第三章_液压泵详细介绍
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第三章 液压泵
3.6 航空液压泵的特性及选用
3.6.1、液压泵的气穴
广义地说，在某一温度下当油泵吸油腔压力降 低到空气分离压以下时，混溶与油中的空气就分离 出来形成气泡；而当吸油压力继续降低到该温度的 饱和蒸汽压力以下时，油液便汽化沸腾，形成大量 的气泡，这些现象统称为气穴现象。
3.6.1、液压泵的气穴
当气(汽)泡被带到高压油腔时，在高压作用 下，气(汽)泡便急剧溃灭或急剧缩小体积， 从而产生局部液压冲击现象，引起零件表面 的剥蚀损坏，表现为气蚀现象；同时也使得 泵的输出压力不稳定，影响设备正常工作。
3.6.4、液压泵的性能比较及选用
设计液压系统时，应根据所要求的工作情况合 理选择液压泵。
外啮合齿轮泵实物结构
内啮合齿轮泵实物结构
单作用式叶片泵
双作用叶片泵
单柱塞式液压泵
径向柱塞泵
通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙；
轮齿啮合线处的接触间隙。
因此，普通齿轮泵的容积效率比较低，输出压力也 不易提高。在高压齿轮泵中，一般都使用轴向间隙 补偿装置以减少轴向泄漏，提高其容积效率。
3、径向力不平衡
1.齿轮受到来自压油腔 高压油的油压力作用；
2.压油腔的油液沿泵体 内孔和齿顶圆之间的径 向间隙向吸油腔泄漏时， 其油压力是递减的，也 作用于齿轮上。
3.4.5、柱塞泵优缺点及选用
优点：
1、工作压力、容积效率及总效率均最高； 2、可传输的功率最大； 3、较宽的转速范围； 4、较长的使用寿命及功率密度高； 5、良好的双向变量能力。
3.4.5、柱塞泵优缺点及选用
缺点：
1、对介质洁净度要求较苛刻； 2、流量脉动较大，噪声较高； 3、结构较复杂，造价高，维修困难。
排量和流量
第3章液压泵-资料
（3.13）
实际上，齿槽容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少 差值越大，因此需用3.33 ~ 3.50来代替上式中的值（齿数少 时，取大值），以补偿误差。即齿轮泵的排量为
V(6.66~7)zm2b
（3.13）
由此得齿轮泵的输出流量为
q(6 .66~7)zm 2bnv
（3.15）
齿轮泵的排量和流量(2/2)
消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸荷槽 （图3.8（d）中的虚线），使封闭容积减小时，通过右 边的卸荷槽与压油腔相通；封闭容积增大时，通过左边 的卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽的间距必须确保在任 何时(2) 径向不平衡力 在齿轮泵中，液体作用在齿轮外缘的压力是不均匀 的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递 增，因此齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。工作压力 越高，径向不平衡力也越大。径向不平衡力很大时，能 使泵轴弯曲，导致齿顶接触泵体，产生摩擦；同时也加 速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。为了减小径向不平 衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压 力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；同时适当增大 径向间隙，使齿顶不和泵体接触。
齿轮泵结构分析(5/5)
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。浮动轴套式齿轮泵的浮动轴套是浮动 安装的，轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通。所引入压 力油使轴套或侧板紧贴在齿轮侧端面上，泵输出的压力 愈高，贴得愈紧，因而自动补偿端面磨损和减小间隙。 当泵工作时，浮动轴套受油压的作用而压向齿轮端面， 将齿轮两侧面压紧，从而补偿了端面间隙。
V2(R2r2)b
泵的实际输出流量为
q V n v 2 (R 2 r2) b n v
体积对排量无影响。因为 在压油腔，叶片缩回排出的液 体体积补偿了叶片在压油腔所 占的体积。
第三章 液压泵
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双作用叶片泵
结构组成 – 定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半 径 r 圆弧和四段过渡曲线组成 – 转子 铣有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度 为b – 叶片 在叶片槽内能自由滑动 – 左、右配流盘 开有对称布置的吸、压油窗口 – 传动轴
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工作原理 （动画） • 当转子依顺时针方向旋转时，左上角和右下角的 叶片向转子外伸出，使密封工作腔容积逐渐增大， 形成局部真空，于是经配油盘上相应的腰形窗口 将油吸入，实现吸油过程；右上角和左下角的叶 片向转子内缩进，使密封工作腔容积逐渐缩小， 原来吸入的油液受挤压后经配油盘上相应的窗口 压入系统，实现排油过程。在吸、压油窗口之间 有一段封油区将它们隔开，避免吸、排油口互相 窜通。 排量公式
工作原理是柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸 油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最 小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为一种 高效率的泵，但制造成本相对较高，该泵用于高 压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和 径向式两种形式。 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向 布置的泵称为轴向柱塞泵。
