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1、第三章 液压泵与液压马达 液压泵液压泵-动力元件：动力元件： 将驱动电机的将驱动电机的机械能机械能转换成液体的转换成液体的压力能压力能，供液压系统使用，它是液压系统的能源。供液压系统使用，它是液压系统的能源。 泵泵是是靠靠密密封封工工作作腔腔的的容容积积变变化化进进行行工工作作的的，而而输输出出流流量量的的大大小小是是由由密密封封工工作作腔腔的的容容积积变变化化大大小小和和变变化化频频率率来来决决定的。定的。 动画动画3-13-1概概 述述 一、液压泵的工作原理一、液压泵的工作原理 吸油：密封容积增大，形成局部真空；吸油：密封容积增大，形成局部真空； 压油：密封容积减小，压力增加。压油：密封容
2、积减小，压力增加。容积式泵容积式泵: : 依靠密封容积的变化来吸油、压油。依靠密封容积的变化来吸油、压油。三个特征：三个特征：（1 1）有一个或者多个密封油腔。）有一个或者多个密封油腔。（2 2）密封容积能产生由小到大和由大到小的周期性）密封容积能产生由小到大和由大到小的周期性变化。变化。 密封容积由小变大时吸油；由大变小时压油。密封容积由小变大时吸油；由大变小时压油。 （3 3）有配油机构。）有配油机构。 保证密封容积由小变大时，只与吸油管相通；保证密封容积由小变大时，只与吸油管相通；密封容积由大变小时，只与压油管相通（如两个单向密封容积由大变小时，只与压油管相通（如两个单向阀）。阀）。 二
3、、液压泵的主要性能参数二、液压泵的主要性能参数（一）压力（一）压力1、额定压力、额定压力pn 指泵在正常工作条件下指泵在正常工作条件下可连续运转可连续运转所允许的最所允许的最高压力，超过此值就是过载。高压力，超过此值就是过载。 2、最高允许压力、最高允许压力pmax 指泵在短时间所允许超载使用的指泵在短时间所允许超载使用的极限压力极限压力。3、工作压力、工作压力pp 液压泵的工作压力是指它的液压泵的工作压力是指它的输出压力输出压力。4、吸入压力、吸入压力 指液压泵指液压泵进口处的压力进口处的压力。 （二）液压泵的转速（二）液压泵的转速（r/min）1.额定转速额定转速n 在在额额定定压压力力下
4、下，根根据据试试验验结结果果推推荐荐能能长长时时间间连连续续运行运行并保持较高运行效率的转速。并保持较高运行效率的转速。2.最高转速最高转速nmax 在在额额定定压压力力下下，为为保保证证使使用用寿寿命命和和性性能能所所允允许许的的短暂运行的最高转速。短暂运行的最高转速。3.最低转速最低转速nmin 为保证为保证液压泵可靠工作或运行效率不至过低液压泵可靠工作或运行效率不至过低所所允许的最低转速。允许的最低转速。（三）液压泵排量和流量（三）液压泵排量和流量1.排量排量Vp (m3/r) 是是指指在在不不考考虑虑泄泄漏漏的的情情况况下下，液液压压泵泵主主轴轴每每转转一一周所排出周所排出的液体体积。
5、的液体体积。2.理论流量理论流量qt (m3/s) 是是指指在在不不考考虑虑泄泄漏漏的的情情况况下下，单单位位时时间间内内排排出出的的液体体积。液体体积。qt =Vn3.实际流量实际流量qp 指液压泵工作时的输出流量。指液压泵工作时的输出流量。 qp= qt - q 4.额定流量额定流量qn 指在指在额定转速额定转速和和额定压力额定压力下泵输出的流量。下泵输出的流量。1.输入功率：输入功率： Pi=2nT2.输出功率：输出功率： Po=ppqp3.容积效率：容积效率： pv =qp /qt4.总效率：总效率： p =Po /Pi= ppqp/2nT=pm pv5.机械效率：机械效率： pm =
