1、第3章 液壓泵和液壓馬達,本章主要內容 3.1 概述 3.2 齒輪泵和齒輪馬達 3.3 葉片泵和葉片馬達 3.4 柱塞泵和柱塞馬達 3.5 泵和馬達的性能比較和選用 重點： 泵和馬達的工作原理和結構特點,液壓泵的作用 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件 泵將原動機輸入的機械能轉換為液壓能輸出 泵為液壓系統(tǒng)提供一定壓力和流量的液流,液壓馬達的作用 液壓馬達是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件 液壓馬達將輸入油液的壓力能轉換為輸出軸轉動的機械能 液壓馬達推動負載作功,3.1.1 液壓泵和液壓馬達的基本工作原理 1.液壓泵的工作原理,液壓泵工作原理,密封工作腔a,圖3-l 容積式泵的工作原理 1偏心輪；2柱塞；3彈簧； 4

2、密封工作腔；5、6單向閥,結構組成 偏心輪，柱塞，彈簧，缸體，單向閥,柱塞與缸體形成密封工作腔a,偏心輪旋轉一轉，柱塞往復運動一次,柱塞向右運動，a 容積增大，吸油； 柱塞向左運動，a 容積減小，壓油。,吸油時，閥5打開，閥6關閉； 壓油時，閥5關閉，閥6打開。,容積式液壓泵工作的基本條件 具有一個或若干個周期性變化的密封容積； 具有配流裝置； 油箱內液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。,3.1.2 容積式液壓泵和馬達的分類 （1）按輸出流量是否可調分為： 定量泵 變量泵 （2）按結構形式分為： 齒輪泵、齒輪馬達 葉片泵、葉片馬達 柱塞泵 螺桿泵 ,液壓泵和馬達的圖形符號,泵的壓力 工作壓

3、力 額定壓力,泵的排量,泵的流量 理論流量 實際流量 額定流量,泵的功率 輸入功率 輸出功率,泵的效率 機械效率 容積效率 總效率,液壓泵的性能參數(shù),3.1.3液壓泵和馬達的性能參數(shù),工作壓力p 液壓泵工作時輸出液體的實際壓力 p 的大小取決于負載,泵的壓力,額定壓力ps 保證正常工作所允許的最高工作壓力 ps 的大小由泵本身的泄漏和結構強度決定 當 p ps 時，泵過載,泵的壓力,液壓系統(tǒng)壓力分級,排量 V 液壓泵軸轉一轉所排出液體的體積,單位(m3/r)或 (mL/r)； 理論流量qt 泵在單位時間內理論上可排出的液體體積 qt =nV 實際流量q 泵在單位時間內實際排出的液體體積 q=

4、qt q 額定流量qs 液壓泵在額定壓力下的實際流量,泵的排量和流量,泵的功率,液壓系統(tǒng)能量傳遞圖,泵的輸入和輸出 輸入：轉矩T，轉速n（機械能） 輸出：壓力p，流量q（液壓能）,泵的理論功率Pt 液壓泵理論上產生的功率 Pt =pqt 輸入功率Psr 驅動泵軸的輸入功率 Pi =T = 2nT 輸出功率P0 液壓泵實際輸出的液壓功率 P0 = pq,泵的功率,容積損失 由于泵和馬達本身的泄漏所引起的能量損失。 泵輸出的實際流量泵的理論流量 qqtqqtklp 機械損失 由于泵和馬達機械副之間的磨擦所引起的能量損失 泵的實際輸入轉矩Ti 理論轉矩Tt,泵的功率損失（能量損失）,泵的容積效率v

5、泵的機械效率m 泵的總效率p,泵的效率,壓力 工作壓力 額定壓力,排量,流量 理論流量 實際流量 泄漏量,馬達的功率 輸入功率 輸出功率,馬達的效率 機械效率 容積效率 總效率,液壓馬達的性能參數(shù),轉矩,轉速,額定壓力pMs 馬達正常工作所允許的最高工作壓力 pMs的大小由馬達本身的泄漏和結構強度決定 當 pM pMs 時，馬達過載,馬達的壓力參數(shù),工作壓力pM 馬達實際工作的壓力,排量 VM 液壓馬達轉一轉所流入的液體體積 理論流量qMt 泵在單位時間內理論上可排出的液體體積 qMt =nV 實際流量qM 馬達入口的流量 qM = qt qM,馬達的排量和流量,輸出轉速nM 容積效率,馬達的