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2.3叶片液压泵
• 叶片泵分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作 用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变 量泵用。 • 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片 槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名。 • 单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次， 故称为单作用。
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液压泵的图形符号
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2.2 齿轮泵
• 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形 式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。
液压泵和液压马达原理
结束
§3-2 柱塞泵
在第一节所述单柱塞泵中，凸轮使泵 在半周内吸油，半周内排油。因此泵排出 的流量是脉动的，它所驱动的液压缸或液 压马达的运动速度是不均匀的。所以无论 是泵或马达总是做成多柱塞的。常用的多 柱塞泵有径向式和轴向式两大类。
一、径向柱塞泵 二、轴向柱塞泵
1.径向柱塞泵的工作原理 图为径向柱塞泵的工作原理。之所以称为径 向柱塞泵是因为有多个柱塞径向地配置在一个共 同的缸体3内。缸体由电动机带动旋转，柱塞要靠 离心力耍出，但其顶部被定 子2的内壁所限制。定子2是 一个与缸体偏心放置的圆环。 因此，当缸体旋转时柱塞目 前生产中应用不广。
泵的转子K及其轴承上会受到不平衡的液 压力，大小为: P=pBD 式中 P—转子受到的不平衡液压力； p—泵的工作压力； B—定子的宽度； D—定子内直径。 计算泵的几何排量为： q=B[(R+e)2-(R-e)2]=4BRe=2Bde 理论流量为： QT=2Bde 式中 R—定子内半径； e—定子与转子的偏心量；
泵的摩擦损失由两部分组成
容积损失 主要是液压泵内部泄漏造成的流量 损失。容积损失的大小用容积效率表征PV 机械损失 指液压泵内流体粘性和机械摩擦 造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效 率表征Pm Pm=MT/MP 液压泵的总效率 泵的总效率是泵的输出功率 与输入功率之比 P=Pm.PV
实际上叶片有一定厚度，叶片所占的空间减 小了密封工作容腔的容积。因此转子每转因叶片 所占体积而造成的排量损失为
式中，s—叶片厚度；θ—叶片倾角。
因此，双作用叶片泵的实际排量为
双作用叶片泵的实际输出流量为
式中，n—叶片泵的转速，ηpv—叶片泵的容积效率 。 叶片泵的流量脉动很小。理论研究表明，当叶 片数为4的倍数时流量脉动率最小，所以双作用叶 片泵的叶片数一般取12或16。
3第三章 液压泵
泵的输出功率可由下式求得 N出 P Q 63 105 53 103 / 60 5565W 总效率为输出功率与输入功率之比 N出 5565 0.795 N 入 7000 机械效率 m
0.795 0.840 v 0.946
maojian@
2 2
R，r 定子圆弧部分的长短半径；
叶片倾角；
s 叶片厚度； z 叶片数。
maojian@
§3-4 柱塞泵
一、径向柱塞泵的工作原理和流量计算
图3—22 径向柱塞泵的工作原理 1—柱塞 2—缸体 3—衬套 4—定子 5—配油轴
maojian@
径向柱塞泵的排量和流量计算：
二、内啮合齿轮泵
内啮合齿轮泵优点： 1.结构紧凑,体积小； 2.零件少,转速可高达10000r/mim； 3.运动平稳,噪声低； 4.容积效率较高。 内啮合齿轮泵缺点： 1.转子的制造工艺复杂。
maojian@
汽车自动变速器的内啮合齿轮泵
maojian@
§3-3 叶片泵
5 6
2)电机驱动功率 P输入 P输出 / 45.9 / 0.9 51kW
maojian@
三、液压泵的类型
1.液压泵类型
柱塞式 轴向柱塞式 径向柱塞式 单作用叶片式 双作用叶片式 外啮合式 内啮合式
maojian@
液 压 泵
叶片式
齿轮式
maojian@
例2:某液压泵输出压力为200×105Pa，转速 n=1450r/min，排量为100 ml/r，该泵的容积效 率为0.95、总效率为0.9，试求这时泵的输出功 率和电动机的驱动功率。
解：1)泵的输出功率： P输出 pq实际 p V nv 200 10 100 10 1450 0.95 45916W 60 45.9kW
03第三章 液压泵x
际输入转矩Tt之比。即
m
Tt T Tt Tt Tl 1 1 Tl / Tt
式中Tl——转矩损失。 （6）总效率：泵的实 际输出功率P与实际输入功 率Pr之比，即
P Pr pq
T
Tt qt
q
T
v m
液压泵性能特性曲线 如右图：
4.转速 （1）额定转速：额定压力下，允许液压泵 连续运转的最高转速（容积效率最高）。 （2）最高转速：额定压力下，允许短暂运 行的最大转速（受“汽穴”现象限制）。 （3）最低转速：运行液压泵正常运转的最 低转速（受容积效率的限制）。 5.自吸能力 液压泵正常运转时，并不发生汽穴或汽蚀 的条件下，吸液口允许的最低压力。
（3）工作压力：泵实际工作时的压力，其 大小取决于外负载和排油管路上的压力损失。 液压泵按工作压力分： 低压泵 <2.5 MPa 机床 中压泵 2.5~8 MPa 机床 中高压泵 8~16 MPa 工程、冶金、农 业机械 高压泵 16~32 MPa 工程、冶金、采掘 机械 超高压泵 >32 MPa 液压支架 （4）吸入压力：泵入口处的压力。
外反馈限压变量叶片泵变量原 理
内反馈限压变量叶片泵变量原理
3）限压变量叶片泵 的工作性能（右图） 用在机床液压系统中 要求执行元件有快、慢速 和保压阶段的场合。
叶片泵的特点：
