第2章 液压动力元件(左建明主编 第四版)

液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。
阀配油————————单柱塞泵 端面配油或盘式配油——叶片泵、轴向柱塞泵 轴配油————————径向柱塞泵 无——————————齿轮泵
2.1
液压泵概述
二、液压泵的主要性能参数
1、压力
工作压力
液压泵实际工作时的出口压力。
工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压损，而与流量无关。
其中：ηV ——泵的容积效率
流量脉动率
上述q是齿轮泵的平均流量，实际上，在齿轮啮合过程齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。
设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率σ为
qmax qmin 100% q
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
3、结构中存在的三大问题
1）泄露
额定流量qn
泵在额定压力和额定转速下输出的实际流量。
2.1
液压泵概述
二、液压泵的主要性能参数
3、功率
输入功率Pi
驱动液压泵的机械功率，即液压泵主轴转矩Ti和主轴角速度ω 的乘积。
Pi=Ti.ω
输出功率P
液压泵输出的液压功率，即泵的进出口压差Δ p与泵的实际流量q的乘积。
第2章
液压动力元件
2.1 液压泵概述
2.2 齿轮泵
2.3 叶片泵 2.4 柱塞泵 2.5 液压泵的噪声 2.6 液压泵的选用
2.1
液压泵概述
一个完整的液压系统中包含有多种液压元件，如动力元件、 执行元件、控制元件和辅助元件等。 本章介绍液压动力元件，即液压泵。 液压泵将原动机（电动机和内燃机）输出的机械能转换成工 作液体的压力能，是一种能量转换装置。
柱塞装在缸体中形成密封工作容积 。 当原动机驱动凸轮旋转时，在凸轮和弹簧的作用下，柱塞便在缸体内做往复运动。 柱塞右移时，缸体中密封工作容积变大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压作 用下，经吸油管顶开单向阀 （吸油阀）进入缸体内，实现吸油。 柱塞左移时，缸体中密封工作容积变小，油液受挤压，通过单向阀（压油阀）输送 到系统中去，实现压油。 当偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，从而不断地向液压系统供油。
其中：D—节圆直径， h—齿高 ， B—齿宽， z—齿数， m—模数 由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为
V 6.66 zm2 B
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
2、排量和流量计算
理论流量
qt V n 6.66 zm2 Bn
其中： n——泵的转速
流量
q qtV 6.66 zm2 BnV
指液压泵的内部泄漏，即一部分液压油从压油腔流回吸油腔，没有输送到系统中去。泄 漏降低了液压泵的容积效率。
外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：
齿轮端面和端盖间 ——轴向间隙 齿轮外圆和壳体内孔间——径向间隙 两个齿轮的轮面啮合处——齿侧间隙 其中对泄漏影响最大的是齿轮端面和端盖间的轴向间隙，这部分泄漏量约占总泄漏量的75% －80%，因为这里泄漏途径短，泄漏面积大。
m
2.2
齿轮泵
齿轮泵的分类：
按结构不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。
以外啮合齿轮泵应用最广。
按齿形不同，可分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。
以渐开线齿轮泵应用最多。
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
1、工作原理
外啮合齿轮泵由前、后端盖和壳体组成。
壳体内装有一对共轭啮合齿轮。 齿轮端面与端盖之间、齿轮齿顶与壳体内表面之间
封闭容腔增大时，会造成局部真空（ 用液体颜色变浅表示低压特点 ），使油液中溶解的气 体分离出来，产生空穴，这就是齿轮泵的困油现象。
困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，影响泵的工作平稳性，缩短泵的使用寿命。
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
3、结构中存在的三大问题
2）困油
消除困油现象的措施
在齿轮泵的两侧端盖上开一对矩形卸荷槽。 开卸荷槽的作用： 当封闭容腔减小时，使卸荷槽与压油腔相通，将封闭容腔中的高压油排到压油腔； 当封闭容腔增大时，使卸荷槽与吸油腔相通，将吸油腔的油补入封闭容腔，从而避 免产生局部真空。 开卸荷槽的原则： 必须保证在任何时候都不能使吸油腔和压油腔通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的 容积效率降低很多。 卸荷槽间距也不能过大，否则困油现象不能彻底消除。
额定压力
液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所允许的最高压力。
额定压力取决于液压泵零部件的结构强度和密封性。
最高允许压力
