第3章 液壓動(dòng)力元件

液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件主要是液壓泵，它是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能，為液壓系統(tǒng)提供足夠流量和一定壓力液壓油的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵的性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作質(zhì)量，是液壓系統(tǒng)的重要組成元件。第3章液壓動(dòng)力元件

3.1液壓泵的工作原理及分類

3.1.1液壓泵的工作原理

圖3-1是一種最簡單的單柱塞液壓泵，它由偏心輪１，柱塞２，柱塞缸３，彈簧４和單向閥５，６組成1-偏心輪；２-柱塞；３-柱塞缸；４-彈簧；５、６單向閥圖3-1液壓泵工作原理圖

在圖3-1中，柱塞缸３和柱塞２圍成了一個(gè)密閉容積a。柱塞２可在偏心輪１轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的壓力和復(fù)位彈簧4的彈力共同作用下左右運(yùn)動(dòng)，使密閉容積a的容量發(fā)生周期性變化。當(dāng)偏心輪1的最大面壓住柱塞時(shí)，密閉容積a的容量最小。隨著偏心輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)大面逐漸遠(yuǎn)離柱塞2時(shí)，柱塞2在復(fù)位彈簧4的彈力作用下向外推出，密閉容積a的可容量迅速由小變大，在容積里形成局部真空，在大氣壓力的作用下，油箱中的油液可經(jīng)單向閥６吸入密閉容積a(同時(shí)單向閥５因負(fù)壓而關(guān)閉)。此時(shí)，密閉容積a充當(dāng)了吸油腔的角色。當(dāng)偏心輪1的最小面壓住柱塞時(shí)，密閉容積a的容量最大。隨著偏心輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)大面逐漸壓向柱塞時(shí)，密閉容積a的容量迅速由大變小，密閉容積a中的油液可經(jīng)單向閥５被柱塞2壓入液壓系統(tǒng)(同時(shí)單向閥６也因受壓而關(guān)閉)。此時(shí)，密閉容積a充當(dāng)了壓油腔的角色。如果偏心輪在外力驅(qū)動(dòng)下不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，密閉容積a就會(huì)不斷地完成吸油和壓油的周期循環(huán)。目前，在液壓系統(tǒng)中使用的液壓泵雖然結(jié)構(gòu)差異很大，但基本上都是容積式泵，其工作原理也基本一樣：

（1）密閉容積的容量變化原理容積式液壓泵是利用容量可變的密閉容積，在機(jī)械動(dòng)力作用下，使容量發(fā)生周期性變化，實(shí)現(xiàn)反復(fù)吸油和壓油。當(dāng)密閉容積的可容量由小變大時(shí)，構(gòu)成了具有吸油能力的吸油腔；當(dāng)密閉容積的容量由大變小時(shí)，構(gòu)成了具有壓油能力的壓油腔。

（2）吸油腔的真空吸油原理當(dāng)吸油腔的可容量由小變大時(shí)，腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生局部分真空，油箱中的油液可在大氣壓力的作用下被吸入吸油腔。

（3）壓油腔的能量轉(zhuǎn)換原理當(dāng)壓油腔的容量由大變小時(shí)，通過原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能，對(duì)壓油腔內(nèi)的油液施壓，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了液體壓力能，對(duì)液壓系統(tǒng)輸入具有一定流量的有壓液體。

3.1.2液壓泵的分類

液壓泵的分類方式很多，按壓力的大小分為低壓泵、中壓泵和高壓泵；按流量是否可調(diào)分為定量泵和變量泵；按泵的結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。目前，液壓泵基本上都是以結(jié)構(gòu)形式命名的，按其結(jié)構(gòu)形式可分類如下：

外嚙合齒輪泵齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵

單作用葉片泵

葉片泵

雙作用葉片泵

直軸式軸向柱塞泵

斜軸式軸向柱塞泵

固定液壓缸(閥配油)式徑向柱塞泵

回轉(zhuǎn)液壓缸(軸配油)式徑向柱塞泵液壓泵柱塞泵螺桿泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵3.2液壓泵的主要性能與參數(shù)

（1）壓力

1)工作壓力pac

液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為液壓泵的工作壓力。工作壓力取決于負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，與液壓泵的流量無關(guān)。

2)額定壓力pra

液壓泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。液壓泵的實(shí)際工作壓力應(yīng)小于額定壓力，否則液壓泵過載。

3)最高允許壓力pmax是液壓泵按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，允許短時(shí)間超過額定壓力運(yùn)行的最大壓力。

（2）排量q

排量是液壓泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出液體體積的理論值。根據(jù)排量可變與否,液壓泵可分為定量泵和變量泵。如果泵的排量固定，則稱為定量泵；如果泵的排量可變，則稱為變量泵。

（3）流量

1)理論流量Qth理論流量是在不考慮液壓泵泄漏的情況下，在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體的體積。顯然，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為n時(shí)，液壓泵的理論流量為：

