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第三章教案

四川机电职业技术学院

篇章授课计划

教学课题：

第三章液压泵

教学目的：

液压泵的工作原理

液压泵的主要性能及参数

液压泵的结构

液压泵与电动机参数的选用

教学重点：

液压泵的工作原理

教学难点：

液压泵的主要性能及参数

课程设置：

液压泵概述，齿轮泵

叶片泵

柱塞泵，液压泵的选用

液压泵特性试验

四川机电职业技术学院

课时授课计划

第七次课

教学课题：

液压泵概述，齿轮泵

教学目的：

掌握液压泵工作原理，液压泵性能参数，齿轮泵

教学重点及处理方法：

液压泵工作原理，性能参数。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学难点及处理方法：

齿轮泵。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学方式（手段）：

板书及多媒体教学、课堂提问。

教具：

书本，教案。

时间分配：

1液压泵概述30′

2齿轮泵60′

四川机电职业技术学院教案

一液压泵概述

液压泵：

将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能,向系统供油。

液压泵的工作原理

由于这种泵是依靠泵的密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的，因而称为容积式泵。

容积式泵的流量大小取决于密封工作腔容积变化的大小和次数。

若不计泄漏，流量与压力无关。

液压泵的分类方式很多，它可按压力的大小分为低压泵、中压泵和高压泵。

也可按流量是否可调节分为定量泵和变量泵。

又可按泵的结构分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮泵和叶片泵多用于中、低压系统，柱塞泵多用于高压系统。

液压泵正常工作的三个必备条件

1必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；

2密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大——吸油，由大变小——压油；

3密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。

液压泵的主要性能和参数

1、压力

1）工作压力：

液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。

工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。

2）额定压力：

液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

3）最高允许压力：

在超过额定压力的条件下，根据试验准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。

2、排量

排量是泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。

一般定量泵因密封性较好，泄漏小，在高压时效率较高。

3、流量：

为泵单位时间内排出的液体体积（L/min），有理论流量Qth和实际流量Qac两种。

式中：

q—泵的排量（L/r）

n—泵的转速（r/min）

∆Q—泵运转时，油会从高压区泄漏到低压区，是泵的泄漏损失。

4、容积效率和机械效率

泵的容积效率：

泵的机械效率：

Tth－泵的理论输入扭矩

Tac－泵的实际输入扭矩

5、泵的总效率、功率

泵的总效率（厄塔）：

—泵实际输出功率

—电动机输出功率

泵的功率：

式中：

p—泵输出的工作压力（MPa）

Qac—泵的实际输出流量（L/min），1L=103cm3。

【例】某液压系统，泵的排量Q＝10mL/r，电机转速n＝1200r/min，泵的输出压力p=5MPa，泵容积效率η

 V＝0.92，总效率η＝0.84，求：

（1）泵的理论流量；

（2）泵的实际流量；

（3）泵的输出功率；

（4）驱动电机功率。

解

（1）泵的理论流量为

Qth=Q·n·10-3=10×1200×10-3＝12（L/min）

（2）泵的实际流量为

 Qac＝Qth·ηV＝12×0.92＝11.04（L/min）

（3）泵的输出功率为

（4）驱动电机功率为

泵性能指标公式记忆

理论转矩记住它,等于排量乘压差.

理论流量记得住,等于排量乘转速.

功率等于p乘q,也等转矩乘转速.

能流方向分得清,乘除效率不含糊.

计算单位要统一,角度一律用弧度.

二齿轮泵

齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种，且价格便宜，故在一般机械上被广泛使用；

齿轮泵是定量泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。

外啮合齿轮泵

（1）工作原理

外啮合齿轮泵的构造和工作原理如图2-2所示。

它由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧由端盖罩住，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。

当齿轮按图2-2所示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的齿轮逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧的压油腔内。

在压油区的一侧，由于齿轮在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压油管路中去。

这里的啮合点处的齿面接触线一直起着隔离高、低压腔的作用。

齿轮泵工作原理

齿轮泵的排量为两齿轮所有齿谷容积与齿顶间隙所占容积（此处液体未排出又返回吸液腔）之差，近似地认为轮齿体积与齿谷容积相等，则排量等于外径为齿顶圆直径﹑厚度为轮齿有效工作高度﹑宽度为齿轮宽度的圆环体积，即

