第3章 液壓泵和液壓馬達(dá)

第三章液壓泵和液壓馬達(dá)§第一節(jié)概述一、液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理（一）工作原理⒈液壓泵的工作原理首先找到密封容腔。當(dāng)有效密封容腔由小變大時(shí)，吸油，當(dāng)有效密封容腔由大變小時(shí)，排油。12⒉液壓馬達(dá)的工作原理如果把油泵看為一個(gè)把機(jī)械能（轉(zhuǎn)速和扭矩）轉(zhuǎn)換為液壓能（壓力和流量）的能量轉(zhuǎn)換裝置，則液壓馬達(dá)是一個(gè)把液壓能重新轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（轉(zhuǎn)速和扭矩）的能量轉(zhuǎn)換裝置。其工作原理隨馬達(dá)的類型有所區(qū)別。（二）分類根據(jù)不同的目的，可以對(duì)油泵和液壓馬達(dá)進(jìn)行不同的分類。按結(jié)構(gòu)形式分類，可以分為齒輪泵（馬達(dá)）、葉片泵（馬達(dá)）、柱塞泵（馬達(dá)），三大類。按輸出流量分類有定量泵（馬達(dá)）、變量泵（馬達(dá)）等。它們的圖形符號(hào)如下：3二、液壓泵（馬達(dá)）的壓力、排量和流量（一）壓力工作壓力：油泵的輸出壓力。即油泵輸出的油液克服阻力所 必須提供的壓力，它取決于負(fù)載。額定壓力：指使用中所允許達(dá)到的最大工作壓力，它取決于 油泵的材料強(qiáng)度和密封。也稱銘牌壓力。4（二）排量和流量油泵排量：在不考慮泄漏的情況下，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出的液 體體積。由油泵的結(jié)構(gòu)尺寸決定。馬達(dá)排量：在不考慮泄漏的情況下，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需輸入的 液體體積。由馬達(dá)的結(jié)構(gòu)尺寸決定。油泵（馬達(dá)）的流量：在不考慮泄漏的情況下，單位時(shí)間內(nèi)油泵（或馬達(dá))所排出的（或所需輸入的）液體體積。排量和理論流量的關(guān)系5理論流量和實(shí)際流量理論流量：不考慮泄漏時(shí)，排量和轉(zhuǎn)速的乘積。實(shí)際流量：考慮泄漏時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)輸出（或需輸入）的流量。理論流量和實(shí)際流量的關(guān)系6與油泵流量、排量和其它參數(shù)之間的關(guān)系如果油泵的負(fù)載增加，油泵的輸出壓力增加，則使泄漏量增大，油泵的輸出流量減小而排量不變。如果柱塞直徑增大（即油泵的結(jié)構(gòu)尺寸變化），則油泵的排量增加、流量增加。如果凸輪轉(zhuǎn)速增加，流量增加，排量不變。如果凸輪的偏心距變化，等于油泵的有效密封容積發(fā)生變化，則油泵的排量和流量都將隨之變化。78三、液壓泵和液壓馬達(dá)的功率和效率（一）油泵的功率和效率

油泵的輸出量是壓力和流量；輸入（即電機(jī)的輸出）是扭矩和轉(zhuǎn)速。在不考慮功率損失的情況下，得到理論功率：⒈油泵的功率損失油泵的功率損失分為容積損失和機(jī)械損失兩部分①容積損失：油泵的泄漏量9容積效率及其表達(dá)式油泵的泄漏量、流量、效率與壓力的關(guān)系圖10油泵的扭矩油泵在被電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的過程中，由于摩擦等機(jī)械方面的原因，使油泵從理論上需要輸入的扭矩小于實(shí)際輸入的扭矩，這兩者之差，就是機(jī)械損失。它表示為：機(jī)械效率：11⒉油泵的輸入功率、輸出功率和總效率①油泵的輸入功率②油泵的輸出功率12①油泵的總效率13需要記住的公式14（二）油馬達(dá)的主要性能參數(shù)15泵和馬達(dá)的能量轉(zhuǎn)換圖16§第二節(jié)齒輪泵和齒輪馬達(dá)齒輪泵的分類：齒輪泵的分類按不同方式有不同的名稱，一般有按壓力分類和嚙合方式來分類的，具體見教材一、齒輪泵的工作原理：認(rèn)識(shí)各種泵的原理應(yīng)該遵循以下 原則找出密封容積密封容積由大變?。ㄟM(jìn)入嚙合）排油密封容積由小變大（脫開嚙合）吸油17脫開嚙合吸油進(jìn)入嚙合排油18二、排量和流量的計(jì)算（略）三、齒輪泵的幾個(gè)問題（一）困油問題如圖a所示，為了傳動(dòng)平穩(wěn)，齒輪的重疊系數(shù)大于1，存在兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，形成一個(gè)密閉的容腔，這個(gè)容腔在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，由壓油腔向吸油腔移動(dòng)。①容腔的形成19②壓縮過程當(dāng)密閉容腔由圖a運(yùn)動(dòng)到圖b時(shí)，容腔體積在不斷地壓縮，壓力急劇上升，使軸承受到極大地附加荷載，降低了軸承的使用壽命，同時(shí)產(chǎn)生功率損失，使油溫增高；與此同時(shí)，容腔中的油液從一切可能泄漏的縫隙強(qiáng)行擠出一部分，增大了泄漏量。20③容腔增大過程當(dāng)密閉容積由小變大（圖b變化到圖c時(shí)），由于閉死容積增大，而又不能補(bǔ)油，所以在困油區(qū)形成真空，使融于油液中的氣體釋放出來而產(chǎn)生氣泡，引起強(qiáng)烈的噪音，振動(dòng)等現(xiàn)象。解決的辦法一般是在端蓋上開出卸荷槽。21（二）泄漏問題①泄漏途徑