Qth=

qn

(3-1)式中，q的單位是L/r，n的單位是r/min，Qth的單位是L/min2)實(shí)際流量Qac實(shí)際流量是指液壓泵在工作時(shí)，減去泵的泄漏所輸出的流量。即為：Qac=Qth-△Q(3-2)

3)額定流量Qra

額定流量是指液壓泵在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速條件下必須保證的輸出流量

（4）容積效率和機(jī)械效率

1)容積效率ηv

容積效率等于液壓泵的實(shí)際輸出流量與理論輸出流量之比：

ηv=Qac/Qth

(3-3)2)機(jī)械效率機(jī)械效率等于液壓泵理論上需要的輸入扭矩與實(shí)際的輸入扭矩之比：

ηm=Tth

/Tac(3-4)

（5）泵的總效率η

泵的總效率等于機(jī)械效率與容積效率的乘積：

η=ηmηv(3-5)

（6）泵的實(shí)際輸出功率Pac

Pac=pac

Qac/60(KW)(3-6)

式中，pac的單位是MPa，Qac的單位是L/min.【例3-1】某液壓系統(tǒng)，泵的排量q=10mL/r，電機(jī)轉(zhuǎn)速

n=1450r/min，泵的輸出壓力p=5MPa，泵容積效率

ηv=0.92，求： （1）泵的理論流量； （2）泵的實(shí)際流量； （3）泵的輸出功率；

解：①泵的理論流量為

Q

th=qn

=10×10-3×1450=14.5L/min

②

泵的實(shí)際流量為

Qac=Q

thηV

=14.5×0.92=13.34L/min

③泵的輸出功率為

Pac=

pacQ

ac/60=5×13.34/60=1.1KW

3.3常用的液壓泵及結(jié)構(gòu)特征

3.3.1齒輪泵齒輪泵具有比其它液壓泵結(jié)構(gòu)簡單、自吸能力強(qiáng)、抗油液污染能力高、價(jià)格便宜等四大突出優(yōu)點(diǎn)，所以在一般的液壓系統(tǒng)中被廣泛采用。

齒輪泵的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：壓力不高、效率低、流量脈動(dòng)較大，噪音較大（內(nèi)嚙合齒輪泵較?。灰擞糜诟邏汉蛯?duì)運(yùn)動(dòng)精度要求較高的液壓系統(tǒng)。

齒輪泵按嚙合形式不同可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種。

3.3.1.1外嚙合齒輪泵

圖3-2外嚙合齒輪泵工作原理

(1)外嚙合齒輪泵的基本構(gòu)造和工作原理外嚙合齒輪泵是由裝在殼體內(nèi)的一對(duì)外嚙合齒輪組成，殼體由兩端蓋密封，兩嚙合齒輪將泵的殼體內(nèi)腔分隔成左右兩個(gè)密閉的工作腔，如圖3-2所示。當(dāng)齒輪按圖中所示方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在右腔(吸油腔)，由于嚙合齒輪的輪齒一對(duì)對(duì)相繼分開，所以右腔的容積會(huì)反復(fù)出現(xiàn)由小變大的過程，形成局部真空，在大氣壓力作用下，將油箱中的油液吸入吸油腔。隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油腔中的油液被輪齒帶入左腔(壓油腔)。在左腔(壓油腔)，由于嚙合齒輪的輪齒一對(duì)對(duì)相繼壓合，左腔的容積會(huì)反復(fù)出現(xiàn)由大變小的過程，在齒輪的輪齒擠壓下，壓油腔中的油液就會(huì)源源不斷地被輸送到液壓系統(tǒng)。

(2)外嚙合齒輪泵的主要問題及解決措施

1)困油現(xiàn)象

圖3-3困油現(xiàn)象外嚙合齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在前后兩對(duì)相互嚙合的輪齒之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)閉死容積，油液被封閉和困死在這個(gè)閉死容積里，這種現(xiàn)象就是外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象，如圖3-3所示。在嚙合齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，閉死容積有一個(gè)由大變小和由小變大的過程。當(dāng)閉死容積快速由大變小時(shí)，被困油液受到擠壓，壓力急劇上升，會(huì)產(chǎn)生很大的液壓沖擊；當(dāng)閉死容積快速由小變大時(shí)，在閉死容積里又會(huì)產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。為了消除外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象，通常在泵的側(cè)面蓋板上開兩條卸荷槽，如圖3-3中所示，使閉死容積由大變小時(shí)與壓油腔相通，由小變大時(shí)與吸油腔相通。

