液压与气压传动3第二章 液压泵和液压马达.docx

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液压与气压传动3第二章液压泵和液压马达

第二章液压泵和液压马达

第一节概述

一、液压泵和液压马达的工作原理

液压泵是将电动机（或其它原动机）输出的机械能转换为液体压力能的能量转换装置。

在液压系统中，液压泵作为动力源，向液压系统提供压力油。

液压马达是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。

从原理上，两者是互逆的。

但由于功用的不同，结构上有差别。

1．液压泵的工作原理

图2-1所示为一个单柱塞液压泵的工作原理图。

柱塞2安装在泵体3内，柱塞在弹簧4的作用下与偏心轮1接触。

当偏心轮不停地转动时，柱塞作左右往复运动。

柱塞向右运动时，柱塞和泵体所形成的密封容积V增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力作用下，通过单向阀6进入泵体V腔，即液压泵吸油。

柱塞向左运动时密封容积V减小，由于单向阀6封住了吸油口，于是V腔的油液打开单向阀5流向系统，即液压泵压油。

偏心轮不停地转动，液压泵便不断地吸油和压油。

从上述泵的工作过程可以看出：

l）液压泵是依靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，利用这种原理做成的泵统称为容积式液压泵。

2）在吸油过程中，对于非封闭的油箱,必须使油箱与大气接通，这是吸油的必要条件。

3）单向阀5、6将吸油腔与压油腔隔开,保证吸油时使V腔与油箱接通，同时切断供油管道;压油时使V腔与油液流向系统的管道相通而与油箱切断。

单向阀5、6又称为配油装置。

液压马达是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。

从原理上讲，液压马达和液压泵是可逆的。

即液压泵可以作为液压马达使用，输入压力油，输出转矩和转速。

二、液压泵和液压马达的分类

液压泵和液压马达的类型很多。

液压泵和液压马达按其排量V能否调节而分成定量泵和和定量马达，变量泵和变量马达两类，液压泵和液压马达按结构形式的不同，可分为齿轮式、叶片式和柱塞式等类型。

液压泵和液压马达的图形符号如图2-2所示。

三、液压泵和液压马达的压力和流量

1.液压泵和液压马达的压力

1）工作压力p液压泵的工作压力是指它输出油液的压力，其大小由负载决定。

液压马达的工作压力是指它的输入压力。

2）公称（额定）压力液压泵的公称（额定）压力是指液压泵在使用中允许到达的最大工作压力，超过此值就是过载。

液压泵的公称压力应符合国家标准（GB2346-2003）的规定。

液压马达的公称压力是指液压马达在使用中允许达到的最大工作压力。

超过此值就是过载。

液压马达的公称压力应符合国家标准（GB2346-80）的规定。

3）最高工作压力液压泵和液压马达的最大工作压力是指液压泵或液压马达在短时间内过载时所允许到达的极限压力。

2．液压泵和液压马达的排量和流量

（1）排量V液压泵的排量是指泵轴每转一转，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。

公称排量应符合国家标准的规定。

液压马达的排量是指马达轴每转一转，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的吞入液体的体积。

公称排量应符合国家标准的规定。

（2）流量qV

1）理论流量液压泵的理论流量是指泵在单位时间内由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积，理论流量等于排量与其转速的乘积。

液压马达的理论流量是指马达在单位时间内为达到指定转速，由其密封容积的几何尺寸变化计算而得的吞入液体的体积。

2）实际流量液压泵的实际流量是指泵工作时实际输出的流量，等于理论流量减去泄漏损失的流量。

液压马达的实际流量是指马达工作时实际输入的流量，等于理论流量加上因泄漏损失的流量。

3）公称流量液压泵的公称流量，是指泵在公称转速和公称压力下的输出流量。

液压马达的公称流量是指马达在公称转速和公称压力下的输入流量。

四、液压泵和液压马达的功率和效率

1、液压泵的功率和效率

1）泵的输入功率Pm驱动泵轴的机械功率叫泵的输入功率Pm

式中，T为泵轴上的实际输入转矩,n为泵轴的转速。

2）泵的输出功率py泵输出的液压功率叫泵的输出功率py

Py=pq

3）泵的总效率由于泵在能量转换时有能量损失（机械摩擦损失、泄漏流量损失），泵的输出功率P，总是小于泵的输入功率Pm。

其总效率为

=═

式中，为泵的机械效率；为泵的容积效率。

泵的容积效率=

泵的机械效率==

2、液压马达的功率和效率

1）液压马达的输入功率

=.