优点：运转平稳，流量均匀，噪声小。 缺点：结构复杂，吸油特性不太好，对 油液的污染比较敏感。
第四节 柱塞泵
一、径向柱塞泵 1.轴配流径向柱塞泵 1）组成：转子 偏心安装； 定子 柱塞——径向装入转子； 配流轴——固定不动。 2）工作原理（右图）
2）设置专门的配流机构； 3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大 于大气压力。 3.液压泵的分类 液压泵按其在每转一周所能输出的油液体 积是否可调节分成定量泵和变量泵。 按构成密封又可以变化的容积空间的零件 结构来划分：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。 二、液压泵的压力建立条件及其安装高度 1.压力建立条件——外载荷 液压泵的压力，一般是指其出口截面3-3处 的液压力。根据伯努利方程可得
液压泵
二、液压泵的主要性能参数
• • • • •
m /r V 1. 排量 2. 流量 1）理论流量 qt Vn 2）实际流量 q qt ql 3）额定流量
3
液压泵在额定转速、额定压力下，按实验标准规定必须保证的流量。 按实验标准规定，液压泵能够实现连续运转的最高压力称为液 压泵的额定压力
二、液压泵的主要性能参数
V 6.66m zB
2
q 6.66m zBnV
2
2.外啮合齿轮泵的流量计算
q 6.66m zBnV
2
m z mz m
2
mz 不变，减少齿数，
增大模数，可以在不增大 泵体积的前提下提高泵的 输出流量
3.流量脉动率
qmax qmin q
外啮合齿轮泵齿数越少，流量脉 动率就越大，其最大值可达20% 以上。
二、单作用叶片泵
1. 结构： 转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。
特点： ●定子和转子偏心； ●定子内曲线是圆； ●配油盘有二个月牙形 窗口。 ●叶片靠离心力伸出。
2. 工作原理
单作用叶片泵
• 密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成） • 吸油过程：叶片伸出→V ↑ → p ↓ →吸油； • 排油过程：叶片缩回→V ↓ → p ↑ →排油。 • 旋转一周，完成一次吸油，一次排油——单作用泵 • 径向力不平衡——非平衡式叶片泵 （一个吸油区，一个排油区）
一种抽吸设备，水平管出口通大气，当水平管内液 体流量达到某一数值时，垂直管子将从液箱内抽吸 液体。液箱表面与大气相通，水平管内液体和被抽 吸液体相同。若不计液体流动时的能量损失，问水 平管内流量达到多大时才能开始抽吸。
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9 8
7 6 5 4
3第三章液压泵及液压马达(1)
2. 工作原理
3. 流量
q 2 k z m2 b n V
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。
（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↓
三 液压泵（马达）的性能参数
液压泵（马达）的性能参数主要有： 压力 转速
排量和流量 功率和效率
一、 排量、流量和压力
1. 压 力
⑴ 工作压力（p） —— 液压泵（或马达）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（p n）—— 油泵（或马达）铭牌上标注的压力值。指在 连续运转情况下所允许使用的工作压力。它能使泵（或马达）具有较高的 容积效率和较长的使用寿命。
轴套 采用浮动轴套的中高压齿轮泵结构图
2. 高压内啮合齿轮泵
➢ 轴向间隙补偿原理
与外啮合齿轮泵浮动侧板的补偿相似，也是利用背压使两侧的浮 动侧板紧贴在小齿轮、内齿环和填隙片端面上；磨损后，也可利用背 压自动补偿。
➢ 径向间隙补偿原理
径向半圆支承块（15）的下面也有两个背压室，各背压室均与压 油腔相同。在背压作用下，半圆支承块推动内齿环，内齿环（6）又 推动填隙片与小齿轮齿顶相接触，形成高压区的径向密封。同时，可 自动补偿各相对运动间的磨损。
qt qm
qm q qm
1
q qm
(6) 马达总效率（ηm）
液压马达的总效率是实际输出功率与实际输入功率的比值，即：
m
第三章液压泵讲义与液压马达
2. 困油现象 动画演示
1) 产生原因：
压
吸
ε> 1，构成闭死容积Vb
2)危害:
Vb由大→小，p↑↑, 油液发 热，轴承磨损。
Vb由小→大，p ↓↓, 汽蚀、 噪声、振动、金属表面剥蚀。
（三）液压马达的转速和容积效率
理论转速：nt= qM /VM 容积效率：
ηMv＝ qMt / qM ＝（ qM -ql ）/ qM ＝ 1－ ql / qM
输出转速nM= （qM -ql ）/VM= qM /VM ηMv
（四）液压马达的转矩和机械效率
实际输出转矩 TM＝TMt-ΔT 理论输出转矩 TMt＝Δp VM/ 2π 机械效率ηMm＝TM/TMt
q=Vnηv =πDhbnηv =2πzm2bn ηv
三、齿轮泵结构特点
1、泄漏问题
泄漏
齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿
啮合处泄漏。其中端面泄漏占80％—85％。
减少泄露的措施：间隙补偿
其中端面间隙补偿采用静压 平衡
在齿轮和盖板之间增加一个 补偿零件，如浮动轴套或浮动侧 板，在浮动零件的背面引入压力 油，让作用在背面的液压力稍大 于正面的液压力，其差值由一层 很薄的油膜承受。
周所排出的液体体积。
2.理论流量qt (m3/s) 是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内排出的
液体体积。
qt =Vn 3.实际流量qp
指液压泵工作时的输出流量。
qp= qt - △ q
4.额定流量qn 指在额定转速和额定压力下泵输出的流量。
（四）功率与效率
1.输入功率： Pi=2πnT 2.输出功率： Po=ppqp 3.容积效率： ηpv =qp /qt 4.总效率： ηp =Po /Pi= ppqp/2πnT=ηpm ηpv 5.机械效率： ηpm = η /ηpv
第三章液压泵新
2) 危害：ηv↓
3) 防泄措施：
a) 减小端面间隙