2)泄漏現(xiàn)象外嚙合齒輪泵工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件之間存在間隙，液壓油會(huì)從壓油腔向吸油腔泄漏。泄漏途徑主要有二條：一是齒頂與外殼的徑向間隙，泄漏量約占泄漏總量的15～20﹪；二是齒輪端面與殼體兩側(cè)面的軸向間隙，泄漏量約占泄漏總量的75～80﹪，這是齒輪泵的主要泄漏途徑。正因?yàn)辇X輪泵有泄漏，而且泄漏比較嚴(yán)重，所以齒輪泵一般都是低壓泵。為了減小泄漏，提高齒輪泵的工作壓力，技術(shù)工作者研制了一種軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置。這種裝置就是在齒輪的兩端面安裝了一種可浮動(dòng)軸套，然后通過管道把壓力油引到浮動(dòng)軸套外側(cè)，用油壓把浮動(dòng)軸套緊壓在齒輪端面。經(jīng)過改造后的外嚙合齒輪泵，其工作壓力可以從幾MPa提高到二十多MPa。在工作環(huán)境較差，工作壓力要求較高的場合，通常采用這種有較高工作壓力的外嚙合齒輪泵。解決徑向壓力不平衡的方法如下：①適當(dāng)縮小壓油口，以減小高壓油作用在齒輪上的面積。②加大齒輪齒頂與殼體的徑向間隙或者在殼體上開徑向平衡槽（徑向平衡槽如圖3-4所示）。加大齒頂間隙和開徑向平衡槽都可使軸承上的徑向壓力減小，但是又會(huì)使內(nèi)泄增加，容積效率下降，對(duì)于高壓齒輪泵不宜采用。③加大齒輪軸和軸承的承載能力（如加粗齒輪軸）。

3）徑向壓力不平衡齒輪泵工作時(shí)，因?yàn)槲颓慌c壓油腔的壓差很大，同時(shí)由于齒頂有泄漏，所以從吸油腔到壓油腔齒輪外沿對(duì)中心軸的壓力也在逐級(jí)線性增大，這些力的合力就是齒輪中心軸受到的的不平衡的徑向壓力。這種不平衡的徑向壓力會(huì)加速齒輪軸承的磨損，降低軸承的壽命，甚至使齒輪軸變形。圖3-4齒輪泵的徑向平衡槽

3.3.1.2內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵兩種，如圖3-5所示.。(a)內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵工作原理；(b)內(nèi)嚙合擺線齒輪泵工作原理圖3-5內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理圖內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵主要由內(nèi)齒輪、外齒輪、月牙板、殼體和端蓋等部件組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖3-5（a）所示。在圖3-5（a）中，內(nèi)、外齒輪一起逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，在齒輪泵左側(cè)的吸油腔不斷由小變大，形成局部真空，在大氣壓力作用下，液壓油被吸入吸油腔。然后通過內(nèi)齒輪和外齒輪分別把油液從吸油腔帶到齒輪泵右側(cè)的壓油腔，并通過齒輪不斷嚙合時(shí)的壓力，把壓油腔中的油液不斷壓送到液壓系統(tǒng)。月牙板固定在泵兩側(cè)的蓋板上，它不僅把吸油腔和壓油腔分隔成兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)間，而且還為內(nèi)齒輪和外齒輪提供了兩條上下隔離的輸油通道，使吸油腔的油液能順利地輸送到壓油腔。內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的齒面采用的是擺線圓弧齒面，其結(jié)構(gòu)原理如圖3-5（b）所示。由于擺線圓弧齒面的齒頂是光滑的過度圓弧，不會(huì)構(gòu)成齒頂碰撞，所以省去了月牙板，通過選用合理的內(nèi)、外齒數(shù)，直接由內(nèi)、外齒頂把泵體分割成兩個(gè)獨(dú)立的吸油腔和壓油腔，使內(nèi)嚙合擺線齒輪泵能夠完成循環(huán)吸油和壓油的基本動(dòng)作。內(nèi)嚙合齒輪泵相對(duì)于外嚙合齒輪泵有一些不同的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下：①因內(nèi)外齒輪的轉(zhuǎn)向相同，兩齒輪嚙合時(shí)不會(huì)形成閉死容積，出現(xiàn)困油現(xiàn)象。②因內(nèi)外齒輪的轉(zhuǎn)向相同，兩嚙合齒面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很小，所以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音也較低。③內(nèi)嚙合齒輪泵除齒輪兩端面有較大泄漏外，還需要靠內(nèi)外輪齒的齒面緊貼來防止內(nèi)漏，而實(shí)現(xiàn)齒面緊貼是非常困難的，所以內(nèi)嚙合齒輪泵的輸出壓力都較低，不適用于高壓系統(tǒng)。

3.3.2葉片泵葉片泵由于具有流量大、流量脈動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于運(yùn)動(dòng)精度要求較高（如金屬切削機(jī)床等）的各種中等負(fù)荷的工作場合。由于葉片泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸油特性較差，特別是對(duì)油液的污染較為敏感，所以在實(shí)際應(yīng)用中要特別注意油液的選用和泵的保養(yǎng)。葉片泵根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩類。（1）單作用葉片泵

1)單作用葉片泵的基本構(gòu)造和工作原理單作用葉片泵的工作原理如圖3-6所示。圖3-6單作用葉片泵工作原理1轉(zhuǎn)子；2定子；3葉片單作用葉片泵主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等部件組成.

