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1、液压与气压传动 山东理工大学 孟建兵 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 2 第一节 概述 第三章 液压泵 一、液压泵的作用 u泵：能量转换装置。 u泵的作用把机械能转化为液压能（压力能）。 即向液压系统提供工作所需要的具有一定（能量）压力和流 量的液压油，从而驱动系统中的各液压执行装置完成各种规 定的动作。 u泵由原动机电机或内燃机来带动。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 3 二、工作原理 1.液压泵工作过程 F2 p2 W F1 p1 l1l2 P u液压传动所用的液压泵都是容积式泵，即靠密闭容积的 变化来吸油和排油。 u吸油口和排油口在泵内被隔开。所以，对这类泵，
2、只要 能够实现容积变化就能吸、排液体。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 4 2.液压泵正常工作的基本条件 u在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积 ；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时， 完成排油过程。 u液压泵的输出流量与此空间的容 积变化量和单位时间内的变化次 数成正比，与其它因素无关。 u具有相应的配油机构，将吸油 过程与排油过程分开； u油箱内液体的绝对压力必须恒 等于或大于大气压力。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 5 三、液压泵分类 油泵 齿轮泵 柱塞泵 外啮合 内啮合 双联齿轮泵 单作用 双作用 轴向 径向 直轴（斜盘） 斜
3、轴 按流量（排量）变化分类：定量泵，变量泵 叶片泵 按结构分类： 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 6 四、各油泵代号及职能符号 代号（铭牌）： （1）齿轮油泵 CB CB -齿轮油泵 1-系列 2-压力分级(ABCDE，查液压传动手册) 3-理论排量 ml/r 4-安装形式 5-连接形式(B-板式，F-法兰，L-管式) 12345 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 7 （2）叶片油泵 YB （3）轴向柱塞油泵 ZB 职能符号(各种都相同): 1-单向定量泵 2-单向变量泵 3-双向变量泵 12345 12345 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 8 五、液
4、压泵的基本参数 1.压力 （1）工作压力 （2）额定压力 （3）最高压力 u(1)工作压力 液压泵的工作压力是指泵工作时所输出的油液的实际压力（ 指泵出口处的压力pB）。 压力大小取决于外载的大小。 u(2)额定压力（公称压力、铭牌压力） 在泵的铭牌上所标的都是指泵的额定压力，是指液压泵能够 正常工作的最大工作压力，是在正常工作时不允许超过的压 力值。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 9 机械工业部，泵压力分级： u(3)最高压力（极限压力） 是指液压泵密封能力和结构强度使它达到的最大工作压力。 后两种压力不是泵实际工作时的压力，切勿混淆。 压压力分级级 A级级 低压压 B级级
5、中压压 C级级 中高压压 D级级 高压压 E级级 超高压压 压压力范围围 /105Pa 0-2525-8080-160160-320320 （1）理论流量 （2）实际流量 （3）额定流量 2.流量 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 10 u(1)排量：即理论排量（用qB表示）：在不泄漏情况下，液压 泵一转理论上所排出的液体体积。 u大小取决于泵的密封工作腔的几何尺寸，是泵的结构参数， 为一固有值，与速度等无关。 u单位：m3/r或l/r 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 11 u(2)理论流量QBt:无泄漏情况下，单位时间内所能输出的液 体体积(m3/s)。 理论流量