6、 /pv （四）功率与效率（四）功率与效率三、液压马达的主要性能参数三、液压马达的主要性能参数（一）压力（一）压力 液压马达的液压马达的额定压力额定压力、最高压力最高压力、工作压力工作压力的定义与液压泵相同，其差别是指液压马达的的定义与液压泵相同，其差别是指液压马达的进口压力进口压力，而液压马达的出口压力则称为，而液压马达的出口压力则称为背压背压。为保证液压马达运转的平稳性，一般取液压马为保证液压马达运转的平稳性，一般取液压马达的背压为达的背压为0.5MPa-1MPa。 （二）排量和流量（二）排量和流量 液压马达的排量、理论流量、实际流量、额定液压马达的排量、理论流量、实际流量、额定流量及泄漏
7、量的定义与液压泵类似，所不同的是进流量及泄漏量的定义与液压泵类似，所不同的是进入液压马达的液体体积，入液压马达的液体体积，且且实际流量实际流量qM大于理论流大于理论流量量qMt,即即qM- qMt=ql理论转速：理论转速：nt= qM /VM容积效率：容积效率： Mv qMt / qM （ qM -ql ）/ qM 1 ql / qM输出转速输出转速nM= （qM -ql ）/VM= qM /VM Mv（三）液压马达的转速和容积效率（三）液压马达的转速和容积效率（四）液压马达的转矩和机械效率（四）液压马达的转矩和机械效率实际输出转矩实际输出转矩 TMTMt-T 理论输出转矩理论输出转矩 TMt
8、p VM/ 2机械效率机械效率MmTM/TMt（五）功率与总效率（五）功率与总效率1.输入功率：输入功率：PMi=pMqM 2.输出功率：输出功率：PMo=2nMTM3.总效率：总效率： M=PMo/PMi=2nMTM/pMqM=Mm Mv1、某泵转速、某泵转速n=950转转/分，空载流量为分，空载流量为160升升/分，在压力分，在压力为为29.5Mpa时，相同转速下的实际流量为时，相同转速下的实际流量为150升升/分，泵分，泵的总效率为的总效率为=0.87，求：（求：（1）容积效率）容积效率 ？（？（2）机械效率）机械效率 ？（3）驱动泵的电机功率）驱动泵的电机功率N ?2、液压泵进口压力、
9、液压泵进口压力 ， 出口压力出口压力 ，实际输出流量实际输出流量 ，泵输入转矩，泵输入转矩 ，输入转速，输入转速 ，容积效率，容积效率 。试求：。试求：（1）泵的输入功率）泵的输入功率 ，（，（2）泵的输出功率）泵的输出功率 ，（，（3）泵的总效率泵的总效率 ，（，（4） 泵的机械效率泵的机械效率四、液压泵和液压马达的分类四、液压泵和液压马达的分类 按运动部件的形状和运动方式分为按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，螺杆泵。柱塞泵，螺杆泵。 齿轮泵又齿轮泵又分外啮合齿轮泵分外啮合齿轮泵和和内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵 叶片泵又分叶片泵又分双作用叶片泵双作用叶片泵，单
10、作用叶片泵单作用叶片泵和和凸轮凸轮转子泵转子泵 柱塞泵又分柱塞泵又分径向柱塞泵径向柱塞泵和和轴向柱塞泵轴向柱塞泵 按排量能否变量分按排量能否变量分定量泵定量泵和和变量泵变量泵。 单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵变量泵1.1.液压泵的分类液压泵的分类ns500r/min 为为高速液压马达高速液压马达：齿轮马达，：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达叶片马达，轴向柱塞马达ns 500r/min 为为低速液压马达低速液压马达：径向柱塞马：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）曲线径
