第二章液壓泵

液壓泵第一節(jié)液壓泵概述

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性。液壓泵基本工作原理以單柱塞泵為例：組成：偏心輪、柱塞、彈簧、缸體、兩個(gè)單向閥。柱塞與缸體孔之間形成密閉容積。柱塞直徑為d，偏心輪偏心距為e。偏心輪旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，向下運(yùn)動(dòng)吸油，向上運(yùn)動(dòng)排油。

泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)排出的油液體積稱為排量，排量只與泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。V=Sπd2/4=eπd2/2液壓泵正常工作的三個(gè)必備條件必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件和非運(yùn)動(dòng)件所構(gòu)成的密閉容積；密閉容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)作周期性的變化，容積由小變大——吸油，由大變小——壓油；密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。單柱塞泵是通過兩個(gè)單向閥來實(shí)現(xiàn)這一要求的。液壓泵的主要性能參數(shù)（一）液壓泵的壓力吸入壓力：泵的進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力。工作壓力p

：泵工作時(shí)的出口壓力，大小取決于負(fù)載。額定壓力ps

：正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。（二）液壓泵的排量、流量和容積效率排量V：液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排除的油液體積，又稱為理論排量或幾何排量。常用單位為cm3/r。排量的大小僅與泵的幾何尺寸有關(guān)。平均理論流量q

t：泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上排出的油液體積，q

t=nv

，單位為m3/s

或L/min

。實(shí)際流量q

：泵在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排出的油液體積。在泵的出口壓力≠0時(shí)，因存在泄漏流量Δq，因此q=qt-Δq

。瞬時(shí)理論流量qsh

：任一瞬時(shí)理論輸出的流量，一般泵的瞬時(shí)理論流量是波動(dòng)的，即qsh≠q

t。額定流量q

s

：泵在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的流量。容積效率ηv：ηv=q/q

t=（q

t-Δq）/q

t（三）液壓泵的功率和效率輸入功率Pr：驅(qū)動(dòng)液壓泵軸的機(jī)械功率為泵的輸入功率，Pr=Tω

式中T為轉(zhuǎn)矩，ω為角速度輸出功率P：泵輸出的液壓功率，

P=pq總效率ηp

和機(jī)械效率ηm：

ηp=P/P

r=pq/Tω=ηvηm（四）液壓泵的轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n

s：額定壓力下能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速。最高轉(zhuǎn)速n

max：額定壓力下，超過額定轉(zhuǎn)速允許短時(shí)間運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。最低轉(zhuǎn)速n

min：正常運(yùn)轉(zhuǎn)允許的最低轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速范圍：最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速。

液壓泵柱塞式葉片式齒輪式軸向柱塞式徑向柱塞式單作用葉片式雙作用葉片式外嚙合式內(nèi)嚙合式液壓泵的分類

液壓泵定量式變量式手動(dòng)調(diào)節(jié)排量自動(dòng)調(diào)節(jié)排量恒壓式限壓式恒功率恒流量液壓泵的選用選用原則：是否要求變量要求變量選用變量泵。工作壓力柱塞泵的額定壓力最高。工作環(huán)境齒輪泵的抗污能力最好。噪聲指標(biāo)雙作用葉片泵和螺桿泵屬低噪聲泵。效率軸向柱塞泵的總效率最高。液壓泵的圖形符號(hào)思考題已知液壓泵的額定壓力Ps=21MPa，額定流量qs=200L/min，總效率η＝0.9，機(jī)械效率ηm=0.93。試求：1)驅(qū)動(dòng)泵所需的額定功率P；

2)泵的泄漏量Δq。第二節(jié)柱塞泵

柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3。徑向柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵閥式配流徑向柱塞泵（吸油、壓油是通過兩個(gè)單向閥的開啟或關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)）軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵斜軸式無鉸軸向柱塞泵配流軸

