《液压与气压传动》第二章+液压动力元件 左建明 第四版

分析： ① 结构组成：转子（可 在定子上移动的）叶 片、定子（泵体）、 端盖（包括配流窗口） 等。 ② 密闭容积空间的形成： 定子-转子-叶片-端盖。 ③ 密闭容积空间的变化：由于定子曲线的曲率半 径是变化的。 ④ 配流装置：在端盖上开有配流窗口，实现吸油 和压油 。
特点：
① 定、转子无偏心，是靠定子径向尺寸变化使密闭容积 空间变化，只能做定量泵。 ② 转子转一圈，每个密闭的容积空间完 成吸油、压油动作各两次，故称为双 作用泵，且转子无径向不平衡力。故 称为卸荷（平衡）式叶片泵。
1) 工作过程：柱塞右移→容积增大，吸油→柱 塞左移→容积减少，压油→系统。 2) 工作原理：依靠密闭容积的变化来实现工作， 靠配流装置来实现吸油和压油的分配。 3) 工作要求： ① 要有个密闭的容 积空间； ② 密闭的容积空间 在工作中会发生变 化； ③ 要有一套配流装 置。
2、液压泵的特点 基本特点是 1) 具有若干个密闭且可变化的容积空间。 2) 油箱中的油液必须恒等于或大于大气压力。 3) 具有相应的配流机构。 3、分类 按排量是否变化分为定量泵和变量泵。按结 构不同分为齿轮式、叶片式和柱塞式。
泵的功率转换关系： Tt，n
泵
p, qt
理论功率（不考虑功率损失的功率）：
Pt pqt pVn Tt 2Tt n ( W)
式中单位：Pt (W，Nm/s，J/s)，p (Pa， N/m2)， V (m3/r)，n (rps，r/s)，Tt (N•m)，ω(rad/s) ，qt (m3/s)。 泵的实际功率： 实际功率=理论功率－功率损失 (1) 液压泵的功率损失 包括容积损失和机械损失 两部分。 1) 容积损失:指因泄漏等而造成的流量上的损失， 用容积效率ηV表示，即