b) 端面间隙补偿装置
浮动侧板
浮动轴套
防泄措施
a) 减小轴向间隙
小流量：间隙0.025-0.04 mm
大流量：间隙0.04-0.06 mm
b) 轴向间隙补偿装置
浮动侧板
浮动轴套
F1稍大于F2
四、齿轮泵优缺点和用途
优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠，自吸
转的最高压力。
(3)最高压力:短时间运行允许最高压力。
2、排量V：不考虑泄漏情况下，泵（马达）每转一圈
所排出液体的体积，一般由其结构尺寸计算得来。
3、流量q：单位时间内能排出的流体体积。单位：m3/s
（1）理论流量qvt：不考虑泄露
qvt=V×n
（2）实际流量qv：
（3）额定流量qvn： 额定压力、额定转速下泵输出的流量
1—偏心轮
2—柱塞
3—泵体
4—弹簧
5，6—单向阀
c—工作腔
配流装置使密封容积轮流和油箱或负载相通。
容积式液压泵正常工作的三个必备条件
▲1必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容
积；
▲2密闭容积的大小作周期性的变化， 容积由小变大—
—吸油，由大变小——压油；
▲3吸油口和排油口应严格分开，并有合适的配流装置，
2) 流量：
q 2B[(R 2 r 2 )
其中：B - 叶片宽度
R - 定子长轴半径
r - 定子短轴半径
θ – 叶片倾角
δ – 叶片厚度
吸
R r
z ]nv
cos
压
三、单作用叶片泵
1. 结构：
转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。
第三章 液压泵与液压马达
1.额定转速n 在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续 运行并保持较高运行效率的转速。 2.最高转速nmax 在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的 短暂运行的最高转速。 3.最低转速nmin 为保证液压泵可靠工作或运行效率不至过低所 允许的最低转速。
（三）液压泵排量和流量
1.排量Vp (m3/r) 是指在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一 周所排出的液体体积。 2.理论流量qt (m3/s) 是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内排出的 液体体积。 qt =Vn 3.实际流量qp 指液压泵工作时的输出流量。 qp= qt - △ q 4.额定流量qn 指在额定转速和额定压力下泵输出的流量。
（动画） 2、工作原理：
旋转一周，完成二次吸油，二次排油——双作用泵
径向力平衡——平衡式叶片泵(两个吸油区，两个排油区）
3、 流量计算
忽略叶片厚度:
V=2π(R2-r2)B q=Vnηv = 2π(R2-r2)Bn ηv
如考虑叶片厚度: V=2π(R2-r2)B -2BbZ(R-r)/cosθ q=Vnηv = 2π(R2-r2)Bn ηv -2BbZ(R-r)/cosθ nηv
2、液压泵进口压力 p 0 0MPa ， 出口压力 pp 32MPa ， 实际输出流量q 250 L min，泵输入转矩 T pi 1350N m ， 输入转速 n 1000r min ，容积效率 0.96 。试求： （1）泵的输入功率 P i ，（2）泵的输出功率 P o ，（3） 泵的总效率 ，（4） 泵的机械效率 m
第三章 液压泵与液压马达
液压泵--动力元件： 将驱动电机的机械能转换成液体的压力能， 供液压系统使用，它是液压系统的能源。
3-1概
（三）液压泵排量和流量
1.排量Vp (m3/r) 是指在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一 周所排出的液体体积。 2.理论流量qt (m3/s) 是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内排出的 液体体积。 qt =Vn 3.实际流量qp 指液压泵工作时的输出流量。 qp= qt - △ q 4.额定流量qn 指在额定转速和额定压力下泵输出的流量。
（动画） 2、工作原理：
旋转一周，完成二次吸油，二次排油——双作用泵
径向力平衡——平衡式叶片泵(两个吸油区，两个排油区）
3、 流量计算
忽略叶片厚度:
V=2π(R2-r2)B q=Vnηv = 2π(R2-r2)Bn ηv
如考虑叶片厚度: V=2π(R2-r2)B -2BbZ(R-r)/cosθ q=Vnηv = 2π(R2-r2)Bn ηv -2BbZ(R-r)/cosθ nηv
2、液压泵进口压力 p 0 0MPa ， 出口压力 pp 32MPa ， 实际输出流量q 250 L min，泵输入转矩 T pi 1350N m ， 输入转速 n 1000r min ，容积效率 0.96 。试求： （1）泵的输入功率 P i ，（2）泵的输出功率 P o ，（3） 泵的总效率 ，（4） 泵的机械效率 m
第三章 液压泵与液压马达
液压泵--动力元件： 将驱动电机的机械能转换成液体的压力能， 供液压系统使用，它是液压系统的能源。
3-1概
ch3液压泵
θ－叶片安置角。
单作用叶片泵工作原理及结构
双作用叶片泵的结构特点
1、保证叶片与定子内表面的良好接触 原理：将压力油引入叶片底部，平衡叶片 顶部的液压力 存在的问题：叶片经过吸油区时叶片底部 没有液压力，附加的叶片底部的液压力会加 剧叶片的磨损 2、避免困油现象，减少液压冲击和噪声 存在困油现象，通过开卸荷槽来解决
3、使叶片顶部和底部的液压力平衡
减小叶片在吸油区时底部作用油压
减小叶片底部的液压力面积
减小叶片底部的液压力面积
使叶片顶部和底部的液压力平衡
五、单作用叶片泵的结构特点
单作用叶片泵的结构特点
单作用叶片泵与双作用叶片泵的区别
单作用： 1、单数叶片（使流量均匀） 2、 定子、转子和轴受不平衡径向力 3、轴向间隙大，容积效率低 4、叶片底部的通油槽采取高压区通高压、低压区通低压，以 使叶片底部和顶部的受力平衡，叶片靠离心力甩出。 5、叶片常后倾（压力角较小） 双作用： 1、双数叶片（使流量均匀） 2、 定子、转子和轴受平衡径向力 3、叶片底部的通油槽均通以压力油（定子曲线矢径的变化率 较大，在吸油区外伸的加速度较大，叶片的离心力不足以 克服惯性力和摩擦力） 4、叶片常前倾（叶片在吸油区和压油区的压力角变化较大）