式徑向

柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵工作原理工作原理缸體均布有七個(gè)柱塞孔，柱塞底部空間為密閉工作腔。柱塞其頭部滑履與定子內(nèi)圓接觸。定子與缸體存在偏心。配流軸傳動(dòng)軸

排量公式

V=（πd

2/2）ez

e——定子與缸體之間的偏心距

Z——柱塞數(shù)d——柱塞直徑配流軸式徑向柱塞泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)配流軸配流，因配流軸上與吸、壓油窗口對(duì)應(yīng)的方向開有平衡油槽，使液壓徑向力得到平衡，容積效率較高。柱塞頭部裝有滑履，滑履與定子內(nèi)圓為面接觸，接觸面比壓很小。可以實(shí)現(xiàn)多泵同軸串聯(lián)，液壓裝置結(jié)構(gòu)緊湊。改變定子相對(duì)缸體的偏心距可以改變排量，且變量方式多樣。斜盤式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖缸體柱塞滑履組配流盤斜盤式軸向柱塞泵工作原理工作原理缸體均布Z個(gè)柱塞孔，分布圓直徑為D柱塞滑履組柱塞直徑為d斜盤相對(duì)傳動(dòng)軸傾角為α配流盤傳動(dòng)軸排量公式

V=（πd

2/4）Dz

tg

α改變斜盤傾角可以改變泵的排量斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三對(duì)磨擦副：柱塞與缸體孔，缸體與配流盤，滑履與斜盤。容積效率較高，額定壓力可達(dá)31.5MPa。泵體上有泄漏油口。傳動(dòng)軸是懸臂梁，缸體外有大軸承支承。為減小瞬時(shí)理論流量的脈動(dòng)性，取柱塞數(shù)為奇數(shù)：5，7，9。為防止密閉容積在吸、壓油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽或減振孔。斜軸式無鉸軸向柱塞泵工作原理與斜盤式軸向柱塞泵類似，只是缸體軸線與傳動(dòng)軸不在一條直線上，它們之間存在一個(gè)擺角β，柱塞與傳動(dòng)軸之間通過連桿連接。傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)通過連桿撥動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)制帶動(dòng)柱塞在缸體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，不僅可增大擺角來增大流量，且耐沖擊、壽命長(zhǎng)。作業(yè)1、軸配流徑向柱塞泵的柱塞直徑d=20mm，柱塞數(shù)z=5，偏心距e=6mm，工作壓力p=10MPa，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，容積效率ηv=0.95，機(jī)械效率ηm=0.9。試求：1）泵的理論排量、理論流量和實(shí)際流量2）泵的輸出功率和輸入功率3）偏心距e=4mm時(shí)泵的理論流量和實(shí)際流量2、某液壓泵在輸出壓力為6.3MPa時(shí)，輸出流量為，這是實(shí)測(cè)油泵軸消耗功率7kW，當(dāng)泵空載卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出流量為，求該泵的容積效率和總效率。

3、有一軸向柱塞泵，已知柱塞直徑d=20mm，柱塞分布圓直徑D=60mm，柱塞數(shù)z=7，斜盤傾角α=20度，轉(zhuǎn)速n=1450r/min，工作壓力p=28MPa，機(jī)械效率ηm=0.9，容積效率ηv=0.95，求：1)泵的實(shí)際流量和輸入功率2)若其他參數(shù)不變，斜盤傾角α=12度，求泵的實(shí)際流量和輸入功率1)若其他參數(shù)不變，僅泵的轉(zhuǎn)速n=1000r/min，求泵的實(shí)際流量和輸入功率第三節(jié)葉片泵葉片泵又分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。雙作用葉片泵只能作定量泵用，單作用葉片泵可作變量泵用。雙作用葉片泵因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)滑動(dòng)兩次，完成兩次吸油和壓油而得名。單作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用。雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)組成定子其內(nèi)環(huán)由兩段大半徑R圓弧、兩段小半徑r