实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大，齿数越少，差值越大。

用3.33代替π，对式进行修正（若为润滑泵则用3.5代替π），则齿轮泵的排量为：

泵的实际流量为：

（2）齿轮泵的结构特性分析

1）间隙泄漏

解决方法：

端面间隙补偿采用静压平衡措施：

在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套、浮动侧板。

2）径向力

齿轮泵的径向力

3）困油现象

卸荷槽有两种布置方式：

一是对称于两齿轮中心连线，二是不对称，卸荷槽向吸液腔一侧偏移一段距离。

齿轮泵的困油现象

卸荷措施：

在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽

开设卸荷槽的原则：

两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。

内啮合齿轮泵

图（a）所示为有隔板的内啮合齿轮泵，图（b）所示为摆动式内啮合齿轮泵，它们共同的特点是：

内外齿轮转向相同，齿面间相对速度小，运转时噪音小；齿数相异，绝对不会发生困油现象。

因为外齿轮的齿端必须始终与内齿轮的齿面紧贴，以防内漏，所以内啮合齿轮泵不适用于较高的压力的场合。

（a）有隔板的内啮合齿轮泵；（b）摆动式内啮合齿轮泵

齿轮泵的优缺点及应用

1.优点：

结构简单，制造工艺性好，价格便宜，自吸能力较好，抗污染能力强，而且能耐冲击性负载。

2.缺点：

流量脉动大，泄漏大，噪声大，效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复。

3.应用：

用于环境差、精度要求不高的场合，通常p<10MPa，如工程机械、建筑机械、农用机械等。

三作业布置

3-1.3-2

四小结

五总结

四川机电职业技术学院

课时授课计划

第八次课

教学课题：

叶片泵

教学目的：

研究叶片泵的工作原理，结构特点；掌握叶片泵的工作原理、计算和特性曲线。

教学重点及处理方法：

双作用叶片泵的工作原理。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学难点及处理方法：

限压式变量叶片泵的工作原理、特性曲线和应用。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学方法：

板书讲解、课堂提问。

教具：

书本，教案。

时间分配：

1单作用叶片泵45′

2双作用叶片泵45′

四川机电职业技术学院教案

优点是结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳。

缺点是对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高。

叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。

分类

●双作用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变量泵用。

●双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名。

●单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用

一双作用叶片泵

1.工作原理

定子：

其内环由两段大半径R圆弧、两段小半径r圆弧和四段过渡曲线组

转子：

铣有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度为B

叶片：

在叶片槽内能自由滑动

左、右配流盘：

开有对称布置的吸、压油窗口

传动轴：

由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成,故有两部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。

