第三章 液壓泵

1、第第 3 3 章液壓泵章液壓泵內(nèi)容提要內(nèi)容提要本章主要介紹液壓動(dòng)力元件的幾種典型液壓泵（齒輪泵、葉片泵、柱塞泵的工作原理、性能參數(shù)、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍等） ?；疽?、重點(diǎn)和難點(diǎn)基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)基本要求：基本要求：掌握齒輪泵、葉片泵、柱塞泵的工作原理、性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。了解各類(lèi)泵的典型結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍。重點(diǎn)：重點(diǎn)：通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求掌握液壓泵的工作原理、功能、性能參數(shù)（壓力和流量等） 、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。難點(diǎn)：難點(diǎn)： 密閉容積的確定（特別是齒輪泵） 。容積效率的概念。 額定壓力和實(shí)際壓力的概念。 外反饋限壓式變量葉片泵的特性。 柱塞泵的變量機(jī)構(gòu)。3.13.1 液壓泵基本概述液壓

2、泵基本概述液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)等）輸入的機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩T和角速度）轉(zhuǎn)換為壓力能（壓力p和流量q）輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵.的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性，在液壓傳動(dòng)中占有極其重要的地位。3.1.13.1.1 液壓泵的工作原理液壓泵的工作原理如圖 3-1 所示，單柱塞泵由偏心輪 1、柱塞 2、彈簧 3、缸體 4 和單向閥 5、6 等組成，柱塞與缸體孔之間形成密閉容積。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，柱塞在彈簧力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，柱塞與缸體孔組成的密閉容積增大，形成真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下經(jīng)單向閥 5 進(jìn)入其內(nèi)（單向閥 6

3、關(guān)閉） 。這一過(guò)程稱(chēng)為吸油，當(dāng)偏心輪的幾何中心轉(zhuǎn)到最下點(diǎn) O1/時(shí)，容積增大到極限位置，吸油終止。吸油過(guò)程完成后，偏心輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞隨偏心輪向上運(yùn)動(dòng)，柱塞與缸體孔組成的密閉容積減小，油液受擠壓經(jīng)單向閥6 排出（單向閥 5 關(guān)閉） ，這一過(guò)程稱(chēng)為排油，當(dāng)偏心輪的幾何中心轉(zhuǎn)到最上點(diǎn) O1/時(shí)，容積減小至極限位置，排油終止。偏心輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，泵在半個(gè)周期內(nèi)吸油、半個(gè)周期內(nèi)排油，在一個(gè)周期內(nèi)吸排油各一次。圖 3-1 單柱塞泵工作原理1-偏心輪 2-柱塞 3-彈簧 4-缸體 5、6-單向閥 7-油箱如果記柱塞直徑為d，偏心輪偏心距為e，則柱塞向上最大行程es2，排出的油液體積2422e

4、dsdV。V為單柱塞泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出的油液體積，通常將其稱(chēng)為泵的排量，它只與幾何尺寸（d和e）有關(guān)。根據(jù)上述分析，液壓泵的工作原理可以歸納如下：1）液壓泵必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件（柱塞）和非運(yùn)動(dòng)件（缸體）所構(gòu)成的密閉容積，該容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)發(fā)生周期性變化。容積增大時(shí)形成真空，油箱的油液在大氣壓作用下進(jìn)入密閉容積（吸油） ；容積減小時(shí)油液受擠壓克服管路阻力排出（排油） 。因它的吸油和排油均依賴(lài)密閉容積的容積變化，因此稱(chēng)之為容積式泵。2）液壓泵的密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為排油；同理，密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為吸油。圖 3-1 所示的泵是通過(guò)單向閥

5、 5 和 6 實(shí)現(xiàn)這一要求的，因此稱(chēng)之為閥式配流。此外，還有配流盤(pán)式配流和配流軸式配流等形式。3）液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)吸入或排出的油液體積取決于密閉容積的變化量。圖 3-1 所示泵的變化量與柱塞的直徑和行程有關(guān)。因單個(gè)柱塞泵半個(gè)周期吸油、半個(gè)周期排油，供油不連續(xù)，因此不能直接用于工業(yè)生產(chǎn)。通常將柱塞數(shù)選為三個(gè)以上，且徑向均布，組成如圖 3-35 所示的液壓泵。4）液壓泵吸油的實(shí)質(zhì)是油箱的油液在大氣的作用下進(jìn)入具有一定真空度的吸油腔。為防止氣蝕，真空度應(yīng)小于 0.05MPa，因此對(duì)吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。泵的吸油腔容積能自動(dòng)增大的泵稱(chēng)為自吸泵。如圖 3-1 所示的泵，若柱塞上部無(wú)

6、彈簧，則無(wú)自吸能力。5）液壓泵的排油壓力取決于排油管路油液流動(dòng)所受到的總阻力，即液流的管路損失、元件的壓力損失及需要克服的外負(fù)載阻力之和?？傋枇υ酱螅庞蛪毫υ礁?。若排油管路直接接回油箱，則總阻力為零，泵排出壓力為零，泵的這一工況稱(chēng)之為卸載。6）組成液壓泵密閉容積的零件，有的是固定件，有的是運(yùn)動(dòng)件。它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此必須存在間隙（圖 3-1 為柱塞與缸體孔之間的環(huán)形縫隙） 。當(dāng)密閉容積為排油時(shí)，壓力油將經(jīng)此間隙向外泄露、使實(shí)際排出的油液體積減小，其減少的油液體積稱(chēng)為泵的容積損失。7）為了保證液壓泵的正常工作，泵內(nèi)完成吸、壓油的密閉容積在吸油與壓油之間相互轉(zhuǎn)換時(shí)，將瞬間存在一個(gè)既不與吸油

7、腔相通、又不與壓油腔相通的閉死的容積。若此閉死容積在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中大小發(fā)生變化，則容積減小時(shí)，因液體受擠壓而使壓力提高；容積增大時(shí)又會(huì)因無(wú)液體補(bǔ)充而使壓力降低。必須注意的是，如果閉死容積的減小是發(fā)生在該容積離開(kāi)壓油腔之后，則壓力將高于壓油腔的壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致周期性的壓力沖擊，同時(shí)高壓液體會(huì)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副之間的間隙擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱；如果閉死容積的增大是發(fā)生在該容積剛離開(kāi)吸油腔之后，則會(huì)使閉死容積的真空度增大，以致引起氣蝕和噪聲。這種因存在閉死容積大小發(fā)生變化而導(dǎo)致的壓力沖擊、氣蝕、噪聲等危害液壓泵的性能和壽命的現(xiàn)象，稱(chēng)為液壓泵的困油現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)與制造液壓泵時(shí)應(yīng)竭力消除與避免。3.1.2 液壓泵的性能

8、參數(shù)和特性曲線(xiàn)液壓泵的性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)1液壓泵的壓力1）吸入壓力 泵進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力。2）工作壓力p 液壓泵工作時(shí)的出口壓力，其大小取決于負(fù)載。3）額定壓力sp在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。除此之外還有最高允許壓力，是指泵短時(shí)間內(nèi)所允許超載使用的極限壓力，它受泵本身密閉性能和零件強(qiáng)度等因素的限制。由于液壓傳動(dòng)的用途不同，液壓系統(tǒng)所需的壓力也不同，為了便于液壓元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個(gè)等級(jí)，列表于 3-1。表 3-1 壓力分級(jí)壓力分級(jí)低壓中壓中高壓高壓超高壓壓力/MPa2.52.588161632322液壓泵的排量和流量1）排量 V液壓泵

