叶片泵的工作原理

L R e r R e r 2e
利用等效法推导计算公式
从单作用叶片泵的工作过程可以看出，在离心 力的作用下，叶片的顶端一直与定子内壁接触， 由于定子内表面半径为R，则其周长为2πR，而 叶片的行程为2e, 故在转子转动一周的过程中， 任意相邻的两个叶片所围成的工作腔，在半径 方向上的变化幅度都等于2e. 在计算单作用叶片泵的排量时，可将其工作过 程等效视为：叶片的顶端先集中在长度为2πR 直线段上，然后同时沿着定子圆周的法线方向 移动2e的距离。则密封容积几何尺寸的变化量 可以等效为图2所示的长方体体积。故单作用叶 片泵的排量可以直接用如下的公式求得：
结构
• 如图所示双作用式叶片 泵是由定子、转子、叶 片、配流盘和泵体组成， 转子与定子同心安装， 定子的内曲线是由两段 长半径圆弧、两段短半 径圆弧和四段过度曲线 所组成，共有八段曲线。
工作原理
• 如图所示，转子做顺时针旋转，叶 片在离心力作用下径向伸出，其顶 部在定子内曲线上滑动。此时，由 两叶片、转子外圆、定子内曲线及 两侧配有盘所组成的密闭的工作腔 的容积在不断地变化，在经过右下 角以及左上角的配油窗口处时，叶 片伸出，工作腔容积增加，形成真 空，油液通过吸油窗吸入；在经过 右上角及左下角的配油窗口处时， 叶片回缩，工作腔容积变小，压强 增大，液压缸油液通过液压窗口输 出。
排量计算
双作用泵：
排量：V=2b(R-r)[π(R+r)-δz /cosθ] ×10-6 L/min
B —叶片宽度 δ—叶片厚度 z—叶片数 θ—叶片倾斜角
理论流量：Qt=2bn(R-r)[π(R+r)-δz /cosθ] ×10-6 L/min
性能特点
叶片泵压力脉动小，因磨损而产生的工作压力下降较小， 运转平稳、噪音较小，结构紧凑，起动转矩小。但吸入条 件较差，运动部件的工作可靠性较低。 1．流量较均匀，运转平稳，噪声较低。 2．双作用叶片泵转子所受径向力是平衡的，轴承寿命长； 它的内部密封性也较好，容积效率较高；因此，一般额定 排出压力较高，可达7MPa左右。 3．结构紧凑，尺寸较小而流量较大。 4．对工作条件要求较严。叶片抗冲击较差，较容易卡住， 对油液的清洁程度和粘度都比较敏感。端面间隙或叶槽间 隙不合适都会影响正常工作。转速一般在500～2000r／min 范围内，太低则叶片可能因离心力不够而不能压紧在定子 表面，而太高则吸人时会产生“气穴现象”； 5．结构较复杂，零件制造精度要求较高。
外反馈限压式变量叶片泵
kx0
G泵
+
_
p→e→q
pAx
G缸
外反馈限压式变量叶片泵
1—转子；2 —弹簧；3 —定子；4 —滑块滚针支承； 5 —反馈柱塞；6 —流量调节螺钉
工作原理
流体传输路 线
配油盘
配油盘吸入口流速 一般为4~5m/s，最高不超过 6 m/s，防止流动阻力大而 产生气穴现象； 配油盘上开盲孔是 为了平衡轴向力； 配油盘上排出窗口 开三角形节流是为了防止液 压冲击和噪声； 定子圆弧段的圆心角 α ≥配油盘上密封区圆心象。 角β ≥两叶片之间的圆心角γ ，以防止发生困 油现
1－调节流量螺钉，2－定子，3－ 转子， 4－限压弹簧，5－பைடு நூலகம்压螺 钉
变量特性：
限定调节螺钉5的限定压力为pB ，限压弹簧的4预压缩 量为x0 压力油作用于定子表面在x方向上的投影面积为Ax 限压弹簧刚度Ks
pBAx Ksx0
x0 pBAx / Ks
当偏心距减小为e时，弹簧压缩量增加值
x e max e