圓弧和四段過渡曲線組成轉(zhuǎn)子銑有Z個(gè)葉片槽，且與定子同心，寬度為B葉片在葉片槽內(nèi)能自由滑動(dòng)左、右配流盤開有對(duì)稱布置的吸、壓油窗口傳動(dòng)軸雙作用葉片泵工作原理工作原理（動(dòng)畫）

由定子內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)子外圓和左右配流盤組成的密閉工作容積被葉片分割為四部分，傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片在離心力作用和葉片根部的液壓力作用下緊貼定子內(nèi)表面，因定子內(nèi)環(huán)由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧和四段過渡曲線組成，故有兩部分密閉容積將減小，受擠壓的油液經(jīng)配流窗口排出，兩部分密閉容積將增大形成真空，經(jīng)配流窗口從油箱吸油。

排量公式

V=2πB（R2–r2）-2zBS（R-r）/cosθ

θ為葉片傾角雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)徑向力平衡。為保證葉片自由滑動(dòng)且始終緊貼定子內(nèi)表面，葉片槽根部全部通壓力油。合理設(shè)計(jì)過渡曲線形狀和葉片數(shù)（z≥8），可使理論流量均勻，噪聲低。（一般情況下z=12、16）定子曲線圓弧段圓心角β≥兩葉片之間的圓心角α=2π/z，困油現(xiàn)象不會(huì)產(chǎn)生。為減少兩葉片間的密閉容積在吸壓油腔轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變而引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽。葉片泵的葉片槽沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜，傾斜角一般為13°。因存在閉死容積大小發(fā)生變化而導(dǎo)致的壓力沖擊、氣蝕、噪聲等危害液壓泵的性能和壽命的現(xiàn)象。高壓葉片泵葉片槽根部全部通壓力油會(huì)帶來以下副作用：定子的吸油腔部被葉片刮研，造成磨損；減少了泵的理論排量；可能引起瞬時(shí)理論流量脈動(dòng)。

這樣，影響了泵的壽命和額定壓力的提高。

提高雙作用葉片泵額定壓力的措施：采用浮動(dòng)配流盤實(shí)現(xiàn)端面間隙補(bǔ)償減小通往吸油區(qū)葉片根部的油液壓力（↓p）

減小吸油區(qū)葉片根部的有效作用面積階梯式葉片（↓s）子母葉片（↓b）柱銷式葉片（↓b）單作用葉片泵工作原理定子內(nèi)環(huán)為圓轉(zhuǎn)子與定子存在偏心e，銑有z個(gè)葉片槽葉片在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)自由滑動(dòng)，寬度為B，位于吸油區(qū)的葉片根部通吸油腔，位于壓油區(qū)的葉片根部同壓油腔。左、右配流盤銑有吸、壓油窗口傳動(dòng)軸

排量公式

V=4BzResin(π/z)單作用葉片泵的特點(diǎn)可以通過改變定子的偏心距

e來調(diào)節(jié)泵的排量和流量。葉片槽根部分別通油，葉片厚度對(duì)排量無影響。因葉片矢徑是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，瞬時(shí)理論流量是脈動(dòng)的。葉片數(shù)取為奇數(shù)，以減小流量的脈動(dòng)。為了更有利于葉片在慣性力作用下向外伸，葉片有一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的傾斜角，一般為24°。限壓式變量葉片泵變量原理

(動(dòng)畫)定子右邊控制活塞作用著泵的出口壓力油，左邊作用著調(diào)壓彈簧力，當(dāng)F<Ft時(shí)，定子處于右極限位置，e=emax，泵輸出最大流量；若泵的壓力隨負(fù)載增大，導(dǎo)致F>Ft，定子將向偏心減小的方向移動(dòng)，泵的輸出流量減小。限壓式變量葉片泵特性曲線調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)螺釘?shù)念A(yù)壓縮量，即改變特性曲線中拐點(diǎn)B的壓力大小

pB，曲線BC沿水平方向平移。調(diào)節(jié)定子右邊的最大流量調(diào)節(jié)螺釘，可以改變定子的最大偏心距emax，即改變泵的最大流量，曲線AB上下移動(dòng)。

