第17章 液 壓 泵

1、第17章 液 壓 泵,17.1 液壓泵概述 17.2 齒輪泵 17.3 葉片泵 17.4 柱塞泵 17.5 螺桿泵 17.6 各類液壓泵的性能比較及應(yīng)用,17.1 液壓泵概述,17.1.1液壓泵的工作原理及分類　　如圖17-1所示為一單柱塞液壓泵的工作原理。 柱塞2安裝在泵體3里，并在彈簧作用下始終與偏心輪1接觸，當偏心輪1由原動機帶動旋轉(zhuǎn)時，柱塞2便在泵體3內(nèi)往復(fù)移動，使密封腔a的容積發(fā)生變化。,圖17-

2、1單柱塞液壓泵的工作原理,1、容積式泵工作的兩個必要條件是：　　(1)有周期性的密封容積變化?！　?2)有配流裝置。 上述單柱塞泵中的兩個單向閥4、5就是起配流作用的，是配流裝置的一種類型。2、根據(jù)液壓泵結(jié)構(gòu)形式的不同分類：⑴齒輪泵：外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵。⑵葉片泵：單作用葉片泵和雙作用葉片泵。 ⑶柱塞泵：軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。⑷螺桿泵：,17.1.2液壓泵的性能參數(shù)　　1.液壓泵的壓力　　（1）工

3、作壓力p：是指泵工作時，輸出油液的實際壓力。其值大小取決于外界負載，當外界負載增大時，液壓泵的壓力升高；當外界負載減小時，液壓泵的壓力降低。　?。?）額定壓力pn：泵在正常工作條件下，按實驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為泵的額定壓力。,表17-1　壓力等級,⒉ 液壓泵的排量和流量　 （1）排量V:由泵的密封容腔幾何尺寸變化計算而得的泵每轉(zhuǎn)的排油體積稱為泵的排量，其常用單位為mL/r?！?（2）理論流量qvt : 由泵的密封容腔

4、幾何尺寸變化計算而得的泵在單位時間內(nèi)的排油體積稱為泵的理論流量。 泵的理論流量等于排量與其轉(zhuǎn)速的乘積，即：,(17-1),（3）實際流量qv:液壓泵的實際流量是泵工作時實際排出的流量。　?。?）額定流量qvn:液壓泵的額定流量是泵在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下輸出的實際流量。 由于泵存在泄漏，所以泵的實際流量和額定流量都小于理論流量。,⒊ 液壓泵的功率　?。?）輸出功率Po :在液壓傳動系統(tǒng)中，泵的輸

5、出表現(xiàn)為液體的壓力和流量，其輸出功率等于液體壓力和流量的乘積，即：,（17-2）,式中Po為泵的輸出功率，p為輸出油液的壓力，qv為輸出油液的流量。,式中Pi為泵的輸入功率，n為泵軸的轉(zhuǎn)速，Ti為液壓泵的輸入轉(zhuǎn)矩。 液壓泵在工作中，由于有泄漏和機械摩擦，就有能量損失，故其輸出功率小于輸入功率，即Po＜ Pi。。,（2）輸入功率Pi :液壓泵的輸入功率為驅(qū)動泵軸的機械功率，即：,（17-3）,4.液壓泵的效率　?。?）

6、容積效率ηv:液壓泵的實際流量與理論流量的比值稱為泵容積效率，即,（17-4）,式中：qv為實際流量，qvt為理論流量，△qv為液壓泵的泄漏量，它是理論流量與實際流量的差值，其值大小與泵的壓力p有關(guān)，隨p的增大而增加。,（2）機械效率ηm :由于泵在工作時存在各種摩擦損失（機械摩擦、液體摩擦），所以驅(qū)動泵軸所需要的實際轉(zhuǎn)矩必然大于理論轉(zhuǎn)矩，理論轉(zhuǎn)矩與實際轉(zhuǎn)矩的比值稱為機械效率，即：,（17-5）,式中：Ti為實際輸入轉(zhuǎn)矩，Tt為理論轉(zhuǎn)矩

