2.3 叶片泵

3 叶 片 泵
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叶片泵具有结构紧凑、体积小、 重量轻、流量均匀、噪声低、排量可 以变化等优点；但其对油液的污染比
较敏感、自吸能力不强、结构较齿轮
泵复杂、对材质的要求较高。
2
叶片泵常用于机械对运动精度要求
较高的转向系统、加工精度高的机床
液压系统等。中低压叶片泵的压力一
般为8MPa，中高压叶片泵的压力可达
到32MPa。 视频：叶片泵结构
3
• 叶片泵按排量能否改变，分为定量叶 片泵和变量叶片泵两类。定量叶片泵 在工作时转子转动一周，任意相邻两 叶片所形成的工作容腔吸、排油各两 次，因而又称双作用叶片泵；变量叶 片泵的转子每转动一周，相邻两叶片 所形成的工作容腔吸、排油只一次， 所以又称单作用叶片泵。
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二、双作用叶片泵
• （一） 组成与工作原理
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压油
吸油
图3-13
双作用叶片工作原理
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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:转子内有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: 开有对称布臵的吸、 压油窗口 –传动轴
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• 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四部 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，因定子内环 由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和 四段过渡曲线组成，故有两部分密闭容 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。
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（二）排量计算 单作用叶片泵的排量近似为
V 2wenku.baidu.com beD
q V1 V2
式中：b -转子宽度； e -转子和定子间的偏心距； D – 定子内圆直径。
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• 改变定子与转子的偏心距e，就可 改变泵的排量，故单作用叶片泵常 做成变量泵。单作用叶片泵的定子 内缘和转子的外缘均为圆柱面，并 偏心安臵，其容积变化是不均匀的， 故存在流量脉动。理论分析表明， 当叶片数为奇数时流量脉动率较小， 因此泵的叶片数一般为13或15。
2 2
θ为叶片倾角
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• 从叶片泵的工作原理可知，当叶片每伸 缩一次时，每两叶片间油液的排出量等 于大半径R圆弧段的容积与小半径r圆弧 段的容积差；又因叶片间的容积在转子 每转一周中都要变化两次，若叶片个数 为z，则双作用叶片泵的单转排量应等于 上述容积差的两倍。
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• 假设叶片的宽度为b，当忽略叶片本 身所占的体积时，双作用叶片泵的排 量即为大、小半径圆所围环形容积的 两倍，表达式为：
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四 双作用叶片泵的结构分析
• 1 定子低压区磨损问题 • 工作中的双作用叶片泵的叶片，当它处于 高压区时，其顶部受高压油压力的作用。 为了保证叶片和定子内表面紧密接触，叶 片的底部往往通高压油。但当叶片处于低 压腔时，叶片底部作用着压油腔的压力， 顶部作用着吸油腔的压力，这一压力差使 叶片以很大的力压向定子内表面，加速了 定子低压的磨损，影响了泵的寿命。
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• 如果不考虑叶片厚度，理论上讲双作用叶 片泵无流量脉动。这是因为在压油区位于 压油窗口的叶片前后两个工作腔通过配流 窗口已连通，形成了一个组合密封工作腔。 随着转子的匀速转动，位于大、小半径圆 弧处的叶片均在圆弧上滑动，因此组合密 封工作容腔的容积变化率是均匀的。
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• 实际上由于存在加工误差，两圆弧 有不圆度，也不可能完全同心；又 因叶片有一定厚度，根部又通入高 压油，这也会造成密封容积的瞬时 变化率不同，引起少量流量脉动。
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三 YB型双作用叶片泵的结构
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•
YB型叶片泵的结构如图2-11所示。 泵体与泵盖由螺钉固定，前、后配流盘与 转子通过定位销定位于泵体上，一般在泵 体和前、后配流盘上有两个夹90º 角的定 位孔，而在定子上加工一个定位销孔，这 样在组装时可根据需要来装配两种转向的 泵。