限壓式變量葉片泵的壓力流量特性曲線如圖ABC曲線BC的斜率與彈簧的剛度有關(guān)，泵的最高壓力pc也就不同。4、有一限壓式葉片泵，葉片寬度B=24mm，定子內(nèi)圓半徑R=26.3mm，葉片數(shù)Z=9，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，反饋活塞作用面積A=10mm2，調(diào)壓彈簧剛度K=4000N/m，當(dāng)泵的工作壓力為零時(shí)，泵的流量為q0=20L/min；工作壓力p=2MPa時(shí)，泵的輸出流量q=19L/min，當(dāng)泵的工作壓力p大于2MPa時(shí)，泵的輸出流量呈線性減小。求：（1）調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量x0（2）定子的最大偏心距emax（3）泵的最高限定壓力pc（4）泵的最大輸出功率Pmax第三節(jié)齒輪泵齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，根據(jù)嚙合形式不同分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。因螺桿的螺旋面可視為齒輪曲線作螺旋運(yùn)動(dòng)所形成的表面，螺桿的嚙合相當(dāng)于無數(shù)個(gè)無限薄的齒輪曲線的嚙合，因此將螺桿泵放在齒輪泵一起介紹。外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)組成一對(duì)幾何參數(shù)完全相同的齒輪，齒寬為B，齒數(shù)為z泵體前后蓋板長(zhǎng)短軸工作原理

（動(dòng)畫）兩嚙合的輪齒將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，經(jīng)壓油口排油，退出嚙合的一側(cè)密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。外嚙合齒輪泵的排量公式

V=2πz

m2B

z—齒數(shù)，m—齒輪模數(shù)，B—齒寬齒輪節(jié)圓直徑Dj=mz一定時(shí)，為增大泵的排量，應(yīng)增大模數(shù)，減小齒數(shù)。齒輪泵的齒輪多為修正齒輪。修正后的齒輪節(jié)圓直徑Dj=m（z+1），齒頂圓直徑De=m（z+3）

齒輪泵的瞬時(shí)理論流量是脈動(dòng)的，這是齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要根源。為減少脈動(dòng)，可同軸安裝兩套齒輪，每套齒輪之間錯(cuò)開半個(gè)齒距，組成共壓油口和吸油口的兩個(gè)分離的齒輪泵。外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

泄漏與間隙補(bǔ)償措施齒輪泵存在端面泄漏、徑向泄漏和輪齒嚙合處泄漏。端面泄漏占80％—85％。端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施：在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動(dòng)軸套或浮動(dòng)側(cè)板，在浮動(dòng)零件的背面引入壓力油，讓作用在背面的液壓力稍大于正面的液壓力，其差值由一層很薄的油膜承受。液壓徑向力及平衡措施齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。作用在齒輪軸上液壓徑向力和輪齒嚙合力的合力

F=KpB

De

K為系數(shù)，對(duì)主動(dòng)齒輪K=0.75；對(duì)從動(dòng)齒輪K=0.85。

液壓徑向力的平衡措施：（1）通過在蓋板上開設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。（2）擴(kuò)大壓油腔（吸油腔）的方法。平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價(jià)。

困油現(xiàn)象與卸荷措施困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因齒輪重迭系數(shù)ε＞1，在兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合時(shí)，它們之間將形成一個(gè)與吸、壓油腔均不相通的閉死容積，此閉死容積隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)其大小發(fā)生變化，先由大變小，后由小變大。困油現(xiàn)象描述困油現(xiàn)象的危害

閉死容積由大變小時(shí)油液受擠壓，導(dǎo)致壓力沖擊和油液發(fā)熱，閉死容積由小變大時(shí)，會(huì)引起汽蝕和噪聲。卸荷措施

在前后蓋板或浮動(dòng)軸套上開卸