9、每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排出的油液體積，稱(chēng)之為泵的排量，又稱(chēng)理論排量或幾何排量，記為 V，常用單位為 cm3/r。排量的大小決定于泵的幾何尺寸。2）流量液壓泵的流量又分為平均理論流量、實(shí)際流量、瞬時(shí)理論流量。平均理論流量 qt 液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上排出的油液體積，它正比于泵的排量V 和轉(zhuǎn)速 n，即 qt=nV。常用的單位為 m3/s和 L/min。實(shí)際流量 q 液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排出的油液體積。在泵的出口壓力不等于零時(shí)，因存在泄漏流量q，因此實(shí)際流量 q 小于理論流量 qt，即 q=qt-q 。需要指出：當(dāng)泵的出口壓力等于零或進(jìn)出口壓力差等于零時(shí)，泵的泄漏q =0，即q=qt。工業(yè)生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)中

10、將此時(shí)的流量等同于理論流量。瞬時(shí)理論流量 qsh 液壓泵任一瞬時(shí)理論輸出的流量。一般液壓泵的瞬時(shí)理論流量是波動(dòng)的，即 qshqt 。額定流量 qs 液壓泵在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運(yùn)行的流量。3液壓泵的功率和效率1）輸入功率 Pr 驅(qū)動(dòng)液壓泵軸的機(jī)械功率為泵的輸入功率，若記輸入轉(zhuǎn)矩為 T；角速度為，則 Pr=T。2）輸出功率 P 液壓泵輸出的液壓功率，即平均實(shí)際輸出流量 q 和工作壓力 p 的乘積為輸出功率，P=pq 。3）容積效率v液壓泵的實(shí)際流量 q 與理論流量 qt的比值稱(chēng)為液壓泵的容積效率，可表示tttVqqqqq)( （3-1）由于泵內(nèi)機(jī)件間的間隙很小，泄漏油液的流態(tài)可以看作為層

11、流，所以泄漏量和泵的輸出壓力成正比。即 pkql （3-2）式中l(wèi)k為泄漏系數(shù)因此有 nVpkqqltV11 （3-3）上式表明：泵的輸出壓力越高，泄漏系數(shù)越大，轉(zhuǎn)速越低，則泵的容積效率也越低。 4）機(jī)械效率m 驅(qū)動(dòng)液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩 Tt 與實(shí)際轉(zhuǎn)矩 T 的比值稱(chēng)為液壓泵的機(jī)械效率，可表示為m=Tt/T 。5）總效率 液壓泵的輸出功率 P 與輸入功率 Pr之比為總效率，即 mVrTpqPP （3-4）一臺(tái)性能良好的液壓泵應(yīng)要求其總效率最高，而不僅僅是容積效率最高。4液壓泵的轉(zhuǎn)速1）額定轉(zhuǎn)速 ns 在額定壓力下，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速，稱(chēng)為液壓泵的額定轉(zhuǎn)速。2）最高轉(zhuǎn)速 nmax 在額定

12、壓力下，超過(guò)額定轉(zhuǎn)速允許短時(shí)間運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。3）最低轉(zhuǎn)速 nmin 正常運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的液壓泵的最低轉(zhuǎn)速。4）轉(zhuǎn)速范圍 最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速為液壓泵工作的轉(zhuǎn)速范圍。5液壓泵的特性曲線(xiàn)液壓泵的性能常用如圖 3-2 所示的性能曲線(xiàn)表示，曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)為液壓泵的工作壓力P，縱坐標(biāo)為液壓泵的容積效率v（或?qū)嶋H流量 q） ，機(jī)械效率m，總效率和輸入功率 Pr。它是液壓泵在特定的介質(zhì)、轉(zhuǎn)速和油溫下通過(guò)實(shí)驗(yàn)做出的。圖 3-2 液壓泵的性能曲線(xiàn)由圖示性能曲線(xiàn)可看出：液壓泵的容積效率v（或?qū)嶋H流量 q）隨泵的工作壓力升高而降低，壓力為零時(shí)容積效率v =100% ，實(shí)際流量等于理論流量。液壓泵的總效率隨泵的工

13、作壓力升高而升高，接近液壓泵的額定壓力時(shí)總效率最高。對(duì)某些工作轉(zhuǎn)速在一定范圍的液壓泵或排量可變的液壓泵，為了揭示液壓泵整個(gè)工作范圍的全性能特性，一般用圖 3-3 所示的通用特性曲線(xiàn)表示。曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)為泵的工作壓力 P，縱坐標(biāo)為泵的流量 q、轉(zhuǎn)速 n 或排量 V，圖中繪制有泵的等效率曲線(xiàn)i，等功率曲線(xiàn) Pri。圖 3-3 液壓泵的通用特性曲線(xiàn)3.1.3 液壓泵的分類(lèi)液壓泵的分類(lèi)液壓泵按主要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)方式分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。其中：齒輪泵又分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵；葉片泵分為雙作用葉片泵、單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵；柱塞泵分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵；螺桿泵分為單螺桿

14、泵、雙螺桿泵和三螺桿泵。液壓泵按排量能否改變分為定量泵和變量泵，其中變量泵可以是單作用葉片泵、徑向柱塞泵、軸向柱塞泵。液壓泵按進(jìn)、出油口的方向是否可變分為單向泵和雙向泵，其中單向定量泵和單向變量泵只能一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)；雙向定量泵可以通過(guò)變換進(jìn)、出油口來(lái)改變泵的轉(zhuǎn)向；雙向變量泵不僅可以通過(guò)操縱變量機(jī)構(gòu)變換進(jìn)、出油口來(lái)改變泵的轉(zhuǎn)向，而且可以改變泵的排量（或流量） 。顯然，雙向泵具有對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，而單向泵是針對(duì)某一轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)的，為非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。3.1.4 液壓泵的圖形符號(hào)液壓泵的圖形符號(hào)液壓泵的圖形符號(hào)如圖 3-4 所示。 （a） （b） （c） （d）圖 3-4 液壓泵的圖形符號(hào)（a）單向定量液壓泵 （b）

15、單項(xiàng)變量液壓泵（c）雙向定量液壓泵 （d）雙向變量液壓泵3.2 齒輪泵齒輪泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩類(lèi)。3.2.1 外嚙合齒輪泵外嚙合齒輪泵1工作原理如圖 3-5 所示為外嚙合齒輪泵的工作原理。在泵的殼體內(nèi)有一對(duì)外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)有端蓋罩?。▓D 3-5 中未示出） 。殼體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒槽組成了許多密閉工作腔。當(dāng)齒輪按圖 3-5 所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的輪齒逐漸脫開(kāi)，密閉工作腔容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液被吸進(jìn)來(lái)，將齒槽充滿(mǎn)，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到左側(cè)壓油腔去。在壓油區(qū)一側(cè)，由于輪齒在這里逐漸進(jìn)入嚙合，密閉工作腔容

16、積不斷減小，油液被擠出去。吸油區(qū)和壓油區(qū)是由相互嚙合的輪齒以及泵體分隔開(kāi)的。圖 3-5 外嚙合齒輪泵工作原理1-殼體 2-主動(dòng)齒輪 3-從動(dòng)齒輪2排量、流量計(jì)算和流量脈動(dòng)外嚙合齒輪泵的排量的精確計(jì)算應(yīng)依據(jù)嚙合原理來(lái)進(jìn)行，近似計(jì)算時(shí)可認(rèn)為排量等于它的兩個(gè)齒輪的齒間槽容積之總和。設(shè)齒間槽的容積等于輪齒的體積、則當(dāng)齒輪齒數(shù)為 Z、節(jié)圓直徑為 D、齒高為 h（應(yīng)為扣除頂隙部分后的有效齒高） 、模數(shù)為 m、齒寬為 b 時(shí)，泵的排量為 bZmDhbV22 （3-5）考慮到齒間槽容積比輪齒的體積稍大些，所以通常取 bZmV266. 6 （3-6）齒輪泵的實(shí)際輸出流量為 bnZmq266. 6 （3-7）式（