摆 线 齿 轮 泵
内啮合渐开线齿轮泵特点
噪声低，无困油现象 压力、流量脉动小
轮齿接触应力小，磨损小，寿命 长
但加工成本较高。
螺杆泵
特点 : 结构紧凑；流量均匀，噪声低；自 吸性能好；转速可以很高，流量大。
双螺杆泵
3-4 叶 片 泵
叶片泵具有结构紧凑、体积小、重量轻、 流量均匀、噪声小、寿命长等优点； 但吸 入特性不太好，对油液的污染比较敏感， 制造工艺要求也比较高。
第三章液压泵
第3章液压泵内容提要本章主要介绍液压动力元件的几种典型液压泵（齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的工作原理、性能参数、基本结构、性能特点及应用范围等）。
基本要求、重点和难点基本要求：掌握齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的工作原理、性能参数、结构特点。
了解各类泵的典型结构及应用范围。
重点：通过本章学习，要求掌握液压泵的工作原理、功能、性能参数（压力和流量等）、性能特点及应用范围。
难点： ①密闭容积的确定（特别是齿轮泵）。
②容积效率的概念。
③额定压力和实际压力的概念。
④外反馈限压式变量叶片泵的特性。
⑤柱塞泵的变量机构。
3.1液压泵基本概述液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机（电动机、柴油机等）输入的机械能（转矩T 和角速度ω）转换为压力能（压力p 和流量q ）输出，为执行元件提供压力油。
液压泵.的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，在液压传动中占有极其重要的地位。
3.1.1液压泵的工作原理如图3-1所示，单柱塞泵由偏心轮1、柱塞2、弹簧3、缸体4和单向阀5、6等组成，柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。
当原动机带动偏心轮顺时针方向旋转时，柱塞在弹簧力的作用下向下运动，柱塞与缸体孔组成的密闭容积增大，形成真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经单向阀5进入其内（单向阀6关闭）。
这一过程称为吸油，当偏心轮的几何中心转到最下点O 1/时，容积增大到极限位置，吸油终止。
吸油过程完成后，偏心轮继续旋转，柱塞随偏心轮向上运动，柱塞与缸体孔组成的密闭容积减小，油液受挤压经单向阀6排出（单向阀5关闭），这一过程称为排油，当偏心轮的几何中心转到最上点O 1//时，容积减小至极限位置，排油终止。
偏心轮连续旋转，柱塞上下往复运动，泵在半个周期内吸油、半个周期内排油，在一个周期内吸排油各一次。
图3-1 单柱塞泵工作原理 1-偏心轮 2-柱塞 3-弹簧 4-缸体 5、6-单向阀 7-油箱如果记柱塞直径为d ，偏心轮偏心距为e ，则柱塞向上最大行程e s 2=，排出的油液体积2422e d s d V ππ==。
第三章 液压泵
配流阀。
第一节 概 述
2.分类
➢ 按结构将液压泵分为：
➢齿轮泵 ➢外啮合齿轮泵 ➢内啮合齿轮泵
➢叶片泵 ➢单作用叶片泵
➢双作用叶片泵 ➢柱塞泵
➢径向柱塞泵 ➢轴向柱塞泵
➢ 按排量能否改变可分为： ➢定量泵 ➢变量泵
➢ 根据其排量和排液方向能否改变 又可分为： ➢单向定量泵 ➢双向定量泵 ➢单向变量泵 ➢双向变量泵
➢排量取决于泵的结构参数，而与其工况无关，它是衡量和比较不同泵的供液能 力的统一标准，是液压泵的一个特征参数。
➢ 流量——是指泵在单位时间内排除液体的体积，以Q表示，单位L/min。
➢流量有理论流量、实际流量和额定流量三种。
➢ 理论流量——是指不考虑泄漏的理想情况下泵在单位时间(常指每分钟)内
排出的液体的体积，以Ql表示。
– 在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙形隔板，以便把吸油腔 和压油腔隔开，见图3-10a所示。
– 摆线齿形内啮合齿轮泵又称摆线转子泵，在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而 不需设置隔板，见图3-10b所示。
量或称空在排量）。
➢对于性能正常的液压泵，其容积效率大小随泵的结构类型不同而异。如
齿轮泵为0.7~0.9，叶片泵为0.8~0.95，柱塞泵为0.9~0.95。
第一节 概 述
2. 机械效率ηj
机械效率是表征泵摩擦损失的性能参数，它等于泵的理论输出功率与
输入功率之比。
Pl
j
Pd
3. 总效率η
总效率是表征泵总功率损失的性能参数，它等于泵的实际输出功率与
➢ 内泄漏——是指泵的排液腔向吸液腔的泄漏； ➢ 外泄漏——是指从泵的吸排液腔向其他自由空间的泄漏。 ➢ 泄漏量的大小取决于运动副的间隙、工作压力和液体黏度等因素，而与泵的运动速度关 系不大。 ➢ 当泵的结构和采用的液体粘度一定时，泄漏量将随工作压力的提高而增大，即压力
第一节 概 述
2.分类
➢ 按结构将液压泵分为：
➢齿轮泵 ➢外啮合齿轮泵 ➢内啮合齿轮泵
➢叶片泵 ➢单作用叶片泵
➢双作用叶片泵 ➢柱塞泵
➢径向柱塞泵 ➢轴向柱塞泵
➢ 按排量能否改变可分为： ➢定量泵 ➢变量泵
➢ 根据其排量和排液方向能否改变 又可分为： ➢单向定量泵 ➢双向定量泵 ➢单向变量泵 ➢双向变量泵
➢排量取决于泵的结构参数，而与其工况无关，它是衡量和比较不同泵的供液能 力的统一标准，是液压泵的一个特征参数。
➢ 流量——是指泵在单位时间内排除液体的体积，以Q表示，单位L/min。
➢流量有理论流量、实际流量和额定流量三种。
➢ 理论流量——是指不考虑泄漏的理想情况下泵在单位时间(常指每分钟)内
排出的液体的体积，以Ql表示。
– 在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙形隔板，以便把吸油腔 和压油腔隔开，见图3-10a所示。
– 摆线齿形内啮合齿轮泵又称摆线转子泵，在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而 不需设置隔板，见图3-10b所示。
量或称空在排量）。
