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
大半径圆弧 小半径圆弧

转子
- 与定子同心，开叶片槽

叶片
- 在转子槽内径向滑动， 贴紧定子内表面
吸油窗口
减振槽
压 油 窗 口 吸油窗口
压 油 窗 口
台州学院
机械工程学院
1、双作用叶片泵的工作原理

密封容积形成
密封容积
- 由两相邻叶片、定子内表面、转 子外表面、两侧配流盘围成。

吸油和压油
转子逆转，密封腔随转子转动， - 1、3象限，叶片伸出，v密↑，吸油
机械工程学院
卸荷槽位置
台州学院
机械工程学院
3. 泄漏
- 高压腔油液通过间隙向低压腔泄漏

齿轮泵三处泄漏
- 齿侧泄漏：齿轮啮合处的间隙 占5% - 径向泄漏：齿顶和泵体内孔的间隙 占15%～20%
- 端面泄漏：齿轮两端面和端盖间的间隙
占75%～80% - 泄漏降低了容积效率和出口压力，须 采取措施对端面间隙进行补偿。
成的反推力),减小齿轮泵
内通过端面的泄漏，达到 提高压力的目的。
弹簧
例：浮动轴套式
台州学院
机械工程学院
4. 外啮合齿轮泵优缺点
1）优点： ① 结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉； ② 工作可靠，自吸能力强；
③ 对油液污染不敏感。
2）缺点 1）径向不平衡力造成磨损严重，泄漏大，工作压力提高 受到限制； 2）流量脉动大，压力脉动和噪声大。
过渡 曲线

配流盘
- 对应四过渡曲线 - 两个吸油腔 - 两个压油腔
叶片
配流盘窗口
台州学院
机械工程学院
1、双作用叶片泵的结构组成
台州学院
机械工程学院
双作用叶片泵平面结构图
转子
台州学院
机械工程学院
双作用叶片泵_三维结构图
左配流盘
定子
定子
转子
台州学院
机械工程学院右配流盘
配流盘的结构特点
① 有两个吸油窗口和压油窗口； ② 窗口间封油区的夹角α大于≥两个叶片之间的 夹角β。

特点
- 运转平稳，噪声小 流量脉动小
- 齿形复杂，加工困难，价格昂贵
动画按钮
台州学院
机械工程学院
课堂问题
1、容积式泵工作的必要条件是什么？ 2、齿轮泵存在哪三个共性问题？通常采用 什么措施来解决？
3 外啮合齿轮泵能否做高压泵？为什么？
液压源视频
台州学院
机械工程学院
第三节 叶片泵

目的任务
- 了解叶片泵的分类、结构 - 掌握叶片泵的工作原理、排量、 流量计算
端面泄漏
台州学院
机械工程学院
泄漏补偿

端面间隙补偿采用静压平衡措施
- 在齿轮盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套、浮 动侧板。
利用特制的通道把齿 轮泵内压油腔的压力油引
浮动 轴套 A腔 泵体 齿轮
到浮动轴套的外侧，产生
液压作用力F1，使轴套紧 贴齿轮端面，并使F1> Ff ( 齿轮端面与轴套间泄漏形
台州学院
机械工程学院
四、内啮合齿轮泵

