量泵。葉片泵的工作原理3.3.11．單作用葉片泵的工作原理圖3-10

單作用葉片泵的工作原理1—定子2—轉(zhuǎn)子3—葉片注意：定子的內(nèi)表面是一個圓柱表面(作為工作表面)。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)—周，泵的每個密封工作容腔完成吸油和壓油各—次，所以叫做單作用式葉片泵。葉片泵的工作原理3.3.12．雙作用葉片泵的工作原理圖3-11

單作用葉片泵的工作原理1—定子2—轉(zhuǎn)子3—葉片雙作用葉片泵其轉(zhuǎn)子和定子的中心是重合的，不存在偏心。這種葉片泵每轉(zhuǎn)一周，各密封工作容腔完成兩次吸油和兩次排油，故稱之為雙作用式葉片泵。由于該泵的兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)為對稱布置，作用于轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力互相平衡，因此，這種葉片泵又稱為卸荷式葉片泵。定量葉片泵3.3.2圖3-12YB型雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)及實物圖1、7-軸承；2、6-配油盤3-轉(zhuǎn)子4-定子5-泵體8-泵軸9-葉片1．YB型雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)如圖所示為YB型雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)，它是由轉(zhuǎn)子3、定子4、配油盤2和6及泵體5組成。泵軸8由軸承1和7支承，可帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。定子曲線如前所述，定量葉片泵的定子曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線組成的。過渡曲線應(yīng)保證葉片隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時貼緊定子表面，保證葉片在轉(zhuǎn)子槽中徑向運(yùn)動時速度和加速度變化均勻，保證葉片對定于內(nèi)表面的沖擊盡可能小，所以定量葉片泵的定子過渡曲線一般使用“等加速—等減速”曲線．如圖3-14所示。配油盤在左右配油盤對應(yīng)于葉片根部位置開有環(huán)形槽c的作用：

為了使葉片頂部與定子內(nèi)表面緊密接觸，消除徑向間隙。配油在腰形孔端部開三角形小槽e(卸荷槽)的主要作用：

避免發(fā)生困油現(xiàn)象，減輕密封腔油液從吸油區(qū)(或壓油區(qū))向壓油區(qū)(或

吸油區(qū))過渡時的壓力突變。圖3-14

配油盤的結(jié)構(gòu)a—腰形孔；b—配有盤缺口；c—環(huán)形槽；d—小孔；e—卸荷槽葉片的傾角圖3-15

葉片的傾角葉片在壓油區(qū)工作時受力情現(xiàn)如圖所示，葉片在轉(zhuǎn)子上經(jīng)向設(shè)置的，見圖3-15。定子內(nèi)表面對葉片的反作用力F的方向與葉片沿槽滑動方向所形成的壓力角β較大,相應(yīng)切向分力F'也較大，則葉片滑動不靈活，甚至被卡住或折斷。如果葉片順轉(zhuǎn)向前傾一個角度，見圖，則壓力角β'=β-θ，從而減小了切向分力F'，有利于葉片在槽內(nèi)滑動和減小摩擦磨損。所以定量葉片泵的葉片槽常作成向前傾，一般傾角取10°~14°（YB1型葉片泵取12°）。對于葉片前傾的葉片泵，不能反向旋轉(zhuǎn)，否則可能將葉片折斷定量葉片泵3.3.22.限壓式變量葉片泵圖3-16

限壓式變量葉片泵的工作原理1—轉(zhuǎn)子2—定子3—吸油窗口4—活塞5—螺釘6—活塞腔7—通道8—壓油窗口9—調(diào)壓彈簧10—調(diào)壓螺釘限壓式變量葉片泵的工作原理限壓式變量葉片泵是單作用葉片泵，根據(jù)前面介紹的單作用葉片泵的工作原理，改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e，就能改變泵的輸出流量，限壓式變量葉片泵能借助輸出壓力的大小自動改變偏心距e的大小來改變輸出流量。當(dāng)壓力低于某一可調(diào)節(jié)的限定壓力時，泵的輸出流量最大；壓力高于限定壓力時，隨著壓力的增加，泵的輸出流量線性減少，其工作原理如圖

所示。圖3-16

限壓式變量葉片泵的工作原理1—轉(zhuǎn)子2—定子3—吸油窗口4—活塞5—螺釘6—活塞腔7—通道8—壓油窗口9—調(diào)壓彈簧10—調(diào)壓螺釘限壓式變量葉片泵的特性曲線圖3-17