所以排量为：V zV 4R eB
流量计算： qt Vn 4R eBn 2D eBn
q qtV 4R eBnV 2D eBnV
上式中：B—叶片宽度，e —偏心距，D—定子 内直径，R—定子内半径，β—相邻叶片间的夹 角 2 z 。 流量脉动情况：
2
q qtV 6.66 z m BnV
2
流量脉动：上式计算的是平均流量，实际流量是 脉动的，用流量脉动率σ表示，其表达式为
q max q min q q q
流量脉动的特点： ① z↑→σ↓，且σmax=0.2 ② σ内<σ外 （三）外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点 结构特点： 1、泄漏 齿轮泵泄漏有三条途径：
特点： ① 转子转一圈,吸、压油各一次,(故称为单作用式) ② 转子受到单方向径向不平衡力,又称非平衡式 ③ 改变转子和定子之间的偏心，可改变泵的排量， 故可做成变量泵。 2、单作用叶片泵的排量和流量计算 计算简图如图2-10，每个叶 片旋转一转的容积变化为：
V V1 V2 1 2 2 B R e R e 2 4 R eB z
齿轮泵泄漏有三条途径： ①齿轮啮合线处的间隙； ②泵体内孔与齿顶圆的间隙； ③齿轮两侧面和端盖间的间隙，这 是主要的泄漏，约占总泄漏量 的75～80%。 2、困油 困油现象，图2-4，
原因：因齿轮传动的重叠系数大于1，存在一个 密闭容积，经历了“容积封闭-容积减小容积增大-容积开放”的过程，其中： 容积减小：压力增加，油从缝隙中挤出，油液发 热，轴承承受额外负载。 容积增大：压力减小，局部真空，产生孔穴，产 生噪声。
解决办法：在两侧端盖上开卸荷槽，如图2-5。其 c>2.5m，h≥0.8 m。
当压力增加时，左面卸荷槽工作，油液压入压 油腔。 当压力减小时，右面卸荷槽工作，油液从吸油 腔吸入。
3、径向不平衡力 由于吸、压油口压力不相等造成的。 解决办法： ① 缩小压油口； ② 适当增大径向间隙； ③ 在泵体上开设压力平衡槽(这种方法现在用的不多) 优缺点： 优点：结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便， 价格低廉，工作可靠，自吸能力强，对油 液污染不敏感，维护方便。 缺点：径向不平衡力造成磨损严重，泄漏大，工 作压力提高受到限制，流量脉动大，压力 脉动大，噪声大。
(3) 最高允许压力：指在超过额定压力的条件下， 按试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高 工作压力，也是液压泵的最高允许压力。
2、排量和流量 (1) 排量V：是指不考虑泄漏的情况下，轴转过一 转所能输出的油液体积。其值可由密封腔几何 尺寸计算得到的。根据结构的不同，液压泵的 排量分为可调与不可调两种。 (2) 理论流量qt：液压泵的理论流量（qt）是指不 考虑泄漏的情况下，单位时间内所能输出的油 液体积，即 qt=V· m3/s 或 L/min （1L=1dm2） n 式中：V为液压泵的排量（m3/s），n为主轴转 速（r/s）。
m
图2-2为液压泵的功率流程图及各参数和压力之 间的关系。
第二节 齿轮泵
齿轮泵应用广泛，一般做成定量泵，按结构分 有内啮合与外啮合两种。外啮合应用广泛。 一、外啮合齿轮泵 (一) 外啮合齿轮泵的工作原理 如图2-3。
分 析： ① 结构组成：外啮合齿轮一 对、壳体、端盖等 ② 密闭容积空间的形成：齿 轮-壳体-端盖 ③ 密闭容积空间的变化：啮 合部位的啮合和脱离 ④ 配流装置：吸压油口的两 边布置自然形成。
（四）提高外啮合齿轮泵压力的措施 针对前面提到的泄漏问题，采取齿轮端面间隙 自动补偿的办法，减小端面的间隙。如图2-6。 国产CB-F系 列高压齿轮泵就 是采用此办法的 实例，其额定压 力达14MPa。
二、螺杆泵和内啮合齿轮泵 1、螺杆泵 图2-7 其实质是一种外啮合 的摆线齿轮泵，图2-7是 三螺杆泵的工作原理。 缺点：螺杆形状复杂， 加工较困难，不 易保证精度。
qt ql ql q V 1 1 qt qt qt
qt ql ql q V 1 1 qt qt qt
所以
又因为 ql k l p kl为泄漏系数。 kl p 所以 V 1 Vn 讨论:泵输出压力p愈高，泄漏系数愈大，或排量 愈小，转速愈低，则泵的容积效率也愈低。 2) 机械损失 是指因摩擦而造成的转矩上的损失， 用机械效率ηm表示。 Tt 1 m 1 T 1 Tl Tt
2、定子曲线 图2-14 分析：
1) 由两段大圆弧R、两段小 圆弧r和四段过渡曲线构成。 2) 过渡曲线一般采用等加速等减速曲线。 3) 过渡曲线的极坐标方程为：
r
2R r
第三节 叶片泵
叶片泵分单作用与双作用两大类。 优缺点: 输出流量均匀，脉动小，噪声低，但结构复 杂，吸油性稍差，对油液污染较敏感。 工作压力: 单作用叶片泵不大于7MPa，双作用叶片泵不 大于16～21 Байду номын сангаасPa。
一、单作用叶片泵 1、单作用叶片泵的工 作原理 图2-9 分析： ① 结构组成：转子、 (可在定子上移动的) 叶片、定子(泵体)、 端盖(包括配流窗口) 等。 ② 密闭容积空间的形成：定子-转子-叶片-端盖 ③ 密闭容积空间的变化：由于定子和转子不同心 产生 ④ 配流装置：在端盖上开有配流窗口
p q P 60
单位是： Δp——MPa， q——L/min， P——kW。
(3) 液压泵的总效率 是指液压泵的实际输出功率与输入 功率的比值，其也等于容积效率与机械效率的乘积， P 即 V m Pi
以泵为例
qt p P p q p qtV V m V m Tt Pi Ti Tt
① 叶片数z↑→σ↓； ② σ奇数叶片<σ偶数叶片； ③ 一般叶片数为13，15片。
3、特点： ① 可改变流量，甚至改变吸、压油口的方向，即 可做成双向变量泵。 ② 压油腔处叶片底部通压力油，吸油腔处叶片靠 离心力等顶住定子。 ③ 转子受到不平衡径向力,故工作压力不宜太高。 二、双作用叶片泵 （一）双作用叶片泵的 工作原理 图2-11
(3) 实际流量q：指泵在某一具体工况下，单位时 间内所能排出的实际液体体积，它等于理论流 量减去泄漏和压缩损失后的流量，即。 q= qt—ql (4) 额定流量qn：是指额定转速和额定压力下泵必 须保证输出的流量。也是在正常工作条件下按 试验标准必须保证的流量。 一般 额定流量<理论流量
3、功率和效率 液压泵的功率转换及理论功率：
（二）外啮合齿轮泵的排量和流量计算 排量计算：假设齿间槽的容积等于齿轮的体积， 则排量近似为
V Dhb 2 z m B
2
式中：z—齿数；D—节圆直径， D=zm；h—齿高，h=2m；m—模 数；B—齿宽。 实际中，齿间槽的容积略大于 齿的体积，故排量计算式为
V 6.66 z m B 2 流量计算：qt 6.66 z m Bn