➢对于性能正常的液压泵，其容积效率大小随泵的结构类型不同而异。如
齿轮泵为0.7~0.9，叶片泵为0.8~0.95，柱塞泵为0.9~0.95。
第一节 概 述
2. 机械效率ηj
机械效率是表征泵摩擦损失的性能参数，它等于泵的理论输出功率与
输入功率之比。
Pl
j
Pd
3. 总效率η
总效率是表征泵总功率损失的性能参数，它等于泵的实际输出功率与
➢ 内泄漏——是指泵的排液腔向吸液腔的泄漏； ➢ 外泄漏——是指从泵的吸排液腔向其他自由空间的泄漏。 ➢ 泄漏量的大小取决于运动副的间隙、工作压力和液体黏度等因素，而与泵的运动速度关 系不大。 ➢ 当泵的结构和采用的液体粘度一定时，泄漏量将随工作压力的提高而增大，即压力
第3章液压泵和液压马达
工作压力和额定压力
排量和流量 功率和效率
台州学院
机械工程学院
1、泵的压力
（1）工作压力 pp
- 液压泵工作时输出的实际压力
- pp的大小取决于负载
台州学院
机械工程学院
（2）额定压力 pn
- 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。即泵工作时允许达到的最高压力
- pn的大小受泵本身的结构强度和泄漏决定
台州学院
机械工程学院
消除困油的方法
方法：在泵前后两盖板上开卸荷槽（如图虚线方框），以消
除困油。
吸油腔
压油腔
a
原则：两槽间距a为最小困油容积，隔开吸压油腔（图b）
当密封容积减小， p↑，使之通压油腔（图a） 当密封容积增大，p↓，使之通吸油腔 （图c）
注意：两卸荷槽的间距应确保不使吸、压油腔相通
台州学院
排量
- 轴转过一周泵排出的油液体积
齿槽 轮齿
- 近似为两个齿轮的齿槽容积之和
- 设齿槽容积=轮齿容积，则排量 V=一个齿轮的齿槽容积+轮齿容积
- 则齿轮泵排量（动画）：
B
P
A
V
4 2 m2 zb
2 ( z 2) m ( z 2) m b 2
- 实际，齿槽容积>轮齿容积, π取3.33，
台州学院
机械工程学院
一、双作用叶片泵
- 泵轴转一周，完成两次吸油和压油
动画按钮 台州学院
机械工程学院
1、双作用叶片泵的结构组成
定子：内表面椭圆形，包括
- 两段大半径R圆弧 - 两段小半径r圆弧 - 四段过渡曲线
定子 转子
排量和流量 功率和效率
台州学院
机械工程学院
1、泵的压力
（1）工作压力 pp
- 液压泵工作时输出的实际压力
- pp的大小取决于负载
台州学院
机械工程学院
（2）额定压力 pn
- 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。即泵工作时允许达到的最高压力
- pn的大小受泵本身的结构强度和泄漏决定
台州学院
机械工程学院
消除困油的方法
方法：在泵前后两盖板上开卸荷槽（如图虚线方框），以消
除困油。
吸油腔
压油腔
a
原则：两槽间距a为最小困油容积，隔开吸压油腔（图b）
当密封容积减小， p↑，使之通压油腔（图a） 当密封容积增大，p↓，使之通吸油腔 （图c）
注意：两卸荷槽的间距应确保不使吸、压油腔相通
台州学院
排量
- 轴转过一周泵排出的油液体积
齿槽 轮齿
- 近似为两个齿轮的齿槽容积之和
- 设齿槽容积=轮齿容积，则排量 V=一个齿轮的齿槽容积+轮齿容积
- 则齿轮泵排量（动画）：
B
P
A
V
4 2 m2 zb
2 ( z 2) m ( z 2) m b 2
- 实际，齿槽容积>轮齿容积, π取3.33，
台州学院
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一、双作用叶片泵
- 泵轴转一周，完成两次吸油和压油
动画按钮 台州学院
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1、双作用叶片泵的结构组成
定子：内表面椭圆形，包括
- 两段大半径R圆弧 - 两段小半径r圆弧 - 四段过渡曲线
定子 转子
第三章—液压泵和液压马达
第三章 液压泵和液压马达
该泵配油盘上的吸油窗口和压油窗口对泵的中心线是对称的 。如图所示，泵工作时，油泵出口压力经泵内通道作用在小柱塞 面积上，这样柱塞上的作用力 F PA与弹簧的作用力方向相反。 当PA=KSX0时，柱塞上所受的液压力与弹簧初始力相平衡，此时的 压力P称为泵的限定压力，用PB表示则： PB=KSX0/A 系统的压力P< PB 时，则：PA<KSX0 这表明定子不动，最大偏心距保持不变，泵也保持最大流量。 当系统的压力P> PB 时，则： PA>KSX0 这表明压力油的作用力大于弹簧的作用力，使定子向右移动， 弹簧被压缩，偏心距e减小，泵的流量也随之减小。
第三章 液压泵和液压马达
3.5 柱塞式液压泵
柱塞式液压泵按柱塞在转子内排列方式不同，分为径 向柱塞泵和轴向柱塞泵，轴向柱塞泵又可分为斜盘和斜轴两 大类。柱塞泵由于间隙泄露小、构件受力合理，所以可在高、 超高压力下满意地工作，广泛用于高压、大功率的液压传动 系统中。
第三章 液压泵和液压马达
柱塞泵的优点： 1.参数高：额定压力高，转速高，泵 的驱动功率大； 2.效率高，容积效率为95％左右，总效率为90％左 右； 3.寿命长； 4.变量方便，形式多； 5.单位功率的重量轻； 6.柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得 以充分利用；
第三章 液压泵和液压马达
应用举例 限压式变量叶片泵对既要实现快速行 程，又要实现工作进给（慢速移动）的执行元件来说 是一种合适的油源；快速行程需要大的流量，负载压 力较低，正好使用其AB段曲线部分；工作进给时负载 压力升高，需要流量减小，正好使用其BC段曲线部分。 例如组合机床动力滑台的进给系统、定位和加紧系统 等。 机床加工件：未加工之前或回程要求快；加工时 流量小、速度慢。
第三章 液压泵与液压马达
吸
2、径向压力不 平衡问题
措施：
减少压油口的
尺寸
开压力平衡槽
3、泄漏问题
齿顶 端面 啮合处 措施： 弹性侧板 浮动轴套
高压齿轮泵
四、内啮合齿轮泵 与外啮合齿 轮泵相比，内 啮合渐开线齿 轮泵具有流量 脉动小，结构 紧凑，重量轻， 噪音小，效率 高，无困油现 象等一系列优 点。
1 T pV m 2
q n V V
3.6.2 叶片马达
叶片马达的工作原理
3.6.3 轴向柱塞马达
1．轴向柱塞式液压马达的工作原理
TZ FT l
4
d 2 ptg R sin i