在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值。 最高允许压力也取决于液压泵零部件的结构强度和密封性。
2.1
液压泵概述
工作原理
内转子和外转子只差一个齿，没有月牙板。
在内、外转子的轴心线上有一偏心e。 内转子为主动轮。 内、外转子的啮合点将吸、压油腔分开。 在啮合过程中，上侧密封容腔逐渐变大是 吸油腔，下侧密封容腔逐渐变小是压油腔。
特点
结构紧凑，运动平稳，噪声低。
但流量脉动比较大，啮合处间隙泄漏大。
2.1
液压泵概述
一、液压泵的工作原理及特点
2、液压泵的特点
单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点。 1）具有若干密封且又可以周期性变化的的空间
2）油箱内液体的绝对压力≥pa
为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用封闭的充压油箱。
3）具有相应的配油机构
将吸油腔和压油腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。
通常在工作压力为2.5～7MPa的液压系统中作为润滑、补油等辅助泵使用。
2.3 叶片泵
容积式叶片泵的主要形式有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 叶片泵按结构可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。 单作用叶片泵，是指转子旋转一周，密封工作容积完成 一次吸油和一次压油；
双作用叶片泵，是指转子旋转一周，密封工作容积完成 两次吸油和两次压油。
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
3、结构中存在的三大问题
3）径向不平衡力
在齿轮泵中，由于压油腔和吸油腔之间存在着压差， 液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不
平衡力。
径向不平衡力的大小为： F=K.Δp.B.De 式中，K—系数；主动轮为0.75；从动轮为0.85；
Δ p—泵进出口压力差；De—齿顶圆直径。
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
3、结构中存在的三大问题
2）困油
困油现象
随着齿轮旋转，这个密封容腔 逐渐减小，直到两个啮合点A、B 处于节点两侧的对称位置，此时 密封容腔减到最小，随后密封容 腔又逐渐增大。
密封容腔减小时，会使被困油液受挤压而产生高压（用液体颜色变深表示高压特点），并从 缝隙中强行挤出，导致油液发热，同时也使轴承受到很大的不平衡径向力。
2.3 叶片泵
一、单作用叶片泵
1、结构
单作用叶片泵主要由定子、转子、叶片、端盖和配油盘组成。
定子和转子的内表面都是圆柱形，但定子与转子之间存在偏心距e。
转子上面开有叶片槽，叶片可在槽内滑动（外伸或缩回）。 当转子旋转时，由于离心力作用，叶片顶部始终紧靠定子内壁，这样 在定子内壁、转子外壁、叶片和两侧配油盘之间就形成了若干个密封 的工机械损失，即由液压泵内流体的粘性和机械摩擦造成的转矩损失。
η m=Tt/Ti，其中Tt为液压泵的理论转矩，Ti为主轴实际输入转矩。
总效率η
即液压泵的输出功率与输入功率之比，η =P/Pi。
Pi=Δ P.q/η η =Δ P.q/(Ti.ω )=(Δ P.qt.η V)/(Tt.ω /η m)=η V.η
当泵的尺寸确定以后，油液压力越高径向不平衡力就越大。结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏， 甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。
减小径向不平衡力的方法有：
缩小压油腔 开压力平衡槽
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
4、特点
优点
结构简单，制造方便 尺寸小，重量轻 价格低廉 工作可靠 自吸能力强 抗油液污染能力强，维护容易
2.3 叶片泵
一、单作用叶片泵
2、工作原理
配油方式为盘式配油，也称端面配油。
配油盘上开有两个腰圆形的窗口， 即一个吸油窗口和一个压油窗口。 在吸油窗口和压油窗口之间有一段封油区， 用于把吸油腔和压油腔隔开。 配油盘装在前端盖或后端盖内侧。
当转子按图示顺时针方向旋转时，
轴向间隙过大，泄漏量多，会使泵的容积效率降低；但间隙过小，齿轮端面和端盖间的机械 摩擦损失增加，会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。
2.2
齿轮泵
一、外啮合齿轮泵
3、结构中存在的三大问题
2）困油
为了使齿轮平稳地啮合运转，必须满足 重叠系数ε ＞1,即在一对轮齿即将脱离 啮合之前，后面的一对轮齿就要开始啮 合。 就在两对轮齿同时啮合的这一小段时间 内，留在齿间的油液困在两对轮齿和前 后端盖所形成的密封容腔中。
缺点
承受径向不平衡力，磨损严重
内部泄漏大，工作压力的提高受到限制
流量脉动大 ，压力脉动和噪声大 排量不能调节
齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系统中。
2.2
齿轮泵
二、内啮合齿轮泵
1、内啮合渐开线齿轮泵
工作原理
小齿轮1和内齿轮2相互啮合，它们的啮合线和 月牙板3将泵体内的容腔分成吸油腔和压油腔。
二、液压泵的主要性能参数
2、排量和流量
排量V
在不考虑泄漏的情况下，液压泵每转一周，所排出油液的体积。