式中，b—叶片厚度；θ—叶片倾角；z—叶片数； R、r —定、转子圆弧半径。
流量脉动： ① 流量脉动率较小。 ② 叶片数为4的倍数时较好； ③ 一般为12或16片。 （三）双作用叶片泵的结构特点 1、配油盘 (如图2-13) 分析： 1) 有两个吸油窗口(2、4)和压油窗口(1、3)。 2) 窗口间封油区的夹角α大于或等于两个叶片之 间的夹角β。 3) 压油窗口靠叶片从封油区进入压油区的一边开 有三角槽，又称眉毛槽。

2
2 B

Rr r B2 bzB cos Rr 2 2 R r bz cos
2


流量计算：
Rr 2 2 qt Vn 2 B R r bz n cos Rr 2 2 q qtV 2 B R r bz nV cos
（二）双作用叶片泵的排量和流量计算
计算简图如图2-12，不考虑叶片厚度和 倾角影响时双作用叶片泵的排量为：
V 2z R 2 r 2 B 2
1 2 z R 2 r 2 B 2 R 2 r 2 B 2




考虑叶片厚度和倾角后的排量为：
V 2 R
优点：结构简单、紧凑，体积小，重量轻，运转 平稳，输油均匀，噪声小，容许采用高转 速，容积效率高（达90～95%），对油液 污染不敏感
2、内啮合齿轮泵 分类:渐开线齿轮 泵和摆线齿 轮泵(又称转 子泵)两种。 如图2-8。
优点:内啮合齿轮泵具有结构紧凑，尺寸小，重量 轻，磨损小，使用寿命长，流量脉动小。 摆线内啮合齿轮泵结构简单，且啮合重叠系 数大，传动平稳，吸油条件更好。 缺点:齿形复杂，精度高，需要专门的制造设备， 造价较贵。
第二章 液压动力元件
第一节 液压泵概述 第二节 齿轮泵 第三节 叶片泵 第四节 柱塞泵 第五节 液压泵的噪声 第六节 液压泵的选用
液压动力元件是将原动机提供输出的机械能 转换为工作液体的压力能的能量转换装置。是 系统的动力源。
第一节 液压泵概述
一、液压泵的工作原理及特 点 1、液压泵的工作原理 以图2-1所示的单柱塞液压 泵为例分析。 工作原理：液压系统中使用 的泵的工作原理均为容积变 化式，故称容积式泵。
二、液压泵的主要性能参数 1、压力 (1) 工作压力(p): 液压泵的工作压力指的是它工作 时实际输出（输入）的压力。是变值。
(2) 额定压力pn：是指泵在正常工作条件下，按试 验标准规定连续运转的最高工作压力。这是一 个定值。超过此值就是过载。额定压力就是满 载压力，主要考虑密封性能及材料强度等 或说：额定压力是指泵（马达）在正常工作条 件下按试验标准规定的连续运转的最高压力。
q qtV VnV
(2) 液压泵的功率 1) 输入功率Pi：是指液压泵主轴上的机械效率，当输入 转矩Ti、角速度为ω时，有
Pi Ti
2) 输出功率P：是指液压泵在工作过程中实际吸、压油 口间的压力差Δp和输出流量q的乘积，即式中各变量的
P pq pq
工程上常采用下式计算：