7、，如果忽略各種能量損失，泵的理論機械功率將全部轉(zhuǎn)換為液壓功率，即：,則有　　　　　，將此式帶入式（17-5）得：,（17-6）,（3）總效率η。泵的輸出功率與輸入功率的比值稱為泵的總效率，即,（17-7）,例17-1 某液壓泵的輸出油壓p=12MPa，轉(zhuǎn)速n=1400r/min，排量V=48mL/r，容積效率ηV=0.９５，總效率η=0.９，求液壓泵的輸出功率和輸入功率各為多大？　解：（1）求液壓泵的輸出功率　　液壓泵的實際輸出流

8、量：,液壓泵的輸出功率：,（2）求液壓泵的輸入功率　　液壓泵的輸入功率：,,17.2　齒輪泵,17.2.1外嚙合齒輪泵優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速高、自吸性能好、對油的污染不敏感、工作可靠、壽命長、維修方便、價格低廉等。缺點：流量的脈動較大、噪聲大、排量不可調(diào)節(jié)。1.外嚙合齒輪泵的工作原理　　圖17-2所示為漸開線圓柱直齒形的外嚙合齒輪泵的工作原理圖，在泵體內(nèi)有一對齒數(shù)相同的外嚙合漸開線齒輪，齒輪兩側(cè)

9、由端蓋蓋住(圖中未示出)。,圖17-2外嚙合齒輪泵的工作原理圖,2.齒輪泵的排量和流量　　齒輪泵的排量V相當于兩個齒輪齒槽容積之和。假設(shè)齒槽容積等于輪齒體積，那么其排量就等于一個齒輪的齒槽容積和輪齒體積的總和，即相當于以有效齒高(h=2m)和齒寬構(gòu)成的平面所掃過的環(huán)形體積，即泵的排量為,(17-8),式中：d為分度圓直徑，d=mz；h為有效齒高，h=2m；z為齒輪齒數(shù)。,實際齒槽容積比輪齒體積稍大一些，所以通常取,V=6.66 z

10、m2b,（17-9）,齒輪泵的實際輸出流量為,qv=6.66 zm2bnηV,（17-10）,式中：n為泵的轉(zhuǎn)速；ηv為泵容積效率。,式(17-10)中的qv是齒輪泵的平均流量。 實際上，由于齒輪泵嚙合過程中壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時流量是脈動的。設(shè)qvmax、qvmin表示最大、最小瞬時流量，流量脈動率σ可用下式表示：,(17-11),齒輪泵的齒數(shù)愈少，流量脈動率就愈大，其值最高可達20％以上。流量

11、脈動引起壓力脈動，隨之產(chǎn)生振動與噪聲(內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動率要小的多)，所以，高精度機械不宜采用外嚙合齒輪泵。,3.外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點　?。?）困油現(xiàn)象。 如圖17-3所示。這個密封容積隨齒輪轉(zhuǎn)動先由最大(如圖17-3(a)所示)逐漸減小到最?。ㄈ鐖D17-3(b)所示)，又由最小逐漸增加到最大(如圖17-3(c)所示)。 當密封容積減小時，被困油液受到擠壓，壓力急劇上升，并從縫隙中流出，導致油液發(fā)熱，軸承等機件

12、也受到附加的不平衡負載作用。當密封容積增大時，又會造成局部真空，使溶于油中的氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴，引起噪聲、振動和氣蝕，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。,消除困油現(xiàn)象的方法: 通常是在齒輪的兩端蓋板上開卸荷槽(如圖17-3(d)中的虛線所示)，在很多齒輪泵中，兩槽并不對稱于齒輪中心線分布，而是整個向吸油腔側(cè)平移一段距離，這樣能取得更好的卸荷效果。,圖17-3齒輪泵的困油現(xiàn)象及消除措施,（2）徑向作用力不平衡?！?原因:當齒輪泵工作

13、時，液體作用在齒輪外緣上的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉(zhuǎn)方向逐齒遞增，因此齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用。 后果:工作壓力越高，徑向不平衡力也越大，嚴重時能使泵軸彎曲，導致齒頂接觸泵體產(chǎn)生磨損，同時也降低了軸承的使用壽命。　 解決辦法:為了減少徑向不平衡力的影響，常采取縮小壓油口的辦法，使壓油腔的壓力油僅作用在一到兩個齒的范圍內(nèi)；同時適當增大徑向間隙，使齒頂不與泵體接觸。,（3）泄漏。 外嚙合齒輪泵

