液压传动与控制之液压泵和液压马达

4.5.2 柱塞泵排量计算
柱塞泵类型
排量计算
单柱塞泵 三柱塞泵
q d 2h
4 q 3 d 2h
4
h 2e
轴 斜盘式 向 泵 斜轴式
q d 2hz
4
h D tan h D1 sin
径向泵
q d 2hzY
4
h 2e
柱塞直径d，柱塞行程 h，偏心距 e，柱塞数z，柱塞分布圆直径 D，主轴盘球铰分布圆直径D1，柱塞排数Y，斜盘或摆缸的倾角γ
=1–Δq /qt=1–kp/nV
k 为泄漏系数 液压泵内零件间的间隙很小，泄漏油液的流态可以看作是 层流→泄漏量和液压泵工作压力成正比
3. 转速 额定转速 nn：额定压力下能连续长时间正常运
转的最高转速 最高转速 nmax：额定压力下允许短时间运行的
最高转速 最低转速nmin：正常运转允许的最低转速 转速范围：最低转速和最高转速之间的转速
4.2 液压泵基本性能参数和特性曲线
4.2.1 液压泵基本性能参数
1. 压力
额定压力：泵在额定转速和最大排量下连续运转 时允许使用的压力限定值
工作压力：在实际工作中输出油液的压力值(泵出 口处的压力值)
最高压力：在短时间内超载所允许的极限压力
实际压力：大小取决于执行元件的负载。
压力分级
压力分级 低压
为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因 压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗 口前端开有减振槽
4.4.3 单作用叶片泵 1 工作原理
组成
定子 内环为圆
转子 与定子存在偏心e， 铣有z 个叶片槽
叶片 在转子叶片槽内自
由滑动，宽度为b
单作用叶片泵结构简图 1-压油口；2-转子；3-定子；
泵输出最大流量；若泵的压力随负载增大，导 致pA>kx0 ，定子右移，偏心距减小，泵的输出 流量减小
4.5 柱塞泵
工作原理：利用柱塞往复运动，改变柱塞缸内的容 积实现吸、排油液 加工方便，压力和容积效率高 根据柱塞排列形式分轴向柱塞泵、径向柱塞泵
4.5.1 轴向柱塞泵工作原理 柱塞平行于缸体轴线的多柱塞泵
实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油液体 积。泵出口压力≠ 0 时，存在泄漏流量Δq
q = q t–Δq 瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量，
一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qsh≠qt 额定流量 qn ：泵在额定压力、额定转速下允许
连续运转的流量
容积效率ηV
ηV = q /qt =(qt – Δq)/ qt
4.3.2 排量和流量
近似等于两个齿轮的齿槽容积之和
Vt dhb 2 zm2b mL/r
齿轮泵理论排量，齿轮分度圆直径、轮齿有 效工作高度、齿宽、模数
流量 q nVV
齿轮泵的流量不均匀，具有脉动性，且齿数愈少 ，流量的脉动性愈严重。设qmax，qmin表示最大、
最小瞬时流量，流量脉动率qmax qmin
4. 输出功率、输入功率和总效率 已知输出压力p，流量q，实际输出功率
Po F v pA v pq
输入功率(泵的传动功率)
Pi T 2 nT
T—输入转矩,Nm；ω—泵主轴的角速度,rad/s
理论输出功率 Pt Pi m
Po Pi
Pt v Pt / m
v m
输出压力p、流量q时，所需电动机功率
2. 具有隔离吸、排液腔(隔离低压和高压液体)的装置 ——配流装置
3. 油箱内的工作液体具有不低于一个大气压的绝 对压力
液压泵类型 按构成密封而可变化容积的零件结构形状分： 齿轮泵、叶片泵和柱塞泵…
液压泵类型 按其每转一转所能输出油液体积可否调节分： 定量泵和变量泵
图形符号
一个三角形尖头向外，表示单向定量排液—— 单向定量泵;两个三角形代表双向定量泵；450斜 箭头代表变量泵
4.5.1 轴向柱塞泵工作原理 柱塞平行于缸体轴线的多柱塞泵 特点：工作压力高，径向尺寸小，容易实现变量 根据传动轴与缸体的位置关系分直轴式(斜盘式) 和斜轴式
工作原理
斜盘式轴向柱塞泵
轴向柱塞泵工作原理
柱塞在缸孔中往复运动使密封容积发生变化而吸 排油液
轴向柱塞泵可做成单向变量泵、双向变量泵和定 量泵
流量
V = 2π(R 2 – r 2)b
实际输出流量
q=VnηV = 2π (R 2 – r 2)bnηV
双作用叶片泵结构特点
径向力平衡
为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶 片槽根部全部通压力油
合理设计过渡曲线形状和叶片数(z≥8)，可使理论 流量均匀，噪声低
定子曲线圆弧段圆心角≥配流窗口的间距角 ≥叶 片间夹角α(= 2π/z)
▪齿轮泵存在端面泄漏、径向泄
漏和轮齿啮合处泄漏
▪端面泄漏占80％～85％
▪端面间隙补偿采用静压平衡措
施：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
例 图示齿轮泵，(1)试确定该泵有几个吸油和压油 口?(2)若3个齿轮的结构参数相同，齿顶圆直径 D=48mm，齿宽b=25mm，z=14，n=1450r/min，容积 效率ηV=0.9，试求该泵的理论流量和实际流量是多少?
