液压传动 第三章

m
Tt T
Tt
Tt T
（3-6）
式中， ΔT ——液压泵的机械摩擦损耗。
3、总效率 η
液压泵的输出功率与输入功率的比值称为总效率，即
Po Pi
pq T
vm
（3-7）
由上式表明，液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。
五．液压泵的转速
一
二
三
四
额定转速 ns
在额定压力 下，能连续长 时间正常运转 的最高转速。
其中，端面泄漏量最大，约占总泄漏量的 75%～80% 。泵的压力越高， 端面泄漏量越大。
对于低压齿轮泵，为了减小端面泄漏，在设计和制造时都对端面间隙 加以严格控制，但这一办法用于高压齿轮泵则不能取得好的效果，因为泵 在使用一段时间后磨损会使间隙越来越大。
对于高压齿轮泵通常采取端面间隙自动补偿措施，在齿轮与前后盖板 间增加一个零件，如浮动轴套或弹性侧板。
（3-1）
式中，pi ——液压泵的输入转矩； n ——泵轴的转速。
2、输出功率 po 液压泵的输出功率为其实际流量 q 和工作压力 p 的乘积，即
Po pq
（3-2）
液压泵工作时，由于存在泄漏和机械摩擦，就会出现能量损失，故其功 率有理论功率和实际功率之分，并且输出功率 po 小于输入功率 pi 。如果忽 略能量损失，则液压泵的输入功率（理论功率）等于输出功率（理论功率）， 其表达式为 2πnTt pqt pnV ，则有
螺杆直径越大、螺旋糟越深，泵的排量就 越大；螺杆的密封层次越多，泵的额定压力就 越高。
螺杆泵结构紧凑，自吸能力强，运转平稳， 输油量稳定，噪声小，对油液污染不敏感，并 允许采用高转速，特别适用于对压力和流量变 化稳定要求较高的精密机械。 其主要缺点是， 加工工艺复杂，加工精度要求高。
因为轮齿体积稍小于齿谷容积，所以用 3.33 代替 π，设泵的转速为 n，则 泵的流量为
q 6.66zm2bn
（3-9）
上式中 q 表示齿轮泵的平均流量。实际上，由于齿轮啮合过程中压油腔的 容积变化是不均匀的，所以齿轮泵的瞬时流量是脉动的，可以用流量脉动率来 评价瞬时流量的脉动程度。设 qmax， qmin 分别表示最大瞬时流量和最小瞬时流 量，则流量脉动率 σ 可用下式表示
图中除表示工作压力 p、流量 q 、 转速n 的关系外，还表示了等效率曲线 ηi 、等功率曲线 pii 等。
图 液压泵的通用特性曲线
3.1.3 液压泵的分类和选用
齿轮泵
外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵
液压泵的分类
结构形式
叶片泵 柱塞泵
双作用叶片泵、单作用叶片泵 和凸轮转子叶片泵
径向柱塞泵和轴向柱塞泵
螺杆泵
第三章 液压能源装置
3.1 液压泵概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵 3.5 液压泵的安装与维护
3.1 液压泵概述
3.1.1 液压泵的工作原理 3.1.2 液压泵的性能参数 3.1.3 液压泵的分类和选用
3.1.1 液压泵的工作原理
单柱塞泵的工作原理图： 柱塞 2 在弹簧 3 的作用下始终紧贴凸轮 1，凸 轮转一周，柱塞往复运动一次。当柱塞向下运动时， 柱塞缸弹簧腔的密封容积增大形成一定真空度，油 箱中的油液在大气压力的作用下，经吸入管和单向 阀 5 进入密封容积，此时单向阀 6 关闭。 当柱塞向上运动时，柱塞缸弹簧腔的密封容积 减小，通过单向阀 6 排油，此时单向阀 5 关闭。凸 轮不停地转动，使柱塞不断地升降，密封容积便周 期性地增大或减小，泵就不停地吸油和排油。这种 泵是一种容积式泵。
最高转速 nmax
在额定压力 下，超过额定转 速允许短时间运 转的最高转速。
最低转速 nmin
正常运转所允许 的液压泵的最低转 速。
转速范围
最低转速与最 高转速之间的范 围。
六．液压泵的性能曲线
液压泵的性能曲线是在一定的介质、转速和温度下，通过试验得出的。 它表示液压泵的工作压力 p 与容积效率 ηv （或实际流量 q）、总效率 η 和 输入功率 pi 之间的关系。下图所示为某一液压泵的性能曲线。
消除困油现象的方法，通常是在两侧盖 板上铣两个卸荷槽（如下图中虚线所示）。 当闭死容积减小时，通过右边的卸荷槽与压 油腔相通；闭死容积增大时，通过左边的卸 荷槽与吸油腔相通。当采用标准齿轮时，两 槽间的距离 a 应使闭死容积最小时既不与压 油腔相通，也不与吸油腔相通。
2 . 径向作用力不平衡及其解决方法
由图示性能曲线可以看出：容 积效率 ηv （或实际流量 q）随压力 p的增高而减小。当压力 p 为零时， 泄漏流量 Δq 为零，容积效率 ηv =100% ，实际流量 q 等于理论流 量 qt 。总效率 η 随工作压力的增 高而增大，且有一个最高值。
图 液压泵的性能曲线