类型： 渐开线齿形和摆线齿形
1、渐开线内齿轮泵

结构
- 渐开线齿，月牙形隔板

工作原理 特点
动画按钮
- 与外啮合齿轮泵类似

- 无困油现象 - 流量脉动小，噪声低 - 泵的额定压力可达30 MPa 台州学院
机械工程学院
2、摆线内啮合齿轮泵

结构
- 摆线齿，小齿轮比内齿轮少一齿
台州学院
机械工程学院
3、泵的功率

泵的输入和输出
- 泵的输入：转矩Ti，转速n（机械能） - 泵的输出：压力p,流量q（压力能）

泵的输入功率
P i Ti 2 nTi

泵的输出功率
P o pq
台州学院
机械工程学院
4. 泵的效率

泵的功率损失
- 若忽略能量损失，Po=Pi - 实际泵在能量转换过程中存在损失， Po < Pi
台州学院
机械工程学院
1. 径向作用力不平衡

产生：作用在齿轮顶圆上的径向液压力不相等

径向液压力分布规律
∵压油腔压力>吸油腔压力， ∴故油压力从压油腔至吸油腔逐齿降
低，合力形成径向不平衡力

径向不平衡力的危害
- 使轴弯曲，加速轴承磨损，降低寿命 - 齿顶与泵体接触，产生振动和噪声
台州学院
机械工程学院
V 6.66m2 zb
台州学院
机械工程学院
二、外啮合齿轮泵的排量、流量

流量
- 理论流量： qt=Vn=6.66zm2bn
- 实际流量：q=qtηv=6.66zm2bnηv

结论
- 齿轮泵的qt是齿轮几何参数和转速的函数 - ∵ 转速不变，流量等于常数 ∴ 定量泵 - 理论流量与出口压力无关
台州学院
径向作用力不平衡改善措施

改善措施
- 缩小压油口，减少压力油作用面积（1~2齿） - 开压力平衡槽 - 适当增大径向间隙，使齿顶不与泵体接触 （不足泄漏增加）
动画按钮
台州学院
机械工程学院
2. 困油现象

困油现象的原因：
- 为平稳转动，齿轮啮合重合度ε>1，两对齿轮同时啮合，
油液困在两齿轮形成的封闭空间内。 齿轮连续 传动动画 台州学院
主要内容：
分类、组成、工作原理、 参数计算、结构 特点
重点难点:
- 齿轮泵的结构问题：困油现象、径向作 用力 不平衡及解决方法
台州学院
机械工程学院
齿轮泵的分类
外啮合
台州学院
机械工程学院
内啮合
一、外啮合齿轮泵的工作原理

结构组成
- 一对齿轮
- 泵体
- 前后端盖
- 长短轴
三维结构
台州学院
机械工程学院
台州学院
机械工程学院
二、液压泵的分类及图形符号
按输出流量能否调节： 定量泵、变量泵
按结构形式 ：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵 按输油方向能否改变：单向、双向
台州学院
机械工程学院
二、液压泵的分类及图形符号
单向定量 液压泵
单向变量 液压泵
双向定量 液压泵
双向变量 液压泵
台州学院
机械工程学院
三、液压泵的主要工作参数

2) 机械效率 ηm
- 理论转矩与实际转矩的比值
m

Tt Ti
Tt Tt T
- 理论转矩Tt的计算?
pqt pV Tt 2 n 2
pV 2 Ti
理论功率 : 2 nTt pqt
m
台州学院
机械工程学院
4. 泵的效率

3) 总效率 η
- 泵的实际输出功率与输入功率的比值
1450 10 10 (10 10 0.9 60 2.18 103W 2.18kW
6 6
218 . (2) Pi = = kW =2.69kW 0.9 0.9
台州学院
机械工程学院
Po
作业： 见word_第三章作业 3-1，3-2
台州学院
机械工程学院
第二节 齿轮泵

Po pq P Ti i
pqt v

Tt
V m
m
台州学院
机械工程学院
课题练习：
某液压泵的输出压力 p=10 MPa, 排量 V=10mL/r， 泵的转速 n=1450 r/min ，机械效率 ηm=0.9 ，容积效 率V=0.9时，试求（1）泵的输出功率 Po；（2）驱动 泵的电机的功率Pi ？ 解： (1) Po = pq = p* (VnV )