11、向柱塞马达）2.2.马达的分类：马达的分类：a.单向定量液压泵 b.双向定量液压泵c.单向变量液压泵 d.双向变量液压泵3.3.液压泵和液压马达的图形符号：液压泵和液压马达的图形符号：a.单向定量液压马达 b.双向定量液压马达c.单向变量液压马达 d.双向变量液压马达3.2 齿轮泵和齿轮马达齿轮泵和齿轮马达齿轮泵的分类齿轮泵的分类外啮合外啮合内啮合内啮合 分类分类按齿形曲线按齿形曲线按啮合形式按啮合形式渐开线渐开线摆线摆线 一、齿轮泵原理和结构一、齿轮泵原理和结构1. 1. 结构：齿轮、壳体、端盖等结构：齿轮、壳体、端盖等 动画演示动画演示2. 2. 工作原理工作原理 密封工作腔：泵体、密封工
12、作腔：泵体、端盖和齿轮的各个齿间槽端盖和齿轮的各个齿间槽组成了若干个密封工作容组成了若干个密封工作容积。积。 齿轮啮合线齿轮啮合线将吸油区和将吸油区和压油区隔开，起配流作用。压油区隔开，起配流作用。吸油过程：轮齿脱开啮合吸油过程：轮齿脱开啮合V p 吸油；吸油；排油过程：轮齿进入啮合排油过程：轮齿进入啮合V p 排油。排油。动画演示动画演示二、排量和平均流量的计算二、排量和平均流量的计算排量：排量：V=Dhb =2zm2b z 齿数齿数;m 齿轮模数齿轮模数;b 齿宽齿宽;h 有效齿高有效齿高;h=2zm.实际流量：实际流量： q=Vnv =Dhbnv =2zm2bn v 1、泄漏问题、泄漏问
13、题泄漏泄漏 齿轮泵存在齿轮泵存在端面泄漏端面泄漏、径向泄漏径向泄漏和和轮齿轮齿啮合处啮合处泄漏泄漏。其中其中端面泄漏端面泄漏占占80808585。三、齿轮泵结构特点三、齿轮泵结构特点减少泄露的措施：间隙补偿减少泄露的措施：间隙补偿 其中端面其中端面间隙补偿采用静压间隙补偿采用静压平衡平衡 在齿轮和盖板之间增加一个在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如补偿零件，如浮动轴套浮动轴套或或浮动侧浮动侧板板，在浮动零件的背面引入，在浮动零件的背面引入压力压力油油，让作用在背面的液压力稍，让作用在背面的液压力稍大大于于正面的液压力，其差值由一层正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。很薄的油膜承受。吸压1
14、) 产生原因：产生原因： 1，构成闭死容积，构成闭死容积Vb2)危害危害: Vb由大由大小，小，p, 油液发油液发热，轴承磨损。热，轴承磨损。 Vb由小由小大，大，p , 汽蚀、汽蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀噪声、振动、金属表面剥蚀。2. 困油现象困油现象动画演示动画演示卸卸荷措施荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 原则原则： Vb由大由大小，与压油腔相通小，与压油腔相通 Vb由小由小大，与吸油腔相通大，与吸油腔相通 保证保证吸、压油腔始终不通吸、压油腔始终不通3. 径向力不平衡径向力不平衡1 1）原因：齿谷内的）原因：齿谷内的油液由油液由吸油区的低吸油区的低
15、压压逐步增压到逐步增压到压油压油区的高压区的高压。 2 2）危害：轴承磨损、）危害：轴承磨损、刮壳。刮壳。3 3）液压径向力的平衡措施）液压径向力的平衡措施之一：之一： 通过在盖板上通过在盖板上开设平衡开设平衡槽槽，使它们分别与低、高，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。压径向力平衡的作用。 四、内啮合齿轮泵四、内啮合齿轮泵 与外啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵相比，内啮合渐开相比，内啮合渐开线齿轮泵具有线齿轮泵具有流量流量脉动小脉动小，结构紧凑，结构紧凑，重量轻，噪音小，重量轻，噪音小，效率高，效率高，无困油现无困油现象象等一系列优点等一系列优点。1.