14、壓油腔的壓力油向吸油腔泄漏有三條途徑： ⑴是通過齒輪嚙合處的嚙合間隙； ⑵是通過泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙； ⑶是通過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70％～80％左右，而且泵的壓力愈高，間隙泄漏就愈大，因此其容積效率很低，一般齒輪泵只適用于低壓場合。,解決辦法: 通常采用的端面間隙自動補償裝置。 ⑴浮動軸套式：

15、 ⑵彈性側(cè)板式： 其原理都是引入液壓油使軸套或側(cè)板緊貼齒輪端面，壓力越高，貼得越緊，因而能自動補償端面磨損和減小間隙。 如圖17-4所示為采用浮動軸套的中高壓齒輪泵的一種典型結(jié)構(gòu)，圖中1和2是浮動安裝的，軸套左側(cè)的空腔均與泵的壓油腔相通。 當泵工作時，軸套1和2受左側(cè)高壓油的作用而向右移動，將齒輪的兩側(cè)面壓緊，從而自動補償了端面間隙。這樣，齒輪泵的額定工作壓力可達20MPa，容積效率不低于0.9。,圖17-4采

16、用浮動軸套的中高壓齒輪泵,17.2.2內(nèi)嚙合齒輪泵　?、艥u開線齒形； ⑵擺線齒形兩種。 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖17-5所示。,圖17-5內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)示意圖（a）漸開線齒形；(b)擺線齒形,1.漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵　　組成：漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵由小齒輪、內(nèi)齒環(huán)、月牙形隔板等組成。 工作原理：當小齒輪為主動輪時，帶動內(nèi)齒環(huán)繞各自的中心同方向旋轉(zhuǎn)，左半部輪齒退出嚙合，容積增大，形成真空，進行吸油

17、。進入齒槽的油被帶到壓油腔，右半部輪齒進入嚙合，容積減小，從壓油口壓油。在小齒輪和內(nèi)齒輪之間要裝一塊月牙形隔板，以便將吸、壓油腔隔開。,2.擺線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵　　組成：主要零件是一對內(nèi)嚙合的齒輪(即內(nèi)、外轉(zhuǎn)子)。內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)比外轉(zhuǎn)子齒數(shù)少一個，兩轉(zhuǎn)子之間有一偏心距。 工作原理：工作時，內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動外轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)，所有內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒都進入嚙合，形成幾個獨立的密封腔。隨著內(nèi)外轉(zhuǎn)子的嚙合旋轉(zhuǎn)，各密封腔的容積將發(fā)生變化，從而進行吸油和壓油

18、。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、流量脈動小等優(yōu)點； 缺點：齒形復(fù)雜、加工困難、價格較貴。,,17.3葉片泵,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，運動平衡，噪聲小，輸油均勻，壽命長。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油性能差，轉(zhuǎn)速不能太高，對油的污染敏感。1.雙作用葉片泵的工作原理　　如圖17-6所示為雙作用葉片泵的工作原理圖，該泵主要由定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤和泵體等組成。,轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每一葉片往復(fù)滑動兩次，因而吸、壓油作

19、用發(fā)生兩次，故這種泵稱為雙作用葉片泵。 因為吸、壓油口對稱分布，轉(zhuǎn)子和軸所受的徑向液壓力相平衡，所以這種泵又稱為平衡式葉片泵，該泵的排量不可調(diào)，是定量泵。,圖17-6雙作用葉片泵的工作原理圖,2.雙作用葉片泵的排量和流量　　由葉片泵的工作原理可知，當葉片泵每伸縮一次時，每兩葉片間油液的排出量等于大半徑R圓弧段的容積與小半徑r圓弧段的容積之差。若葉片數(shù)為z，則雙作用葉片泵每轉(zhuǎn)排油量應(yīng)等于上述容積差的2z倍，表達式為,V=2z（