6、QBt=qBnB 其中，nB 泵轴转速（r/s） u(3)实际的流量QB：单位时间内的流量，是由泄漏等造成的 。 QB=QBt-Q=V QBt u(4)额定流量：在额定转速及额定压力下泵输出的流量。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 12 3.泵功率: u输出功率： WB=pBQB u输入功率（泵轴的驱动功率）：W Bi =MBwB=2nBMB u理论上的功率：W Bit =MBtwB=2nBMBt 4.泵的输入扭矩 u泵每转理论上输出的液压能：pB qB u泵每转理论上输入的机械能：MBt2 所以： pB qB = MBt 2 u则泵的理论输入扭矩 MBt= pB qB /2 u
7、泵的输入扭矩 MB = MBt/ m 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 13 5.泵的效率 u泵的效率分为容积效率和机械效率 容积效率（实际流量/理论流量）：V=QB/Q Bt （ QB=Q Bt -Q ） u容积效率的大小反应了泵内流量方面的漏失情况。 机械效率（理论转矩/实际输入转矩）：m=M Bt /MB u实际上是由于存在机械摩擦，使得MBM Bt 泵总效率：输出功率/输入功率=NB/N Bi =pBQB/（2nBMB） 结论：总效率等于容积效率与机械效率的乘积 = mV 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 14 NB,QB NBit,QBt,MBt NBi,MB
8、 完美的泵 机械损失 容积损失 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 15 6.泵转速 u额定转速：泵正常工作时的转速，保证泵具有一定的自吸 能力和避免气蚀现象产生的转速（在额定工况下可以长时 间运转的转速）。 u最高转速：由泵结构强度限定的最大转速（不吸空的最大 转速）。 u最低转速：由于泵的内泄漏，导致泵的容积效率显著降低 ，不能充分发挥泵的潜力（有稳定的流量输出的最低转速 ）。 u由前面公式可以看出，M N Q n适合于各式油泵，唯一变 化的仅仅是各种泵的每转排量qB。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 16 第二节 齿轮泵 一、结构及作用原理 并联式：增加泵流量 1
9、.分类 啮合形式 外啮合形式 内啮合形式 齿 轮 数 两齿轮式 多齿轮式 串联式：增加泵压 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 17 2.结构 主要由齿轮、泵体、前盖板、后盖板等组成 齿轮泵结构动画 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 18 3.作用原理 u密封工作腔： 齿轮、壳体、端盖、啮合线组成 吸油腔、排油腔 u吸油过程： 轮齿脱开啮合V p 吸油 u排油过程： 轮齿进入啮合V p 排油 齿轮泵工作动画 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 19 u由盖板、泵壳体和齿轮组成了一个密封腔体，而相啮合的 两个同模数齿轮的啮合线，分为吸油区和压油区。 u按图示方向旋
10、转时，啮合线下侧脱开接触(蓝色)，容积增 大，形成部分真空，通过壳体上的吸油孔从油箱吸油； u而啮合线的上侧的轮齿进入啮合(红色)，容积减小，使这 部分密闭容积内的液体受压后，通过壳体排出孔排液。 u齿轮连续运动就完成了一转一次的吸油和排油过程。 1泵体 2齿轮 3转子 4吸油腔 5压油腔 12 3 4 5 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 20 二、参数计算 u排量qB 外啮合齿轮的每转排量可以看作是一对齿轮的啮合体积之 和(我们把它看作是一齿条)，泵工作时凹处部分的液体全部 排出。 qB=2chbz c-节圆上齿间宽度，h-轮齿高度，z-齿数，b-齿宽 u根据齿轮啮合原理有：