定子具有圓柱形的光滑內(nèi)表面；轉(zhuǎn)子安置在定子中間，與定子有一定的偏心量e；葉片安放在轉(zhuǎn)子的滑槽中，可在槽內(nèi)自由滑動(dòng)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片在離心力的作用下，被甩向并緊靠在定子內(nèi)壁。此時(shí)，在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)端蓋之間可形成若干個(gè)密封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖3-6中的逆時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子右側(cè)的密閉工作腔（吸油腔）容積不斷由小變大，形成局部真空，在大氣壓力作用下，可將油液吸入吸油腔。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油腔中的油液被葉片帶入轉(zhuǎn)子左側(cè)的密閉工作腔（壓油腔）。在壓油腔中，由于轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，密閉工作腔的容積不斷由大變小，在葉片的擠壓下，壓力油則可不斷地從壓油腔輸送到液壓系統(tǒng)。由于單作用葉片泵的葉片是靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力甩向定子內(nèi)壁，為了有利于葉片甩出滑槽，轉(zhuǎn)子上的滑槽一般都相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜一角度（通常為24度）。

改變單作用葉片泵轉(zhuǎn)子與定子的偏心量e，就可以改變泵的排量。偏心量越大，排量越大；偏心量越小，排量越小。因此，單作用葉片泵是可變量泵。

2)限壓式變量葉片泵調(diào)節(jié)變量葉片泵偏心量e的方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。其中限壓式變量葉片泵是目前使用最為普遍的一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的變量葉片泵。圖3-7所示為限壓式變量葉片泵的工作原理圖。圖3-7限壓式變量葉片泵工作原理1-轉(zhuǎn)子2-定子3-限壓彈簧4-調(diào)節(jié)螺釘5-配油盤6-活塞7流量調(diào)節(jié)螺釘在圖3-7中，轉(zhuǎn)子１的中心O1是固定的，定子２可以左右移動(dòng)。在右端限壓彈簧３的作用下，定子2被推向左側(cè)，緊靠在活塞６的端面上，使定子中心O2和轉(zhuǎn)子中心O1之間有一原始偏心量e0，它決定了泵的最大流量。e0的大小可由流量調(diào)節(jié)螺釘７進(jìn)行調(diào)節(jié)。在限壓式變量泵中，輸出的壓力油可通過泵體內(nèi)的通道引到活塞６上，使活塞6對(duì)定子２產(chǎn)生一右推作用力F壓。

當(dāng)泵的出口壓力在活塞6上產(chǎn)生的推力F壓小于限壓彈簧３作用在定子上的預(yù)緊壓力F預(yù)緊時(shí)，限壓式變量泵相當(dāng)于一定量泵。當(dāng)泵的出口壓力在活塞6上產(chǎn)生的推力F壓大于限壓彈簧３作用在定子上的預(yù)緊壓力F預(yù)緊時(shí)，限壓式變量泵相當(dāng)于一變量泵。此時(shí)，隨著泵的出口壓力不斷上升，F(xiàn)壓可推動(dòng)定子2右移，偏心量隨之快速減小，泵的輸出流量也隨之快速減少。通常把限壓式變量泵的這一點(diǎn)稱為拐點(diǎn)。當(dāng)泵的出口壓力繼續(xù)上升，F(xiàn)壓可將定子２一直推到了右側(cè)，和轉(zhuǎn)子１同心。此時(shí)，泵的輸出流量幾乎為零。泵的輸出壓力將保持在一限定的壓力不變。通常把限壓式變量泵的這一點(diǎn)稱為限壓點(diǎn)，限壓式變量葉片泵也因此而得名。限壓式變量葉片泵的流量與壓力特性曲線如圖3-8示。在圖3-8中，A為限壓點(diǎn)，B為拐點(diǎn)，△Q為流量損失。圖3-8限壓式變量葉片泵的流量與壓力特性曲線