当转子按逆时针方向旋转时，图右侧的叶片 向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生 真空，于是通过吸油口和配油盘上窗口将油 吸入。而在图的左侧。叶片往里缩进，密封 腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液经配油 盘另一窗口和压油口1被压出而输出到系统 中去。
排量的计算
工作过程分析
单作用叶片泵的定子具有圆柱形内表 面，定子和转子间有偏心距。若有Z个叶 片，则定子圆周被分成Z部分。这里用r 表示转子外圆半径，用R表示定子内表 面半径。如图1所示，在垂直于转子轴的 平面内，s1表示密封工作空间的最小值 (即叶片滑出的距离最短)，它在半径方向 的尺寸为 R e r ; s2 表示密封工作 空间的最大值(即叶片滑出的距离最长)， 它在半径方向的尺寸为 R e r。如果 转子按照图中的方向转动，则 s1 可表示 s2表示吸油量达到最大值处。 吸油开始处， 不难看出，在转子转动一周的过程中，相 邻两个叶片所围成的密封工作腔在半径方 向的变化量为:
限压式变量叶片泵适用于工作机构要求快速轻载和 慢速重载要求的液压系统中。 快速轻载时，变量泵工作在曲线AB段，此时泵的压 力小于限定压力，定子在流量调节螺钉上，泵的流 量大。 慢速重载时，变量泵工作在曲线BC段，此时泵的压 力大于限定压力，泵的流量降低。 与定量泵相比优点： 减少功率损耗，降低油液温升。
单作用叶片泵
单作用叶片泵的定义：叶片在离心 力和压力油的作用下，尖部紧贴在 定子内表面上。通过改变两个叶片 与转子和定子内表面所构成的工作 容积大小变化，完成吸油排油过程， 且叶片旋转一周，完成一次吸油与 排油的叶片泵。
特点：1.泵每转一转，每个密封腔吸油压油一次 2.转子上受液压不平衡力，为非平衡式泵 3.改变偏心距大小，可改变排量，为变量泵
泵的流量减小 当pAx大于Ksx0时，定子右移，
pAx 有偏心距e e max x0 Ks
kq Ksk 1 q kq( x0 e max) ( Ax )p Ks kq
由以上公式可得内反馈限压式变量叶片泵的静特性曲线： 1、当泵的工作压力p小 于限定压力pB 时，油 压作用力不能克服弹簧 的预紧力，定子压紧在 流量调节螺钉上，泵的 流量如AB所示：
单作用叶片泵的工作原理
泵由转子1、定子2、叶片3、配油盘和端盖等部件所 组成。定子的内表面是圆柱形孔。转子和定子之间存 在着偏心。叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转 动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶 片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油 盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。
双作用叶片泵的困油现象
当相邻两叶片同时位于吸 排口之间时，正好将吸排口隔 开，这时就形成封油区，就可 能出现困油问题。（旋转时两 叶片间容量不变，虽不会发生 困油，但从吸过渡到排，会产 生压力冲击；叶片包角太小， 产生困油，包角太大，吸排窗 口沟通，工作失常。）解决方 法——配流盘的压油窗口的一 端开三角卸荷槽（减少过渡的 压力冲击、脉动、噪声；消除 困油）。
定子平衡方程：
pAx Ks( x0 x)
Ax p pB 有：e e max Ks
泵的输出流量：
q qt q kqe k1 p
式中： kq为泵的流量常数， K1为泵的泄露系数
pAx小于Ksx0时，定子位于极左端位置
e e max
q kqe max k1 p
pB
2、泵的压力p超过pB 时，偏心距减小，输出 流量随压力增高而极剧 减小，流量为BC段所示， C点为最大压力。