解 液压泵输出的实际流量
q qtV VnV 46.2103 1450 0.95 63.64 L/ min
液压泵输出功率
P0
pq
10 10 6
63.64 10 3 60
10.6 10 3
W
液压泵的输入功率即为电动机功率
Pi P0 / 10.6 / 0.9 11.78 kW
4.3 齿轮泵
单柱塞泵 组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、2个单向阀 柱塞与缸体孔之间形成密闭容积 柱塞直径d，偏心轮偏心距e 偏心轮旋转一转，柱塞往复运动一次，实现吸 油和排油
泵每转一转排出的油液体积——排量 排量只与泵的结构参数有关
V = Sπd2/4 = eπd2/2
工作原理：
1. 具有密封而又可以变化的容积——液压泵必须 具备的基本结构
Pi
Po
pq
p—泵的实际工作压力,Pa;
q—泵的实际工作流量,m3/s
考虑到电动机本身效率并使电动机容量有一定 裕度，实际所选电动机功率应当大于此计算值
液压泵总效率η值 η柱=0.8～0.9 η齿=0.6～0.8 η叶=0.75～0.85
2. 液压泵特性曲线
液压泵在转速、油温保持基本不 变的条件下，有关参数随工作压力 不同而变化的特性曲线
2 排量和流量
当单作用叶片泵的转子每转
一转时，每相邻叶片间的密封 容积变化量为V1–V2
V1
[(D
2
e) 2
(d )2] 2 2
b
[(D
2
e) 2
(d )2]b 2z
V2
[(D2e)2 Nhomakorabea(d )2] 2 2
b
[(D
2
e)2
(d )2]b 2z
排量V= (V1-V2)z V=2πbeD
实际流量
q=2πbeDnηV
单作用叶片泵特点
通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流 量
叶片槽根部分别通油，叶片厚度对排量无影响
因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉 动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动
3. 限压式变量叶片泵
变量原理 定子左边控制活塞作用着泵的出口压力油，
右边作用着调压弹簧 当pA<kx0时，定子处于左极限位置，e=emax，
q
4.3.3 齿轮泵结构分析
齿轮泵结构简图 1-壳体；2-主动齿轮；3-从动齿轮；4-前端盖；
5-后端盖；6-浮动轴套；7-压力盘
1. 困油现象
产生原因
齿轮重合度ε＞1，在两对轮齿同时啮合时，它们之 间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此 闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小， 后由小变大
左、右配流盘 铣有吸、 4-叶片；5-吸油口
压油窗口
传动轴
与双作用叶片泵明显不同的是，单作用叶片 泵的定子内表面是1个圆形，转子与定子间有一 偏心量e，两端的配流盘上只开有1个吸油窗口 和1个压油窗口
当转子旋转1周时，每一叶片在转子槽内往复 滑动1次，每相邻两叶片间的密封容腔容积发生 1次增大和缩小的变化，容积增大时通过吸油窗 口吸油，容积减小时通过压油窗口将油挤出
液压径向力的平衡措施之一：在盖板上开设平衡 槽，使其分别与低、高压腔相通，产生一个与液压 径向力平衡的作用
▪ 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价
齿轮顺利转动→侧面(轴向)和 顶圆(径向)与泵体之间留有间隙 → 泄漏。减少泄漏量，泵体内 开挖通道，将泄漏油液直接从 内部引向泵进液口
3. 泄漏与间隙补偿措施
▪困油现象危害 闭死容积由大变小时油液受挤压，
导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时， 会引起气蚀和噪声
卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开设卸荷槽原则 两槽间距a为最小闭死容积，而 使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由 小变大时与吸油腔相通