17、3-7）所表示的 q 是齒輪泵的平均流量。實(shí)際上，由于齒輪嚙合過(guò)程中，壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。設(shè) qmax 、qmin 表示最大、最小瞬時(shí)流量，流量脈動(dòng)率可用下式表示 qqq)(minmax （3-8）如圖 3-6 所示為齒輪泵流量脈動(dòng)率，圖中 i 為主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪的齒數(shù)比。圖 3-6 齒輪泵流量脈沖率由圖 3-6 可見(jiàn)，外嚙合齒輪泵齒數(shù)越少，脈動(dòng)率就越大，其值最高可達(dá) 0.20 以上，內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動(dòng)率要小得多。3存在問(wèn)題和解決的方法1）困油現(xiàn)象齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重疊系數(shù)必須大于 1，于是總會(huì)出現(xiàn)兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合，并有一部分油液被圍困在兩

18、對(duì)輪齒所形成的密閉空腔之間，如圖 3-7 所示。這個(gè)封閉腔的容積，開(kāi)始時(shí)隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸減?。▓D 3-7a 到圖 3-7b 的過(guò)程中） ，以后又逐漸加大（圖 3-7b 到圖 3-7c 的過(guò)程中） 。密閉腔容積的減小會(huì)使被困油液受擠壓而產(chǎn)生很高的壓力，從縫隙中擠出，使油液發(fā)熱，并使機(jī)件（如軸承等）受到額外的負(fù)載；而封閉腔容積的增大又會(huì)造成局部真空，使油液中溶解的氣體分離，產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。這些都將使泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。消除困油的方法，通常是在兩側(cè)蓋板上開(kāi)卸荷槽（見(jiàn)圖 3-7 中的虛線(xiàn)所示） ，使密閉腔容積減小時(shí)通過(guò)左邊的卸荷槽與壓油腔相通（圖 3-7a） ，容積增大時(shí)通過(guò)右邊

19、的卸荷槽與吸油腔相通（圖 3-7c） 。圖 3-7 齒輪泵的困油現(xiàn)象2）泄漏外嚙合齒輪泵高壓腔的壓力油，可通過(guò)三條途徑泄漏到低壓腔中去：通過(guò)齒輪嚙合線(xiàn)處的間隙；通過(guò)泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙；通過(guò)齒輪兩側(cè)面和側(cè)蓋板間的端面間隙。通過(guò)端面間隙的泄漏量，最大可占總泄漏量的 70%80%。因此，普通齒輪泵的容積效率較低，輸出壓力也不容易提高。要提高齒輪泵的壓力，首要的問(wèn)題是要減小端面泄漏。減小端面泄漏的方法，一般采用齒輪端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。圖 3-8 所示為端面間隙的補(bǔ)償原理。利用特制的通道把泵內(nèi)壓油腔的壓力油引到軸套外側(cè)，產(chǎn)生液壓作用力，使軸套壓向齒輪端面。這個(gè)力必須大于齒輪端面作用在軸套內(nèi)

20、側(cè)的作用力，才能保證在各種壓力下，軸套始終自動(dòng)貼緊齒輪端面，以減小泵內(nèi)通過(guò)端面的泄漏，達(dá)到提高壓力的目的。圖 3-8 齒輪泵端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償3）徑向不平蘅力在齒輪泵中，作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的，在高壓腔（壓油腔）和低壓腔（吸油腔）處齒輪外圓和齒廓表面承受著工作壓力和吸油腔壓力，在齒輪和殼體內(nèi)孔的徑向間隙中，可以認(rèn)為壓力由高壓腔壓力逐漸分級(jí)下降到低壓腔壓力。這些液體壓力綜合作用的結(jié)果，相當(dāng)于給齒輪一個(gè)徑向的作用力（即不平蘅力） ，使齒輪和軸承受載。工作壓力越大，徑向不平衡力也越大。徑向不平衡力很大時(shí)能使軸彎曲，齒頂與殼體產(chǎn)生接觸，同時(shí)加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。為了減小徑向不平衡力的

21、影響，有的泵上采取了縮小壓油口的辦法，使壓力油僅作用在一個(gè)齒到兩個(gè)齒的范圍內(nèi)，同時(shí)適當(dāng)增加徑向間隙，使齒輪在壓力作用下，齒頂不能與殼體相接觸。對(duì)高壓齒輪泵，減小徑向不平衡應(yīng)開(kāi)壓力平衡槽。4典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)如圖 3-9 所示為外嚙合齒輪泵典型結(jié)構(gòu)圖，它由一對(duì)幾何參數(shù)完全相同的齒輪 6、長(zhǎng)短軸 12、15，泵體 7、前后蓋板 8、4 等主要零件組成。圖 3-9 外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)圖1-彈簧擋圈 2-壓蓋 3-滾針軸承 4-后蓋 5-鍵 6-齒輪 7-泵體 8-前蓋 9-螺釘10-密封座 11-密封環(huán) 12-長(zhǎng)軸 13-鍵 14-泄漏通道 15-短軸 16-卸荷溝 17-圓柱銷(xiāo)外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

22、單，尺寸小，重量輕，制造方便，價(jià)格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大） ，對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)容易。它的缺點(diǎn)是一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄漏大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動(dòng)大，因而壓力脈動(dòng)和噪聲都較大。3.2.2 內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開(kāi)線(xiàn)齒形和擺線(xiàn)齒形（又名轉(zhuǎn)子泵）兩種類(lèi)型，它們的工作原理和主要特點(diǎn)與外嚙合齒輪泵完全相同。如圖 3-10 所示為內(nèi)嚙合漸開(kāi)線(xiàn)齒輪泵工作原理圖。圖 3-10 內(nèi)嚙合漸開(kāi)線(xiàn)齒輪泵工作原理1-小齒輪（主動(dòng)齒輪）2-月牙板 3-內(nèi)齒輪（從動(dòng)齒輪）4-吸油腔 5-壓油腔相互嚙合的小齒輪 1（外齒輪）和內(nèi)齒輪 3 與側(cè)

23、板圍成的密封容積，被月牙板 2 和齒輪的嚙合線(xiàn)分隔成兩部分，即形成吸油腔和壓油腔。當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)小齒輪按圖 3-10 所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪同向旋轉(zhuǎn)，圖中上半部輪齒脫開(kāi)嚙合，密閉容積逐漸增大，是吸油腔；下半部輪齒進(jìn)入嚙合，使其密封容積逐漸減小，是壓油腔。內(nèi)嚙合漸開(kāi)線(xiàn)齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比其流量脈動(dòng)小，僅是外嚙合齒輪泵流量脈動(dòng)率的 1/101/20。此外，其結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，噪聲小和效率高，還可以做到無(wú)困油現(xiàn)象等一系列優(yōu)點(diǎn)。它的不足之處是齒形復(fù)雜，需專(zhuān)門(mén)的高精度加工設(shè)備，但隨著科技水平的發(fā)展，內(nèi)嚙合齒輪泵將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。圖 3-11 所示為內(nèi)嚙合擺線(xiàn)齒輪泵工作原理圖。在內(nèi)嚙合擺線(xiàn)齒輪泵中