限壓式變量葉片泵的特性曲線葉片泵在工作時，抗油液污染能力較差，葉片與轉(zhuǎn)子槽配合精度也較高，因此故障較多，常見故障及排除方法見表。葉片泵的常見故障及排除方法3.3.3故障現(xiàn)象故障原因排除方法噪聲大①定子內(nèi)表面拉毛②吸油區(qū)定子過渡表面輕度磨損③葉片頂部與側(cè)邊不垂直或頂部倒角太小④配油盤壓油窗口上的三角槽堵塞或太短、太淺，引起困油現(xiàn)象⑤泵軸與電機(jī)軸不同軸⑥超過公稱壓力下工作⑦吸油口密封不嚴(yán)，有空氣進(jìn)入⑧出現(xiàn)空穴現(xiàn)象①拋光定于內(nèi)表面②將定子繞大半徑翻面裝入③修磨葉片頂部，保證其垂直度在0.01mm以內(nèi)；將葉片頂部倒角成1×45°(或磨成圓弧形)，以減小壓應(yīng)力的突變④清洗(或用整形銼修整)三角槽，以消除困油現(xiàn)象⑤調(diào)整聯(lián)軸器，使同軸度小于⑥檢查工作壓力，調(diào)整溢流閥⑦用涂脂法檢查，拆卸吸油管接頭，清洗，涂密封膠裝上擰緊⑧檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液粘度等，排除空穴現(xiàn)象容積效率低、壓力提不高①個別葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)移動不靈活甚至卡?、谌~片裝反③定子內(nèi)表面與葉片頂部接觸不良④葉片與轉(zhuǎn)子葉片槽配合間隙過大⑤配油盤端面磨損⑥油液粘度過大或過小⑦電機(jī)轉(zhuǎn)速過低⑧吸油口密封不嚴(yán)，有空氣進(jìn)入⑨出現(xiàn)空穴現(xiàn)象①檢查配合間隙(一般為0.01～0.02mm)，若配合間隙過小應(yīng)單槽研配②糾正裝配方向③修磨工作面(或更換葉片)④根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片槽單配葉片，保證配合間隙⑤修磨配油盤端面(或更換配油盤)⑥測定油液粘度，按說明書選用油液⑦檢查轉(zhuǎn)速，排除故障根源⑧用涂脂法檢查，拆卸吸油管接頭，清洗，涂密封膠裝上擰緊⑨檢查吸油管、油箱、過濾器、油位及油液粘度等，排除空穴現(xiàn)象表3-2

齒輪泵的常見故障及排除方法04柱塞泵柱塞泵是依靠柱塞在其缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動時密封工作腔的容積變化來實現(xiàn)吸油和壓油的。由于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，容易得到高精度的配合，所以這類泵的特點是泄漏小，容積效率高，能夠在高壓下工作。它常用于高壓大流量和流量需要調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng)，如工程機(jī)械、液壓機(jī)、龍門刨床、拉床等液壓系統(tǒng)。軸向柱塞泵2.4.11．軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上，并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有直軸式(斜盤式)和斜軸式(擺缸式)兩種形式。如圖所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理，當(dāng)原動機(jī)通過傳動軸使缸體轉(zhuǎn)動時，由于斜盤的作用,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，通過配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。這類泵的優(yōu)點是變量范圍大，泵的強(qiáng)度較高,但和上述直軸式相比，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸和重量均較大。圖3-17

限壓式變量葉片泵的特性曲線1—缸體2—配油盤3—柱塞4—斜盤5—傳動軸6—彈簧軸向柱塞泵的優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小，慣性小，容積效率高，目前最高壓力可達(dá)40.0MPa,甚至更高，一般用于工程機(jī)械、壓力機(jī)等高壓系統(tǒng)中，但其軸向尺寸較大，軸向作用力也較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。軸向柱塞泵3.4.12.軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點圖3-19SCYl4-lB型軸向柱塞泵及實物圖1—泵體2—內(nèi)套3—定心彈簧4—鋼套5—缸體6—配油盤7—前泵體

8—傳動軸9—柱塞10—外套筒11—軸承12—滑履13—軸銷14—壓盤

15—傾斜盤16—變量活塞17—絲杠18—手輪19—鎖緊20—螺母鋼球3.4.2徑向柱塞泵3.4.21.徑向柱塞泵的工作原理圖3-20

徑向柱塞泵的工作原理1—柱塞2—缸體3—襯套4—定子5—配油軸柱塞泵的常見故障及排除方法3.4.3柱塞泵在使用中，產(chǎn)生的故障較多，原因也很復(fù)雜。