式中,为马达的输入压力;为马达的输入流量。

2）液压马达的输出功率

=T

式中，T为马达的实际输出转矩；n为马达的实际转速。

3）马达的总效率

马达的输出功率总是小于马达的输入功率，其总效率为：

=.

式中，为马达的机械效率；为马达的容积效率；Vw为马达的排量。

马达的容积效率==

由此可得：

=

马达的机械效率=

马达的输出转矩：

T=

第二节齿轮泵

齿轮泵广泛地应用在各种液压机械上。

一般齿轮泵分为外啮合和内啮合两种。

外啮合齿轮泵结构简单、体积小，重量轻，转速高，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维修以及成本低等特点。

它的缺点是，流量和压力脉动较大，噪声较大。

一、齿轮泵的工作原理和结构

1.齿轮泵的工作原理

齿轮泵的工作原理如图2-3所示。

由泵体、端盖和一对相互啮合的齿轮形成密封的工作容积。

相互啮合的齿轮将密封的工作容积分隔成左右两个密封的空腔，即a腔和b腔，分别与吸油口和压油口相通。

当主动轴带动齿轮按图示方向旋转

时，在a腔中，啮合的两轮齿逐渐脱开，工作容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经吸油口进入吸油腔（a腔）;然后，齿间的油液随齿轮转动沿带尾箭头所示的流向被带到b腔。

在b腔中，两齿轮的轮齿逐渐啮合，使工作容积逐渐减小，被挤压的油液经压油口输出，故b腔为压油腔。

齿轮不停地转动，吸油腔不断地从油箱中吸油，压油腔不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。

2、齿轮泵的结构性能分析

3）泄漏途径

齿轮泵的泄漏途径:

齿轮泵内部从高压区向低压区泄漏有三条途径，一条是通过齿轮端面与侧盖板之间的轴向间隙，约占总泄漏的75%～80%，是目前影响齿轮泵压力提高的主要原因；另一条是通过齿顶和泵体内孔间的径向间隙，其泄漏约占总泄漏的15%～20%；还有一条是齿轮啮合处的泄漏，其泄漏很少，一般不予考虑

3、齿轮泵的典型结构

CB-B型齿轮泵是低压齿轮泵，主要用作机床的动力源以及各种补油、润滑和冷却系统。

其结构如图2-9所示。

一对齿轮7、9装在泵体2中，由主动轴6带动回转。

左、右端盖1、3装在泵体的两侧，用六个螺钉13连接，并用定位销10定位。

带有保持架的滚针轴承12分别装在左、右端盖中，支承主动轴6和从动轴8。

在左、右端盖上各铣有两个消除困油现象的矩形卸荷槽f和g,泵体两端面上还铣有压力卸荷槽C,由侧面泄漏的油液经卸荷槽流回吸油腔，以减小螺钉的拉力。

为了减小径向力不平衡力，常采用缩小压油口的方法。

二、齿轮泵的常见故障及排除方法（见表2-2,自学）

第三节叶片泵

叶片泵在机床液压系统中应用最广。

其主要优点是:

结构紧凑、外形尺寸小、运转平稳、流量均匀以及噪声小等。

其缺点是:

结构复杂、吸油特性差、对油液的污染较敏感。

叶片泵按其排量是否可变分为定量叶片泵和变量叶片泵，按其转子转一周吸、排油的次数可分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。

一、双作用叶片泵

1）双作用叶片泵的组成:

主要由转子1、定子2、叶片3、泵体4及配油盘5等组成。

转子和定子同心安放。

定子内表面是一个近似椭圆，由两段长半径R圆弧、两段短半径r圆弧以及四段过渡曲线所组成。

转子上开有均布槽，矩形叶片安装在转子槽内，并可在槽内滑动。

2）双作用叶片泵的工作原理:

如图2-11所示,当转子旋转时，叶片在自身离心力和根部压力油的作用下，紧贴定子内表面。

在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。

当相邻两叶片由短半径处向长半径处转动时，两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空而吸油，当相邻两叶片由长半径处向短半径处转动时，两叶片间的工作容积逐渐减小而压油。

