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1、第三章 液压泵和液压马达,液压泵和液压马达的工作原理,齿轮泵和齿轮马达,叶片泵和叶片式马达,柱塞泵和柱塞式液压马达,3-1液压泵和液压马达的基本工作原理,泵的分类,马达的分类,一、液压泵的基本工作原理,图中为单柱塞泵的工作原理。凸轮由电动机带动旋转。当凸轮推动柱塞向上运动时，柱塞和缸体形成的密封体积减小，油液从密封体积中挤出，经单向阀排到需要的地方去。 当凸轮旋转至曲线的下降 部位时，弹簧迫使柱塞向 下，形成一定真空度，油 箱中的油液在大气压力的 作用下进入密封容积。凸 轮使柱塞不断地升降，密 封容积周期性地减小和增 大，泵就不断吸油和排油。,（1）容积式泵必定有一个或若干个周期变化的密封容积
2、。密封容积变小使油液被挤出，密封容积变大时形成一定真空度，油液通过吸油管被吸入。密封容积的变换量以及变化频率决定泵的流量。 （2）合适的配流装置。不同形式泵的配流装置虽然结构形式不同，但所起作用相同，并且在容积式泵中是必不可少的。 容积式泵排油的压力决定于排油管道中油液所受到的负载。,容积式液压泵的共同工作原理如下：,二、液压泵的主要性能参数,泵的流量是指泵在单位时间内排出液流的体积。其有理论流量和实际流量之分。 泵的理论流量 QT=qn ，对于前图所示单柱塞泵， 有 q=d2H/4 ,则QT=d2Hn/4。 泵的实际流量 Q=QT-Q Q是泵的泄露流量。,泵的实际流量和理论流量之比称为 容积
3、效率，即： PV=Q/QT=(QT-Q)/QT =1-Q/QT 且 Q=QTPV,1、流量和容积效率,工作压力是指泵的输出压力，其数值决定于外负载。如果负载是串联的，泵的工作压力是这些负载压力之和；如果负载是并联的，则泵的工作压力决定于并联负载中最小的负载压力。 额定压力是指根据实验结果而推荐的可连续使用的最高压力，他反映了泵的能力（一般为泵铭牌上所标的压力）。在额定压力下运行时，泵有足够的流量输出，并且能保证较高的效率和寿命。 最高压力比额定压力稍高，可看作是泵的能力极限。一般不希望泵长期在最高压力下运行。,2、压力,泵的理论功率为pQT。输入功率2MTn。不考虑损失，根据能量守恒，有 pQ
4、T=2MTn。 p泵的出口压力； MT驱动泵所需理论扭矩。 将QT=nq代入上式，消去n得 MT=pq/2. 总效率p为泵的实际输出功率pQ与实际驱动泵所需的功率2MPn之比，即 P=pQ/2MPn MP驱动泵所需实际扭矩。 将Q=QTPv及QT=nq代入上式得： P=pq.Pv/2Mp 又因为泵的机械效率Pm=pq/2MP 故总功率可表示为： P=Pm.PV,3、功率、机械效率和总效率,设定马达的排量为q，转速为n，泄露量Q 则流量Q为： Q=nq+Q 容积效率 mv=理论流量/实际流量 =nq/Q=nq/(nq+Q) 或 n=(Q/q)mv 可见，q和是mv决定液压马达转速的主要参数。,三
5、、液压马达的主要性能参数,1、流量、排量和转速,2、扭矩 理论输出扭矩MT=pq/2 实际输出扭矩MM=MT-M 因机械效率Mm=MM/MT=1-M/MT 故MM=MT.Mm=(pq/2).Mm 可见液压马达的排量q是决定其输出扭矩的主要参数。,有时采用液压马达得每弧度排量DM=q/2来代替其每转排量q作为主要参数，这样有： =2n=Q.mv/DM 及 MM=pDMMm,液压马达总功率： M=2MMn/pQ=mvMm 可见，容积效率和机械效率是液压泵和马达的重要性能指标。因总功率为它们二者的乘积，故液压传动系统效率低下。总功率过低将使能耗增加并因此引起系统发热，因此提高泵和马达的效率有其重要意
6、义。,3、总功率,按结构分：柱塞式、叶片式和齿轮式 按排量分：定量和变量 按调节方式分：手动式和自动式，自动 式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒 流式等。 按自吸能力分：自吸式合非自吸式,四、液压泵和液压马达的类型,液压泵和液压马达的图形符号,结束,3-2 齿轮泵和齿轮马达,一、概述,二、外啮合齿轮泵工作原理,三、外啮合齿轮泵的几个问题,四、内啮合齿轮泵,五、齿轮马达,齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵，它的抗污染能力强，价格最便宜。但一般齿轮泵容积效率较低，轴承上不平衡力大，工作压力不高。齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大，运行时噪声水平较高，在高压下运行时尤为突出。齿轮泵主要用于低压或噪声
