汽車液壓與氣壓 第二版 PPT (齊曉杰版)第三章 泵和馬達(dá)

第一節(jié)液壓泵第二節(jié)齒輪泵第三節(jié)葉片泵第四節(jié)柱塞泵第五節(jié)液壓馬達(dá)第六節(jié)液壓泵和液壓馬達(dá)的選用第三章液壓泵和液壓馬達(dá)【教學(xué)目的】

通過(guò)學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，熟悉液壓泵和液壓馬達(dá)的基本工作原理和分類，掌握液壓泵和液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本性能參數(shù)的計(jì)算，并了解選用液壓泵和液壓馬達(dá)的方法，為今后工作中進(jìn)行選型、安裝、調(diào)整和修理提供幫助?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】

液壓泵和液壓馬達(dá)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能參數(shù)計(jì)算?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】

液壓泵和液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能參數(shù)的計(jì)算。第三章液壓泵和液壓馬達(dá)

液壓泵是動(dòng)力元件，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，為系統(tǒng)提供壓力油。液壓馬達(dá)是執(zhí)行元件，將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)。液壓泵和液壓馬達(dá)從原理上講是可逆的,從結(jié)構(gòu)上講是相似的.第一節(jié)液壓泵一、液壓泵的工作原理【分析】工作原理，單柱塞液壓泵1—凸輪2—柱塞3—彈簧4—密封工作腔5—單向閥（吸油閥）6—單向閥（壓油閥）【原理】是靠密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的。（故這種泵又稱為容積式泵）【推論】排油量的大小取決于密封容積變化的大小?！緱l件】構(gòu)成容積式泵的必要條件：★有周期性的密封容積變化。（小—大，吸油；大—小，壓油）★有配流裝置。（它保證密封容積由小到大時(shí)，只與吸油管連通；由大到小時(shí)，只與壓油管連通。如上圖中的單向閥5、6，即起配流作用。）二、液壓泵的性能參數(shù)1、壓力（1）工作壓力（輸出壓力）：是指泵工作時(shí)輸出油液的實(shí)際壓力，即油液克服阻力而建立起來(lái)的壓力。泵的工作壓力決定于外界負(fù)載，外負(fù)載增大，工作壓力也隨之升高。負(fù)載為零時(shí)，泵的工作壓力也為零。（2）額定壓力（公稱壓力、銘牌壓力）：是指根據(jù)泵的效率和使用壽命確定的允許達(dá)到的最大工作壓力。工作壓力超過(guò)額定壓力即為過(guò)載。泵的最大工作壓力大小受泵本身的泄漏和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所制約。主要由泄漏所限制。2、排量和流量（1）排量：是指在不考慮泄漏的情況下，泵軸轉(zhuǎn)一周，泵所排出油液的體積。即轉(zhuǎn)一周，密封容積的變化量。用V表示，常用單位為L(zhǎng)/r。（2）理論流量：是指在不考慮泄漏的情況下，泵在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出的油液體積。用qvt表示，常用單位為m3/s或L/min。泵的理論流量等于排量和轉(zhuǎn)速的乘積，即

qvt=Vn泵的排量和理論流量是在不考慮泄漏的情況下計(jì)算出來(lái)的，故其值與泵的工作壓力無(wú)關(guān)。（3）實(shí)際流量：是指泵在工作時(shí)的實(shí)際輸出流量。（4）額定流量（公稱流量、銘牌流量）：是指泵在正常工作條件下（在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下），泵輸出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵的實(shí)際流量或額定流量都小于理論流量。3、功率（1）輸出功率：泵的輸出功率等于實(shí)際工作壓力與實(shí)際流量的乘積。即