16、1. 渐开线齿轮泵渐开线齿轮泵动画动画 内啮合摆线齿轮内啮合摆线齿轮泵的优点是结构紧凑，泵的优点是结构紧凑，零件少，工作容积大，零件少，工作容积大，转速高转速高，运动平稳，运动平稳，噪音低。噪音低。 缺点是缺点是流量脉动流量脉动比较大比较大，啮合处间隙，啮合处间隙泄漏大，工作压力较泄漏大，工作压力较低，通常作为润滑补低，通常作为润滑补油等油等辅助泵辅助泵使用。使用。2. 摆线齿轮泵（转子泵）摆线齿轮泵（转子泵）3-3 叶片泵叶片泵分类分类单作用单作用双作用双作用每转排油一次每转排油一次每转排油两次每转排油两次变量泵变量泵定量泵定量泵单作用叶片泵双作用叶片泵（1 1）组成）组成: : 转子、定子
17、、叶片、转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等配油盘、壳体、端盖等一、单作用叶片泵 （2 2）特点：）特点： 定子和转子偏心定子和转子偏心, ,定子与定子与转子不同心，存在一个转子不同心，存在一个偏心偏心距距e e； 定子内曲线是定子内曲线是圆圆； 配油盘配油盘有二个月牙形窗口。有二个月牙形窗口。 叶片靠叶片靠离心力离心力伸出。伸出。1.1.工作原理工作原理图图2.72.7单作用叶片泵工作原理单作用叶片泵工作原理1 1压油口压油口;2 ;2 转子转子;3 ;3 定子定子;4 ;4 叶片叶片;5 ;5 吸油口吸油口 （3 3）工作原理）工作原理密封工作腔（转子、定子、密封工作腔（转子、定子、叶片
18、、配油盘组成）叶片、配油盘组成）吸油过程：叶片伸出吸油过程：叶片伸出V p 吸油；吸油；排油过程：叶片缩回排油过程：叶片缩回V p 排油。排油。旋转一周，完成旋转一周，完成一次吸油，一次吸油，一次排油一次排油单作用泵单作用泵径向力不平衡径向力不平衡非平衡非平衡式叶片泵式叶片泵 （一个吸油区，一个排油（一个吸油区，一个排油区）区）动画动画2. 2. 流量计算和流量脉动流量计算和流量脉动1) 1) 流量计算流量计算： 式中：式中：B B- - 叶片宽度叶片宽度 e e 偏心距偏心距 D D - - 定子内径定子内径排量：排量：流量：流量：3、单作用叶片泵的结构要点、单作用叶片泵的结构要点（1）为了
19、调节泵的输出流量，需要移动定）为了调节泵的输出流量，需要移动定子的位置，以改变子的位置，以改变偏心距偏心距e。（2）径向液压力不平衡径向液压力不平衡，故限制了工作压，故限制了工作压力的提高。单作用叶片泵的额定压力不超力的提高。单作用叶片泵的额定压力不超过过7MPa。（3）叶片数越多，流量）叶片数越多，流量脉动率越小脉动率越小，奇数奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小脉动率小。二、双作用叶片泵二、双作用叶片泵1 1、结构特点：、结构特点：组成：定子、转子、叶片、配流组成：定子、转子、叶片、配流盘、泵轴、泵体等。盘、泵轴、泵体等。 定子和转子同心；定子和转子同心；
20、定子内曲线由四段圆弧和四段定子内曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成；过渡曲线组成； 配油盘上有四个月牙形窗口。配油盘上有四个月牙形窗口。结构特点：结构特点：旋转一周，完成二次吸油，二次排油旋转一周，完成二次吸油，二次排油双作用泵双作用泵径向力平衡径向力平衡平衡式叶片泵平衡式叶片泵( (两个吸油区，两个排油区）两个吸油区，两个排油区）2 2、工作原理：、工作原理：（动画动画）（动画动画）V=2(R2-r2)Bq=Vnv = 2(R2-r2)Bn v其中：其中：B - 叶片宽度叶片宽度 R - 定子长轴半径定子长轴半径 r - 定子短轴半径定子短轴半径 叶片倾角叶片倾角 b 叶片厚度叶片厚度 Z-叶
21、片数目叶片数目忽略叶片厚度忽略叶片厚度: :V=2(R2-r2)B -2BbZ(R-r)/cosq=Vnv = 2(R2-r2)Bn v-2BbZ(R-r)/cos nv如考虑叶片厚度如考虑叶片厚度: :3 3、 流量计算流量计算1.1.结构特点结构特点: : 弹簧、反馈柱塞、弹簧、反馈柱塞、 限位螺钉。限位螺钉。e eo o o o2.2.工作原理：工作原理： 靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距 的大小来的大小来改变流量。改变流量。转子中心固定，转子中心固定，定子可以水平移动定子可以水平移动外反馈、限压外反馈、限压三、限压式变量叶片泵（三、限压式变量叶片泵（动画