1 1 2 1 T pVm p d DZtg m pd 2 DZtg m 2 2 4 8
二、轴向柱塞泵
录像
1、工作原理
2、流量计算
V
4
d DZtg 2Fra bibliotekq
4
d DZn V tg
2
3、结构要点 （1）缸体端面间隙自动补偿。 （2）滑履结构：柱塞与滑履为球面接触，滑履与斜 盘为平面接触，改善了受力状态。 （3）变量机构：改变斜盘倾角可以改变其排量。
3.6 液压马达
3.6.1 液压马达的主要性能参数 1．液压马达的转矩 2．液压马达的转速
二、 双作用叶片泵 （动画）
1、工作原理 组成：定子、转子、叶 片、配流盘、泵轴、 泵体等。
2、流量计算
V=2π(R2-r2)b q=Vnηv = 2π(R2-r2)b ηv (忽略叶片厚度) 如考虑叶片厚度 V=2π(R2-r2)b -2bsz(R-r)/cosθ q=Vnηv = 2π(R2-r2)bn ηv -2bsz(R-r)/cosθ nηv
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pB A 因为，pB A k s x0 x0 ks pB A 代入pA k s ( x0 x) pA k s ( x) ks
pA pB A pA pB A k s x x ks A( p pB ) ＝ ks A( p pB ) 因为e e0 x e0 ks
2
（3）脉动率 随着啮合点位置的不断改变，吸、排油腔的每一 瞬时的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬 时流量是脉动的。
q max q min 100% q
三、外啮合齿轮泵的结构特点 1、困油 （1）困油现象的原理： 齿轮泵要平稳工作， 齿轮啮合的重叠系数 必须大于1，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泵盖所形成的一个 密闭空间中
第三节 叶片泵
一、 单作用叶片泵 1.结构和原理
2.排量和流量的计算 （1）排量：
V zV 4 Re B
1 4 2 2 V V1 V2 B [( R e) ( R e) ] Re B 2 z
R为定子的内半径；e为转 子与定子之间的偏心矩； B为定子的宽度；β 为相 邻两叶片间的夹角，β ＝2π ／z，z为叶片的个数
二、外啮合齿轮泵的流量与排量计算
1.齿轮泵的排量——可以近 似地等于其中一个齿轮的所有 轮齿体积与齿间槽容积之和。
d a d 2ha mz 2ha m
( z 2h )m ( z 2)m d f d 2h f mz 2(ha c )m
( z 2ha 2c )m
c) 使叶片顶端和底部的液压作用力相平衡 ――－双叶片，弹簧式叶片
三、双级叶片泵和双联叶片泵 1．双级叶片泵 由两个普通压力的单级叶片泵装在一个泵 体内在油路上串接而成。
2．双联叶片泵 由两个单级叶片泵 装在一个泵体内在油 路上并联组成 四、限压式变量叶片泵 1、结构和工作原理 能借助输出压力大小自 动改变偏心距e的大小 来改变输出流量。
二 双作用叶片泵 1、原理
2、 排量和流量 (1)排量: 1)不考虑叶片的厚度和 倾角影响时双作用叶片 泵的排量为 1 2z (R 2 r 2 )B V 2 2 2 2 2 ( R r ) B
Rr V 2 ( R r ) B 2 bzB cos 2）考虑时 Rr 2 2 2 B[ ( R r ) bz ] cos
（2）流量 1）理论流量 qt=Vn=4π ReBn
2）实际流量
q= qtη v=4π ReBnη 转速为n,泵的容积效率为η v
v
3、特点 （1）为变量泵结构。 （2）叶片与相应的油腔相通，并仅靠离 心力的作用顶在定子内表面。 （3）转子上受有不平衡径向力，压力增大， 不平衡力增大，不宜用于高压
2、特性曲线 AB段：工作压力p< pB , 输出流量qA不变，但供 油压力增大，泄漏流量 ql也增加，故实际流量 q减少 BC段：工作压力p> pB ,弹 簧压缩量增大，偏心量减 少，泵的输出流量减少。当定子的偏心量e=0, 则pc = pmax ,此时的压力为截止压力。
pc p max k s ( e0 x 0 ) A
q qt v Vn v
②机械损失和机械效率
机械损失是指液压泵在转矩上的损失。 机械损失用机械效率来表征。
Tt为理论转距, T为实际输入转距
Tt 1 m T 1 Tl Tt
（2）液压泵的功率 1） 输入功率Pi
输入功率指作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩 为Ti，角速度为ω时
二、液压泵的主要性能参数 1、压力 （1）工作压力 液压泵实际工作时的输出压 力称为工作压力。 （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称为 液压泵的额定压力。 （3）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 运行的最高压力植，称为液压泵的最高允 许压力。
k S e0 k S x 0 p B A k S x0 , pC A AB段：调5改e0，当e0 , q A , x0 , p B 当e0 , q A , x0 , p B BC 段：调10改x0，当x0 ，p B ，pC ， k S ，保持p B 不变，即p B A（不变） k S x0 k S e0 k S x 0 而pC ，pC A 即k S ，p B 不变，pC ，陡了
• 当pA<ksx0时 定子相对于转子的偏向量最大， 输出流量最大； ks弹簧刚度，x0弹簧的预压 缩量。 • 当pBA=ksx0时 为转折点。 式中pB调定压力， • 当pA>ksx0时 定子相对于转子的偏向量减小， 输出流量减小；
定子移动后的偏心量e为 e = e0-x 其中，设定子的最大偏心量为e0，偏心量减 小时，弹簧的附加压缩量为x 定子的受力平衡方程式为 pA= ks( x0+x)
又因为q= qtηv=4πReBnηv
可以看出，泵的工作压力愈高，偏心量愈 小，泵的输出流量也愈小。
A( p pB ) 当e 0时，即0＝e0 ks k s e0 ApB k s e0＝A( p pB ) p A k s e0 k s x0 又因为pB A k s x0 p A k s (e0 x0 ) p A 此时的输出流量为零.