2.流量、排量公式

V=2πB（R2–r2）-2Bzδ（R–r）/cosθ

δ为叶片厚度,θ为叶片倾角。

3.双作用叶片泵的结构特点

配流盘：

为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。

径向力平衡。

合理设计过渡曲线形状和叶片数（z≥8），可使理论流量均匀，噪声低。

为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通压力油。

定子曲线圆弧段圆心角β≥配流窗口的间距角γ≥叶片间夹角α（=2π/z）。

4.高压叶片泵的结构特点

叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用：

定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损；减少了泵的理论排量；可能引起瞬时理论流量脉动。

这样，影响了泵的寿命和额定压力的提高。

提高双作用叶片泵额定压力的措施：

采用浮动配流盘实现端面间隙补偿

减小通往吸油区叶片根部的油液压力（↓p）

减小吸油区叶片根部的有效作用面积

阶梯式叶片（↓s）子母叶片（↓b）柱销式叶片（↓b）

二单作用叶片泵

1工作原理

●定子：

内环为圆

●转子：

与定子存在偏心e，铣有z个叶片槽

●叶片：

在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B

●左、右配流盘：

铣有吸、压油窗口

●传动轴

排量公式V=2πDBe

2单作用叶片泵的特点

可以通过改变定子的偏心距e来调节泵的排量和流量。

叶片槽根部分别通油，叶片厚度对排量无影响。

因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动的。

叶片数取为奇数，以减小流量的脉动。

限压式变量叶片泵

1结构、原理

定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油，左边作用着调压弹簧力，当F

若泵的压力随负载增大，导致F>Ft，定子将向偏心减小的方向移动，泵的输出流量减小。

调节压力调节螺钉的预压縮量，即改变特性曲线中拐点B的压力大小pB，曲线BC沿水平方向平移。

2.限压式变量叶片泵特性曲线

调节定子右边的最大流量调节螺钉，可以改变定子的最大偏心距emax，即改变泵的最大流量，曲线AB上下移动。

更换不同刚度的弹簧，即改变了BC的斜率，泵的最高压力pc也就不同。

三作业布置

3-3、4

四小结

五总结

四川机电职业技术学院

课时授课计划

第九次课

教学课题：

柱塞泵

教学目的：

掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用。

教学重点及处理方法：

轴向柱塞泵。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学难点及处理方法：

液压马达工作原理、参数计算、液压泵性能比较。

课堂板书或多媒体进行讲解

教学方法：

板书讲解、课堂提问。

教具：

书本，教案，插图。

时间分配：

1径向柱塞泵30′

2轴向柱塞泵35′

3液压泵的选用25′

四川机电职业技术学院教案

柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封工作腔容积产生变化来实现吸油、压油的。

由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，因此加工方便，密封性能好。

所以，柱塞泵具有压力高、驱动功率大、变量方便、转速高、效率高、结构紧凑、寿命长等优点。

总效率为90％左右。

其缺点是结构较为复杂、重量大、自吸性差、有些零件对材料加工工艺的要求较高、成本较高、要求较高的过滤精度、对使用和维护要求较高。

柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。

分类

为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。

径向柱塞泵

●配流轴式径向柱塞泵

●阀配流径向柱塞泵

轴向柱塞泵

●斜盘式轴向柱塞泵

●

斜轴式无铰轴向柱塞泵

一径向柱塞泵

配流轴式径向柱塞泵

工作原理

缸体均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。

柱塞其头部滑履与定子内圆接触。

定子与缸体存在偏心。

配流轴

传动轴

排量

排量公式

V=（πd2/2）ez

e——定子与缸体之间的偏心距

Z——柱塞数

阀配流径向柱塞泵

径向柱塞泵结构特点

配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。

柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。

可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。

改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。

二轴向柱塞泵

斜盘式轴向柱塞泵

斜盘式柱塞泵主要由斜盘1、柱塞2、缸体3、配流盘4及变量机构组成。

工作原理

缸体均布Z个柱塞孔，分布圆直径为D

柱塞滑履组柱塞直径为d

斜盘相对传动轴倾角为α

配流盘

传动轴

斜盘式柱塞泵的排量计算

排量公式V=z（πd2/4）Dtgγ

改变斜盘倾角可以改变泵的排量

三对磨擦副：

柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。

容积效率较高，额定压力可达31.5MPa。

柱塞泵主要零件

缸体

组件

柱塞滑履组

配流盘

轴向柱塞泵的结构、特点

泵体上有泄漏油口。

传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。

为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：

5，7，9。

为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。

斜轴式轴向柱塞泵

工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角β，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。

传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。

特点：

柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。

传动轴线与缸体轴线相交一个夹角的轴向柱塞泵称为斜轴式轴向柱塞泵，简称斜轴泵，也称弯轴泵、连杆泵、倾缸泵、无铰泵。

是一种高档高压的长寿命的机电泵。

具体特点是

（1）最高压力达40MPa。

（2）带有久经考验的球面配流盘的高性能旋转组件，易实现缸体自动对中。

（3）增大摆角输出排量可调，变量方式多，有七种以上。

（4）耐用的轴承设计，寿命，长耐冲击。

（5）柱塞受力状态较斜盘式好，长寿命设计，低噪声。

（6）ISO安装法兰，规格55起定量泵/马达与变量马达一致。

（7）自吸性比斜盘式好，进油口油压≥0.08MPa即可。

三液压泵的选用

选择液压泵的原则

是否要求变量：

径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。

工作压力：

柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa,高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。

工作环境：

齿轮泵的抗污染能力最好。

噪声指标：

低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。

效率：

轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。

液压泵大小的选用

液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。

液压泵的的工作压力是根据执行元件的最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损失，泵的最大工作压力P泵可按下式确定：

P泵≥k压×P缸

式中：

P泵一液压泵所需要提供的压力，Pa,

k压一系统中压力损失系数，取1.3~1.5

P缸一液压缸中所需的最大工作压力，Pa

液压泵的选择，通常是先根据对液压泵的性能要求来选定液压泵的型式，再根据液压泵所应保证的压力和流量来确定它的具体规格。

液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及泄漏量，即

Q泵≥K流.×Q缸

式中：

Q泵—液压泵所需输出的流量，m3/min。

K流—系统的泄漏系数，取1.1~1.3

Q缸一液压缸所需提供的最大流量，m3/min。

若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的几个液压缸所需的最大流量之和。

在P泵、Q泵求出以后，就可具体选择液压泵的规格，选择时应使实际选用泵的额定压力大于所求出的P泵值，通常可放大25%。

泵的额定流量略大于或等于所求出的Q缸值即可。

四作业布置

3-5

五小结

六总结