转子转一周，两相邻叶片间的工作容积完成两次吸油和压油，所以称为双作用叶片泵。

这种泵有两个对称的吸油腔和压油腔，作用在转子上的径向液压力互相平衡，因此也称为双作用卸荷式叶片泵。

双作用叶片泵一般做成定量泵。

3）双作用叶片泵的结构:

图2-12所示为YB1型叶片泵的结构图，由前、后泵体7、6，左、右配油盘1、5，定子4、转子12等组成。

结构特点：

定子的组成;八段曲线组成（二段大圆弧、二段小圆弧和四段过渡曲线）。

配油盘的组成;如图2-13所示

配油盘与定子的相对关系:

为了便于装配和使用，两个配油盘与定子、转子和叶片组装成一个部件。

两个长螺钉13为组件的紧固螺钉，其头部作为定位销插入后泵体的定位孔内，以保证配油盘上吸、压油窗口的位置能与定子内表面的过渡曲线相对应。

其它:

转子上开有12条狭槽，叶片11安装在槽内，并可在槽内自由滑动。

转子通过内花键与主动轴相配合，主动轴由两个滚珠轴承2和8支承。

骨架式密封圈9安装在盖板10上，用来防止油液泄漏和空气渗入。

叶片的倾角

4）双联叶片泵:

YB1系列叶片泵除单泵外，还有双联叶片泵，如图2-14所示,它是由两个单级叶片泵组成，其主要工作部件装在一个泵体内，由同一根传动轴带动旋转。

泵体有一个共同的吸油口，两个各自独立的出油口。

二、单作用叶片泵

1）单作用叶片泵的组成:

如图2-18所示,主要由转子3、定子4、叶片5、配油盘1、传动轴2及泵体等组成。

转子和定子偏心安放，偏心距为℮，定子具有圆柱形的内表面。

转子上开有均布槽，矩形叶片安放在转子槽内，并可在槽内滑动。

2）单作用叶片泵的工作原理：

如图2-18所示，转子旋转时，叶片在自身离心力的作用下，紧贴定子内表面起密封作用。

在转子、定子、叶片和配油盘之间就形成了若干个密封的工作容积。

当转子按图示方向旋转时，右边的叶片逐渐伸出，相邻两叶片间的工作容积逐渐增大，形成局部真空，从配油盘上的吸油窗口吸油;左边的叶片被定子的内表面逐渐压进槽内，两相邻叶片间的工作容积逐渐减小，将工作油液从配油盘上的压油窗口压出;在吸油窗口和压油窗口之间有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开，转子转一周两叶片间的工作容积完成一次吸油和压油，所以称为单作用式叶片泵。

转子受到来自压油腔的径向不平衡力，使轴承所受载荷较大，因此也称为单作用非卸荷式叶片泵。

若在结构上把转子和定子的偏心距做成可调节的，就成为变量泵，单作用叶片泵往往做成变量泵

3）限压式变量叶片泵工作原理：

工作原理：

图2-19所示为YBX型限压式变量叶片泵工作原理图。

转子l的中心01是固定的，定子2可以左右移动，在右端限压弹簧3的作用下，定子被推向左端，靠紧在活塞6的右端面上，使定子中心O2和转子中心01之间有一原始偏心距e。

，泵出口的压力油经泵体内通道作用于活塞6的左端面上，当泵的工作压力p小于限定压力（即活塞对定子的作用力小于限压弹簧3的预紧力）时，定子不能移动，最大偏心量保持不变，泵的输出流量为最大。

当泵的工作压力大于限定压力时，限压弹簧被压缩，定子右移，偏心量减小，泵输出流量也减小。

工作压力越高，偏心量越小，泵的输出流量也越小。

当工作压力达到某一极限值（截止压力）时，定子移到最右端位置，偏心量减至最小，使泵所产生的流量全部用于补偿泄漏，泵的输出流量为零。

此时，若外负载再继续加大，泵的输出压力也不再升高，所以这种泵被称为限压式变量叶片泵。

图中螺钉7用来调节泵的最大流量，螺钉4用来调节限定压力。

流量压力特性曲线：

限压式变量叶片泵的流量与压力特性曲线如图2-20所示。

图中AB段表示工作压力p小于限定压力pB时，流量最大而且基本保持不变。

B点为拐点，表示泵输出最大流量时可达到的最高工作压力。

YBX型限压式变量叶片泵的结构：

如图2-21所示。

定子的组成;配油盘的组成;叶片的倾角。

三、叶片