24、，外轉(zhuǎn)子 1 和內(nèi)轉(zhuǎn)子 2 只差一個(gè)齒，沒(méi)有中間月牙板，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的軸心線(xiàn)有一個(gè)偏心 e，內(nèi)轉(zhuǎn)子為主動(dòng)輪，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子與兩側(cè)配流板間形成密閉容積，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合線(xiàn)又將密閉容積分為吸油腔和壓油腔。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)密閉容積逐漸變大是吸油腔；右側(cè)密封容積逐漸變小是壓油腔。內(nèi)嚙合擺線(xiàn)齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數(shù)較少（一般為 47 個(gè)） ，其流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為 2.57MPa,，通常作為潤(rùn)滑、補(bǔ)油等輔助泵使用。圖 3-11 內(nèi)嚙合擺線(xiàn)齒輪泵工作原理1-外轉(zhuǎn)子 2-內(nèi)轉(zhuǎn)子3.2.3 螺桿泵螺桿泵螺桿泵實(shí)質(zhì)

25、上是一種外嚙合擺線(xiàn)齒輪泵，按其螺桿根數(shù)有單螺桿泵，雙螺桿泵、三螺桿泵、四螺桿泵和五螺桿泵等；按螺桿的橫截面分有擺線(xiàn)齒形、擺線(xiàn)漸開(kāi)線(xiàn)齒形和圓弧齒形三種不同形式的螺桿泵。如圖 3-12 所示為三螺桿泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在三螺桿泵殼體 2 內(nèi)平行地安裝著三根互為嚙合的雙頭螺桿，主動(dòng)螺桿為中間凸螺桿 3，上、下兩根凹螺桿 4 和 5 為從動(dòng)螺桿、三根螺桿的外圓與殼體對(duì)應(yīng)弧面保持著良好的配合，螺桿的嚙合線(xiàn)將主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的螺旋槽分割成多個(gè)相互隔離的、互不相通的密封工作腔。當(dāng)傳動(dòng)軸（與凸螺桿為一整體）如圖3-12 所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些密封工作腔隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)接一個(gè)地在左端形成，并不斷地從左向右移動(dòng)，在右

26、端消失。主動(dòng)螺桿每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)密封工作腔便移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。密封工作腔在左端形成時(shí)逐漸增大將油液吸入來(lái)完成吸油工作，最右面的工作腔逐漸減小直至消失，因而將油液壓出完成壓油工作。螺桿直徑越大，螺桿槽越深，螺桿泵的排量越大；螺桿越長(zhǎng)，吸、壓油口之間的密封層次越多，密封就越好，螺桿泵的額定壓力就越高。圖 3-12 三螺桿泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-后蓋 2-殼體 3-主動(dòng)螺桿 4、5-從動(dòng)螺桿 6-前蓋螺桿泵與其他容積式液壓泵相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，自吸能力強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，流量無(wú)脈動(dòng)，噪聲小，對(duì)油液污染不敏感，工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前常用在精密機(jī)床上和用來(lái)輸送粘度大或含有顆粒物質(zhì)的液體。螺桿泵的缺點(diǎn)是其加工

27、工藝復(fù)雜，加工精度高，所以應(yīng)用受到限制。3.3 葉片泵葉片泵葉片泵有單作用式（變量泵）和雙作用式（定量泵）兩大類(lèi)，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。葉片泵輸出流量均勻，脈動(dòng)小，噪聲小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸油特性不太好，對(duì)油液的污染比較敏感。3.3.1 單作用葉片泵單作用葉片泵1工作原理如圖 3-13 所示為單作用葉片泵的工作原理。泵由轉(zhuǎn)子 1、定子 2、葉片 3、配流盤(pán)和端蓋（圖 3-13 中未示出）等元件所組成。定子的內(nèi)表面是圓柱形孔。轉(zhuǎn)子和定子之間存在偏心。葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及通入葉片根部壓力油的作用下，葉片頂部緊貼在定子內(nèi)表面，于是兩相鄰葉片、配流盤(pán)、定子和轉(zhuǎn)子間

28、便形成了一個(gè)個(gè)密封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖 3-13 所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖中右側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔的容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，于是通過(guò)吸油口和配流盤(pán)上窗口將油吸入。而在圖中左側(cè)，葉片往里縮進(jìn)，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油液往配流盤(pán)另一窗口和壓油口被壓出并輸?shù)较到y(tǒng)中去。這種泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸油壓油各一次，故稱(chēng)單作用泵；轉(zhuǎn)子上受單方向的液壓不平衡作用力，又稱(chēng)非平衡泵，軸承負(fù)載較大。改變定子和轉(zhuǎn)子間偏心的大小，便可改變泵的排量，故是變量泵。圖 3-13 單作用葉片泵工作原理1-轉(zhuǎn)子 2-定子 3-葉片如圖 3-14 所示為變量葉片泵的轉(zhuǎn)子和配流盤(pán)結(jié)構(gòu)圖。單作用葉片泵配流盤(pán)上葉片底部的通油槽，通

29、常設(shè)計(jì)成高壓腔和低壓腔，高壓腔壓油，低壓腔吸油。當(dāng)葉片處于吸油區(qū)時(shí)，葉片底部和配流低壓腔相通也參加吸油；當(dāng)葉片處于壓油區(qū)，葉片底部和配流盤(pán)高壓腔相通向外壓油。葉片底部的吸油和壓油作用，正好補(bǔ)償了工作容積中葉片所占的體積，所以葉片體積對(duì)泵的瞬時(shí)流量無(wú)影響。為使葉片能順利地向外運(yùn)動(dòng)并始終緊貼定子，必須使葉片所受的慣性力與葉片的離心力等的合力盡量與轉(zhuǎn)子中葉片槽的方向一致，以免側(cè)向分力使葉片與定子間產(chǎn)生摩擦力影響葉片的伸出，為此轉(zhuǎn)子中葉片槽應(yīng)向后傾斜一定的角度（一般后傾 2030） 。 （a） （b）圖 3-14 單作用葉片泵的配流盤(pán)和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖（a）轉(zhuǎn)子 （b）配流盤(pán)2排量與流量計(jì)算如圖 3-15

30、示出了單作用葉片泵排量計(jì)算。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封腔的容積變化為V=V1-V2 ，葉片泵每轉(zhuǎn)輸出的體積，即排量為 V=ZV（Z 為葉片數(shù)） 。設(shè)定子內(nèi)徑為 D，寬度為 b，轉(zhuǎn)子直徑為 d，葉片厚度為 s，定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距為 e。因?yàn)?sdeDZdeDbV2/2/22/2/2/121 sdeDZdeDbV2/2/2 .2/2/2/122所以，單作用葉片泵的排量ZsDbeV2 （3-9）如葉片不是徑向放置，而有一傾角，則cos/2ZsDbeV （3-10）泵的實(shí)際輸出流量vnZsDbeqcos/2 （3-11）圖 3-15 單作用葉片泵排量計(jì)算但是上面的計(jì)算并沒(méi)有考慮葉片槽底部的油液對(duì)流量的影響

31、。實(shí)際上，葉片在轉(zhuǎn)子槽中伸出和縮進(jìn)時(shí)，葉片槽底部也有吸油和壓油過(guò)程。一般在單作用葉片泵中，壓油區(qū)和吸油區(qū)葉片的底部是分別和壓油腔及吸油腔相通的，因而葉片槽底部的吸油和壓油補(bǔ)償了式（3-11）中由于葉片泵厚度占據(jù)體積而引起的排量減小，所以在這種情況下，泵的實(shí)際輸出流量可用下式計(jì)算 vDnbeq2 （3-12）單作用葉片泵的流量也是有脈動(dòng)的，對(duì)圖 3-13 所示的單作用葉片泵來(lái)說(shuō)，當(dāng)葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)，流量的脈動(dòng)率 和脈動(dòng)頻率 f 為 2/25. 14/tan2/ZZZ （3-13） 30/nZf （3-14）當(dāng)葉片數(shù)為偶數(shù)時(shí) 2/52/tan/ZZZ （3-15） 60/nZf （3-16）以上兩式

