液压与气动传动 第3章 动力元件

qmin 来表示最大、最小瞬时流量， q0表示 若用 qmax 、 平均流量，则流量脉动率为
q
q qmin max 100% q
（3.15）
齿轮泵的齿数越少， q 就越大
3)齿轮泵的结构特点
1.径向不平衡力
• • 产生： 液体作用在齿轮外缘的压 力不均匀，从低压腔到高压腔， 压力沿齿轮旋转方向逐渐递增。 压力越大，不平衡力越大，产 生弯矩。 • 后果： 1.力F使泵轴弯曲 齿轮 接触壳体 产生摩擦。 2.加速轴承磨损。 • 解决方法： 1.缩小压油口（减小高压力 油区范围，达到减少受高压力 油的齿数） 2.在壳体上开压力平衡槽 （引压力油到左边反推一下） 3.适当增大径向间隙（齿轮 顶与泵体），使齿轮与泵体不 接触。
i
3)总效率 p ：是泵输出功率与输入功率之比。
Po pq q pqt q Pt p pv pm （3-11） Pi 2nT qt 2nT qt Pi
液压泵 液压泵的性能参数
3.
液压泵的特性曲线
通常，齿轮泵的总效率为0.6~0.8；叶片泵的总效率为0.7~0.85； 柱塞泵总效率为0.8~0.9。具体可查阅相关资料。
式中：
Tt
（3.6）
n — 液压泵的理论转 矩(N.m)和转速(r/min)。 p , qt — 液压泵的压力和理论
流量。
液压泵的性能参数
2）输入功率 Pi ：
3）输出功率P o： q P0 F pA pA pq A 实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的， 因此 输出功率小于输入功率。即P0﹤Pi。就有效率问题。 功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分： 容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的 流量损失。 机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。
于它就不能实现有效的自吸。
液压泵
液压泵的性能参数
三、 功 率 和 效 率 1. 功率 液压泵由原动机驱动，输入量是转矩 T 和角速度 ，输出 1）理论功率 Pt ：
量是液体的压力 p 和流量q ；如果不考虑液压泵在能量转换过程 中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：
P t pqt Tt 2nT t
第三章 液压与气压传动动力元件
3.1概 3.2齿 轮 述 泵
3.3叶 片
3.4柱 塞
泵
泵
3.1 概述
液压泵是液压传动系统中的能量转换元件。
液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液
的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是 液压系统的动力源。
一、液压泵的工作原理和分类
3.1.1 工作原理 依靠密封工作容积大小的交替改变来实现液压泵的工作。
Pi Ti 2nTi
液压泵
液压泵的性能参数
2、效率
1）容积效率 ：泵的实际流量与理论流量之比。 q qt q q q pv 1 1 （3-7） qt qt qt Vn
q kl p kl — 泵泄漏系数
pm
pv
（3-8）
2)机械效率 ：泵所需要的理论转矩Tt与实际转矩T的比值称 为机械效率。 Tt 2nTt Pt pm (3-10) T 2nT P
3.2
齿轮泵
特 点：
优点：体积小，重量轻，结构 简单，制造方便，价格低，工作可 靠，转速范围大，自吸性能较好， 对油液污染不敏感，维护方便等。
缺点：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变，齿轮磨损 后不易修复，互换性差等。
液压泵
齿轮泵
分 类：
a. 按结构形式分： b. 按齿形曲线分： 外啮合式和内啮合式 渐开线形、圆弧齿形和摆线形 低压（<2.5 MPa）—— 用于机床传动系统，润滑
液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积 能否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形 式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。
液压泵的图形符号
手动泵
DBS系列电动泵站
3.1.2 液压泵的性能参数
液压泵的性能参数主要有： 压 力 转 速 排量和流量 功率和效率
液压泵
液压泵的性能参数
一、 排量、流量和压力 1. 压 力
中低压 —— ≤7MPa；