11、c=m/2, h=2m m：模数 u所以 qB=2zbm2 h cc b 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 21 u修正 由于齿轮的齿间体积大于轮齿体积，故将上式修正为： qB=(6.667)zbm2 齿少取上限，齿多取下限。 u显然，当齿轮泵结构一定，齿轮泵每转排量也就确定不变 了。因此，齿轮油泵是定量泵。 u流量： Bt(6.667)zbm2 n QB =BVBt u容积效率一般（70 90%）。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 22 三、齿轮泵性能分析 四个方面的问题 1.流量脉动 u上式是齿轮泵的平均流量。实际由于齿轮在啮合过程中压油 腔的容积变化率是变化的，
12、不是常数，所以每一刻的流量（ 瞬时流量）也是变化的。 流量的脉动影响液压执行元件的运动平稳性，引起振动，对 液压系统有不利影响。 脉动率： u在啮啮合齿轮齿轮 的设计设计 中，增大啮啮合角及齿齿数，减少重叠度系 数，均可降低脉动动性。 u在容积积式泵泵中，齿轮泵齿轮泵 的流量脉动动性最大；在实际实际 工程系 统统中可以在泵泵出口加蓄能器予以调节调节 。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 23 u 产生原因： 1，构成闭死容积Vb Vb由大小，p， 油液发热，轴承磨损。 Vb由小大，p , 气穴现象 2. 困油现象 u危害：影响工作、缩短寿命：气蚀、 噪声、振动、金属表面剥蚀 u措施
13、：开卸荷槽 l原则： Vb由大小，与压油腔相通， Vb由小大，与吸油腔相通，并保证 吸、压油腔始终不通 吸 油 腔 压 油 腔 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 24 具体描述： u齿轮啮合中，前一对齿轮退出啮合之前，后一对齿已经进入 啮合(即重叠度系数大于1)，保证了吸油区和压油区，即高低 压腔之间总不连通和运动的平稳性。 u这样导致在很短的时间内有两对齿同时啮合，在两啮合齿之 间就形成了一个封闭腔。 u当齿轮继续旋转时，封闭腔容积的大小会经历从大到小、又 从小到大这样一个过程，腔体的压力会急剧升高和降低，这 种现象称为困油现象。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 2
14、5 u困油现象是有害的，被困油液压力周期性的升高和下降会引 起振动、噪音和空穴(气蚀)现象。 u为了减轻困油现象，通常在齿轮泵两侧端盖上铣两个卸荷槽 。 l对于中心线而言，有对称开的，也有不对称开的，还有的开 圆形盲孔卸荷槽的，卸荷槽之间的尺寸a有要求，应保证困油 空间在达到最小位之前与压油腔连通，过了最小位置后与吸 油腔连通，a不能过小，否则压油腔和吸油腔连通，容积效率 降低。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 26 3. 径向力不平衡 u(1)原因：径向液压力分布不 均，啮合力 u(2)危害：轴承磨损、刮壳 u(3)措施：缩小压油口，增加 径向间隙等 l压油口缩小后，安装时注意
15、 不能反转。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 27 4. 泄漏问题 u(1) 泄漏途径： l 端面间隙 (轴向) 80% ql l 齿顶间隙 (径向) 15% ql l 啮合处 5% ql u(2) 危害：v u(3) 防泄漏措施： l 减小轴向间隙（提高加工精度） l 轴向间隙补偿装置 浮动侧板 浮动轴套 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 28 提高齿轮泵压力的措施： u减少端面泄漏，一般采 用间隙自动补偿 l浮动轴套 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 29 四、齿轮泵的优缺点 u优点: l(1)结构简单、紧凑，价格便宜，是同流量泵中体积最小的一 种；
16、l(2)吸入性能好，在高、低转速下都能可靠地工作； l(3)对污物不敏感，不易咬死。因此广泛应用于精度要求不很 高、不清洁环境工作的机械上。 u缺点: l齿轮泵排量、压力提高受到限制，因此，只适用于低压、中 压、中等转速的液压系统中。 l可以采用其它类型，如内啮合，转子泵，螺杆泵等 。 2012-9-4精密制造与特种加工重点实验室 30 五、内啮合齿轮泵 1. 渐开线齿轮泵 u一对相互啮合的小齿轮和 内齿轮与侧板所围成的密 闭容积被啮合线和月牙板 分隔成两部分，当传动轴 带动小齿轮旋转时，内齿 轮同向旋转。上半部分轮 齿脱开啮合，所在的密闭 容积增大，为吸油腔；下 半部分轮齿进入啮合，所 在密闭容积减少，为压油 腔。 u特点：结构紧凑，尺寸小，重量轻，流量脉动小，噪声