7、水平限制不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵。 从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合两类，其中以外啮合齿轮泵应用更广泛。,一、概述,二、外啮合齿轮泵工作原理,外啮合齿轮泵由一对完全相同的齿轮啮合，由于1，产生上下 体积变化，这就 形成了吸油区和 压油区。同时在 啮合过程中啮合 点沿啮合线移动， 把这两区分开， 起配流作用。,吸油,压油,图为外啮合齿轮泵实物结构,下面分析一下泵的排量。泵每转一周把两个齿轮上齿谷中的存油排出。如果泵中采用标准齿轮，并取齿谷的容积等于齿部的体积，则齿轮每转一周排出的体积可近似等于外径为(mZ+2m)，内径为（mZ-2m)，厚度为B的圆环体积
8、，即 q=/4(mZ+2m)2-(mZ-2m)2B=2m2ZB 由于齿谷的体积大于齿部，实际几何排量还要大一些，故以3.33代替上式中的较接近实际情况。得 q=6.66m2ZB 即泵的实际流量为：Q=6.66m2ZBPV.n,3、困油,三、外啮合齿轮泵的几个问题,1、泄漏,2、径向力,四、内啮合齿轮泵,如图所示为摆线泵工作原理图。内转子1为齿轮，有6个齿。外转子2为内齿轮，有7个齿。内外转子的偏心距为e。当内转子绕中心01旋转时外转子绕02同时旋转，内外转 子能自动形成几个独立的 密封容积，摆线泵按图示 方向旋转时，右半部分的 封闭容积增大，形成局部 真空,并通过配油窗口B从 油箱吸油(b图)
9、。当转子转 到图c位置时,封闭容积为 最大。在图d，油从A输出。,图示为内啮合齿轮泵结构图。摆线泵由于采用摆线，又是内啮合，因此与同排量的其它液压泵比较，结构更为简单，紧凑。泵的轴向配油，配油窗口很大，吸排油很充分。内啮合的一对转子 同向旋转，并且只 相差一个齿，两转 子齿部处的相对 滑动速度 很小，所 以运 动平 稳，噪声小寿命 长。摆线泵的缺点 是转子齿数少，流量 脉动大，在高压低速的情况下，容积效率较低。,图中为内啮合齿轮泵实物结构,五、齿轮马达,1、齿轮马达的工作原理,图为外啮合齿轮马达的工作原理图。图中P点为两齿轮的啮合点，当压力油进入齿轮马达时,压力油分别作用在个 齿面上。由图可知
10、，在 两个齿轮上各有一个使 其产生转矩的作用力， 两齿轮便按图示方向旋 转，齿轮马达输出轴上 也就输出旋转力矩。,齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：（1）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小径向不平衡液压力，因此吸油口大，排油口小。而齿轮马达则需正、反两个方向旋转，因此进油口大小相等。 （2）齿轮马达的内泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低压腔去，而必须单独的泄漏通道引到壳体外去。因为马达低压腔有一定背压，如果泄漏油直接引到低压腔，所有与泄漏通道相连接的部分都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失效。,2、结构特点,（3）为了减少马达的启动摩擦扭矩，并降低最低稳定转速，一般采用滚针轴承和其他
11、改善轴承润滑冷却条件等措施。 齿轮马达具有体积小，重量轻，结构简单，工艺性好，对污染不敏感，耐冲击，惯性小等优点。因此，在矿山、工程机械及农业机械上广泛使用。但由于压力油作用在液压马达齿轮上的作用面积小，所以输出转矩较小，一般都用于高转速低转矩的情况下。,结束,3-3 叶片泵和叶片式马达,一、双作用叶片泵,叶片泵有两类：双作用和单作用叶片泵，双作用叶片泵是定量泵，单作用泵往往做成变量泵。而马达只有双作用式。,二、双作用叶片式液压马达,三、单作用叶片泵,1、结构和工作原理,一、双作用叶片泵,图中为双作用叶片泵结构。它主要由壳体1、7，转子3，定子4，叶片5，配流盘2、6和主轴9等组成。,图中为泵
12、的转子和定子实物,双作用叶片泵工作原理可由下图说明。当转子3和叶片5一起按图示方向旋转时，由于离心力的作用，叶片紧贴在定子4的内表面，把定子内表面、转子外表面和两个配流盘形成的空间分割成八块密封容积。随着转子的旋转，每一块密封容积会周期性地变大和缩小。一转 内密封容积变化两个循环。 所以密封容积每转内吸油、 压油两次，称为双作用泵。 双作用使流量增加一倍， 流量也相应增加。,2.流量,先计算处于大半径r1处的叶片a在旋转时排出流量Qa。微小面积dA以速度v运动时排出的流量为dQ。 则 Qa=dQ= r0r1Brdr= (B/2).(r12-r02) 式中 B叶片宽度； 转子的角速度； r0转子的外半径。 同样，处于小半径r2处叶片b在旋转时吸入的流量为： Qb=r0r2Brdr= (B/2).(r22-r02) 从配流窗口II排出的流量为: QII=Qa-Qb=(B/2).(r12-r22) 由于此时配流窗口IV也有油液排除，故泵的总流量为： QT=2QII=B(r12-r22)=2Bn(r12-r22),3、结构上的若干特点,（1）保持叶片与定子内表面接触,转子旋转时保证叶片与