2. 径向不平衡液压力
齿轮泵工作原理知，排液腔侧压力高，吸液腔 侧压力低——齿轮从吸液腔至排液腔沿齿轮顶圆 的压力分布，近似认为逐渐升高→齿轮和轴承受 不平衡径向液压力P(压力越高，P越大) →增加 从动齿轮轴及轴承负荷→轴承提前损坏
解 (1)根据齿轮泵工作原理可以确定该泵有两个 吸油口和两个压油口
根据各啮合齿轮的旋转方向知道，齿轮1和齿轮2 的上部是吸油口，下部是压油口；齿轮2和齿轮3的 下部是吸油口，上部是压油口
(2)计算流量
理论流量 qt 2Vn 2 dhbn 4 zm2bn
模数 m D 48 3mm z 2 14 2
中压 中高压 高压 超高压
p/MPa
≤2.5 >2.5～8 >8～16 >16～32 >32
2. 排量、流量和容积效率 排量：液压泵主轴每旋转一周所排出的液体体积
理论排量V(不计泄漏)，单位mL/r 排量可以调节—变量泵 ，固定不变—定量泵 排量的大小仅与泵的几何尺寸有关
平均理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排出 的油液体积，q t= n V，单位 m3/s 或 L/min
齿轮泵利用齿轮啮合原理工作
根据啮合形式不同分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵
4.3.1 工作原理
传动轴带动主动齿轮转动时 ，在啮合点逐渐脱开的一侧容 积增大，经吸液口吸入油液， 利用两齿轮的齿谷将油液带至 啮合点另一侧
轮齿逐渐进入啮合使容积变小→油液挤出排液口 齿轮不断运转，实现连续吸、排油液 组成： 一对几何参数完全相同的齿轮(齿宽B，齿数z) 泵体，前后盖板，长短轴
工作原理
由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密 闭工作容积被叶片分割为4部分
传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧
贴定子内表面，有两部分密闭容积将减小，受挤 压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增 大形成真空，经配流窗口从油箱吸油
4.4.2 双作用叶片泵排量和流量 排量
当忽略叶片本身所占体积时
4.5.3 斜盘式轴向柱塞泵结构特点
三对摩擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘， 滑履与斜盘
容积效率较高，额定压力可达31.5MPa 泵体上有泄漏油口 为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇
数：5，7，9
1. 缸体端面间隙的自动补偿
液压泵的理论流量不随液压泵的 压力变化
液压泵的实际输出流量q随压力 升高而降低，容积效率也随之降低
总效率开始随压力p增大很快
上升，达到最大值后，又逐步下降
液压泵特性曲线
例1 液压泵输出压力p=10MPa，转速n=1450r/min， 排量V=46.2mL/r，容积效率ηV=0.95，总效率η=0.9。 求液压泵的输出功率和驱动液压泵的电动机功率？
第4章 液压泵和液压马达
液压泵和液压马达都是能量转换元件
液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换为 液体的压力能再输入到系统中去，它是液压传动 系统中的动力元件
液压马达是将输入液压油的压力能转换成机械 能，输出转矩和转速，用来使工作装置做功，它 是液压传动系统中的执行元件
4.1 液压泵工作原理和分类
理论流量 qt 4 zm2bn 9.566104 m/ s
实际流量 q qtV 8.61104 m/ s
4.4 叶片泵
按结构分类：单作用叶片泵和双作用叶片泵 单作用叶片 泵主轴转动一周时，各密封容积 吸排液一次；双作用叶片泵吸排液二次
4.4.1 双作用叶片泵工作原理
组成 定子 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