Po=pqv

（液壓功率等于壓力和流量的乘積）（2）輸入功率：液壓泵的輸入功率為電機(jī)對(duì)泵軸的驅(qū)動(dòng)功率。其值為

Pi=Tiω=2πnTi式中：Ti——液壓泵的輸入轉(zhuǎn)矩ω——泵軸的角速度n——泵軸的轉(zhuǎn)速實(shí)際上，液壓泵在工作中，由于存在泄漏和機(jī)械摩擦，就有能量損失，故其輸出功率Po小于輸入功率Pi，即Po＜Pi。兩者之間的差值即為功率損失ΔP，功率損失可以分為容積損失和機(jī)械損失兩部分。4、液壓泵的效率（1）容積效率由于泵內(nèi)存在泄漏而造成流量上的損失，稱為容積損失。實(shí)際流量與理論流量的差值，稱為泵的泄漏量。以Δqv表示，：

Δqv=qvt－qvΔqv與泵的工作壓力p有關(guān)。Δqv與p成正比。即

Δqv=klpkl——液壓泵的泄漏系數(shù)Δqv隨p增大而增大，導(dǎo)致qv隨p增大而減小。容積效率：指泵的實(shí)際流量與理論流量的比值。用ηv表示。即：

ηv=qv/qvt=（qvt-Δqv）/qvt=1-Δqv/qvt=1-klp/Vn【結(jié)論】泵的輸出壓力愈高，泄漏量愈大，泵的容積效率也愈低。（p↑→Δqv↑→ηv↓）（2）機(jī)械效率液壓泵在工作時(shí)存在機(jī)械摩擦（相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間的摩擦及液體粘性引起的摩擦），因而造成轉(zhuǎn)矩上的損失，稱為機(jī)械損失。因此，對(duì)液壓泵來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)泵所需的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩Ti總是大于理論轉(zhuǎn)矩Tt，其差值ΔT=Ti-Tt，稱為轉(zhuǎn)矩?fù)p失。機(jī)械效率：理論轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩的比值。用ηm表示，即

ηm=Tt/Ti因泵的理論功率（當(dāng)忽略能量損失時(shí)）表達(dá)式為：Pt=pqvt=pVn=2πnTt（即理論輸出功率pqvt等于理論輸入功率2πnTt）則有：Tt=pV/2π∴ηm=pV/(2πTi)（3）總效率：是指泵的輸出功率與輸入功率的比值。用η表示。

η=Po/Pi=pqv/2πnTi=(qv/Vn)·(pV/2πTi)=ηvηm【結(jié)論】液壓泵的總效率等于容積效率和機(jī)械效率的乘積。三、液壓泵的分類

按結(jié)構(gòu)形式：齒輪泵（定量）（低壓）葉片泵（定量、變量）（中壓）柱塞泵螺桿泵按排量可否調(diào)節(jié)：定量泵（排量不能變化）變量泵（排量可變化）按壓力高低：低壓≤2.5MPa中壓＞2.5～8MPa中高壓＞8～16MPa高壓＞16～32MPa超高壓＞32MPa四、液壓泵的圖形符號(hào)

a）單向定量液壓泵b）雙向定量液壓泵c）單向變量液壓泵d）雙向變量液壓泵第二節(jié)齒輪泵一、外嚙合齒輪泵1、結(jié)構(gòu)：一般為分離三片式結(jié)構(gòu)（兩側(cè)端蓋和中間泵體）。泵體內(nèi)裝有一對(duì)齒數(shù)相同，寬度和泵體寬度相等的互相嚙合的齒輪。泵體、端蓋和齒輪之間形成了密封容腔，并由兩個(gè)齒輪的齒面接觸線將左右兩腔隔開(kāi)，形成了吸、壓油腔。2、工作原理：

【結(jié)論】吸、壓油靠密封容積的變化。3、排量、流量、流量脈動(dòng)排量：等于兩個(gè)齒輪的齒間槽容積之和。近似等于一個(gè)齒輪的齒槽容積和輪齒體積的總和。即：

V=πDhb=2πzm2b=常數(shù)（定量泵）式中：D——節(jié)圓直徑，D=mz；h——有效齒高，h=2mb——齒寬；z——齒數(shù)；m——模數(shù)實(shí)際上，齒槽容積比輪齒體積稍大些，所以通常?。?/p>