一般通過徑向間隙、軸向間隙從高壓區(qū)向低壓區(qū)泄漏泄漏。主要泄漏通道為軸向間隙也稱端面間隙，大約70-80%的泄漏量是通過這條通道泄漏的。②解決的途徑在中高壓齒輪泵中，解決軸向間隙的泄漏問題由于壓力的升高而顯得更為重要，所以，在這一類齒輪泵中都有軸向間隙的補(bǔ)償裝置22（三）徑向力平衡問題由于齒輪泵的左右兩腔分別是壓油和吸油腔，壓力差別較大，且壓油腔的壓力沿齒頂有一個(gè)分布，所以，對(duì)齒輪和軸承產(chǎn)生一個(gè)不平衡的徑向力。這個(gè)力不僅加速了軸承的磨損，降低了軸承的壽命，還可以使軸彎曲?，F(xiàn)在一般采用開壓力平衡槽或縮小壓油腔等辦法23四、齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用（略講）五、齒輪油馬達(dá)根據(jù)圖3-8，講解齒輪油馬達(dá)的基本工作原理24§3-3葉片泵及葉片油馬達(dá)和齒輪泵相比葉片泵有流量均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。在葉片泵的分類中，以前只有中低壓泵，現(xiàn)在有中高壓泵。從結(jié)構(gòu)上或從輸出流量分析，有單作用葉片泵和雙作用葉片泵之分。單作用葉片泵：轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，密封容腔吸排油各一次雙作用葉片泵：轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，密封容腔吸排油各二次25一、工作原理和流量計(jì)算（一）工作原理⒈單作用式密封容積：由葉片、轉(zhuǎn)子、定子和兩個(gè)配油盤組成 八個(gè)密封容積。吸排油原理：由于定子和轉(zhuǎn)子是偏心安裝，八個(gè)密封容積在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，在右半部分是逐漸擴(kuò)大吸油，而在左半部分密封容積由大變小，排油。配油原理：在葉片泵的軸向有兩個(gè)配油盤，使油泵在吸排油的過程中，高低壓區(qū)能有效的隔離，吸排油過程能順利進(jìn)行。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸排油一次。2627⒉雙作用式密封容積：由葉片、轉(zhuǎn)子、定子和兩個(gè)配油盤組成 八個(gè)密封容積。吸排油原理：由于定子和轉(zhuǎn)子是同心安裝，在定子 的內(nèi)表面有四條過渡曲線，八個(gè)密封 容積在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，經(jīng)過這四條過渡 曲線時(shí)，成對(duì)稱地產(chǎn)生吸排油動(dòng)作。配油原理： 在葉片泵的軸向有兩個(gè)配油盤，使 油泵在吸排油的過程中，高低壓區(qū) 能有效的隔離，吸排油能過程能順 利進(jìn)行。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸排油兩次。2829（二）排量和流量的計(jì)算（略）二、定量葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）定子曲線定量葉片泵的定子曲線由四段圓?。ㄌm色）和四段過渡曲線組成（紅色），這四段過渡曲線一般是等加速曲線（二）葉片傾角雙作用葉片泵的傾角一般沿著旋轉(zhuǎn)方向前傾一個(gè)角度（單作用葉片泵是后傾一個(gè)角度）30三、限壓式變量葉片泵（一）分類根據(jù)表3-1，變量葉片泵的分類有各種方式，自看。主要介紹外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。（二）結(jié)構(gòu)組成及工作原理⒈結(jié)構(gòu)組成該泵主要由壓力彈簧1、定子2、轉(zhuǎn)子3、葉片4、反饋柱塞5、滾針軸承6等元件組成。調(diào)壓彈簧左端也有一調(diào)壓螺釘，可以手動(dòng)調(diào)整彈簧的作用力；反饋柱塞可以利用后面的螺釘限定柱塞的位移，實(shí)際也就限定了偏心e的大小。3132⒉工作原理①原始位置根據(jù)圖3-12，當(dāng)反饋柱塞后的螺釘?shù)奈恢靡讯?，調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量一定，在圖示位置，定子在調(diào)壓彈簧的作用下有初始偏心距e0。②變量過程