6、轉速和容積效率,理論扭矩TMt 機械效率 輸出扭矩TM,馬達的扭矩和機械效率,馬達的輸入功率 輸出功率 總效率,馬達的功率和總效率,3.2.1 齒輪泵,類型 外嚙合齒輪泵，漸開線直齒 內嚙合齒輪泵，漸開線直齒、擺線齒,1.外嚙合齒輪泵 結構組成,一對嚙合齒輪,泵體,前后端蓋,長短軸,外嚙合齒輪泵結構,齒輪泵沒有單獨的配流裝置，齒輪的嚙合線起配 流作用 形成密封容積的條件：嚙合系數(shù)1；端面密封,1泵體；2主動齒輪；3從動齒輪,密封工作腔,齒輪泵工作原理 工作過程演示,外嚙合齒輪泵的排量與流量 排量,實際流量,流量脈動 齒輪泵的瞬時流量是脈動的 流量脈動率 B 與齒數(shù)有關，齒數(shù)越少，脈動率越大。一

7、般齒數(shù)為614，機床用1319,1. 困油現(xiàn)象及其消除措施,外嚙合齒輪泵的結構特點,困油現(xiàn)象：與吸油、壓油腔均不相通的密閉容積大小發(fā)生變化 困油現(xiàn)象產生的原因：齒輪重迭系數(shù)1 困油現(xiàn)象的危害：導致壓力沖擊，氣蝕和噪聲,解決方法：在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽 開卸荷槽的原則： 兩槽間距 a 為最小閉死容積，使閉死容積由大變小時與壓油腔相通，閉死容積由小變大時與吸油腔相通,消除困油現(xiàn)象的措施,2.徑向不平衡力,徑向力分布 徑向力不平衡的危害 使泵軸彎曲 齒頂與泵體摩擦 解決方法 縮小壓油口 適當增大徑向間隙,外嚙合齒輪泵的結構特點,泄漏的部位： 齒輪端面和端蓋間 齒輪外圓和殼體內孔間 兩個齒輪的

8、齒輪嚙合處 端面泄漏占總泄漏量的75%-80%,3. 泄漏及改善措施,外嚙合齒輪泵的結構特點,解決措施：端面間隙自動補償，采用靜壓平衡措施， 在齒輪和蓋板之間增加一個補償零件， 如浮動軸套、浮動側板,2.內嚙合齒輪泵 內嚙合齒輪泵的種類： (1) 漸開線齒輪泵漸開線齒，月牙形隔板 (2) 擺線齒輪泵(又稱為轉子泵，兩齒輪相差一個齒),漸開線齒形,擺線齒形,內嚙合齒輪泵的特點 無困油現(xiàn)象 流量脈動小，噪聲低 額定壓力可達30MPa,齒輪泵的優(yōu)缺點及應用 優(yōu)點：結構簡單，制造工藝性好，價格便宜，自吸能力較好，抗污染能力強，而且能耐沖擊性負載。 缺點：流量脈動大，泄漏大，噪聲大，效率低，零件的互換性

9、差，磨損后不易修復。 應用：用于環(huán)境差、精度要求不高的場合，通常p10MPa，如工程機械、建筑機械、農用機械等。,3.2.2 齒輪馬達,葉片泵 單作用葉片泵 可以做定量泵和變量泵用 雙作用葉片泵 只能做定量泵用,3.3.1 單作用式葉片泵(非平衡式) 1.結構和工作原理,1配油盤；2轉軸；3轉子； 4定子；5葉片,結構 定子，內表面為圓 轉子，與定子存在 偏心量e 葉片 配油盤 工作原理 轉子每轉一轉吸油 和壓油一次,流量 實際流量 改變定子和轉子間的偏心量e，就可改變泵的排量(變量泵) 流量脈動，葉片數(shù)Z為奇數(shù)時脈動率較小，一般葉片數(shù)為13或15。,排量,e偏心距，D定子內徑，葉片厚度，Z葉