20、R2-r2）b,（17-12）,泵輸出的實際流量則為,qv=VnηV=2z（R2-r2）bnηV,（17-13）,式中:b為葉片寬度。,如果不考慮葉片厚度，則理論上雙作用葉片泵流量無脈動。 這是因為在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，壓油窗口處的葉片使前后兩個工作腔之間互相連通，形成了一個組合的密封工作腔。隨著轉(zhuǎn)子的勻速轉(zhuǎn)動，位于大、小圓弧處的葉片均在圓弧上滑動，壓油腔的容積不變，因此泵的瞬時流量也是均勻的。但由于葉片有一定厚度，根部又連通壓油腔，在

21、吸油區(qū)的葉片不斷伸出，根部容積要用壓力油來補充，導致減少了輸出量，造成少量流量脈動。,3.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點　　（1）定子過渡曲線。定子內(nèi)表面的曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線組成的(如圖17-6所示)。理想的過渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動時的徑向速度和加速度變化均勻，而且應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧交接點處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲。 目前，雙作用葉片泵一般都使用綜合性能較好的等加速或等減速曲線作為過渡曲線

22、。　　（2）徑向作用力平衡。由于雙作用葉片泵的吸、壓油口對稱分布，所以轉(zhuǎn)子和軸承上所承受的徑向作用力是平衡的。,,17.4　柱塞泵,17.4.1斜盤式軸向柱塞泵1.斜盤式軸向柱塞泵的工作原理　　斜盤式軸向柱塞泵的工作原理如圖17-7所示，組成：它主要由斜盤1、柱塞2、缸體3、配油盤4所組成。缸體3上均勻分布了若干個軸向柱塞孔，孔內(nèi)裝有柱塞2，柱塞都與缸體軸線平行。工作原理：斜盤與缸體間傾斜了一個γ角，缸體由軸帶動旋轉(zhuǎn)，斜

23、盤和配油盤固定不動。在底部彈簧的作用下，柱塞頭部始終緊貼斜盤。當缸體按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，由于斜盤和彈簧的共同作用，使柱塞產(chǎn)生往復(fù)運動，各柱塞與缸體間的密封腔容積便發(fā)生增大或縮小的變化，通過配油盤上的窗口a吸油，窗口b壓油。,圖17-7斜盤式軸向柱塞泵的工作原理,2.斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量　　當柱塞泵旋轉(zhuǎn)一周時，柱塞移動的距離為L=Dtanγ(如圖17-8所示)，故柱塞泵每轉(zhuǎn)的排量為,（17-14）,泵實際輸出的流量為,(17-1

24、5),式中：d為柱塞直徑；L為柱塞行程；D為缸體上柱塞分布圓直徑；γ為斜盤傾角；z為柱塞數(shù)；n為泵的轉(zhuǎn)數(shù)；ηv為泵的容積效率。,圖17-8軸向柱塞泵流量的計算,3.軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點　　如圖17-9所示為常見的軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖，它由兩部分組成：右邊的主體部分(可再分為前泵體部分、中間泵體部分)和左邊的變量部分。缸體5安裝在中間泵體1和前泵體7內(nèi)，由傳動軸8通過花鍵帶動旋轉(zhuǎn)。在缸體內(nèi)的七個軸向缸孔中分別裝有柱塞9。柱塞的球形頭部裝在

25、滑履12的孔內(nèi)，并可作相對滑動。中心彈簧3通過內(nèi)套2、鋼球13和回程盤14將滑履12緊緊地壓在斜盤15上，同時，中心彈簧3又通過外套10將缸體5壓向配油盤6。當缸體由傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)時，柱塞相對缸體作往復(fù)運動，于是容積發(fā)生變化，這時油液可通過缸孔底部月牙形的通油孔、配油盤6上的配油窗口和前泵體7的進、出油孔完成吸、壓油工作。,圖17-9手動變量斜盤式軸向柱塞泵,軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點如下：　?。?）滑履結(jié)構(gòu)。在圖17-9中，各柱塞以球形