32、表明：泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小。此外，奇數(shù)葉片的泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片的泵的脈動(dòng)率小，所以單作用葉片泵的葉片數(shù)是奇數(shù)，一般為 13 或 15 片。3特點(diǎn)1）改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心，便可改變流量。偏心反向時(shí)，吸油、壓油方向也相反。2）處在壓油腔的葉片頂部受壓力油的作用，要把葉片推入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。為了使葉片頂部可靠地和定子內(nèi)表面相接觸，壓油腔一側(cè)的葉片底部要通過(guò)特殊的溝槽和壓油腔相通。吸油腔一側(cè)的葉片底部要和吸油腔相通，這里的葉片僅靠離心力的作用頂在定子的內(nèi)表面上。3）由于轉(zhuǎn)子受不平衡的徑向液壓作用力，所以這種泵一般不宜用于高壓。額定壓力不超過(guò) 7MPa。4限壓式變量葉片泵 單作用葉片泵的具體結(jié)

33、構(gòu)類(lèi)型很多，它按改變偏心方向的不同，而分為單向變量泵和雙向變量泵兩種。雙向變量泵能在工作中變換進(jìn)、出油口，使液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)反向；它按改變偏心方式的不同，又有手調(diào)式變量泵和自動(dòng)調(diào)節(jié)式變量泵之分，自動(dòng)調(diào)節(jié)式變量泵又有限壓式變量泵、穩(wěn)流式變量泵等多種型式。限壓式變量泵又分為外反饋式和內(nèi)反饋式兩種。下面介紹外反饋式變量葉片泵。1）工作原理如圖 3-16 所示為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理。它能根據(jù)外負(fù)載（泵出口壓力）的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的排量。圖 3-16 中轉(zhuǎn)子的中心 O 是固定不動(dòng)的，定子（其中心為 O2）可左右移動(dòng)。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子上部為壓油腔，下部為吸油腔，壓力油把定子向上

34、壓在滑塊滾針支承上。定子右邊有一反饋柱塞，它的油腔與泵的壓油腔相通。設(shè)反饋柱塞的受壓面積為 Ax，則作用在定子上的反饋力 pAx小于作用在定子左側(cè)的彈簧預(yù)緊力 Fs時(shí)，彈簧把定子推向最右邊，此時(shí)偏心達(dá)到最大值 emax ，泵的輸出流量最大。圖 3-16 外反饋限壓式變量葉片泵當(dāng)泵的壓力升高到 pAxFs 時(shí)，反饋力克服彈簧預(yù)緊力把定子向左推移 x 距離，偏心減小了，泵的輸出流量也隨之減小。壓力越高，偏心越小，輸出流量也越小。當(dāng)壓力大到泵內(nèi)偏心所產(chǎn)生的流量全部用于補(bǔ)償泄漏時(shí)，泵的輸出流量為零，不管外負(fù)載再怎樣加大，泵的輸出壓力不會(huì)再升高，所以這種泵被稱(chēng)為限壓式變量葉片泵。至于外反饋的意義則表示反

35、饋力是通過(guò)柱塞從外面加到定子上來(lái)的。設(shè)泵的最大偏心距為 emax ，彈簧的預(yù)壓縮量為 xo ，彈簧剛度為 ks 。當(dāng)泵壓力為 p 時(shí)，定子移動(dòng)了 x 距離（亦即彈簧壓縮增加量） ，這時(shí)的偏心量為xeemax （3-17）如忽略泵在滑塊滾針支承處的摩擦力 Ff ，泵定子的受力方程為xkFxxkpAsssx0 （3-18）壓力逐漸增大，使定子開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的壓力設(shè)為 pc ，則0 xkApsxc （3-19）由上述公式，可得scxkppAee/max (ppc 時(shí)) （3-20）再考慮泵實(shí)際輸出流量的關(guān)系式pkekqlq （3-21）式中 qk泵的流量常數(shù) lk泵的泄漏常數(shù)而當(dāng) pAxFs時(shí)，定子左移

36、，泵的流量減小，由式（3-19） 、式（3-20） 、式（3-21）得pkkkAkkexkqqlsssqq/max0 （3-23）使可畫(huà)出外反饋限壓式變量葉片泵的靜態(tài)特性曲線(xiàn)，如圖 3-17 所示。圖 3-17 外反饋限壓式變量葉片泵 q-p 特性圖 3-17 中 AB 段是泵的不變量段，它與式（3-22）相對(duì)應(yīng)，在這里由于 emax是常數(shù)，就像定量泵一樣，壓力增大時(shí)泄漏量增加，實(shí)際輸出流量減??；圖中 BC 段是泵的變量段，它與式（3-23）相對(duì)應(yīng)，這一區(qū)段內(nèi)泵的實(shí)際流量隨著壓力的增大迅速下降。圖 3-17 中的B 點(diǎn)，叫做曲線(xiàn)的拐點(diǎn)；拐點(diǎn)處的壓力 pc值主要由彈簧預(yù)緊力 Fs確定，并可由式（

37、3-19）計(jì)算。變量泵的最大輸出壓力 pmax相當(dāng)于實(shí)際輸出流量為零時(shí)的壓力，令式（3-23）中q=0?？傻?qsxskkkAexkp/1max0max通過(guò)調(diào)節(jié) Fs的大小，便可改變 pc和 pmax 的值，這時(shí)圖 3-17 中 BC 段曲線(xiàn)左右平移。調(diào)節(jié)圖 3-16 右端的流量調(diào)節(jié)螺釘，便可改變 emax ，從而改變流量大小，此時(shí)曲線(xiàn) AB段上下平移，但曲線(xiàn) BC 段不會(huì)左右平移（因?yàn)?pmax值不會(huì)改變） 。pc值則稍有變化。如更換剛度不同的彈簧，便可改變 BC 段的斜率，彈簧越“軟” （Ks值越小） ，BC 段越陡。pmax值越??；反之，彈簧越“硬” （Ks值越大） ，BC 段越平坦，p

38、max值亦越大。限壓式變量葉片泵對(duì)既要實(shí)現(xiàn)快速行程，又要實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給（慢速移動(dòng)）的執(zhí)行元件來(lái)說(shuō)是一種合適的油源；快速行程需要大的流量，負(fù)載壓力較低，正好使用其 AB 段曲線(xiàn)部分；工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載壓力升高，需要流量減小，正好使用其 BC 段曲線(xiàn)部分。2）典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)圖 3-18 為外反饋限壓式變量葉片泵的結(jié)構(gòu)圖。圖中轉(zhuǎn)子 4 由泵軸 7 驅(qū)動(dòng)，帶著 15 個(gè)葉片在定子 5 內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)子的中心是固定不動(dòng)的，定子可在泵體 3 內(nèi)左右移動(dòng)，以改變轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距?；瑝K 6 用來(lái)支承定子 5，承受定子的內(nèi)壁的液壓作用力；并跟著定子的一起移動(dòng)。為了減小摩擦阻力，增加定子移動(dòng)的靈活性，滑塊頂部采用了滾針

39、支承。反饋柱塞 8 裝在定子右側(cè)的油腔中，此油腔與泵體的壓油區(qū)有通道相連，油腔中的壓力油作用在反饋柱塞 8 上，它與彈簧力聯(lián)合控制著定子的位置。螺釘 1 用來(lái)調(diào)整彈簧 2 的預(yù)緊力，螺釘 9 用來(lái)調(diào)節(jié)定子的最大偏心量。圖 3-18 外反饋限壓式變量葉片泵結(jié)構(gòu)（a）泵結(jié)構(gòu) （b）配流盤(pán)1、9-螺釘 2-彈簧 3-泵體 4-轉(zhuǎn)子 5-定子 6-滑塊 7-泵軸 8-反饋柱塞 10-配流盤(pán)這種泵的配流盤(pán) 10 上壓油腔 a 和吸油腔 c 的位置，正好對(duì)稱(chēng)分布在水平線(xiàn)的上下，使定子內(nèi)壁所受液壓力的合力方向垂直于彈簧 2 的軸線(xiàn)，這樣就使彈簧力只與反饋柱塞上的液壓力相平衡，油槽 b 和 d 分別與轉(zhuǎn)子上壓