當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力升高，并由油泵出口反饋到反饋柱塞的后腔，形成一個(gè)向左的作用力；這個(gè)作用力和定子左端的彈簧力平衡。當(dāng)作用力小于彈簧力時(shí)，定子不動(dòng)，維持原始的偏心距，當(dāng)作用力大于彈簧作用力時(shí)，定子左移，偏心距減小，流量輸出減小；當(dāng)作用力再大，最終，定子左移至和轉(zhuǎn)子同心，流量輸出為零。當(dāng)作用力大于彈簧力以后，變量輸出開始。33（三）特性曲線⒈曲線的形狀分析①AB段：反饋?zhàn)饔昧π∮趶椈勺饔昧?，偏心距為初?的最大值，流量為最大值，但流量隨壓力的 增高有減小。②拐點(diǎn)B：這是反饋?zhàn)饔昧蛷椈勺饔昧ζ胶獾呐R 界點(diǎn)。③BC段：反饋?zhàn)饔昧Υ笥趶椈勺饔昧?，定子移?dòng)， 偏心距減小，流量輸出減小，當(dāng)工作壓力 接近C點(diǎn)壓力時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子接近同心， 基本沒有流量輸出，只有維持泄漏的一點(diǎn) 流量。3435⒉影響曲線形狀的因素改變反饋柱塞的初始位置偏心距改變、輸出流量改變、AB上下平移改變彈簧的預(yù)壓縮量（預(yù)緊力）拐點(diǎn)位置改變，BC左右平移。改變彈簧的剛度曲線BC斜率改變，剛度大，BC段趨于平緩。36四、葉片油馬達(dá)（一）工作原理

當(dāng)壓力油通過配油窗口進(jìn)入相鄰兩葉片間的密封容腔，4、8兩葉片兩面受力相等，所以不產(chǎn)生扭矩。1、5和3、7葉片一面受壓力油的作用，另一面是低壓區(qū)，所以可產(chǎn)生扭矩。（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)① 葉片底部有彈簧，已保證初始葉片緊貼定子 內(nèi)表面。② 葉片徑向安裝，使其可以雙向旋轉(zhuǎn)。③ 殼體中裝有單向閥，保證葉片底部始終有壓 力油而緊貼定子內(nèi)表面。3738§3-4柱塞泵及柱塞油馬達(dá)

柱塞泵是依靠柱塞和缸體形成密封容積，柱塞在缸體內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使密封容積變化產(chǎn)生吸排油動(dòng)作。柱塞泵由于是缸體和柱塞的配合，所以比較容易加工而得到很高的配合精度，所以，其密封性好可以得到很高的工作壓力。故一般柱塞泵都是高壓泵廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械和生產(chǎn)線。

柱塞泵徑向式斜軸式斜盤式缸體帶動(dòng)柱塞旋轉(zhuǎn)柱塞帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)柱塞做徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸向式39一、軸向柱塞泵（一）工作原理⒈基本結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件：傳動(dòng)軸1、斜盤2、柱塞3、缸體4、配油盤5等。⒉動(dòng)作順序傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)缸體旋轉(zhuǎn)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)油泵吸排油⒊基本原理柱塞在隨缸體公轉(zhuǎn)而自身又做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，由于斜盤的作用，柱塞在某一個(gè)半圓面上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使每個(gè)柱塞形成的密封容腔變大而吸油，在另一個(gè)半圓面上，則使這些密封容腔變小，排油。40注意：在缸體和柱塞的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，配油盤是不動(dòng)的；而斜盤在定量泵中也是固定不動(dòng)的，但在變量泵中，則隨著變量機(jī)構(gòu)的不同。斜盤可以不同的驅(qū)動(dòng)形式而擺動(dòng)。由于斜盤角度的改變，使柱塞形成的密封容腔的大小發(fā)生變化，則流量也發(fā)生變化。41二、軸向柱塞油馬達(dá)（一）工作原理

軸向柱塞馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和軸向柱塞泵基本相似。從原理上說，這兩者是可逆的（但實(shí)際在某些結(jié)構(gòu)上的差異，并不可逆）當(dāng)壓力油通過配油盤上的配油窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時(shí)，柱塞前行頂住斜盤；斜盤對(duì)柱塞的反作用力垂直于斜盤（相對(duì)于柱塞球頭的法線方向），這個(gè)合力水平方向的分力和柱塞右端的液壓力平衡，而垂直分力則使柱塞對(duì)缸體回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使缸體和液壓馬達(dá)