2.雙作用葉片泵雙作用葉片泵的工作原理如圖3-9所示。圖3-9雙作用葉片泵工作原理1-轉(zhuǎn)子2-定子3-葉片4油液5泵體雙作用葉片泵吸油和壓油的工作原理與單作用葉片泵基本相似，他們的主要不同之處如下：①單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是圓，而雙作用葉片泵的定子內(nèi)表面是一個(gè)近似橢圓。②單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子和定子有偏心量，而雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子和定子沒有偏心量(轉(zhuǎn)子和定子同心安裝)。③單作用葉片泵只有一個(gè)吸油腔和一個(gè)壓油腔，而雙作用葉片泵是兩個(gè)吸油腔和兩個(gè)壓油腔對(duì)稱布置，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，2個(gè)吸油腔和壓油腔同時(shí)吸油和壓油。④單作用葉片泵的葉片是靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，甩向并緊靠定子內(nèi)壁。而雙作用葉片泵主要是借助外力使葉片頂端和定子內(nèi)壁緊密接觸，所以在葉片底部通有輔助壓力油或安有彈簧。正因?yàn)槿绱?，所以為了減少雙作用葉片泵的葉片對(duì)轉(zhuǎn)子滑槽側(cè)面的壓緊力和摩損，轉(zhuǎn)子上的滑槽一般都相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一角度（通常為12～14度）。

3.3.3柱塞泵

柱塞泵都是由柱塞和柱塞缸組成的，由于柱塞和柱塞缸的配合表面為圓柱形，通過精加工可以獲得到很高的配合精度，而且柱塞的機(jī)械強(qiáng)度比葉片泵的葉片和齒輪泵的輪齒大得多，所以柱塞泵的泄漏小、壓力高、容積效率也高，而且柱塞泵的流量調(diào)節(jié)非常方便，所以廣泛用于重型機(jī)床、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械等高壓、大流量、大功率的液壓系統(tǒng)中。柱塞泵的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)油液的污染較敏感，價(jià)格也較高，維護(hù)和保養(yǎng)難度較大。柱塞泵可分為軸向式和徑向式兩種。（1）軸向柱塞泵為了減小泵的流量脈動(dòng)性，柱塞泵一般由多個(gè)柱塞缸組成。這些柱塞缸通常均勻地安裝在旋轉(zhuǎn)的中心軸周圍。如果這些柱塞缸柱塞的運(yùn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)中心軸的軸心線平行，這樣的柱塞泵稱為軸向柱塞泵。軸向柱塞泵又可分為直軸式和斜軸式兩種。無論是直軸式還是斜軸式軸向柱塞泵，其主體部分和工作原理基本相同：即通過主軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)中心軸和中心軸周圍的柱塞缸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，各柱塞缸不停地交替吸油和壓油，并且通過配油盤從同一吸油口和同一壓油口統(tǒng)一吸油和壓油。

1)直軸式軸向柱塞泵主軸和中心軸合為一體(即兩軸心線重合為一)的軸向柱塞泵稱為直軸式軸向柱塞泵，其工作原理如圖3-10所示（a）配油盤（b）直軸式軸向柱塞泵工作原理圖3-10直軸式軸向柱塞泵1-缸體；2-配油盤；3-柱塞；4-斜盤直軸式軸向柱塞泵的每個(gè)柱塞下都安有一復(fù)位彈簧，在所有柱塞頂端安裝有一個(gè)固定不動(dòng)的斜盤4。當(dāng)主軸帶動(dòng)中心軸旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞有半周受斜盤4擠壓，有半周由彈簧復(fù)位，所以，所有的柱塞可在中心軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中，實(shí)現(xiàn)一次吸油和壓油的伸縮運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主軸和中心軸不停地旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞泵則可由各個(gè)柱塞缸周而復(fù)始地交替吸油和壓油。由于柱塞泵由多個(gè)柱塞缸組成，柱塞泵旋轉(zhuǎn)時(shí)，半周有多個(gè)柱塞缸在同時(shí)吸油，半周又有多個(gè)柱塞缸在同時(shí)壓油。為了使多個(gè)同時(shí)吸油的柱塞缸有一共同的吸油口，多個(gè)同時(shí)壓油的柱塞缸有一共同的壓油口，所以在軸向柱塞泵底部安有一配油盤，如圖3-10（a）所示。配油盤上有一條環(huán)形吸油槽和一條環(huán)形壓油槽，當(dāng)多個(gè)柱塞缸同時(shí)吸油時(shí)，可通過配油盤上共用的吸油槽，從同一個(gè)吸油口同時(shí)吸油；當(dāng)多個(gè)柱塞缸同時(shí)壓油時(shí)，可通過配油盤上共用的壓油槽，從泵的同一個(gè)壓油口同時(shí)壓油。調(diào)節(jié)直軸式軸向柱塞泵的斜盤傾角γ，即可改變泵的輸出流量，所以直軸式軸向柱塞泵是可變量泵。

2)斜軸式軸向柱塞泵主軸和中心軸的的軸心線有一折角γ的軸向柱塞泵稱為斜軸式軸向柱塞泵，其工作原理如圖3-11所示。圖3-11斜軸式軸向柱塞泵斜軸式軸向柱塞泵的柱塞是依靠球頭和球窩直接與主軸相連。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，不僅可以帶動(dòng)柱塞缸圍繞中心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而且可以通過球頭和球窩直接推拉活塞，不斷地進(jìn)行吸油和對(duì)系統(tǒng)輸出壓力油。調(diào)節(jié)斜軸式軸向柱塞泵主軸和中心軸的折角γ，即可改變泵的輸出流量，所以斜軸式軸向柱塞泵也是可變量泵。３)軸向柱塞泵的流量脈動(dòng)