V=6.66zm2b流量：齒輪泵的實(shí)際輸出流量為：

qv=qvtηv=Vnηv=6.66zm2bnηv

上式中，qv是齒輪泵的平均流量。實(shí)際上，由于齒輪嚙合過(guò)程中，壓油腔容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。脈動(dòng)程度可用脈動(dòng)率表示，δ=(qvmax－qvmin)/qv式中：qvmax——最大瞬時(shí)流量；qvmin——最小瞬時(shí)流量齒數(shù)愈少，脈動(dòng)率愈大，其值最大可達(dá)20%。流量脈動(dòng)引起壓力脈動(dòng)，隨之產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，所以高精度機(jī)械不宜采用齒輪泵。（內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動(dòng)率小得多）4、外嚙合齒輪泵在結(jié)構(gòu)上存在的幾個(gè)問(wèn)題（1）困油現(xiàn)象【原因】由于齒輪嚙合的重合度大于1，使油液困在封閉容積內(nèi)。【危害】封閉容積由大到小時(shí)，油液受擠壓，油壓升高，油液發(fā)熱，并使軸承受額外負(fù)載；封閉容積由小到大時(shí)，造成局部真空，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)。【措施】?jī)蓚?cè)蓋板上開(kāi)卸荷槽。使封閉容積減小時(shí)，與排油腔相通；封閉容積增大時(shí)與吸油腔相通。（2）徑向不平衡力【原因】由于壓油腔與吸油腔壓力不相等?！疚：Α靠赡茉斐升X頂與泵體接觸而產(chǎn)生磨損?！敬胧繙p小不平衡力的措施：增大吸油口，減小壓油口。使兩邊作用力大小盡量接近。（3）泄漏【途徑】齒輪泵壓油腔的壓力油可通過(guò)三條途徑泄漏到吸油腔去：★通過(guò)齒輪嚙合處的間隙；★通過(guò)泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙；★通過(guò)齒輪兩端面和蓋板間的端面間隙。在三類間隙中，以端面間隙的泄漏量最大，約占泄漏量的75%-80%。泵的壓力愈高，間隙泄漏就愈大，因此，一般齒輪泵只適用于低壓，且容積效率亦很低。5、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施齒輪泵由于泄漏（主要是端面泄漏）和存在徑向不平衡力的原因，壓力不易提高。對(duì)于泄漏量最大處的端面間隙，采用端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。如圖，其原理是利用特制的通道將壓力油引入浮動(dòng)軸套或側(cè)板的外側(cè)，使浮動(dòng)軸套或側(cè)板內(nèi)側(cè)緊貼齒輪端面（起動(dòng)時(shí)，靠彈簧預(yù)緊力）。壓力愈高，貼得愈緊。因而自動(dòng)補(bǔ)償端面磨損和減小間隙。6、外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)【優(yōu)點(diǎn)】結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，制造方便，價(jià)格低，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大），對(duì)油液的污染不敏感，又因齒輪是對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)體，故允許轉(zhuǎn)速較高?！救秉c(diǎn)】一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄漏大，工作壓力的提高受到限制（低壓泵）；流量脈動(dòng)大，因而壓力脈動(dòng)和噪聲大；排量不可調(diào)（定量泵）。二、內(nèi)嚙合齒輪泵