2 2
z
（2）流量： 1）理论流量
Rr qt Vn 2 B[ ( R r ) bz ]n cos
2 2
Rr q qt v 2 B[ ( R r ) bz ]n v cos
2 2
2）实际流量
转速为n,容积效率为η v
3、结构特点 ⑴配油盘 a) 封油区所对应的夹角必 须等于或稍大于两个叶片 之间的夹角。 b) 在配油盘上开三角槽 c) 叶片根部与高压油腔 相通，保证叶片紧压在定子内表面上。
a
( z 2 0.5)m
V
z 2m 4
2
z 2m B 2m zB
2 2
齿间槽的容积比轮齿的体积稍大，故通常取 2 V＝ 6.66m zB 2.流量 2 （1）理论流量 qt 6.66m zBn （2）实际流量
q 6.66m zBn v
⑵定子内表面曲线 要求: a) 叶片不发生脱空 b) 获得尽量大的理论 排量 c) 减小冲击，以降低 噪声，减少磨损 d) 提高叶片泵流量的均匀性，减小流量脉动。
⑶ 叶片倾角： • 压力角： 定子对 叶片的法向反力FN与 叶片沿槽运动方向的 夹角。 • 倾角：叶片与径向 半径的夹角。
4、提高双作用叶片泵压力的措施 a)减小作用在叶片底部的油液压力――阻尼 槽，内装式小减压阀 b) 减小叶片底部承受压力油的作用面积―― 母子叶片，阶梯式叶片
（2）危害： 径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与 壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴 承的寿命。 （3）措施： 通常采取减小压油口的办法 。减少齿轮的 齿数，这样减小了齿顶圆直径，承压面积 减小。 适当增大径向间隙，使齿轮在压力 作用下，齿顶不和壳体接触。
4、外啮合齿轮泵优缺点 （1）优点： 是结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便， 价格低廉，工作可靠，自吸能力强(容许的 吸油真空度大)，对油液污染不敏感，维护 容易。 （2）缺点： 是流量和压力脉动较大，噪声大，排量不 可变。一些机件承受不平衡径向力，磨损 严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制。
（3）实际流量ｑ 液压泵在某一具体工况下， 单位时间内所排出的液体体积称为实际流 量 q=qt一ql ql为泄漏和压缩损失的流量 （4）额定流量qn 在正常工作条件下，该 试验标准规定（如在额定压力和额定转速 下）必须保证的流量。
3 、功率和效率 （1）液压泵的功率损失 ①容积损失和容积效率 容积损失是指液压泵在流量上的损失, 液压泵的容积损失用容积效率来表征。 ql q qt ql v 1 qt qt qt
第二章 液压动力元件
第一节 液压泵概述 一、 泵的工作原理和分类 1．液压泵的工作原理 依靠密封容积变化的原理
液压泵
注射器
2．液压泵的特点 （1）具有若干个密封且又可以周期性变化的 空间。 （2）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大 于大气压力。 （3）具有相应的配流机构。 3.液压泵分类 （1）按输出可否调节分：定量泵和变量泵 （2）按结构形式分为：齿轮式、叶片式和柱 塞式
（2）困油现象的危害： 开始使闭死容积中的压力急剧升高，使轴 承受到很大的附加载荷，同时产生功率损 失及液体发热等不良现象；然后溶解于液 体中的空气便析出产生气泡，产生气蚀现 象，引起振动和噪声。
（3）消除困油现象： 在齿轮泵的两侧端盖 上铣两条卸荷槽。一 般是非对称式，往往 向吸油腔偏移；必须 保证在任何时候都不 能使吸油腔与压油腔相互串通。
四、螺杆泵和内啮合齿轮泵 1．螺杆泵 （1）工作原理：螺 杆泵实质上是一种外 啮合的摆线齿轮泵，
（2）优缺点： 1）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，容积效率较高(达90％～95％)，对油液 的污染不敏感 2）缺点： 是螺杆形状复杂，加工较困难，不易保证 精度。
液压泵，其各个参数和压力之间的关系
4.液压泵的噪声 液压泵的噪声包括机械噪声和液压噪声。 人们常用声压级来衡量噪声的大小，其中 p0是以频率1000HZ时2×10-5N/m2的声压为 基准。
p L 20 lg p0
第二节 齿轮泵
齿轮泵按结构不同，分为外啮合齿轮泵 和内啮合齿轮泵。 一、 外啮合齿轮 泵的工作原理
3．限压式变量叶片泵与双作用叶片泵的区别 （1）限压式变量叶片泵叶片的顶部和底部的液压力 基本平衡，而双作用叶片泵的叶片在吸油区不平衡， 所以在吸油区定子内表面严重磨损。 （2）叶片也有倾角，但倾斜方向(顺着转子转动方向 后倾)正好与双作用叶片泵(前倾)相反。 （3）限压式变量叶片泵结构复杂，轮廓尺寸大，相 对运动的机件多，泄漏较大，轴上受有不平衡的径 向液压力，噪声较大，容积效率和机械效率都没有 双作用叶片泵高；但是，它能按负载压力自动调节 流量，在功率使用上较为合理，可减少油液发热。