軸向柱塞泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各個(gè)柱塞缸都在圍繞著中心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在中心軸的旋轉(zhuǎn)過程中，每一個(gè)柱塞缸輸出的瞬時(shí)流量曲線都是一正弦曲線，且斜盤傾角（直軸式軸向柱塞泵）或主軸折角（斜軸式軸向柱塞泵）越大，正弦曲線的幅值越大，中心軸的角速度越大，正弦曲線的幅值也越大。軸向柱塞泵總輸出的瞬時(shí)流量是由各個(gè)單一柱塞缸的瞬時(shí)流量疊加而成的。圖3-12是由3柱塞缸組成的軸向柱塞泵輸出的瞬時(shí)流量曲線，在圖3-12中a、b、c為３個(gè)柱塞缸分別輸出的瞬時(shí)流量曲線，D為軸向柱塞泵總輸出的疊加瞬時(shí)流量曲線。顯然，軸向柱塞泵總輸出的疊加瞬時(shí)流量曲線是具有脈動(dòng)性的流量曲線。圖3-1２軸向柱塞泵的流量脈動(dòng)

軸向柱塞泵的流量脈動(dòng)性既和柱塞缸的數(shù)量有關(guān)(柱塞缸的數(shù)量越多，流量脈動(dòng)越小)，也和柱塞缸的奇偶數(shù)有關(guān)(在柱塞數(shù)≥2，≤11的范圍內(nèi)，所有的奇數(shù)柱塞缸都比偶數(shù)柱塞缸的流量脈動(dòng)小)。所以，為了減小軸向柱塞泵的流量脈動(dòng)，可盡量加多的柱塞缸的數(shù)量，同時(shí)柱塞缸的數(shù)量應(yīng)為奇數(shù)。

由于軸向柱塞泵的柱塞缸數(shù)量因結(jié)構(gòu)限制不可能太多，所以目前軸向柱塞泵的柱塞缸數(shù)均為7，9和11。（2）徑向柱塞泵柱塞缸活塞的運(yùn)動(dòng)方向與中心軸的旋轉(zhuǎn)軸心線相互垂直的柱塞泵稱為徑向柱塞泵。

徑向柱塞泵又可分為固定液壓缸式和回轉(zhuǎn)液壓缸式兩種。由于這兩種泵的配油方式不同，所以通常把固定液壓缸式稱為閥配油式，把回轉(zhuǎn)液壓缸式稱為軸配油式。

1)固定液壓缸(閥配油)式徑向柱塞泵圖3-13為固定液壓缸(閥配油)式徑向柱塞泵工作原理圖。在圖3-13中，三個(gè)柱塞缸都是固定的，并采用了六個(gè)單向閥進(jìn)行配油。圖3-13固定液壓缸(閥配流)式徑向柱塞泵工作原理固定液壓缸式徑向柱塞泵的工作原理與圖3-1基本相似，所不同的是這里有多個(gè)固定的柱塞缸交替工作，然后通過閥式配油，從同一個(gè)吸油口統(tǒng)一吸油，從同一個(gè)輸出口統(tǒng)一輸油。固定液壓缸式徑向柱塞泵因各個(gè)柱塞缸固定安裝，柱塞受側(cè)向力較小，因此不僅輸出壓力較高，對(duì)油的過濾要求較低，而且耐沖擊，使用可靠，維修方便。由于固定液壓缸式徑向柱塞泵采用的是閥式配油，而閥配油對(duì)于徑向柱塞泵柱塞的運(yùn)動(dòng)有一定的滯后作用，所以閥配油式徑向柱塞泵轉(zhuǎn)速不高。改變固定液壓缸式徑向柱塞泵偏心輪的偏心量也可改變輸出流量，但實(shí)現(xiàn)起來非常困難，所以，固定液壓缸式徑向柱塞泵通常都是定量泵。

