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1、第二章第二章液液 压压 泵泵 和和 液液 压压 马马 达达 HYDRAULIC PUMPS AND MOTORSHYDRAULIC PUMPS AND MOTORS2 2本章提要 液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。 齿轮式(Gear Pumps)、叶片式(Vane Pumps)、柱塞式液 压泵(Piston Pumps) 。 高速液压马达(High-speed Hydraulic Motors)及低速大 扭矩马达(Low Speed High Torque Hydraulic Motors)。 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
2、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用范围， 为正确选用奠定基础。3 3本章教学内容2.1 液压泵和马达概述 2.2 齿轮泵 2.3 叶片泵 2.4 柱塞泵 2.5 液压马达 液压泵马达图形符号 本章小结 习题点击进入相应章节http:/ 引用本教案内容，请注明出处返回本页点击此4 42.1 2.1 液压泵和马达概述液压泵和马达概述 Introduction of Hydraulic Pumps and MotorsIntroduction of Hydraulic Pumps and Motors5 5泵工作原理：曲柄连杆带动活塞(Piston) 做直线往复运动。活塞
3、右移， 封闭容腔C的容积增大，形成真 空；在大气压的作用下，油从 单向阀(Check Valve)A被吸入C 腔，此时单向阀B断路。当活塞 左移时，封闭容腔C的容积减小 ，单向阀A断路，C腔中的油从 单向阀B排出。2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理 Basic Principles of Hydraulic Pumps and MotorsBasic Principles of Hydraulic Pumps and MotorsBAC泵吸入泵排出O马达工作原理：用外控方法打开单向阀B输 入压力油，C腔中的压力油推动 活塞右移，使曲柄连杆输出转矩 。在惯性作用
4、下，活塞左移，外 控打开单向阀A，C腔中的无压 油从阀A排出。6 6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。由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。 凸轮(Cam)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；2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理图2.1 液压泵的工作原理7 7液压泵和液压马达工作的必要条件：（1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积； （2）必须有配流动作，即封闭容积加大时吸入低压油封闭容积减小时排出高压油封闭容积加大时充入高压油封闭容积减小时排出低压油 （3）高低压油
5、不得连通。液压泵 液压马达 2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理8 8液压泵和和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。都是液压传动系统中的能量转换元件。 液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压 力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统 的动力源。液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转 的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。9 9机械输出液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入液压马达是实现连续旋
6、转运动的执行元件，从原理上讲， 向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达 ，即容积式泵都可作液压马达使用。但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况 下，液压泵和液压马达不能互换。2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理1010根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同 特点，因而这种泵又称为容积泵。液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分 为定量泵(Fixed displacement pumps)和变量泵(Variable displacement pumps)两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。液 压马
7、达也具有相同的形式。从工作过程可以看出，在不考虑漏油的情况下，液压泵 在每一工作周期中吸入或排出的油液体积只取决于工作构件 的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。 2.1.1 2.1.1 容积式泵和马达工作原理容积式泵和马达工作原理11112.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 The Performance of The Performance of Hydraulic Pumps and MotorsHydraulic Pumps and Motors液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流 量、功率和效率等。工作压力 operating
8、 pressure：泵（马达）实际工作时的压力。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相 应的外负载。 额定压力 rated pressure：泵（马达）在额定工况条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。 每弧度排量 displacement per radian Vd ：泵（马达）每转一弧度所排出（吸入）液体的体积，也称角排量。每转排量 displacement per revolution V ：无内外泄漏时，泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积。 1212理论流量 theoretical flow rate qt ：无内外泄漏时，单位时间内泵（马达）排
9、出（吸入）液体的体积。泵、马达的流量为其 转速与排量的乘积，即:额定流量 rated flow rate qn ：在额定转速和额定压力下泵输出（马达输入）的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量 。由于泵和马达存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量 和理论流量是不同的。 泵的实际流量 actual flow rate q ：泵工作时实际出口的流量 。记泵的泄漏流量(leakage flow rate)为ql，有:q= qt ql2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1313功率(power)和效率(efficiency)：液压泵由原动机驱动，输入量是转
10、矩(torque)T和角速度 (angular speed)，输出量是液体 的压力p和流量q；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率 (theoretical power )Nt ： (2.1)* *式中： 液压泵、马达的压力和理论流量。n, 液压泵、马达的转速(rev/s), 角速度(rad/s)； Tt 液压泵、马达的理论转矩(theoretical torque) (Nm)；* 式（2.1）可详细见教材p7。2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1414实际液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失
11、，输出 功率小于输入功率。 功率损失=容积损失+机械损失容积损失(volumetric loss)是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。 机械损失(mechanical loss)是指因摩擦而造成的转矩上的损 失。 2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1515对液压泵来说 ，输出压力增大时 ，泵实际输出的流 量q减小。设泵的 流量损失ql为，则 qt=q+ql。 泵的容积损失用容积效率(volumetric efficiency) v 表征。 2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1616泵的容积损失
12、理想泵2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1717对液压马达来说，输入液压马达的实际流量q必然大于它的 理论流量qt即qt=q-ql ，它的容积效率为： （2.3） 马达容积损失2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1818理想马达马达容积损失2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 1919液压泵的机械损失：机械损失：泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，设转 矩损失为Tf，理论转矩为Tt，则泵实际输入转矩为T=Tt+Tf， 用机械效率m (mechanical eff
13、iciency)来表征泵的机械损失 Tt=Tm，则机械机械损失损失摩擦而造成的转矩上的损失2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 2020马达的机械损失对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际输出转 矩T小于理论转矩Tt，它的机械效率m ：（2.5） 2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 2121马达的机械损失2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 2222液压马达的总效率液压马达的总效率 为容积效率和机械为容积效率和机械 效率的乘积。效率的乘积。 液压泵、马达的容积效率和机
14、械效率在总体上与油液的 泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。 （2.6）马达的总损失2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 2323液压泵的总效率(overall efficiency)等于其容积效率和机械 效率的乘积： （2.6）泵的总效率(overall efficiency of pumps)2.1.2 2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数液压泵和马达的基本性能参数 2424图2.2 液压泵、马达的能量传递方框图:d=理想马达 P马达的弧度排量dVVqT = /()(dt Vqt PTtt25252.2 2.2 齿齿 轮轮 泵泵 Gear PumpsGea
15、r Pumps2626齿轮泵是一种常用的液压泵。 主要优点:结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性好，对油液污染不敏感，工作可靠； 主要缺点:流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。 齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、 工程机械和农林机械等各个行业。齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合外啮合(External Gear (External Gear Pumps)Pumps)和内啮合内啮合(Internal Gear Pumps)(Internal Gear Pumps)两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。 2.2 2.2 齿轮泵齿轮泵 Gear P
16、umpsGear Pumps2727泵主要由主、从动齿 轮，驱动轴，泵体及侧板 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。图2.3 外啮合齿轮泵的工作原理1泵体(Housing);2 主动齿轮(Driver Gear);3 从动齿轮 (Driven gear)2.2.1 2.2.1 外啮合齿轮泵的结构及工作原理外啮合齿轮泵的结构及工作原理Operation of the External Gear PumpOperation of the External Gear Pump 结构及工作原理结构及工作原理2828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。当齿轮按图示方向旋转 时，右侧吸油腔内的轮齿脱