26、頭部直接接觸斜盤而滑動，柱塞頭部與斜盤之間為點接觸，因此被稱為點接觸式軸向柱塞泵。當泵工作時，柱塞頭部接觸應(yīng)力大，極易磨損。 故一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝有滑履。改點接觸為面接觸，并且各相對運動表面之間通過滑履上小孔引入壓力油，實現(xiàn)可靠的潤滑，大大降低了相對運動零件表面的磨損。這樣，就有利于泵在高壓下工作。,（2）中心彈簧機構(gòu)。　　柱塞泵要想正常工作，柱塞頭部的滑履必須始終緊貼斜盤。在圖17-7中采用在每個柱塞底部加一個彈簧

27、的方法，但這種結(jié)構(gòu)隨著柱塞的往復(fù)運動，彈簧易于疲勞損壞。 在圖17-9中改用一個中心彈簧3，通過鋼球13和回程盤14將滑履壓向斜盤，從而使泵具有較好的自吸能力，這種結(jié)構(gòu)中的彈簧只受靜載荷，不易疲勞損壞。,（3）缸體端面間隙的自動補償。　　由圖17-9可見，使缸體緊壓配油盤端面的作用力，除彈簧3的推力外，還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且隨泵工作壓力的增大而增大。由于，缸體始終受力緊貼著配油盤，因

28、此，使端面間隙得到了自動補償，提高了泵的容積效率。,（4）變量機構(gòu)。 在圖17-9中采用的是手動變量機構(gòu)，設(shè)置在泵的左側(cè)。當變量時，轉(zhuǎn)動手輪19、絲桿18隨之轉(zhuǎn)動，變量活塞17便上下移動，通過軸銷16使支承在變量殼體上的斜盤15繞其中心轉(zhuǎn)動，從而改變了斜盤傾角γ。,17.4.2徑向柱塞泵　　1.徑向柱塞泵的工作原理　　如圖17-10所示為徑向柱塞泵的工作原理圖，泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、柱塞3、配油銅套4和配油軸5等主要零件組

29、成，柱塞沿徑向均勻分布地安裝在轉(zhuǎn)子上。 配油銅套和轉(zhuǎn)子緊密配合，并套裝在配油軸上，配油軸是固定不動的。轉(zhuǎn)子連同柱塞由電動機帶動一起旋轉(zhuǎn)，柱塞靠離心力緊壓在定子的內(nèi)壁面上。,由于定子和轉(zhuǎn)子之間有一偏心距e，所以，當轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞在上半周內(nèi)向外伸出，其底部的密封容積逐漸增大，產(chǎn)生局部真空，于是通過固定在配油軸上的窗口a吸油。當柱塞處于下半周時，柱塞底部的密封容積逐漸減小，通過配油軸窗口b把油液壓出。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，每個柱塞各

30、吸、壓油一次。 若改變定子和轉(zhuǎn)子的偏心距e，則泵的輸出流量也改變，即為徑向柱塞變量泵；若偏心距e從正值變?yōu)樨撝担瑒t進油口和壓油口互換，即為雙向徑向變量柱塞泵。,圖17-10徑向柱塞泵的工作原理圖,2.徑向柱塞泵的排量和流量柱塞的行程為兩倍偏心距e，泵的排量為,（17-16）,泵的實際輸出流量為,（17-17）,,17.5螺桿泵,如圖17-11所示是三螺桿泵的結(jié)構(gòu)圖。 在泵體內(nèi)安裝三根螺桿，中間的主動螺桿是右旋凸螺桿

31、，兩側(cè)的從動螺桿是左旋凹螺桿。三螺桿泵的外圓與泵體的對應(yīng)弧面保持著良好的配合，螺桿的嚙合線把主動螺桿和從動螺桿的螺旋槽分割成多個相互隔離的密封工作腔。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，密封工作腔可以一個接一個地在左端形成，不斷從左向右移動。主動螺桿每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作腔便移動一個導程，最左面的密封工作腔容積逐漸增大，則將油吸入；最右面的容積逐漸減小，則將油壓出。,圖17-11螺桿泵,,17.6各類液壓泵的性能比較及應(yīng)用,為比較前述各類液壓泵的性能、特點