二章 液压泵和液压马达(gear)

二章液压泵和液压马达§ 2.1 概述一、液压泵和液压马达的作用、工作原理液压泵和液压马达是液压系统中的能量转换元件。

液压泵：将原动机(电动机、柴油机)的机械能转换成油液的压力能，再以压力、流量的形式输送到系统中去。

称为动力元件或液压能源元件。

液压马达：是将压力能转换为旋转形式的机械能．以转矩和转速的形式来驱动外负载工作，按其职能来说，属于执行元件。

工作原理：液压泵和液压马达都是靠密闭的工作空间的容积变化进行工作的，所以又称为容积式液压泵和液压马达。

（从原理上讲，液压泵和液压马达是可逆的）图2—1为单柱塞泵的工作原理图。

容积式液压泵工作须具备的条件：１）具有若干个良好密封的工作容腔；２）具有合适的配油关系，即吸油口和压油口不能同时开启。

二、液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的类型较多。

液压泵：按其在单位时间内输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵，按其结构形式可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等，如图2—2所示。

液压马达：也具有与液压泵相同的形式，并按其转速可分为高速和低速两大类，如图2—3所示三、液压泵与液压马达的主要性能参数液压泵和液压马达的性能参数主要有压力(常用单位为Pa)、转速(常用单位r/min)、排量(常用单位为m3／r).流量(常用单位为m3／n或L/min)、功率(常用单位W )和效率。

(一)液压泵的主要性能参数1．压力(B p)工作压力：泵实际工作时的压力叫泵的工作压力，它随负载的大小而变化的。

额定压力：泵在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。

2．转速（B n）额定转速：泵在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。

3．排量和流量V）：液压泵每转一转，其密封容积几何尺寸变化排出排量（B液体的体积．（即在无泄漏的情况下，液压泵每转一转所能输出的液体体积。

）q）：在不泄漏的情况下，泵在单位时间内排出理论流量（Bt液体的体积。

q）：泵在工作中，实际排出的流量，它等于泵实际流量（B的理论流量与泄漏量之差。

额定流量：在正常工作条件下．按试验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下泵输出的实际流量。

4．功率P）：泵的输入量是泵轴的转矩和转速(角速度)．输输入功率（Bm入功率是指驱动泵轴的机械功率，即转矩与转速的乘积。

P)：液的输出量是输出液体的压力和流量，输出输出功率( By功率是泵输出的液压功率，即泵实际输出流量和压力的乘积。

5．效率容积效率（Bv η）：际输出流量与理论流量的比值。

机械效率(Bm η)：理论上驱动泵轴所需的转矩与实际驱动泵轴的转矩之比。

总效率(B η)：泵的输出液压功率与输入的机械功率之比。

BmBv B ηηη= (二)液压马达的主要性能参数1．压力(M p )工作压力：实际工作中，液压马达的输入压力。

额定压力：液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。

压力差：液压马达输入压力与输出压力之差。

2．转速(M n )额定转速：在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。

最低稳定转速：液压马达在额定负载时，不出现爬行现象的最低工作转速。

3．排量和流量排量(M V )：液压马达每转一转，由其密封容积几何尺寸变化计算而得的吸入液体的体积。

理论流量(Mt q )：为形成指定转速，马达密封容腔变化所需的流量。

实际流量(Mq)：单位时间内输入液压马达入口处的流量。

实际流量与理论流量之差值，即为马达的泄漏量。

4．功率P)：液压马达的理论功率为压力差与理论流量的乘积。

理论功率(Mt实际输入功率(MP)：液压马达的压力差与实际流量的乘积。

实际输出功率(yP M)液压马达输出轴上输出的机械功率。

5 效率η)：液压马达的理论流量与实际流量的比值。

容积效率( MVη)：液压马达的实际输出转矩与理论转矩之比。

机械效率(Mmη)：液压马达输出功率和输入功率之比。

总效率(M§ 2.2 齿轮液压泵和齿轮液压马达。

一、外齿轮液压泵齿轮泵是液压系统中常用的一种定量泵。

（汽车发动机机油泵）主要优点：结构简单、工作可靠、体积小、重量轻、成本低、使用维修方便等、另外齿轮泵还具有自吸性能好、转速范围大、对滤油精度要求不高、对油液污染不敏感等优点。