40、油區(qū)和吸油區(qū)葉片槽的根部接通。由于 a 和b、c 和 d 是相連的，所以吸油區(qū)和壓油區(qū)內(nèi)的葉片頂部和底部的液壓力基本上是平衡的。在封油區(qū)內(nèi)，為了保證葉片可靠地壓在定子內(nèi)表面上，葉片槽的底部是接通壓油區(qū)的（為此油槽 b 的包角須比油槽 d 的大） ，這部分定子內(nèi)表面的受力和磨損情況都比較嚴(yán)重。此外，為了防止高壓腔與低壓腔串通，兩個(gè)葉片之間的夾角一定要小于封油區(qū)的包角，因此兩葉片之間所包圍的密封工作腔在進(jìn)入封油區(qū)時(shí)要產(chǎn)生困油現(xiàn)象。限壓式變量葉片泵與定量葉片泵相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪廓尺寸大，作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件多，泄漏較大，軸上受不平衡的徑向液壓力，噪聲較大，容積效率和機(jī)械效率都沒(méi)有定量葉片泵高，流量脈動(dòng)亦

41、較定量泵嚴(yán)重，制造精度和用油要求則與定量葉片泵相同；但是，它能按負(fù)載壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，在功率使用上較為合理，可減少油液發(fā)熱。因此，把它用在機(jī)床液壓系統(tǒng)中要求執(zhí)行元件有快、慢速和保壓階段的場(chǎng)合，有利于簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)。3.3.2 雙作用葉片泵雙作用葉片泵1工作原理圖 3-19 所示為雙作用葉片泵的工作原理圖。 它的工作原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在于定子內(nèi)表面是由兩段長(zhǎng)半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過(guò)渡曲線(xiàn)八個(gè)部分組成，且定子 2 和轉(zhuǎn)子 3 是同心的。在圖 3-19 所示轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的情況下，密封工作腔的容積在左下角和右上角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左上角和右下角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸

42、油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開(kāi)。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱(chēng)為雙作用葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向?qū)χ玫?，作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力徑向平衡，所以又稱(chēng)為平衡式葉片泵。圖 3-19 雙作用葉片泵的工作原理1-葉片 2-定子 3-轉(zhuǎn)子2排量與流量計(jì)算圖 3-20 示出了雙作用葉片泵的流量計(jì)算。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于吸、壓油各兩次，則泵的排量為212VVZV因?yàn)?cos/22/102021srRZrRbV cos/22/102022srrZrrbV所以 cos/222sZrRrRbV （3-24）泵的實(shí)際輸出流量為 vnsZrRrRbqcos/

43、222 （3-25）一般在雙作用葉片泵中，葉片底部全部都接通壓油腔，因而葉片在槽中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片槽底部的吸油和壓油不能補(bǔ)償由于葉片厚度所造成的排量減小，為此雙作用葉片泵的流量須按式（3-25）計(jì)算。圖 3-20 雙作用葉片泵的流量計(jì)算雙作用葉片泵如不考慮葉片厚度，則瞬時(shí)流量應(yīng)是均勻的，這是因?yàn)楫?dāng)圖 3-20 中的葉片 2 和 3 間的密封腔 V1進(jìn)入壓油區(qū)時(shí)，通過(guò)配流盤(pán)上的槽和葉片 1 和 2 間的密封腔相通。 這時(shí)葉片 1、3 分別在短半徑、長(zhǎng)半徑圓弧上滑動(dòng)，而這兩個(gè)密封腔的容積變化率是均勻的，因而泵的瞬時(shí)流量也是均勻的。但實(shí)際上葉片是有厚度的，長(zhǎng)半徑圓弧和短半徑圓弧也不可能完全同心，龍

44、其是當(dāng)葉片底部槽設(shè)計(jì)成與壓油腔相通時(shí)，泵的瞬時(shí)流量仍將出現(xiàn)微小的脈動(dòng)，但其脈動(dòng)率較其他形式的泵（螺桿泵除外）小得多，且在葉片數(shù)為 4 的倍數(shù)時(shí)最小。為此，雙作用葉片泵的葉片一般都取 12 或 16 片。3典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1）典型結(jié)構(gòu)圖 3-21 是一種典型定量葉片泵的結(jié)構(gòu)圖。圖中泵的殼體 6 內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子 4、定子 5 和配流盤(pán) 2 與 7。轉(zhuǎn)子 4 由軸 3 帶著旋轉(zhuǎn)，軸 3 由滾針軸承 1 和滾動(dòng)軸承 8 支承著。轉(zhuǎn)子 4 上均勻地開(kāi)有 12 條順轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向傾斜角的槽，葉片 9 能在槽中滑動(dòng)。配流盤(pán)和定子緊靠在一起，轉(zhuǎn)子則相對(duì)于定子和配流盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片槽根部 b 通過(guò)配流盤(pán)上的環(huán)槽 c 與壓油

45、區(qū)相通。在壓油區(qū)內(nèi)，作用在葉片頂部和根部的液壓力相互平衡，葉片僅在離心力作用下壓向定子內(nèi)表面，保證了可靠的密封；在吸油區(qū)內(nèi)，葉片頂部沒(méi)有壓力油的作用（見(jiàn)圖 3-21 中 a 處） ，葉片在根部液壓作用力和離心力的作用下壓向定子內(nèi)表面，產(chǎn)生非常大的接觸力，加劇了定子這部分內(nèi)表面的磨損，這是這種葉片泵壓力提不高的原因之一。圖 3-21 定量葉片泵結(jié)構(gòu)圖1-滾針軸承 2、7-配流盤(pán) 3-軸 4-轉(zhuǎn)子 5-定子 6-殼體 8-滾動(dòng)軸承 9-葉片 2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 定子曲線(xiàn)定子曲線(xiàn)是由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線(xiàn)組成的。過(guò)渡曲線(xiàn)應(yīng)保證葉片緊貼在定子內(nèi)表面上，保證葉片在轉(zhuǎn)子槽中徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)速度和加速度的變化均勻，使葉

46、片對(duì)定子內(nèi)表面的沖擊盡可能小。過(guò)渡曲線(xiàn)如采用阿基米德螺線(xiàn)，則葉片泵的流量理論上沒(méi)有脈動(dòng)，可是葉片在大、小圓弧和過(guò)渡曲線(xiàn)連接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生很大的徑向加速度，對(duì)定子產(chǎn)生沖擊，造成連接點(diǎn)處嚴(yán)重磨損，并產(chǎn)生噪聲。在連接點(diǎn)處用小圓弧進(jìn)行修正，可以改善這種情況。在較為新式的泵中采用“等加速一等減速”曲線(xiàn)，如圖 3-22 所示。圖 3-22 定子的過(guò)渡曲線(xiàn)這種曲線(xiàn)的極坐標(biāo)方程式為 22/2rRr （0/2） （3-26） /2/422rRRr （/2） （3-27）式中符號(hào)含義見(jiàn)圖 3-22。由式（3-22） （3-23）可求出葉片的徑向速度 d/dt 和徑向加速度 d2/dt2，可以知道，當(dāng) 0/2 時(shí)，葉片