有漸開(kāi)線齒形和擺線齒形（1）漸開(kāi)線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵由小齒輪、內(nèi)齒環(huán)、月牙形隔板組成。月牙形隔板在內(nèi)齒環(huán)和小齒輪之間，將吸、壓油腔隔開(kāi)。（2）擺線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵又稱擺線轉(zhuǎn)子泵。外轉(zhuǎn)子齒數(shù)比內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)多一個(gè)，兩轉(zhuǎn)子之間有一偏心距。內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)，在工作時(shí)，所有內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒都進(jìn)入嚙合，形成幾個(gè)獨(dú)立的密封腔。內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，噪聲小，脈動(dòng)小。但與外嚙合比，齒形復(fù)雜，加工困難，價(jià)格較貴。第三節(jié)葉片泵【特點(diǎn)】結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，輸油量均勻，噪聲?。坏Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油特性差，對(duì)油液污染較敏感等缺點(diǎn)?！痉诸悺堪疵哭D(zhuǎn)吸排油的次數(shù)分為：?jiǎn)巫饔帽秒p作用泵按軸承上受徑向力的情況分為：平衡泵（卸荷泵）非平衡泵（非卸荷泵）按輸出油量是否可調(diào)分為：變量泵定量泵一、單作用葉片泵

1、工作原理【分析】★定子內(nèi)表面是一個(gè)圓，轉(zhuǎn)子與定子間有一偏心量e。★葉片靠離心力和葉片根部壓力油緊貼定子內(nèi)表面。

★轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、排油各一次——單作用泵。徑向力不平衡——不平衡泵（非卸荷泵）。調(diào)節(jié)偏心量e，可改變排量——變量泵。

2、排量和流量排量：V=2πbeD實(shí)際流量：qv=qvtηv=Vnηv=2πbeDnηv式中：b——葉片寬度；D——定子內(nèi)徑；e——偏心量由于單作用泵的定、轉(zhuǎn)子偏心安置，故其容積變化是不均勻的，存在流量脈動(dòng)。泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小，且葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)的脈動(dòng)率比偶數(shù)時(shí)的脈動(dòng)率小，所以，單作用泵的葉片數(shù)總?cè)∑鏀?shù)，一般為13或15片。3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）定子和轉(zhuǎn)子偏心安置。移動(dòng)定子位置以改變偏心量，從而改變泵的輸出流量；偏心反向時(shí)，吸油壓油方向也相反。（2）徑向液壓力不平衡。轉(zhuǎn)子及軸承上承受著不平衡的徑向力，故額定壓力不超過(guò)7MPa。（3）葉片后傾。葉片底部油槽采取在壓油區(qū)與壓油腔相通，在吸油區(qū)與吸油腔相通。因而，葉片的底部和頂部所受的液壓力是平衡的，這樣，葉片的向外運(yùn)動(dòng)主要靠旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力。根據(jù)力學(xué)分析，葉片后傾一個(gè)角度更有利于葉片在慣性力作用下向外伸出。通常后傾角為24°。4、限壓式變量葉片泵外反饋限壓式變量葉片泵：

1—最大流量調(diào)節(jié)螺釘2—反饋缸活塞3—調(diào)壓彈簧4—限定壓力調(diào)節(jié)螺釘★當(dāng)工作壓力p＜pB（限定壓力）時(shí)，pA＜kx0，定子不動(dòng)，最大偏心距e0不變，其特性相當(dāng)于定量泵，qv=qmax-klp，（Δqv=klp為泄漏量）；★當(dāng)工作壓力p＞pB時(shí)，pA＞kx0，限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心距減小，流量也隨之迅速減小?！锂?dāng)壓力大到泵內(nèi)偏心所產(chǎn)生的流量全部用于補(bǔ)償泄漏時(shí)，泵的實(shí)際輸出流量為零，此時(shí)的壓力pC稱為極限壓力（截止壓力）。（適合于：快進(jìn)、工進(jìn)，過(guò)載保護(hù)）二、雙作用葉片泵（1）工作原理【分析】

★定子內(nèi)表面形似橢圓，由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧和四段過(guò)渡曲線組成；轉(zhuǎn)子外表面為圓?！锕ぷ髟砜咳~片間密封容積的變化?！镛D(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油作用發(fā)生兩次——雙作用泵。徑向力對(duì)稱，平衡——平衡式泵（卸荷式泵）排量不可調(diào)——定量泵2、排量和流量排量：V=2π(R2-r2)b（近似公式，忽略了葉片的厚度）實(shí)際流量：qv=Vnηv=2π(R2-r2)bnηv

