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1、 宋锦春宋锦春 主编主编 现代液压控制技术现代液压控制技术 液压与气动研究所液压与气动研究所 第三章第三章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达 本章主要内容为 ： 液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。 齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。 高速液压马达及低速大扭矩马达。 通 过 本 章 的 学 习 ， 要 求 掌 握 这 几 种 泵 和 马 达 的 工 作 原 理 （ 泵 是 如 何 吸 油 、 压 油 和 配 流 的 ， 马 达 怎 样 产 生 转 速 、 转 矩 ） 、 结 构 特 点 及 主 要 性 能 特 点 ； 了 解 不 同 类 型 的 泵 、 马 达 之 间 的 性 能 差 异 及 适
2、 用 范 围 ， 为 日 后 正 确 选 用 奠 定 基 础 。 3.1 概述概述 液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能， 是液压传动系统中的动力元件，由原动机（电动机或柴油 机）驱动，为系统提供压力油液。 它们是液压系统的核心元件它们是液压系统的核心元件，其性能好坏将直接影响到其性能好坏将直接影响到 系统是否正常工作系统是否正常工作。 3.1.1 液压泵的工作原理液压泵的工作原理 B A C O 泵吸入 泵排出 Q 凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生 真空，油液便通过吸油阀5吸入； 柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过 压油阀6排到系统中去。 561
3、234图 2.1 液压泵的工作原理液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。 图图3.1 3.1 容积式液压泵工作原理图容积式液压泵工作原理图 l l一凸轮；一凸轮；2 2一柱塞；一柱塞；3 3泵体；泵体；4 4弹簧；弹簧； 5 5- -吸油（单向）阀；吸油（单向）阀；6 6- -压油（单向）阀压油（单向）阀 （1 1） 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作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吸油过程；当工作容积减小时， 完成压油过程完成压油过程。液压泵的输
4、出流量与此空间的容积变化量和单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位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关与其它因素无关。 液压泵正常工作的基本条件液压泵正常工作的基本条件 容积式液 压泵的图 形符号 （2 2） 具有相应的配油机构具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过程分开；并将吸油过程与排油过程分开；并 具有良好密封性具有良好密封性。 （3 3） 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。 泵 液压泵图形符号 a.单向定量液压泵 b.单向变量液压泵 d.双向变量液压泵 单向定量马达 单向变量马达 双向变量马达 c
5、.双向定量液压泵 液压马达的图形符号 螺杆泵卧式径向柱塞泵回转式径向柱塞泵径向柱塞泵可变量斜轴式轴向柱塞泵可变量斜盘式轴向柱塞泵轴向柱塞泵 柱塞泵双作用叶片泵单作用叶片泵叶片泵内啮合齿轮泵外啮合齿轮泵齿轮泵液压泵容积式液压泵分类 摆线转子马达轴向马达中速中转矩马达可变速内曲线马达径向钢球可变速静力平衡式马达可变速曲轴连杆式马达可变速内曲线马达 径向柱塞马达低速大转矩马达可变速斜轴式轴向柱塞马达可变速斜盘式轴向柱塞马达轴向柱塞马达叶片马达齿轮马达高速小转矩马达液压马达3.1.2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 液压泵的性能参数主要是指液压泵的压力、流量 和排量、功率和效率等。 1. 压
6、力（压力（MPaMPa） 指液压泵在实际工作时输出油液的压力 值，也称为系统压力。 工作压力工作压力 额定压力额定压力 指在保证液压泵的容积效率、使用寿命 和额定转速的前提下，泵连续长期运转 时允许使用的压力最大限定值。 最高允许最高允许 压力压力 指泵在在短时间内所允许超载使用的最 高压力。 液压泵在正常工作时液压泵在正常工作时，其工作压力应小于或等于泵其工作压力应小于或等于泵 的额定压力的额定压力, ,否则就会过载否则就会过载。 表表3.1 压力分级压力分级 压力分级 低压 中压 中高压 高压 超高压 压力（MPa） 2.5 2.58 816 1632 32 由于液压传动的用途不同，液压系
7、统所需要的压力也 不同，为了便于液压元件的设计、生产和使用，将压力分 为几个等级，如表3.1。 2. 排量和流量排量和流量 （1 1）排量）排量 V V (2)(2)理论流量理论流量q qt t 即: 指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其 值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积。 指在无泄漏情况下，液压泵每转所能排出的油液体积。排量 的常用单位是（ml/r）。 qt=Vn ( (3 3. .1 1) ) (3)(3)实际流量实际流量q 指单位时间内液压泵实际输出油液体积. 由于工作过程中泵的出口压力不等于零 ，因而存在内部泄漏 量 q，（泵的工作压力越高，泄漏量越大）使得泵的实际流
8、 量小于泵的理论流量。 q=qt-q （3.2） 即 泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。由于泵存在泄 漏，所以泵实际流量和额定流量都小于理论流量。 ( (4 4) )额定流量额定流量q qn n 3. 功率功率 （2 2）输入功率）输入功率P Pi i 实际驱动液压泵所需要的机械功率，由电动机或内燃 机给出。 液压泵的输入能量为机械能，其表现为转矩T和转速 ；液压泵的输出 能量为液压能，表现为压力p和流量q。 （1）理论功率理论功率 泵的理论流量与泵进出口压差的乘积。 （3）输出功率输出功率po 液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、 出口压差p的乘积。 当忽略能量转换及输送过