10、片數(shù)；B葉片寬度,2.排量和流量,通過改變定子和轉子間的偏心量e，調節(jié)泵的排量和流量 徑向液壓力不平衡 作用在轉子上的徑向液壓力不平衡,且徑向不平衡力隨泵的工作壓力提高而提高 這種泵的工作壓力不能太高，額定壓力 7MPa。 葉片后傾 有利于葉片在吸油區(qū)在慣性力作用下甩出。,3.單作用葉片泵的結構特點,3.3.2 雙作用式葉片泵(平衡式),1轉子；2定子；3葉片； 4軸；5配油盤；6殼體,定子 內表面的組成：四段圓?。凰亩芜^渡曲線。 轉子 與定子同心，開槽 葉片 在轉子槽內滑動，緊貼定子內表面 配油盤 兩個吸油窗口，兩個壓油窗口,葉片泵結構組成,YB1型葉片泵結構,工作原理,密封工作腔 由定子內

11、表面、轉子外表面、兩個葉片。兩側配油盤組成。 吸油和壓油 泵轉一轉，吸油和壓油兩次,流量 實際流量 理論上雙作用葉片泵沒有流量脈動 實際上，由于制造誤差，有少量流量脈動。,排量,排量和流量,定子過渡曲線：等加速等減速曲線 配流盤：三角槽 葉片傾角一般為前傾角 葉片槽根部通壓力油 端面間隙補償,結構特點,限壓式變量葉片泵的流量改變是利用壓力的反饋作用實現(xiàn)的(外反饋和內反饋) 外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理 限壓式變量葉片泵的特性曲線 限壓式變量葉片泵的結構,3.3.3 限壓式變量葉片泵,1調節(jié)流量螺釘，2定子，3轉子，4限壓彈簧，5調壓螺釘,轉子 中心O2固定 定子 中心O1可以左右移動 限壓

12、彈簧,內反饋限壓式變量葉片泵結構,內反饋限壓式變量葉片泵結構,限定壓力pB，由限壓彈簧的預壓縮量x0決定 當p pB時，F(xiàn)x kx0， 定子不動，e = e0， 泵流量為qmax 當p pB時，F(xiàn)x kx0 定子右移 ， e，泵流量q 當p=pc時，定子與轉子同心， e=0 ，泵流量q=0,內反饋限壓式變量葉片泵工作原理,配油盤壓油窗口偏斜角 作用在定子上的液壓力F的水平分力Fx作為反饋力，與彈簧力平衡,限壓式變量葉片泵的特性曲線,限定壓力pB 極限壓力pc,AB段：定量泵特性 BC段：變量泵段,限壓式變量葉片泵的調節(jié)和qp曲線的變化,調節(jié)泵的最大輸出流量 調整限流螺釘1，調節(jié)初始偏心量e0，

13、 改變A點位置，AB線段上下平移。 調節(jié)限定壓力pB大小 調整限壓螺釘5，調節(jié)彈簧的預壓縮量x0，BC線段左右平移。 改變彈簧剛度k，則可改變BC線段的斜率。,外反饋限壓式變量葉片泵的結構,1滑塊；2葉片；3壓力調節(jié)螺釘；4限壓彈簧； 5定子；6轉子；7外反饋柱塞；8流量調節(jié)螺釘,轉子 定子 限壓彈簧 反饋油缸 油腔與泵的出口相通 反饋力將定子向右推,外反饋限壓式變量葉片泵的結構,葉片泵的特點和應用,應用： 用于中低壓、要求較高的系統(tǒng)中。 油液粘度要合適，轉速不能太低，5001500rpm。 要注意油液的清潔，油不清潔容易使葉片卡死。 通常只能單方向旋轉，如果旋轉方向錯誤，會造成葉片折斷。,特