故障現(xiàn)象故障原因排除方法流量不足①吸油管及植油器堵塞或阻力過大②油箱油面過低③柱塞與缸孔或配油盤與缸體間磨損④校塞回程不夠或不能回程⑤變量機(jī)構(gòu)不靈，達(dá)不到工作要求⑥泵體內(nèi)未充滿油，留有空氣⑦油溫過低或過高或吸人空氣①清除污物，排除堵塞②加油至規(guī)定高度③更換柱塞，修磨配油盤與缸體的接觸面④檢查中心彈簧．加以更換⑤檢查變量機(jī)構(gòu)，看變量活塞及斜盤是否靈活，并糾正其泵內(nèi)空氣⑥排出泵內(nèi)氣體⑦根據(jù)溫升實際情況．選用適合粘度的油液，檢查密封，緊固連接處壓力不足或壓力脈動較大①吸油管堵塞、阻力大或漏氣②缸體與配油盤之間磨損失去密封泄漏增加③油溫較高、油液粘度下降泄漏增加④變量機(jī)構(gòu)傾斜太小，流量過小內(nèi)泄相對增加⑤變量機(jī)構(gòu)不協(xié)調(diào)(如伺服活塞與變量活塞失調(diào)使脈動增大)①清除污油、緊固進(jìn)油管段的連接螺釘②修磨缸體與配油盤接觸面③控制油溫，選用適合粘度的油液④加大變量機(jī)構(gòu)的傾角⑤若偶而脈動，可更換新油；經(jīng)常脈動，可能是配合件研傷或別勁，應(yīng)拆下研修漏油嚴(yán)重①泵上的回油管路漏損嚴(yán)重②結(jié)合面漏油和軸端漏油③度量活塞或伺跟活塞磨損①檢查泵的主要零件是否損壞或嚴(yán)重磨損②檢查結(jié)合面密封和軸端密封，修復(fù)更換③嚴(yán)重時更換噪聲較大①泵內(nèi)有空氣②吸油管或濾油堵塞③油液不干凈或粘度大④泵與原動機(jī)安裝不同心，使泵增加了徑向載荷⑤油箱油面過低、吸人泡沫或吸油阻力過大，吸力不足⑥管路振動①排除空氣．撿查可能進(jìn)入空氣的部位②清洗除掉污物③油樣檢查，更換新油，或選用適合粘度的油液④重新調(diào)整，同軸度應(yīng)在允許范圍內(nèi)⑤加油至規(guī)定高度，或增加管徑、減少彎頭減少吸油阻力⑥采取隔離或減振措施泵發(fā)熱①內(nèi)部漏損較高②有關(guān)相對運(yùn)動的配合接觸面有磨損。例如缸體與配油盤，滑靴與斜盤①檢查和研修有關(guān)密封配合面②修整或更換磨損件，如配油盤、滑靴等變量機(jī)構(gòu)失靈①在控制油道上，可能出現(xiàn)堵塞②斜盤(變量頭)與變量活塞磨損③伺服活塞、變量活塞、拉桿(導(dǎo)扦)卡死④個別油道(孔)堵塞①凈化油，必要時沖洗控制油道②刮修配研兩者的圓弧配合面③機(jī)械卡死時．用研磨方法使各運(yùn)動件靈活；油臟時更換純凈油液④疏通油道泵不轉(zhuǎn)動①柱塞與缸體卡死(油臟或油溫變化大)②柱塞球頭折斷（因柱塞卡死或有負(fù)載起動）③滑靴脫落(柱塞卡死或有負(fù)載起動引起)①更換新油，控制油溫②更換柱塞③更換侈復(fù)表3-3

軸向柱塞泵的常見故障及排除方法05液壓泵的選用合理的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：根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。一般而言，由于各類液壓泵各自突出的特點，其結(jié)構(gòu)、功用和動轉(zhuǎn)方式各不相同，因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵；而在筑路機(jī)械、港口機(jī)械以及小型工程機(jī)械中往往選擇抗污染能力較強(qiáng)的齒輪泵；在負(fù)載大、功率大的場合往往選擇柱塞泵。