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•
叶片沿旋转方向前倾安放，叶片外端 背面加工有倒角，可以减少杂质的影响并 能使叶片与定子内曲面有良好的接触。前、 后配流盘上都对称加工着吸、排油窗口， 分别与泵体、泵盖上的吸、排油口连通。 高压油可以通过后配流盘上的轴向通孔和 环形槽通至各叶片的根部，推动叶片外伸。
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• （2）子母叶片结构
• 子母叶片又称复合叶片，如图2-13所示。 母叶片的根部L腔经转子2上虚线所示的 油孔始终和顶部油腔相通，而子叶片4 和母叶片间的小腔C通过配流盘经K槽总 与压力油接通。在吸油区工作时，母叶 片顶部和根部L腔均为低压油，推动母叶 片压向定子3的力仅为小腔C的液压力， 由于C腔的面积较小，故压紧力也不大， 但能保证叶片与定子间的密封。
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（三）单作用叶片泵的结构特点
• 1、通过改变定子与转子的偏心距，单作用 叶片泵可做成多种形式的变量泵。 • 2、为了防止吸、排油腔的沟通，配流盘上 吸、压油窗口间密封夹角稍大于两相邻叶 片的夹角，当两相邻叶片在此夹角区域运 动时，叶片间的容积短时被困且会发生变 化，从而产生困油现象。但困油现象不太 严重，通过在配流盘压油窗口端部开设三 角槽，即可消除困油现象，同时也可减小 高、低压转换时的压力冲击。
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• 转子转动时，叶片随转子转动过程 中，在离心力和根部高压油液压力 的作用下贴紧定子内表面，并在内 表面上滑动，于是叶片将定子、转 子和配流盘所围成的空间分割成许 多密封工作容腔。
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• 当叶片从小半径圆弧经过渡曲线向 大半径圆弧运动过程，叶片不断向 外伸出，两相邻叶片所形成的工作 容腔容积不断增大，产生一定的真 空度，液压油箱内的油通过配流窗 口进入此容腔，实现吸油；
V 2 z (V1 V2 ) ( R r0 ) 1 V1 ( R r0 ) b sb z cos (r r0 ) 2 1 V2 (r 2 r0 ) b sb z cos (R r) V 2b[ ( R 2 r 2 ) sz ] cos (R r) q 2b[ ( R 2 r 2 ) sz ]nv cos
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• 2 解决低压区磨损的措施 • （1）双叶片结构 • 如图2-12所示，在转子的每一槽内装有
两个叶片，叶片的顶端及两侧边加工有 倒角，倒角相对形成V形通道，叶片根部 的压力油经V形通道进入顶部，使叶片顶 部和根部的液压力基本相等。
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• 合理设计叶片顶部倒棱的宽度，使叶片 顶部的承压面积小于根部的承压面积， 达到既可保证叶片与定子内表面贴紧， 又不产生过大的压紧力，避免了泵在高 压下运转而造成定子内表面的过度磨损。
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• 一般双作用叶片泵为了保证叶片和定 子内表面紧密接触，叶片底部都通压 力油腔。但当叶片处于吸油腔时，叶 片底部作用着压油腔的压力，顶部作 用着吸油腔的压力，这一压差使叶片 以很大的力压向定子内表面，加速了 吸油腔定子内表面的磨损。降低了泵 的寿命，因此这一问题是影响叶片泵 压力提高的主要因素。
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• 3、在压油区叶片根部通高压油，而吸油 区叶片根部与吸油腔相通。 • 4、由于叶片顶部与根部所受的液压力基 本平衡，叶片向外运动主要靠旋转时所 受到的惯性力。根据力学分析，叶片后 倾一个角度更有利于叶片在惯性力作用 下向外伸出。通常叶片后倾24º 角。 • 5、单作用叶片泵的转子上的径向液压力 不平衡，传动轴和轴承承受负荷较大。
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• 2 叶片安放角 叶片底部通高压油后，保证了叶片 与定子内表面的紧密接触，然而对于 处在排油区的叶片，其端部受到定子 内表面的反作用推力和与滑动方向相 反的摩擦力的作用，它们的合力和分 解为沿叶片槽方向的分离和垂直于叶 片的分力。垂直分力在叶片与槽的接 触处产生较大的摩擦力。
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• 叶片与定子内曲面的接触压力角越大， 垂直分力也越大。由于排油区叶片的底 部也受排油区压力的作用，故叶片的向 心运动仅由定子对叶片的推力来完成。 为保证叶片所受合力与运动方向一致， 减少叶片受弯的力，叶片槽相对于转子
q0 2b( R r )
2 2
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实际上叶片占有一定的容积空间，并且沿 旋转方向向前倾斜一个角度，其所占空间 的容积变化并不起吸排油作用，因此叶片 泵的排量要小于上述计算。叶片所占容积：
Rr q 2 z b cos
q q0 q 2b
( R r )z 2 2 ( R r ) cos