容积损失 — 流量上的损失
- 由泄漏等因素产生 - 泵的实际流量q < 泵的理论流量qt

机械损失 — 转矩上的损失
- 由运动部件机械摩擦和液体粘性摩擦产生
- 泵实际输入转矩Ti > 理论转矩Tt
台州学院
机械工程学院

1) 容积效率 ηv
- 实际流量与理论流量的比值
q qt q v qt qt
1-偏心轮 2-柱塞
3-缸体
4-弹簧 5、6-单向阀
动画按钮
密封工作腔
台州学院
机械工程学院
液压泵的基本原理
吸油：密封容积增大，产生部分真空 容积式
压油：密封容积减小，油液被迫压出
液压泵基本工作条件（必要条件）
1. 形成密封容积 2. 密封容积变化 3. 吸压油腔隔开（配流装置） 4. 油箱与大气接通
（3）瞬时流量 qin - 在任一瞬时理论输出的流量
- 一般泵的瞬时流量是脉动的 台州学院
机械工程学院
（4）实际流量 q
- 液压泵工作时实际排出的流量
q qt q
（5）额定流量 qn
q 泄漏量
- 泵在额定压力和额定转速下的输出流量 - 用来评价液压泵的供油能力，是液压泵技术规 格指标之一。
台州学院
机械工程学院
第一节 概述
功 用
液压泵: 将原动机（电动机、内燃机等）输入的机 械能转换为液体的压力能,向系统供油。 液压马达：将液压泵输入的压力能转换为机械能，而 对负载做功。
两者关系 功用上 — 相反 结构上 — 相似 原理上 — 互逆
台州学院
机械工程学院
一、液压泵的工作原理

液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工 作的，故一般称为容积式液压泵。
机械工程学院
困油现象 动画
困油现象的危害
a→b
困油容积缩小
p↑
高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很 大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。
b→c
困油容积增大
p↓
形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、气蚀等
总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、 噪声等，直接影响泵的工作寿命。

重点难点
- 双作用叶片泵的工作原理
- 限压式变量叶片泵的工作原理、 特性曲线和应用
台州学院
机械工程学院
叶片泵分类

叶片泵根据作用次数的不同，可分为单作用和
双作用两种。
单作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各一次。 双作用叶片泵：转子每转一周完成吸、排油各二次。

单作用叶片泵一般为变量泵；
双作用叶片泵一般为定量泵。
机械工程学院

瞬时流量
∵ 每一对轮齿啮合时，啮合点位置变化引起瞬时流 量变化 ∴ 齿轮泵流量脉动 - 流量脉动系数σ
qmax qmin 100% q
结果：引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，影
响传动的平稳性。
台州学院
机械工程学院
三、外啮合齿轮泵结构特点及优缺点
径向作用力不平衡 困油现象及其消除措施 泄漏
台州学院
机械工程学院
2、泵的排量和流量
（1）排量 V (mL/r) - 在不考虑泄漏的情况下，泵轴每转一周所排出的油
液的体积。 - 只与液压泵密封容积几何尺寸变化量的大小有关。
（2）理论流量 qt (L/min) - 在不考虑泄漏的情况下，单位时间内所排出油液的体积
qt Vn
n - 泵轴的每分钟转速。
第三章 液压泵与液压马达
台州学院
机械工程学院
本章内容
液压泵概述 齿轮泵
叶片泵
柱塞泵 液压马达
台州学院
机械工程学院
本章重点：
液压泵的工作原理、必要条件
液压泵、液压马达主要性能参数及计算 齿轮泵的结构要点（径向不平衡力、困油现 象、端面泄漏）及解决措施 叶片泵(单作用叶片泵)和柱塞泵的结构、工 作原理及特点
- 当pp> pn时，泵过载 液压泵在正常工作时，其工作
压力应≤额定压力。
（3）最高允许压力 pmax
- 泵在短时间内所允许过载运行的极限压力 -
pmax由液压系统的安全阀限定
pp ≤ p n ≤ p max
台州学院
机械工程学院
2、泵的排量和流量
排量V 理论流量qt 实际流量q 额定流量qn 瞬时流量qin
外啮合齿轮泵装配图
台州学院
机械工程学院
外啮合齿轮泵工作原理

密封容积形成
- 泵体、前后端盖、齿轮形成密封容积

密封容积变化
- A腔齿轮退出啮合,容积↑, 吸油 - B腔齿轮进入啮合,容积↓, 压油
压油
B
P
吸油
A

配流装置
- 啮合点P分隔成吸油腔和压油腔
动画按钮
台州学院
机械工程学院
二、外啮合齿轮泵的排量、流量