对于某些工作转速可在一定范围 内变化的液压泵或排量可变的液压泵， 为了显示在整个允许工作的转速范围 内的全性能特性，常用泵的通用特性 曲线表示，如图所示。
转速剧烈变动会对泵内零件的强 度产生不利影响。
用定量泵还是变量泵，需视具体情况而定。 定量泵简单、便宜，而变量 泵复杂、贵，但节省能源。
在液压功率小于10 kW、多数工况下需要泵输出全部流量、泵在不工作时 可以卸荷的场合，应选用定量泵； 在液压功率大于10 kW、流量需求变化大、 一个泵服务于可任意组合的多个负载的场合，则应选用变量泵。
3.1.2 液压泵的性能参数
液压泵的性能参数主要包括液压泵的压力、排量和流量，以及功率、 效率、转速和性能曲线方面的参数。
一．液压泵的压力
1 工作压力 p
液压泵的工作压力是指泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。
2 额定压力 ps
液压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。
二．液压泵的排量和流量
图 采用浮动轴套的中高压齿轮泵
3.2.2 螺杆泵与内啮合齿轮泵
一．螺杆泵
螺杆泵实质上是一种 外啮合的摆线齿轮泵，螺杆 可以是一根、两根或三根。
1—后盖； 2—泵体； 3—主动螺杆； 4—从动螺杆； 5—前盖
图 螺杆泵的结构简图
1—后盖； 2—泵体； 3—主动螺杆； 4—从动螺杆； 5—前盖
图 螺杆泵的结构简图
一．工作原理
图 齿轮泵的工作原理图
齿轮泵的排量可根据一对齿轮的齿谷容积之和计算。假设齿谷容积等于轮 齿体积（扣去齿根间隙），那么排量就相当于以有效齿高（ h = 2 m）和齿宽 b 构成的平面扫过的环形体积 V，即
V πdhb 2πzm2b
（3-8）
式中， d ——节圆直径； z ——齿数； m ——齿轮模数； b ——齿宽。
qmax qmin
q
（3-10）
外啮合齿轮泵中齿数越少，流量脉动率就越大，其值最高可达 0.20 以上。 一般内啮合齿轮泵的脉动率要小得多。
二．存在的问题及解决方法
1. 困油现象及卸荷槽
（a）
（b）
（c）
（d）
图 齿轮泵的困油现象及其消除方法
由于油液的压缩性很小，在闭死容积减小时，压力急剧升高，油液从缝隙挤出， 造成油液发热，并使机体受到额外负载；在闭死容积增大时，因无油液补充而造成局 部真空，引起气穴和噪声。这种因闭死容积大小发生变化而引起的压力冲击和气穴现 象称为困油现象。困油现象严重影响泵的工作平稳性和使用寿命，必须予以消除。
3.2.1 外啮合齿轮泵
外啮合齿轮泵由一对几何参数相同的渐开线齿轮 6 、长短轴 12 和 15、泵 体 7、前后盖板 8 和 4 等主要零件组成。
图 外啮合齿轮泵结构简图
外啮合齿轮泵的主要优点 是结构简单、制造方便、价格 低廉、体积小、重量轻、自吸 性能好、抗污染能力强、工作 可靠；缺点是流量脉动和噪声 都较大、容积效率较低，所以 主要用于对噪声水平要求较低 的场合。
（a）单向定量液压泵（b）单向变量液压泵
（c）双向定量液压泵（d）双向变量液压泵 图 液压泵的图形符号
变量方式有手动控制和自动控 制，自动控制又分为内部压力控制、 外部压力控制、电磁比例阀控制等， 变量方式的选择要适应系统的要求。
3.2 齿轮泵
3.2.1 外啮合齿轮泵 3.2.2 螺杆泵与内啮合齿轮泵
液压泵内机件间泄漏的油液的流态可看作层流，可以认为泄漏量与泵的
输出压力 p 成正比，即 q kl p
式中， k1——流量损失系数。因此有
v
1
kl p Vn
（3 -5）
2、机械效率 ηm
液压泵工作时由于存在机械摩擦，因此驱动泵所需的实际转矩 T 必然
大于理论转矩 Tt 。理论转矩与实际转矩的比值称为机械效率，即
1 排量 V
液压泵的排量是指转动一周理论上排出的油液体积，又称理论排量或 几何排量，其大小仅与液压泵的几何尺寸有关，常用单位为 mL/r。
2 流量
（1）理论流量 qt：液压泵在单位时间内理论上排出的油液体积，它与 泵的排量 V 和转速 n 成正比，即 qt = nV ，常用单位为 m³/s 和 L/min。
如图所示，齿轮泵的右侧为吸油腔，左侧为压油腔，
压油腔有液压力作用在齿轮上。与此同时，压油腔的油
液经过径向间隙逐渐渗漏到吸油腔，其压力逐渐减小。
这些力的合力，就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。
工作压力越高，径向不平衡力越大，它将会加速轴
承的磨损，严重时会使轴变形，导致齿顶与泵体内孔发
生摩擦。
图 径向力的平衡方法
Tt
pV 2π
（3-3）
式中，Tt ——液压泵的理论驱动转矩。
四．液压泵的效率
1、容积效率 ηv
液压泵工作时，由于存在泄漏，其实际输出流量 q 小于理论输出流量
qt 。液压泵的实际流量 q 与理论流量 qt 的比值称为容积效率，即
v
q qt
qt
q qt
1