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• 当两相邻叶片同时进入小半径圆弧区时， 工作容腔脱离排油窗口而又与排油窗口不 相通，容腔容积最小，排油过程结束；叶 片再继续转动到一周处又会完成一次吸油 和一次排油。由此看出，任意两相邻叶片 每转动一周即实现两次吸油和两次排油， 因而称其为双作用叶片泵。 • 视频：双作用叶片泵
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（二） 双作用叶片泵的排量和流量
半径沿旋转方向前倾θ角度，以减小压
力角。一般取θ=13°。
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• 3 定子过渡曲线 定子过渡曲线有以下四种：
修正的阿基米德螺线 正弦加速曲线 等加速等减速曲线 高次曲线
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单作用叶片泵与双作用叶片泵的区别 • 1 单作用叶片泵转子中心与定子中心存 在偏心距e，改变e可以变为变量泵。 • 2 单作用叶片泵存在困油现象。为防止 吸、排油腔的沟通，配流盘的吸、排油 窗口间密封角略大于两相邻叶片间的夹 角，当该容积发生变化时，会产生困油 现象。通过配流盘排油窗口边缘开三角 槽的方法可以消除困油现象。
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• 当两相邻叶片同时进入大半径圆弧区时， 工作容腔脱离吸油窗口而又未与排油窗口 相通，容积最大，吸油过程结束；叶片继 续转动便进入过渡区向小半径圆弧滑动， 由于定子的强制作用叶片向槽内缩回，两 相邻叶片所形成的工作容腔容积不断变小， 液压油被强迫通过排油配流窗口、排油口 进入液压系统，实现排油；
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• (3)柱销式叶片结构 • 如图2-14a所示为空心柱销式叶片结构。叶 片2的顶部加工成弧槽，弧槽内钻有两个小 孔3通入叶片根部，使叶片顶部与底部容腔 5始终相通，在低压区基本不产生压紧力。 柱销6沿转子8的半径线方向安装，上端顶 在叶片底部，下部嵌在转子的柱销孔内可 以相对滑动。柱销下端转子的环状油室7始 终与压力油相通，在此液压力的作用下柱 销顶着叶片贴紧定子内表面，一般选择柱 销截面积为叶片截面积的1/5左右，因此大 大减小了叶片在低压区对定子的压紧力， 减少了定子内表面的磨损。
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一、单作用叶片泵
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一、单作用叶片泵
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一、单作用叶片泵
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压油
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吸油
图 3-10 单作用叶片泵工作原理图
1－转子 2－定子 3－叶片 4－壳体
1－转子
2－定子
3－叶片
4－壳体
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1-定子，2-转子，3-叶片，4-低压腔， 5-吸油窗口，6-高压腔，7-排油窗口
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• （一）单作用叶片泵的工作原理
• 单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形， 转子与定子之间有一个偏心量e，两端的 配流盘上只开设一个吸油窗口和一个压油 窗口。当转子转动一周时，每一个叶片在 转子槽内往复运动一次，每相邻两叶片间 的密封容积发生一次增大和缩小的变化， 密封容积增大是通过吸油窗口吸油，容积 变小时则通过压油窗口将压力油排入液压 系统中去。
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图2-14 柱销式叶片结构 （a-空心柱销，b-实心柱销） 1-定子，2-叶片，3-叶片小孔，4-阻尼孔，5-叶 片底部容腔，6-柱销，7-环状油室，8-转子 47
• （4）阶梯叶片结构 • 如图2-13所示，排油腔始终同阶梯叶片 和阶梯槽之间的油室相通，叶片底部则 与其所在的油腔相通。因此叶片处在吸 油区时对定子内表面的作用力不会过大。 这种结构由于叶片及槽的形状较为复杂， 加工工艺性较差。
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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四部分， 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，因定子与转子之 间有偏心，故有一部分密闭容积将减小， 受挤压的油液经配流窗口排出，一部分 密闭容积将增大形成真空，经配流窗口 从油箱吸油。
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• 由于该种泵的转子每转动一周，每 两个叶片间的吸、压油作用各一次， 故称单作用叶片泵。又因吸、压油 区相对，泵的转子所受径向液压力 不平衡，因而又称非平衡式叶片泵 或非卸荷式叶片泵。因为支撑转子 的轴和轴承上承受的径向液压力随 工作压力的提高而增大，所以这种 泵压力的提高受到了限制。