AB段：定量泵特性 BC段：变量段
3、调节流量调节螺钉，可使线段AB上下平移。即可 。 得到不同的最大流量。（通过调节e来实现）
4、调节限压调节螺钉可以调节限定压力pB，从而使 线段BC左右平移。 5、改变限定弹簧刚度Ks时，可改变线段BC的斜率。 Ks越大，越倾斜
叶片倾角
双作用叶片泵：前倾后倒角 双作用泵的叶槽在转子中不 是径向的。 前倾： 是顺转向朝前倾斜θ，10～ 14 。 原因：N与叶片滑动方向的夹 角称为压力角。 如果：叶槽径向开设，双作用 泵压力角最大值较大，力N在 叶片垂直方向上的分力也将较 大。此分力使叶片受弯曲力， 使叶片与叶槽的摩擦力增大， 会造成叶片移动困难，甚至可 能卡住。 如叶片有前倾角 则压力角就减小为 = - ， 叶片受力情况即会改善
V单 2R 2e B 4 Re B
B为定子宽度
由于要考虑叶片厚度对排量的影响，上述公式可以进一步精确为：
V单 2ebD Z
转速为n时，理论流量为：
m L/ r
qt 2ebD Z n
当叶片相对于径向倾斜角为
m L/ min
m L/ r
叶片倒角
叶片端部倒角朝 后保证叶片贴紧定子 的内表面。
断面间隙自动补偿措施
为了解决吸油腔定子内表面容易磨损造成漏泄问题， 以延长泵的使用寿命。通常在叶片底部以压力油或使用弹 簧来保证叶片与定子内表面的紧密接触，能在叶片和端面 不断磨损的情况下保证不漏油，使泵能够正常工作并保持 较大的压力输出。
受力分析
流体传动与控制
叶片泵的工作原理
液压泵的分类
单作用叶片泵
叶片式
双作用叶片泵 限压式变量叶片泵
液压泵
外啮合 齿轮式 内啮合 轴向柱塞式 柱塞式
径向柱塞式
叶片泵
叶片泵的优缺点： 结构紧凑，噪声小，脉动小，运转平稳 结构复杂，吸油性差，对油的污染敏感度高 分类： 单作用叶片泵：可变量，非平衡。 双作用叶片泵：定量泵，平衡式。
限压式变量叶片泵
手动变量叶片泵 内反馈限压式变量叶片泵 单 作 用 叶 片 泵
限压式变量叶片泵
外反馈限压式变量叶片泵
稳流式变量叶片泵
内反馈限压式变量叶片泵
原理：利用泵本身输出油对定子 产生不平衡液压力的反馈作用来 自动调节偏心距从而达到改变流 量的目的。
F的水平分力 Fx sin ，Fx和 限压弹簧4的作用方向相反。 当Fx大于弹簧力时，便使定子向 右推移，偏心距减小，泵的流量 便减小；当泵的压力较低时， Fx小于弹簧力，定子始终被推到 最左边，偏心距最大，泵的流量 最大。
1. 由于吸排区对称分布，转子上径向作用力平衡，轴承负 载小。叶片数为偶数，一般8～12片，其目的是为了平衡径 向力(考虑到密封条件，叶片的数量不准少于6个)。这种泵 也称卸荷式泵，适用高压场合，一般是定量泵。 2.在吸油过程时： 克服真空度、 克服压油区压力、 克服摩擦、 主动力矩 在压油过程时: 克服摩擦、顺油压（在压 力作用下出油）、主动力矩

：
Z V 2eb D cos
Z qt 2ebn D cos
注：e为转子的偏心距，mm; D为定子内径，mm; Z为叶片数；b为叶片宽度，mm。
m L/ min

为叶片厚度，mm;
双作用叶片泵
基本介绍：转子转一圈，每个密封容积变 化两个循环，所以密封容积每圈内完成吸 油、压油各两次，故称为双作用泵。相比 于单作用泵，是变量泵，双作用泵是定量 泵。又因泵的两个吸油窗口与两个压油窗 口是径向对称的，作用于转子上的液压力 是平衡的，以又称为平衡式叶片泵 优点： ① 双作用使排量增加一倍，流量也相应增加。 ② 吸压、油口对称于旋转中心配置，旋 转轴上受到的液压力是平衡的， ③ 轴和轴承上无径向载荷，有利于提高 泵的工作压力。