47、的徑向加速度為等加速，當(dāng)/2時(shí)為等減速。由于葉片的速度變化均勻，故不會(huì)對(duì)定子內(nèi)表面產(chǎn)生沖擊。但是，在=0、=/2 和=處，葉片的徑向加速度仍有突變，還會(huì)產(chǎn)生一些沖擊。為了改善這種情況，所以在國(guó)外有些葉片泵上采用了三次以上的高次曲線(xiàn)作為過(guò)渡曲線(xiàn)。 因配流盤(pán)的兩個(gè)吸油窗口和兩個(gè)壓油窗口對(duì)稱(chēng)布置，因此作用在轉(zhuǎn)子和定子上的液壓徑向力平衡，軸承承受的徑向力小，壽命長(zhǎng)。4. 提高雙作用葉片泵壓力的措施一般雙作用葉片泵為了保證葉片與定子內(nèi)表面緊密接觸，葉片底部都是通壓油腔的。但當(dāng)葉片處在吸油腔時(shí)，葉片底部作用著壓油腔的壓力，頂部作用著吸油腔的壓力，這一壓力差使葉片以很大的力壓向定子內(nèi)表面，加速了定子內(nèi)表面的

48、磨損，影響了泵的壽命。對(duì)高壓葉片泵來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題更為突出，所以高壓葉片泵必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，使葉片壓向定子的作用力減小。常用的措施有：1）減小作用在葉片底部的油液壓力。將泵的壓油腔的油通過(guò)阻尼槽或內(nèi)裝式減壓閥通到吸油區(qū)的葉片底部，使葉片經(jīng)過(guò)吸油腔時(shí)，葉片壓向定子內(nèi)表面的作用力不致過(guò)大。2）減小葉片底部承受壓力油作用的厚度。 圖 3-23（a）為子母葉片的結(jié)構(gòu)，大葉片與小葉片之間的油室 f 始終經(jīng)槽 e、d、a 和壓力油腔相通，而大葉片的底腔 g 則經(jīng)轉(zhuǎn)子上的孔 b 和所在油腔相通。這樣葉片處于吸油腔時(shí)，大葉片只有在油室 f 的高壓油作用下壓向定子內(nèi)表面，使作用力不致過(guò)大。圖 3-23（b）為

49、階梯葉片的結(jié)構(gòu)。在這里階梯葉片和階梯葉片槽之間的油室 d 始終和壓力油相通，而葉片的底部則和所在腔相通。這樣，在吸油腔時(shí)，葉片在 d 室內(nèi)油液壓力作用下壓向定子內(nèi)表面，減小了葉片和定子內(nèi)表面間的作用力，但這種結(jié)構(gòu)的工藝性較差。 （a） （b）圖 3-23 子母葉片和階梯葉片（a）子母葉片（b）階梯葉片3.4 柱塞泵柱塞泵 柱塞泵根據(jù)柱塞放置的不同位置有軸向和徑向兩大類(lèi)。根據(jù)泵實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的方式不同，又分為閥式配流，配流軸配流，配流盤(pán)配流三種。3.4.1 軸向柱塞泵軸向柱塞泵軸向柱塞泵除了柱塞軸向排列外，當(dāng)缸體軸線(xiàn)和傳動(dòng)軸軸線(xiàn)重合時(shí)，稱(chēng)為斜盤(pán)式軸向柱塞泵；當(dāng)缸體軸線(xiàn)和傳動(dòng)軸軸線(xiàn)成一個(gè)夾角時(shí)，稱(chēng)

50、為斜軸式軸向柱塞泵。斜盤(pán)式軸向柱塞泵根據(jù)傳動(dòng)軸是否貫穿斜盤(pán)又分為通軸式和非通軸式軸向柱塞泵兩種。軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度大，重量輕，工作壓力高，容易實(shí)現(xiàn)變量等優(yōu)點(diǎn)。1. 工作原理圖 3-24 所示為斜盤(pán)式軸向柱塞泵工作原理圖。斜盤(pán)式軸向柱塞泵由傳動(dòng)軸 1、斜盤(pán)2、柱塞 3、缸體 4 和配流盤(pán) 5 等主要零件組成。傳動(dòng)軸帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)，斜盤(pán)和配流盤(pán)是固定不動(dòng)的。柱塞均布于缸體內(nèi)，并且柱塞頭部靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下緊壓在斜盤(pán)上。斜盤(pán)的法線(xiàn)和缸體軸線(xiàn)夾角為斜盤(pán)傾角。當(dāng)傳動(dòng)軸按圖 3-24 所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞一方面隨缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面還在機(jī)械裝置和低壓油的作用下，在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞在

51、其自下而上的半圓周內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)逐漸向外伸出，使缸體內(nèi)孔和柱塞形成的密封工作容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配流盤(pán)的吸油口 a 吸入；柱塞在其自上而下的半圓周內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)又逐漸壓入缸體內(nèi)，使密封容積不斷減小，將油液從配流盤(pán)窗口 b 向外壓出。缸體每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成吸、壓油一次。圖 3-24 斜盤(pán)式軸向柱塞工作原理圖1-傳動(dòng)軸 2-斜盤(pán) 3-柱塞 4-缸體 5-配流盤(pán)如果改變斜盤(pán)傾角的大小，就能改變柱塞行程長(zhǎng)度，也就改變了泵的排量；如果改變斜盤(pán)傾角的方向，就能改變吸、壓油的方向，此時(shí)就成為雙向變量軸向柱塞泵。2.排量和流量計(jì)算圖 3-25 所示為軸向柱塞泵的柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖。根

52、據(jù)此圖可求出軸向柱塞泵的排量和流量。設(shè)柱塞直徑為 d，柱塞數(shù)為 Z，柱塞中心分布圓直徑為 D，斜盤(pán)傾角為，則柱塞行程 h 為圖 3-25 軸向柱塞泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖缸體轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，泵的排量 V 為tan4/4/22ZDdZhdV （3-28）泵的實(shí)際輸出流量 q 為VnZDdqtan4/2 （3-29）式中 n泵的轉(zhuǎn)速v泵的容積效率下面分析該泵的瞬時(shí)流量。如圖 3-25 所示，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)過(guò)t 角時(shí)，柱塞由 a 轉(zhuǎn)至 b，則柱塞位移量 s 為tDDObOabascos2/tan2/tancos12/tantD （3-30）將上式對(duì)時(shí)間變量 t 求導(dǎo)數(shù)，得柱塞的瞬時(shí)移動(dòng)速度 u 為tDdtdsusi

53、ntan2/ （3-31）故單個(gè)柱塞的瞬時(shí)流量 q/ 為 tDdudqsintan2/4/4/22 （3-32）由上式可知，單個(gè)柱塞的瞬時(shí)流量是按正弦規(guī)律變化的。整個(gè)泵的瞬時(shí)流量是處在壓油區(qū)的幾個(gè)柱塞瞬時(shí)流量的總和，因而也是脈動(dòng)的，其流量的脈動(dòng)率（同齒輪泵流量脈動(dòng)率概念相同）經(jīng)推導(dǎo)其結(jié)果為ZZ4/tan2/ (Z 為奇數(shù)時(shí)) （3-33） ZZ/tan/ (Z 為偶數(shù)時(shí)) （3-34）與 Z 的關(guān)系如表 3-2 所示，從表中看出柱塞數(shù)較多并為奇數(shù)時(shí)，流量脈動(dòng)率較小。這就是柱塞泵的柱塞一般采用奇數(shù)的原因。從結(jié)構(gòu)和工藝考慮，多采用 Z=7 或 Z=9。表 3-2 流量脈動(dòng)率與柱塞數(shù) Z 的關(guān)系3.