2)回轉(zhuǎn)液壓缸(軸配油)式徑向柱塞泵圖3-14為回轉(zhuǎn)液壓缸(軸配油)式徑向柱塞泵的工作原理圖。回轉(zhuǎn)液壓缸式徑向柱塞泵主要由外圍的定子，中心的配油軸以及處在它們之間的轉(zhuǎn)子和柱塞組成。其中，定子和配油軸固定不動(dòng)，柱塞可在柱塞缸內(nèi)自由滑動(dòng)并跟隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-14徑向柱塞泵工作原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各柱塞在離心力的作用下，被甩向定子的內(nèi)表面。柱塞被甩出時(shí)，柱塞缸的密閉容積由小變大，進(jìn)行吸油。柱塞缸的密閉容積達(dá)最大后，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞又會(huì)受到定子的擠壓，把柱塞缸內(nèi)的油液壓向液壓系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)柱塞缸從同一吸油口同時(shí)吸油和同一壓油口同時(shí)壓油，回轉(zhuǎn)液壓缸式徑向柱塞泵采用了配油軸進(jìn)行配油。配油軸是在中心軸兩側(cè)開有兩個(gè)軸流孔，一個(gè)是吸油孔，一個(gè)是輸油孔。當(dāng)柱塞缸運(yùn)動(dòng)到吸油孔一側(cè)時(shí)，所有的吸油柱塞缸都可從同一吸油孔同時(shí)吸油，當(dāng)柱塞缸運(yùn)動(dòng)到壓油孔一側(cè)時(shí)，所有的壓油柱塞缸都可從同一壓油孔向系統(tǒng)輸出壓力油。轉(zhuǎn)子和定子之間有一個(gè)偏心距e。改變轉(zhuǎn)子和定子之間的偏心距，就可以改變泵的輸出流量，所以回轉(zhuǎn)液壓缸式徑向柱塞泵是可變量泵。

3.3.4螺桿泵螺桿泵按螺桿數(shù)量可分為單螺桿泵、雙螺桿泵和多螺桿泵。圖3-15所示為三螺桿泵的工作原理圖。圖3-15三螺桿泵的工作原理三螺桿泵在泵體內(nèi)安有三根平行螺桿，中間是主動(dòng)螺桿，兩側(cè)是兩根與主動(dòng)螺桿旋向相反的從動(dòng)螺桿，螺桿的嚙合線把主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的螺旋槽分割成了多個(gè)密閉工作腔。當(dāng)主螺桿按圖中方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)螺桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，左端密閉工作腔會(huì)不斷由小變大，完成吸油，然后向右移動(dòng)；在右端，密閉工作腔又由大變小，完成壓油。一個(gè)個(gè)密閉工作腔如此循環(huán)動(dòng)作，使螺桿泵實(shí)現(xiàn)了連續(xù)地吸油和壓油。螺桿泵結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，流量脈動(dòng)極小，對(duì)油液污染也不敏感。但螺桿泵工作壓力低，且螺桿加工困難，價(jià)格高，所以常用于一些對(duì)工作壓力要求較低的小型精密液壓系統(tǒng)中。

3.4液壓泵的職能符號(hào)

液壓泵的職能符號(hào)如圖3-16所示(a)單向定量液壓泵；(b)單向變量液壓泵；(c)雙向定量液壓泵；(d)雙向變量液壓泵圖3-16液壓泵的職能符號(hào)

3.5液壓泵及電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選用

3.5.1液壓泵的選用

1.初步選定液壓泵的工作類型液壓泵是液壓系統(tǒng)的核心元件，為了使液壓系統(tǒng)能安全，穩(wěn)定，持久地發(fā)揮最大的生產(chǎn)效率，為液壓系統(tǒng)確定一個(gè)合理的液壓泵是非常重要的。在確定液壓泵的具體工作參數(shù)之前，首先應(yīng)根據(jù)主機(jī)的工作狀況，工作環(huán)境，運(yùn)動(dòng)精度和經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合考慮，選定一個(gè)合理的液壓泵類型。例如在一般機(jī)床液壓系統(tǒng)中，往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵；在工作環(huán)境較為惡劣，工作壓力要求又較高的場合，可選用高壓齒輪泵；在負(fù)載大，功率大的大型工程機(jī)械中，常常選用柱塞泵等。表3-1列出了常用液壓泵的部分主要特性，在選用液壓泵時(shí)可進(jìn)行綜合比較。表3-1常用液壓泵的主要特性

類型項(xiàng)目齒輪泵葉片泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵外嚙合內(nèi)嚙合雙作用單作用直軸式斜軸式額定壓力/Mpa低壓泵2.5高壓泵可至25低壓6.3中壓16高壓32約16約40約40流量調(diào)節(jié)不能不能不能能能軸配油能閥配油不能吸入能力較好較好一般一般差

差差流量脈動(dòng)最大小很小小大大大效率低較高較高較高高高高對(duì)油液污染敏感性不敏感較敏感較敏感較敏感敏感敏感敏感噪聲較大較小小較大大大大價(jià)格最低較低中中高高高

2.確定液壓泵的主要工作參數(shù)

液壓泵是為液壓系統(tǒng)提供足夠流量和一定壓力液壓油的元件，所以它的主要工作參數(shù)有兩個(gè)：一是最大工作壓力，二是最大工作流量。

1)確定液壓泵的最大工作壓力p泵液壓泵的最大工作壓力p泵取決于執(zhí)行元件的最大工作壓力p執(zhí)，考慮到各種壓力損失，液壓泵的最大工作壓力p泵可按下式確定：

(3-7)