類型

性能齒輪泵雙作用葉片泵限壓式變量葉片泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵工作壓力MPa<206.3-21720-3510-20轉(zhuǎn)速r/min300-7000500-4000500-2000700-1800600-6000容積效率0.7-0.950.8-0.950.8-0.90.85-0.950.9-0.98總效率0.6-0.850.75-0.850.7-0.850.55-0.920.85-0.95流量泳動性大小中中中自吸特性好較差較差差較差對油的污染敏感性不敏感較敏感較敏感很敏感很敏感噪聲大小較大大大壽命較短較長較短長長單位功率價格低中較高高高表3-4列出了液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的主要性能。表3-4

液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的性能比較感謝學(xué)習(xí)液壓與氣壓傳動單元4液壓執(zhí)行元件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握液壓缸、液壓馬達(dá)的工作原理、分類、結(jié)構(gòu)特點和圖形符號。

掌握液壓缸和液壓馬達(dá)的參數(shù)計算方法。熟悉液壓缸的典型結(jié)構(gòu)及組成。了解液壓缸的安裝、調(diào)整、常見故障及排除方法。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和精準(zhǔn)到位的執(zhí)行力。在液壓傳動系統(tǒng)中，將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置稱為液壓執(zhí)行元件，它包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓執(zhí)行元件，而把輸出直線運(yùn)動（其中包括擺動運(yùn)動）的液壓執(zhí)行元件稱為液壓缸。目錄CONTENTS單元4液壓執(zhí)行元件液壓缸4.1液壓馬達(dá)4.201液壓缸液壓缸是將液壓泵輸出的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它主要是可使運(yùn)動部件實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動或擺動。液壓缸液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例單作用液壓缸柱塞式液壓缸(柱塞缸)柱塞僅單向運(yùn)動，返回行程是利用自

重或負(fù)荷將柱塞推回單桿活塞液壓缸(單桿活塞缸)活塞僅單向運(yùn)動，返回行程是利用自

重或負(fù)荷、彈簧將活塞推回雙桿活塞液壓缸(雙桿活塞缸)活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活

塞一側(cè)供給壓力油，返回行程通常利

用彈簧力、重力或外力伸縮液壓缸它以短缸獲得長行程。用液壓油由大到

小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回柱塞式液壓缸的工作原理液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例雙作用液壓缸單桿活塞液壓缸單邊有桿，兩向液壓驅(qū)動，兩向推力

和速度不等雙桿活塞液壓缸雙向有桿，雙向液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)等

速往復(fù)運(yùn)動伸縮液壓缸(伸縮缸)雙向液壓驅(qū)動，伸出由大到小逐步推

出，由小到大逐節(jié)縮回雙作用液壓缸液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例組合液壓缸串聯(lián)液壓缸用于缸的直徑受限制，而長度不受限

制處，可獲得大的推力增壓液壓缸(增壓器)由大小兩缸串聯(lián)而成，由低壓大缸驅(qū)

動，使小缸獲得高壓油源齒條傳動液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動，經(jīng)裝在一起的齒條驅(qū)

動齒輪，獲得往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動擺動式液壓缸(擺動缸)擺動式液壓缸限制擺動角度，雙向流動的擺動執(zhí)行

器或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，也稱為擺動馬達(dá)增壓缸的工作原理擺動式液壓缸的工作原理幾種常用的液壓缸4.1.2活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同分為雙桿式和單桿式兩種。其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種。1．活塞式液壓雙桿式活塞缸雙桿式活塞缸的活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出，它根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸體固定式和活塞桿固定式兩種。雙桿式活塞缸如圖4-1（a）所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，當(dāng)缸的左腔進(jìn)壓力油，右腔回油時，活塞帶動工作臺向右移動；反之，右腔進(jìn)壓力油，左腔回油時，活塞帶動工作臺向左移動。

圖4-1

雙桿活塞式液壓缸及實物(a)缸體固定,活塞桿運(yùn)動(b)活塞桿固定，缸體運(yùn)動（c）雙桿活塞缸實物圖4-1（b）所示的活塞桿固定的雙桿活塞缸。其缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定在機(jī)床上，動力由缸體傳遞。在這種安裝形式中，當(dāng)缸的左腔進(jìn)壓力油，右腔回油時，缸體帶動工作臺向左移動；反之，缸體帶動工作臺向右移動。單桿式活塞缸如圖4-2（a）所示，無桿腔進(jìn)壓力油，有桿腔回油，當(dāng)輸入液壓缸的油液流量為ｑv，液壓缸進(jìn)出油口壓力分別為ｐ1和ｐ2時，其活塞上所產(chǎn)生的推力Ｆ1和速度ｖ1為