9、程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率， 即泵的理论功率为： 式中, 液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。 ( (3 3. .3 3) ) ( (3 3. .4 4) ) ( (3 3. .5 5) ) 4. 效率效率 实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。 （1 1）容积效率）容积效率 是液压泵实际流量与理论流量之比，即： （2 2）机械效率）机械效率 指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机 械损失的大小用机械效率表征。 （3 3）总效率）总效率 泵的输出功率与输入功率之比 液压泵的性能曲线液压泵的性能曲线 液压泵的总效率、容积效率和机械
10、效率可以通过实验测得。 对液压泵来说，输出压力增大时,泵实际输出的流量减小。 vtqqtltlttvqq qqq qq1mtTT泵的机械损失 3.2 齿轮泵齿轮泵 齿轮泵按结构不同，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。齿轮泵按结构不同，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。 齿轮泵的特点是：体积小，重量轻，结构简单，制造方便，齿轮泵的特点是：体积小，重量轻，结构简单，制造方便， 价格低，工作可靠，自吸性能较好，对油液污染不敏感，价格低，工作可靠，自吸性能较好，对油液污染不敏感， 维护方便等。维护方便等。 其缺点是：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变等。其缺点是：流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可变
11、等。 内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，其体积小，流量脉动内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵比较，其体积小，流量脉动 小，噪声小，但加工困难，使用受到限制。小，噪声小，但加工困难，使用受到限制。 齿轮泵分解图 3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的工作原理 泵主要由主、从动泵主要由主、从动 齿轮，驱动轴，泵体及齿轮，驱动轴，泵体及 侧板等主要零件构成。侧板等主要零件构成。 泵体内相互啮合 的主、从动齿轮与两 端盖及泵体一起构成 密封工作容积，齿轮 的啮合点将左、右两 腔隔开，形成了吸、 压油腔。 外啮合齿轮泵的工作原理 1泵体;2 主动齿轮;3 从动齿轮 l l一壳体一壳体 2 2- -主动齿
12、轮主动齿轮 3 3从动齿轮从动齿轮 这里啮合点处的齿面接触线一直起着分隔高、低压腔的作用， 因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构。 当齿轮按图示 方向旋转时，右侧吸 油腔内的轮齿脱离啮 合，密封腔容积不断 增大，构成吸油并被 旋转的轮齿带入左侧 的压油腔。 左侧压油腔内 的轮齿不断进入啮 合，使密封腔容积 减小，油液受到挤 压被排往系统，这 就是齿轮泵的吸油 和压油过程。 3.2.2 齿轮泵的排量和流量齿轮泵的排量和流量 1. 排量排量 V V 排量是液压泵每转一周所排出的液体体积。这里近似等于 两个齿轮的齿间容积之和。设齿间容积等于轮齿体积，则有 式中： D齿轮节圆直径；h齿轮齿高；B齿轮
13、齿宽； Z齿轮齿数； m齿轮模数 由于齿间容积比轮齿的体积稍大，通常取 =3.33所以通常修正为 V= 6.66zm2B 式中 q 齿轮泵的平均流量； n 齿轮泵的转速； v 齿轮泵的容积效率。 齿轮泵的实际流量为 2. 流量流量 q q 实际上，在齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的， 因此齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。设qmax和qmin分别表示齿轮 泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率q为 %100minmaxqqq q表3.2给出了不同齿轮齿数时外啮合齿轮泵的流量脉动率。 在相同情况下，内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多 表3.2 不同齿数齿轮泵流量脉动率 Z 6 8 10 12
14、14 16 20 q 0.347 0.263 0.212 0.178 0.153 0.134 0.107 特点： 1)齿轮泵的平均流量与齿数成正比，而与模数的平方成比例。 2)齿轮泵的流量与齿宽成正比，但齿宽的增大受齿轮所受液压 径向力增加的限制，一般取齿宽B（610）m ，高压时取大值。 3)提高转速可以提高泵的流量，但受泵吸入性能的限制齿轮泵 的转速一般在10001500 r / min。 4）另外，在容积式液压泵中，齿轮泵的流量脉动最大。 3.2.3 齿轮泵的结构特点齿轮泵的结构特点 1. 泄漏泄漏 液压泵中组成密封工作容积的零件作相对运动，其间隙产生 的泄漏影响液压泵的性能。外啮合齿轮
15、泵压油主要通过三条途径 泄漏到低压腔中去。 （1）泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏 由于齿轮转动方向与泄漏方向相反，压油腔到吸油腔通道 较长，所以其泄漏量相对较小，约占总泄漏量的10%15%。 （2）齿面啮合处间隙的泄漏齿面啮合处间隙的泄漏 由于齿形误差会造成沿齿宽方向接触不好而产生间隙，使 压油腔与吸油腔之间造成泄漏，这部分泄漏量很少。 （3）齿轮端面间隙的泄漏齿轮端面间隙的泄漏 齿轮端面与前后端盖之间的端面间隙教大，此端面间隙封 油长度又短，所以泄漏量最大，可占总泄漏量的70%75%。 2. 液压径向不平衡力液压径向不平衡力 在齿轮泵中，由于在压油腔和吸油腔之间存在着压差，又因 泵体表面与齿轮齿顶存在着径向间隙，可以认为压油腔压力逐 渐分级下降到吸油腔压力， 液压径向不平衡力 其合力大小