22、动画）3.3.限压式变量泵的流量压力特性限压式变量泵的流量压力特性(1)调节调节Fs，可调节，可调节pc，pmax，使使BC段左右平移。段左右平移。(2)若更换弹簧，可改变若更换弹簧，可改变BC段斜率段斜率(3)调节偏心距，可使调节偏心距，可使AB段上下平移，段上下平移， BC段斜段斜率不变。率不变。轴向式轴向式n径向式径向式3-4 柱塞泵柱塞泵 一一 、径向柱塞泵、径向柱塞泵（1 1）组成：）组成： 定子不动定子不动 缸体（转子）转动缸体（转子）转动 偏心距偏心距e e 配油轴（不动）配油轴（不动） 衬套（与缸体紧配合）衬套（与缸体紧配合）（2 2）工作原理）工作原理 密封工作腔密封工作腔柱
23、塞伸出：离心力柱塞伸出：离心力1 1、工作原理、工作原理动画动画2 2、流量计算、流量计算（1 1）径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，）径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，（2 2）配油轴受到）配油轴受到径向不平衡液压力径向不平衡液压力的作用，易于磨的作用，易于磨损，限制了它转速和压力的提高。损，限制了它转速和压力的提高。 （3 3）可作成）可作成单向单向或或双向双向变量泵变量泵（4 4）存在）存在困油现象困油现象3 3、结构特点、结构特点二、轴向柱塞泵二、轴向柱塞泵1 1、工作原理、工作原理录像* * 缸体转动缸体转动* * 斜盘、配油盘不动斜盘、配油盘不动缸体、柱塞、配油盘、斜盘缸体、柱
24、塞、配油盘、斜盘（1 1）组成：）组成：密封工作腔（缸体孔、柱塞底部）密封工作腔（缸体孔、柱塞底部） 由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。排油。吸油过程：柱塞伸出吸油过程：柱塞伸出Vp吸油；吸油；排油过程：柱塞缩回排油过程：柱塞缩回vp排油。排油。（2 2）工作原理）工作原理2. 2. 流量计算流量计算排量排量: :一个密封空间一个密封空间: :流量流量: :式中：式中： d - 柱塞直径柱塞直径 D - 柱塞分布圆直径柱塞分布圆直径 - 斜盘倾角斜盘倾角
25、z - 柱塞数柱塞数 q tg , q ; q 。改变改变 的大小的大小变量泵；变量泵；改变改变 的方向的方向双向泵。双向泵。流量脉动率：流量脉动率：z为奇数为奇数z为偶数为偶数结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数越多，脉动越小。越多，脉动越小。一般取一般取 z = 7、9、113 3、结构要点、结构要点（1 1）缸体端面间隙自动补偿。）缸体端面间隙自动补偿。（2 2）滑履结构：柱塞与滑履为球面接触，滑履与斜）滑履结构：柱塞与滑履为球面接触，滑履与斜盘为平面接触，改善了受力状态。盘为平面接触，改善了受力状态。（3 3）变量机构：改变斜盘倾角可以改变其排量
26、。）变量机构：改变斜盘倾角可以改变其排量。4.4.特点及应用特点及应用 特点：特点：n容积效率高，压力高。（容积效率高，压力高。（v v=0.98, p = 32 Mpa=0.98, p = 32 Mpa） 柱塞和缸体均为圆柱表面柱塞和缸体均为圆柱表面, ,易加工易加工, ,精度高，内泄小精度高，内泄小n结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小; ;n易于实现变量；易于实现变量；n构造复杂构造复杂, ,成本高；成本高；n对油液污染敏感。对油液污染敏感。 应用：应用：n用于高压、高转速的场合。用于高压、高转速的场合。5. 5. 典型结构典型结构SCY14-1型轴向柱塞泵型
27、轴向柱塞泵 （p = 32 MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴结构特点结构特点n滑靴：降低接触应力，减小磨损。滑靴：降低接触应力，减小磨损。n柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。n变量机构：手动变量机构。变量机构：手动变量机构。工作原理动画演示工作原理动画演示3.6 液压马达液压马达3.6.1 3.6.1 液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数1 1液压马达的转矩液压马达的转矩2 2液压马达的转速液压马达的转速3.6.2 叶片马达叶片马达 叶片马达的工作原理叶片马达的工作原理3.6.3 3.6.3 轴向柱塞马达轴向柱塞马达1 1轴向柱塞式液压马达的工作原理轴向柱塞式液压马达的工作原理