按工作压力分： 中高压 —— ≤16MPa；
高 压 —— 20~30 MPa；
液压泵
叶片泵
3.3.1 双作用叶片泵
1. 定 义 泵的定子每旋转一周，每个密封工作容积吸/排油各两次， 称为双作用叶片泵，又称为卸荷式/平衡式叶片泵。
2. 工作原理 1. 结构: 双作用叶片泵的结 构与单作用叶片泵的结
两侧的端盖
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
2 . 工作要素
泵体内相互啮合的主动齿轮2、 从动齿轮3与两端盖及泵体1 一起构成密封工作容积，齿 轮的啮合点将左、右两腔隔 开，形成了吸、压油腔。
观察分析齿轮泵的四个工作要素是怎么实现的 ？
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
3 . 工作原理
下面以单柱塞式 液压泵为例来说明其工作原理。
液压泵工作的必需条件： （1）必须有一个或多个周期性变化的封闭容 靠密封容积的变化来工作的泵统称为容积式泵。 积； （2）必须有配油机构，即 封闭容积加大时吸油腔相通 封闭容积减小时排出压油腔相通 （3）吸、压油腔要互相隔开并具有良好密封性。 液压泵分类：
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
当齿轮按图示方向旋转 时，右侧吸油腔内的轮齿脱 离啮合，密封腔容积不断增 大。
左侧压油腔内的轮齿不 断进入啮合，使密封腔容积 减小，油液受到挤压被排往 系统。
2)齿轮泵的排量和流量
外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容 积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为 z， 模数为m ，节圆直径为d ，有效齿高为h ，齿宽为时B，根据 h 2m ，齿轮泵的排量近似为 齿轮参数计算公式有 d mz ，
液压泵
液压泵的性能参数
二、 转
速 (1) 额定转速（n s）—— 指在额定输出功率（或额定压力）
下，液压泵能长时间正常运转的最高转速。
(2) 最高转速（n max）—— 指在额定压力下，允许液压泵
超过额定转速短暂运行的极限转速，超过它就会产生气蚀现象。
(3) 最低转速（n min）—— 指正常运转时的最低转速，低
V DhB 2zm 2 B
（3.12）
实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少 误差越大，因此,在实际计算中用3.33来代替上式中π值，齿数 少时取大值。 （3.13） V 6.66zm 2 B 由此得齿轮泵的输出流量为
q 6.66zm2 Bn pV
（ 3.14 ）
上式是齿轮泵的平均流量。实际上，在齿轮啮合过 程中，排量是转角的周期函数，因此瞬时流量是脉动的。 脉动的大小用脉动率表示。
及冷却装置；
c. 按工作压力分：
中低压（2.5 ~ 8 MPa）； 中高压（8~16 MPa）—— 用于工程机械、农业
机械、轧钢设备、航空技术等；
高压（≥16 MPa）；
不同类型的齿轮泵的工作原理不同。
液压泵 齿轮泵
一、 渐开线形外啮合齿轮泵 （一）工作原理 1 . 主要组成
泵
体
一对相互啮合的齿轮
3
液压泵
液压泵的性能参数
(3) 实际流量（q）—— 指液压泵工作时实际输出的流量。
q qt q
(Δq —— 指因泄漏、压缩等损失的流量。)
由于泄漏量Δq随着压力p的增大而增大，
所以实际流量q随着压力p的↑而↓。
(4) 额定流量（q n）—— 液压泵在额定压力和额定转速下工作的实
际输出流量。 它可用来评价液压泵的供油能力，是液压泵技术规格指标之一。
液压泵
齿轮泵
渐开线形内啮合齿轮
（二 ） 摆 线 形 内 啮合齿轮泵 1 . 主要组成
摆线齿轮泵又称为转子泵，由两齿轮及 前后端盖等组成。且两齿轮相差一个齿。
2. 工作原理
吸油 —— 左半部分，轮齿脱开啮合，容积↑ 压油 —— 右半部分，轮齿进入啮合，容积↓
3. 流量 4. 特点
液压泵 齿轮泵
Q 2 (r12 r22 ) b n V
（一）渐开线内啮合齿轮泵 1 . 主要组成
小齿轮、内齿环、月牙形隔板等。
注意：两者的齿数不同。
液压泵
齿轮泵
渐开线形内啮合齿轮
2. 工作原理
液压泵
齿轮泵
渐开线形内啮合齿轮
3. 流量
q 2 k z m b n V
2
4. 特点
流量和压力的脉动较小；无困油区，噪声较低；
加工难价格高；轮齿接触应力小，泵的寿命较长。
结构紧凑，尺寸小，重量轻；运转平稳，噪声小， 流量脉动小。但齿形复杂，加工困难，价格昂贵。
摆线形内啮合齿轮
液压泵
齿轮泵
摆线形内啮合齿轮
5) 螺杆泵