式中，表示系統(tǒng)中壓力損失系數(shù)，一般取1.3～1.5。

2)確定液壓泵的最大工作流量Q泵

液壓泵的最大工作流量Q泵取決于執(zhí)行元件的最大工作流量Q執(zhí)，考慮到各種泄漏量，泵的最大工作流量Q泵可按下式確定：

(3-8)

式中，表示系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3。

多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作，

Q執(zhí)應(yīng)為多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)所需要的最大流量之和。

3．確定具體的液壓泵規(guī)格

根據(jù)P泵、Q泵，可查閱液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇泵的額定壓力pra和額定流量Qra，確定液壓泵的具體規(guī)格。

1)選擇泵的額定壓力pra

：

pra要大于P泵，通常還可放大25﹪。液壓系統(tǒng)的最大工作壓力是由溢流閥調(diào)定的，在正常情況下，泵的工作壓力不可能達(dá)到泵的額定壓力，所以，在選定泵的額定壓力時(shí)，如果額定壓力略有趨大，除經(jīng)濟(jì)效益略差之外，對(duì)液壓系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行沒有任何不良影響。

另外，液壓系統(tǒng)的壓力損失一般比流量損失嚴(yán)重，而且進(jìn)行精確估算非常困難，所以通常希望泵的額定壓力選定值略有趨大，這樣可為溢流閥留有較大的壓力上調(diào)余量和空間。正因?yàn)槿绱?，在選定液壓泵的額定壓力時(shí)，pra要大于P泵，通常還可放大25﹪。

2)選擇泵的額定流量Qra：一般只需略大于或等于Q泵即可定量泵的流量不可調(diào)節(jié)，不管系統(tǒng)需要與否，泵的流量都會(huì)全部強(qiáng)行輸入到液壓系統(tǒng)。所以，在選定泵的額定流量時(shí)，額定流量不應(yīng)追求過大，如果額定流量過大，多余的流量反而會(huì)增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。另外，液壓系統(tǒng)雖然存在流量損失，但通常都不是非常嚴(yán)重。所以，在選擇泵的額定流量時(shí)，一般只需略大于或等于Q泵即可。

3.5.2液壓泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選用

選用驅(qū)動(dòng)液壓泵的工作電動(dòng)機(jī)主要考慮兩個(gè)參數(shù)：一是電動(dòng)機(jī)的功率，二是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（1）選定電動(dòng)機(jī)的功率液壓泵是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，所以可根據(jù)液壓泵的功率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)所需要的功率：

泵的總效率η既等于機(jī)械效率與容積效率的乘積，也等于泵的實(shí)際輸出功率Pac與電動(dòng)機(jī)的輸出功率PM(即電動(dòng)機(jī)對(duì)泵的輸入功率)之比，即

η=Pac/PM

根據(jù)式3-6(Pac=pacQac/60)，可得式中，的單位是MPa，的單位是L/min。各種泵的總效率大致為：齒輪泵0.6～0.7；葉片泵0.6～0.75；柱塞泵0.8～0.85。

2.選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速液壓泵選定以后，設(shè)計(jì)手冊(cè)會(huì)標(biāo)定泵的工作轉(zhuǎn)速，以此來選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。常用的三相異步電動(dòng)機(jī)的理論轉(zhuǎn)速通常有四種：750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min(實(shí)際的額定轉(zhuǎn)速都略有偏小)，液壓泵在設(shè)計(jì)時(shí)為了減少驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，通常會(huì)考慮到泵的額定轉(zhuǎn)速與電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速匹配，以便選用。在選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，不要跨級(jí)選擇高速電動(dòng)機(jī)，否則液壓泵會(huì)因空穴現(xiàn)象而損壞系統(tǒng)。當(dāng)然，也不應(yīng)跨級(jí)選擇低速電動(dòng)機(jī)，否則會(huì)引起系統(tǒng)供油不足。

【例3-2】已知某液壓系統(tǒng)如圖3-17所示，工作時(shí)，活塞上所受的外載荷為F=9500N，液壓缸缸徑D＝100mm，活塞運(yùn)動(dòng)速度v=0.04m/s，問應(yīng)選擇額定壓力和額定流量為多少的液壓泵？并計(jì)算其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率，選用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。圖3-17液壓系統(tǒng)解:

【例3-3】如圖3-17所示的液壓系統(tǒng)，已知負(fù)載F=25000N，液壓缸缸徑D＝100mm，空載時(shí)的快進(jìn)速度為0.06m/s，負(fù)載工作時(shí)的工進(jìn)速度為0.025m/s，選取k壓＝1.5，k流＝1.3，＝0.75，試從下列已知泵中選擇一臺(tái)合適的泵，并計(jì)算其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率，選用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。已知泵的型號(hào)及參數(shù)如下：YB1–32型葉片泵，排量q=32mL/r，額定壓力pra