54、 典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1）典型結(jié)構(gòu)圖 3-26 所示為手動(dòng)變量斜盤(pán)式非通軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它由主體和變量機(jī)構(gòu)兩部分組成。圖中的中部和右半部為主體部分（零件 114） 。中間泵體 1 和前泵體 8 組成泵體，傳動(dòng)軸 9 通過(guò)花鍵帶動(dòng)缸體 5 旋轉(zhuǎn)，使軸向均勻分布在缸體上的七個(gè)柱塞 4 繞傳動(dòng)軸的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。每個(gè)柱塞的頭部都裝有滑靴 3，滑靴與柱塞是球鉸連接，可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)（圖 3-27） 。定心彈簧 10 的作用力通過(guò)內(nèi)套 11、鋼球 13 和回程盤(pán) 14 將滑靴壓靠在斜盤(pán) 20 的斜面上。當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該作用力使柱塞完成回程吸油動(dòng)作。柱塞壓油行程則是由斜盤(pán)斜面通過(guò)滑靴推動(dòng)的。圓柱滾子軸承 2 用

55、以承受缸體的徑向力，缸體的軸向力由配流盤(pán) 7 來(lái)承受，配流盤(pán)上開(kāi)有吸油、壓油窗口，分別與前泵體上吸、壓油口相通，前泵體上的吸、壓油口分布在前泵體的左右兩側(cè)。圖 3-26 手動(dòng)變量斜盤(pán)式非通軸軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-中間泵體 2-圓柱滾子軸承 3-滑靴 4-柱塞 5-缸體 6、7-配流盤(pán) 8-前泵體9-傳動(dòng)軸 10-定心彈簧 11-內(nèi)套 12-外套 13-鋼球 14-回程盤(pán) 15-手輪 16-螺母17=螺桿 18-變量活塞 19-鍵 20-斜盤(pán) 21-刻度盤(pán) 22-銷(xiāo)軸 23-變量殼體圖 3-27 所示為滑靴靜壓支承原理圖，在柱塞中心有直徑 do的軸向阻尼孔，將柱塞壓油時(shí)產(chǎn)生的壓力油中的一小部分，

56、通過(guò)阻尼孔引入到滑靴端面的油室 h，使 h 處及其周?chē)鷪A環(huán)密封帶上壓力升高，從而產(chǎn)生一個(gè)垂直于滑靴端面的液壓反推力 FN，其大小與滑靴端面的尺寸 R1和 R2有關(guān)，其方向與柱塞壓油時(shí)產(chǎn)生的柱塞對(duì)滑靴端面產(chǎn)生的壓緊力 F 相反。通常取壓緊系數(shù) Mo=FN/F=1.051.10。這樣，液壓反推力 FN不僅抵消了壓緊力 F，而且使滑靴與斜盤(pán)之間形成油膜，將金屬隔開(kāi)，使相對(duì)滑動(dòng)面變?yōu)橐后w摩擦，有利于泵在高壓下工作。如圖 3-27 所示，斜盤(pán)面通過(guò)滑靴作用給柱塞的液壓反推力 FN，可沿柱塞的軸向和半徑方向分解成軸向力 FNx=FNcos和徑向力 FNy=FNsin（為斜盤(pán)傾角） 。軸向力 FNx是柱塞壓

57、油的作用力。而徑向力 FNy則通過(guò)柱塞傳給缸體，它將使缸體產(chǎn)生顛覆力矩，造成缸體的傾斜，這將使缸體和配流盤(pán)之間出現(xiàn)楔形間隙，密封表面局部接觸，從而導(dǎo)致了缸體與配流盤(pán)之間的表面燒傷及柱塞和缸體的磨損，影響了泵的正常工作。所以在圖 3-26 中合理地布置了圓柱滾子軸承 2，使徑向力 FNy的合力作用線(xiàn)在圓柱滾子軸承滾子的長(zhǎng)度范圍之內(nèi)，從而避免了徑向力 FNy所產(chǎn)生的不良后果。另外，為了減少?gòu)较蛄?FNy，斜盤(pán)的傾角一般不大于 20。圖 3-27 滑靴靜壓支承原理2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在構(gòu)成吸壓油腔密閉容積的三對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦副中，柱塞與缸體柱塞孔之間的圓柱環(huán)型間隙加工精度易于保證；缸體與配流盤(pán)、滑履與斜盤(pán)之間的平

58、面縫隙采用靜壓平衡，間隙磨損后可以補(bǔ)償，因此軸向柱塞泵的容積效率較高，額定壓力可達(dá) 32MPa。為防止柱塞底部的密閉容積在吸、壓油腔轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變而引起的壓力沖擊，一般在配流盤(pán)吸、壓油窗口的前端開(kāi)設(shè)減振槽（孔） ，或?qū)⑴淞鞅P(pán)順缸體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一定角度 放置。在采取上述措施之后可有效減緩壓力突變，減小振動(dòng)、降低噪聲，但它們都是針對(duì)泵的某一旋轉(zhuǎn)方向而采取的非對(duì)稱(chēng)措施，因此泵軸旋轉(zhuǎn)方向不能任意改變。如果要求泵反向旋轉(zhuǎn)或雙向旋轉(zhuǎn)，則需要更換配流盤(pán)。泵內(nèi)壓油腔的高壓油經(jīng)三對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦副的間隙泄漏到缸體與泵體之間的空間后，再經(jīng)泵體上方的泄漏油口直接引回油箱，這不僅可保證泵體內(nèi)的油液為零壓，而且可隨時(shí)將熱油

59、帶走，保證泵體內(nèi)的油液不致過(guò)熱。圖 3-26 所示斜盤(pán)式軸向柱塞泵的傳動(dòng)軸僅前端由軸承直接支承，另一端則通過(guò)缸體外大軸承支承，其變量斜盤(pán)裝在傳動(dòng)軸的尾部，因此又稱(chēng)其為非通軸式或后斜盤(pán)式。斜盤(pán)式軸向柱塞泵除了非通軸式外，還有通軸式。圖 3-28 所示為通軸式軸向柱塞泵（簡(jiǎn)稱(chēng)通軸泵）的一種典型結(jié)構(gòu)。與非通軸型泵的主要不同之處在于：通軸泵的主軸采用了兩端支承，斜盤(pán)通過(guò)柱塞作用在缸體上的徑向力可以由主軸承受，因而取消了缸體外緣的大軸承；該泵無(wú)單獨(dú)的配流盤(pán)，而是通過(guò)缸體和后泵蓋端面直接配油。通軸泵結(jié)構(gòu)的另一特點(diǎn)是在泵的外伸端可以安裝一個(gè)小型輔助泵（通常為內(nèi)齒輪泵） ，供閉式系統(tǒng)補(bǔ)油之用，因而可以簡(jiǎn)化油路

60、系統(tǒng)和管道連接，有利于液壓系統(tǒng)的集成化。這是近年來(lái)通軸泵發(fā)展較快的原因之一。 圖 3-28 通軸型軸向柱塞泵 1-缸體 2-軸 3-聯(lián)軸器 4、5-輔助泵內(nèi)、外轉(zhuǎn)子 6-斜盤(pán)4. 變量機(jī)構(gòu)在變量軸向柱塞泵中均設(shè)有專(zhuān)門(mén)的變量機(jī)構(gòu)，用來(lái)改變斜盤(pán)傾角 的大小以調(diào)節(jié)泵的流量。軸向柱塞泵變量機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的。1） 手動(dòng)變量機(jī)構(gòu) 軸向柱塞泵手動(dòng)變量泵，如圖 3-26 左半部所示。變量時(shí)，先松開(kāi)螺母 16，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪15，螺桿 17 便隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，因?qū)蜴I 19 作用，螺桿 17 的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使變量活塞 18 及其活塞上的銷(xiāo)軸 22 上下移動(dòng)。斜盤(pán) 20 的左右兩側(cè)用耳軸支持在變量殼體 23 的兩塊銅瓦上（