组成：一根主动螺杆—双头、右旋、凸螺杆 组成 两根从动螺杆—双头、左旋、凹螺杆，装在泵体内，和其他零件组成螺 杆泵。
工作原理： V密形成：必须满足四个密封条件，才能形成密封积：主从动螺杆共扼、 螺杆根数 和螺纹头数必须满足一定关系、泵体最小长度应大于螺杆的导 程、保证 最小径向间隙，才能形成空间八字形密封容积。 左面吸油 V密 变化：当主动螺杆逆时针方向旋转时〈 右面压油 吸压油口隔开：上述四 个密封条件 特点： 结构简单，体积小，重量轻，运转平稳，噪声小，寿 命长，流量均匀，自吸能力强， 容积效率高，无困油现象；但螺杆齿形 复杂，不易加工，精度难以保证。
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
措 施
在齿轮泵的侧板上或浮动轴套上开卸荷槽。
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
3)泄漏及端面间隙的自动补偿 齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：
1）齿轮啮合线处的间隙—齿侧间隙； 2）泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙—齿顶间隙； 3）齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙。
qt Vn 10103 1200 12 L/min
2) 泵的实际流量 q qt pv 12 0.92 11.04 3)泵的输出功率 5 11.04 Po pq 0.9(kw ) 60 4）驱动电机功率 PO 0.9 Pi 1.07(kw) p 0.84 L/min
在这三类间 隙中，端面间隙 的泄漏量最大， 压力越高，由间 隙泄漏的液压油 就愈多。
通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和 弹性侧板式两种 。 原理： 引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压 力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。 浮动轴套式
二、 渐开线形内啮合齿轮泵
内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。
2)困油现象 １ . 困油现象及消除措施
定 义 在液压泵运转过程中产生既不与吸油区相通，也不与排油 区相通的闭死容积，且闭死容积的大小不断变化的现象。 原 因 为保证齿轮的稳定传动，齿轮的重合系数ε>1（一般在 1.05~1.3之间），使得两齿同时啮合。
液压泵
齿轮泵
渐开线形外啮合齿轮
危 害
液压泵
2. 排量和流量
⑴ 排量（V）—— 在不考虑泄漏的情况下，液压泵每转一转所 排出的液体体积。（ m3 / r、 mL / r ） 它只与液压泵的密封腔的数目和结构尺寸有关。
(2) 理论流量（qt）—— 在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位 时间内输出液体的体积。
qt V n (m / s)， ( L / min)
1） 工作压力（p） —— 液压泵工作时输出液体的实际 压力。其值取决于负载（包括管路阻力）。
2）额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规 定连续运转的最高压力，超过此值就是过载。
3）最高允许压力：液压泵在短时间内允许超载使用的极 限压力。 4）吸入压力：液压泵的吸入口处压力。
液压泵
液压泵的性能参数
3.3
叶片泵
特 点：
优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，
工作平稳，噪声小，寿命较长。
缺点：吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造 工艺要求比较高。
广泛用于完成“各种中等负荷工作”的设备中。
液ຫໍສະໝຸດ Baidu泵
叶片泵
分 类：
单作用式 —— 通常做成变量泵； 按工作原理分： 双作用式 —— 通常做成定量泵；
液压泵
液压泵的性能参数
例 3.1 某液压系统，泵的排量 V ＝ 10m L/r ，电机转速 n ＝ 1200rpm，泵的输出压力 p=5Mpa，泵容积效率η pv＝0.92， 总效率η p＝0.84，求 1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率； 4）驱动电机功率。
解：1）泵的理论流量