雙作用葉片泵的脈動(dòng)率除螺桿泵外是各泵中最小的。流量脈動(dòng)率在葉片數(shù)為4的整數(shù)倍，且大于8時(shí)最小，故雙作用葉片泵的葉片數(shù)通常取為12或16片。3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）定子過(guò)渡曲線等加速等減速曲線（2）葉片傾角一般雙作用葉片泵的葉片沿ω方向前傾10°～14°。目的：減小壓力角，有利于葉片在槽內(nèi)滑動(dòng)，避免葉片卡死或折斷。（3）徑向力平衡由于吸、壓油口對(duì)稱分布，徑向力平衡。（4）端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償為了減少端面泄漏，將配流盤(pán)的右側(cè)與壓油腔連通，使配流盤(pán)在液壓推力作用下壓向定子。第四節(jié)柱塞泵

柱塞泵按柱塞排列方向不同分為：軸向柱塞泵、徑向柱塞泵。軸向柱塞泵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：斜盤(pán)式（直軸式）和斜軸式兩類。一、斜盤(pán)式軸向柱塞泵工作原理

【分析】

★由斜盤(pán)、柱塞、缸體、配流盤(pán)等組成。斜盤(pán)、配流盤(pán)不動(dòng)，傳動(dòng)軸、缸體、柱塞一起轉(zhuǎn)動(dòng)。柱塞與缸體中心線平行。斜盤(pán)與缸體間傾斜了一個(gè)γ角?！锔左w每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油、排油動(dòng)作。★改變斜盤(pán)傾角γ的大小，就能改變柱塞的行程長(zhǎng)度，改變泵的排量。★改變斜盤(pán)傾角的方向，就能改變吸、壓油方向，就成為雙向變量軸向柱塞泵。二、排量和流量

排量：V=1/4πd2D(tgγ)z

實(shí)際流量：qv=Vnηv=1/4πd2D(tgγ)znηv

式中：d——柱塞直徑；D——柱塞孔的分布圓直徑γ——斜盤(pán)傾角；z——柱塞數(shù)目

柱塞泵存在流量脈動(dòng)。柱塞數(shù)z越多且為奇數(shù)時(shí)，脈動(dòng)率越小，故柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)，常取z=7、9、11。三、斜盤(pán)式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)1、滑履結(jié)構(gòu)2、中心彈簧結(jié)構(gòu)3、缸體端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償4、變量機(jī)構(gòu)

四、柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)

【優(yōu)點(diǎn)】★由于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱體表面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，容積效率高，總效率高?！镏弥饕慵幱谑軌籂顟B(tài)，使材料強(qiáng)度性能得到充分利用，故柱塞泵常做成高壓泵。★改變斜盤(pán)傾角的大小或方向，可方便的使流量改變或吸、壓油反向，故易于實(shí)現(xiàn)單向或雙向變量。所以，柱塞泵具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高及流量調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)?！救秉c(diǎn)】結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有些零件對(duì)材料及加工工藝的要求高，因而在各類容積式泵中，柱塞泵的價(jià)格最高。柱塞泵常用于需要高壓大流量和流量需要調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng)，如拉床、插床、龍門(mén)刨床、液壓機(jī)、起重機(jī)械等。第五節(jié)液壓馬達(dá)一、工作原理

【分析】斜盤(pán)式軸向柱塞液壓馬達(dá)。★徑向反作用力FT對(duì)缸體軸線產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)?！锔淖円簤厚R達(dá)壓力油的輸入方向，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向發(fā)生改變。

二、性能參數(shù)

液壓馬達(dá)輸出的是機(jī)械能，所以它的主要性能參數(shù)是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。1、轉(zhuǎn)速排量：液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)一圈所需的液體量稱為液壓馬達(dá)的排量。用V表示。理論流量：液壓馬