圖4-2

單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進(jìn)油(b)有桿腔進(jìn)油(4-3)

(4-4)單桿式活塞缸

圖4-2

單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進(jìn)油(b)有桿腔進(jìn)油(4-5)(4-6)

單桿式活塞缸

圖4-3

差動連接液壓缸(4-8)(4-9)單桿式活塞缸

(4-10)幾種常用的液壓缸4.1.22.柱塞缸圖4-4

柱塞缸工作原理及實物(a)柱塞缸工作原理（單項運(yùn)動）(b)柱塞式液壓缸（c）柱塞缸的實物柱塞缸是一種單作用液壓缸，在液壓力的作用下只能實現(xiàn)單方向的運(yùn)動，它的回程需要借助其他外力來實現(xiàn)。其工作原理如圖（a）所示，柱塞與工作部件連接，缸筒固定在機(jī)體上。當(dāng)壓力油進(jìn)入缸筒時，推動柱塞帶動運(yùn)動部件向右運(yùn)動，但反向退回時必須靠其它外力或自重驅(qū)動。若需要實現(xiàn)雙向運(yùn)動，則柱塞缸通常必須成對反向布置使用，如圖(b)所示。2.柱塞缸

(4-11)(4-12)柱塞式液壓缸的主要特點是柱塞與缸筒無配合要求，缸筒內(nèi)孔不需精加工，甚至可以不加工。運(yùn)動時由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，所以它特別適用于行程較長的場合。幾種常用的液壓缸4.1.23．?dāng)[動缸圖4-5

擺動缸(a)單葉片式擺動缸

(b)雙葉片式擺動缸(c)擺動缸的實物擺動式液壓缸也稱擺動液壓馬達(dá)。用于將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S往復(fù)擺動的機(jī)械能。圖（a）所示為單葉片式擺動缸，它的擺動角度較大，可達(dá)300°。3．?dāng)[動缸當(dāng)擺動缸進(jìn)出油口壓力為ｐ1和ｐ2，輸人流量為ｑv時，它的輸出轉(zhuǎn)矩Ｔ和角速度各為(4-13)(4-14)其他液壓缸4.1.31.增壓液壓缸圖4-6

增壓缸(a)單作用增壓缸的工作原理(b)雙作用增壓缸增壓液壓缸又稱增壓器。如圖所示是一種由活塞缸和柱塞缸組成的增壓缸，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式，單作用增壓缸的工作原理如圖(a)所示。其他液壓缸4.1.31.增壓液壓缸圖4-6

增壓缸(a)單作用增壓缸的工作原理(b)雙作用增壓缸單作用增壓缸在柱塞運(yùn)動到終點時，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時才又輸出高壓液體，為了克服這一缺點，可采用雙作用增壓缸，如圖（b）所示，由兩個高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。其他液壓缸4.1.32．伸縮缸圖4-7

伸縮缸(a)單作用式(b)雙作用式伸縮缸又稱多級缸，它一般由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車輛上。伸縮缸可以分為如圖（a）所示的單作用式，以及如圖(b）所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。2．伸縮缸伸縮缸的外伸動作是逐級進(jìn)行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。即在通入有壓流體時各級活塞按有效面積大小依次先后動作，并在其輸入流量不變的情況下，輸出推力逐級減小，速度逐級加大，其值為：(4-16)(4-17)其他液壓缸4.1.33．齒輪齒條缸圖4-8

齒輪齒條活塞缸齒輪齒條活塞缸又稱無桿式液壓缸，它由帶有齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)所組成，如圖4-8所示?；钊耐鶑?fù)移動經(jīng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成齒輪軸的周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動。用于實現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動或間歇進(jìn)給運(yùn)動。它多用于自動生產(chǎn)線、組合機(jī)床等的轉(zhuǎn)位或分度機(jī)構(gòu)中。液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.1.41．液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例圖4-9

雙作用單活塞桿液壓缸圖4-9所示為一個較常用的雙作用單活塞桿液壓缸1—耳環(huán)；2—螺母；3—防塵圈；4、17—彈簧擋圈；5—套；6、15—卡鍵；7、14—0形密封圈；8

、12—Y

形密封圈；9—缸蓋兼導(dǎo)向套；10—缸筒；11—活塞；13—耐磨環(huán)；16—卡鍵帽；18—活塞桿；19—襯套；20一缸底液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.1.41．液壓缸的