14、點： 運轉平穩(wěn)，噪聲小 流量均勻，脈動小 單作用泵可變量 結構緊湊，外形尺寸小 吸油能力差，對油污染敏感 結構較復雜，成本高,柱塞泵分類 軸向柱塞泵柱塞軸向布置 斜盤式 斜軸式 徑向柱塞泵柱塞沿徑向布置 為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3,組成： 1斜盤(不動) 2柱塞(相對缸體往復運動) 3缸體(轉動) 5配流盤(不動),斜盤式軸向柱塞泵的結構,工作原理： 缸體轉動，斜盤迫使柱塞做往復運動 柱塞的往復運動使密封容積增大和減小，實現(xiàn)吸油和壓油 改變斜盤傾角的方向，就能改變吸、壓油方向(雙向變量軸向柱塞泵),斜盤式軸向柱塞泵的工作原理,實際流量,排量,斜盤式軸向柱塞泵的流量計算,改變斜盤傾

15、角可以改變泵的排量,流量脈動 Z大，脈動小 Z為奇數(shù)，脈動小,軸向柱塞泵結構和特點,1轉軸；2配油盤；3缸體；5柱塞；6滑靴；7回程盤,SCY14-1B型斜盤式軸向柱塞泵的結構,軸向柱塞泵結構和特點,變量軸向柱塞泵結構,斜盤式軸向柱塞泵典型結構,斜盤式軸向柱塞泵典型結構,軸向柱塞泵結構和特點,滑履結構 配油盤 柱塞的回程機構 變量機構 改變斜盤傾角 的大小以調節(jié)泵的排量,滑履和斜盤間形成靜壓支承,滑履結構,滑履,通孔1用來消除困油現(xiàn)象,配油盤,回程盤2解決柱塞的回程問題,柱塞的回程機構,手動變量機構 轉動手輪，使絲杠轉動，帶動變量活塞作用軸向移動，通過軸銷使斜盤傾角改變，達到變量的目的。這種變

16、量機構結構簡單，但操縱不輕便，且不能在工作過程中變量。,手動伺服變量機構,斜軸式軸向柱塞泵的工作原理,缸體軸線與傳動軸不在一條直線上 柱塞與傳動軸之間通過連桿連接 傳動軸旋轉通過連桿撥動缸體旋轉，強制帶動柱塞在缸體孔內作往復運動,1傳動軸；2連桿；3柱塞；4缸體；5配流盤,斜軸式軸向柱塞泵的結構,斜軸式軸向柱塞泵的特點,柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，強度好 可增大擺角來增大流量，變量范圍大 耐沖擊、壽命長 外形尺寸較大，結構復雜,結構 缸體(轉動) 柱塞(相對缸體往復運動) 定子(不動) 配流軸(不動) 工作原理 定子與缸體有偏心e 定子迫使柱塞做往復運動，實現(xiàn)吸油和壓油,徑向柱塞泵,1柱塞；2缸體

17、；3軸套；4定子；5配油軸,移動定子以改變偏心距的大小，便可改變柱塞的行程，從而改變排量 改變偏心距的方向，則可改變吸、壓油的方向。徑向柱塞泵可以做成單向或雙向變量泵,徑向柱塞泵結構,柱塞泵的特點: 1）工作壓力高，容積效率高，p2040MPa，Pmax可到100MPa； 2）流量大，易于實現(xiàn)變量； 3）主要零件均受壓，使材料的強度得以充分利用，壽命長，單位功率重量小。,高速小轉矩液壓馬達（額定轉速大于500r/min） 低速大轉矩液壓馬達：轉速低、低速穩(wěn)定性好、輸出轉矩較大 擺動液壓馬達（擺動液壓缸）： 單葉片式、雙葉片式 當進、回油的方向改變時，葉片就帶動軸往相反的方向轉動 雙葉片式擺動馬達的輸出轉矩是單葉片式的兩倍（相同結構尺寸和相同壓力下），而擺動角速度則是單葉片式的一半（輸入流量相同時）,液壓馬達分類及特點,工作原理 通壓力油