主要缺点是流量和压力脉动大、排量不可调、噪声也较大。

齿轮泵按其啮合形式可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。

内啮合齿轮泵结构紧凑、运转平稳、噪声小、有良好的高速性能，但加工复杂、流量脉动大、高压低速时容积效率低；外啮合齿轮泵工艺简单、加工方便。

(一)外啮合齿轮泵工作原理齿轮2 外啮合齿轮泵工作原理如图2—4所示。

结构：其主要由装在泵体１内的一对外啮合齿轮２、3，齿轮轴及两侧端盖组成。

在泵体内．由这对互相啮合的齿轮、齿轮两侧的端盖及泵体相配合，把泵体内部分为左右两个互不相通的容腔。

工作原理：当主动齿轮2按图示方向旋转时，在右腔由于一对对轮齿脱开，使密封工作腔容积不断增大，形成局部真空，油箱内的油液在大气压的作用下被吸入右腔，填满轮齿脱开时形成的空间，这一过程为齿轮泵的吸油过程。

随着齿轮的旋转，吸满的油液被带往左腔，由于一对对轮齿相继啮合，使密封工作容积不断减小，齿间的油液被挤压出来排往系统，这就是齿轮泵的排油过程。

这样随着齿轮不停地旋转，吸油腔和压油腔就不断地吸油和排油。

(二)外啮合齿轮泵排量、流量的计算外啮合齿轮泵排量可以近似地看作是两个啮合齿轮齿间的工作容积之和。

若假设齿轮齿间的工作容积等于轮齿的体积，则齿轮泵的排量就等于一个齿轮的齿间容积和其轮齿体积总和的环形体积。

22zBm DhB V B ππ== （2—1）B V —齿轮泵的排量(m 3／r)；z —齿轮的齿数；m —齿轮的模数(m)；B —齿轮的齿宽(m)；D 齿轮的节圆直径(m)， mz D =h —轮齿有效工作高度(m)， m h 2=实际上，齿间的容积比轮齿的体积稍大一些，且齿数越少差值越大。

考虑这一因素，实际计算时取6．66代替式(2-1)中的2π，则齿轮泵的排量为266.6zBm V B = （2—2） 由此得齿轮泵的输出流量为BV B B Bt n V q η601= （2—3）式中 Bt q — 齿轮泵的输出流量(m 3／s)。

B V —齿轮泵的排量(m 3／r)；B n —齿轮泵额定转速(r ／min)：BV η— 齿轮泵的容积效率。

(三)齿轮泵的脉动率由式(2—3)计算所得的流量是齿轮泵的平均流量。

实际上齿轮泵在工作中，排量是转角的周期函数，存在排量脉动，所以瞬时流量也是脉动的。

即当啮合点处于啮合节点时，瞬时流量最大，当啮合点开始进入啮合和开始退出啮合时，瞬时流量最小。

由于流量的脉动，直接影响液压系统工作的平稳性。

用流量脉动率表示流量脉动的大小，流量脉动率为Bt q q q min max-=σ （2—4）式中 σ— 液压泵的流量脉动率；max q — 液压泵最大瞬时流量(m3／s )；min q — 液压泵最小瞬时流量(m3／s )。

流量脉动率是衡量容积式液压泵性能的一个重要指标。

在容积式液压系中，齿轮泵的流量脉动率最大，且流量脉动率的大小与齿轮啮合长度、齿数有关。

低压齿轮泵的齿数，一般取13—19，高压齿轮泵齿数z 一般 取6—13。

(四)齿轮泵的困油现象及卸荷措施为了保证传动的平稳性及吸排油腔的可靠密封(使吸油腔与排油腔被齿与齿啮合接触线隔开而不连通)，就要求齿轮的重合度ε大于1，这样齿轮转动时当一对齿轮尚未脱开啮合前，后一对齿轮就开使进入啮合，在这一小段时间内，同时有两对齿进行啮合，在它们之间形成一个封闭的空间，称为闭死容积，如图2-5所示。

困油现象: 由于闭死容积大小的变化，造成液体压力急剧升高和降低的现象，称为困油现象。

消除困油现象的方法：通常是在齿轮泵两侧的盖板上开卸荷槽，如图2—5中虚线所示。

其原则是：当闭死容积处于最小位置时，卸荷槽不能与闭死容积相通，即闭死容(五) 齿轮泵的径向力(排油腔液压力和齿轮径向啮合力造成)(六)齿轮泵的端面间隙补偿(其泄漏有三条途径：)齿轮泵工作时，液压油从高压区向低压区有一定的泄漏。

一条是通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙产生泄漏，其泄漏量约占总泄漏量的15％—20％是齿轮啮合处泄漏,泄漏量很少，一般不予考虑；另一条是齿轮端面与泵端盖扳之间的轴向间隙，产生的轴向间隙泄漏，由于其泄漏的途径多，密封长度短．泄漏量约占总泄漏量的75％—80％泵的结构设计中必须采取措施予以解决。

在中高压齿轮泵中，为了减少轴向间隙泄漏而采用轴向间隙自动补偿装置，如图2-7所示。

图2-7a是浮动轴套式的间隙补偿图2-7b是浮动侧板式的间隙补偿图2—7c是挠性侧板式的间隙补偿二、内啮合齿轮泵（内啮合齿轮泵分渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。

）结构：内合渐开线齿轮泵啮由外齿轮1、内齿轮2、月牙板3等组成。

工作原理：内齿轮和外齿轮相啮合，月牙板将吸油腔与排油腔隔开。

当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转，吸油腔由于齿轮脱开容积不断增大而连续吸油。

吸入的油液经月牙板后进入压油腔，压油腔由于齿轮啮合容积不断减小而将油液连续排出。

优点：无困油现象，流量脉动小，压力脉动及噪声也都小；结构紧凑、尺寸小、重量轻。

磨损小，寿命长。

主要缺点：工艺性不如外啮合齿轮泵，造价高。

三、齿轮液压马达齿轮马达特点：具有结构简单、体积小、重量轻、惯性小、耐冲击，维护方便，对油液过滤精度要求较低等特点。

流量脉动较大，容积效率低，转矩小，低速性能不好。

齿轮马达的工作原理：当高压油进入齿轮马达的进油腔(由齿1、2、3和1，、2’、3，、4，的表面及其泵体和端盖的有关内表面组成)之后．由于啮合点半径：x和y永远小于齿顶圆半径，因而在齿1和2，的齿面上，便产生如箭头所示的不平衡的液压力。

该液压力就相对于轴线O1，和O2：产生转矩。

在该转矩的作用下，齿轮马达就按图示箭向旋转，拖动外负载做功。

随着齿轮的旋转，齿1和l′，所扫过的容积要比齿3和4，所扫过的容积小，进油腔的容积不断增加，高压油便不断进入，同时又被不断地带入回油腔排出。

这就是齿轮马达按容积变化进行工作的原理。

在齿轮马达的排量一定时，马达的输出转速只与输入流量有关，而输出转矩随外负载而变化。

（齿轮马达和齿轮泵主要区别）1) 进、出通道对称，孔径相同。

以便正、反转使用时性能一样。

2) 采用外泄漏油孔。

因为马达回油有背压。

另一方面马达正、反转时，其进回油腔也相互变化。

如果采用内部泄漏，容易将轴承内部冲坏。

3) 轴向间隙自动补偿的浮动侧板，必须是适应正、反转时都能工作的结构。

同时解决困油现象的卸荷槽必须是对称布置的结构。

4) 应用滚动轴承较多，主要为了减少摩擦损失而改善起动性能。