液壓與氣壓傳動——第六節(jié)葉片泵

1、第第三三章章 液壓泵液壓泵3.4 葉片泵葉片泵1.雙作用葉片泵的工作原理如圖所示為雙作用葉片泵的工作原理。定子的兩端裝有配流盤，定子3的內(nèi)表面曲線由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧以及四段過渡曲線組成。定子3和轉(zhuǎn)子2的中心重合。在轉(zhuǎn)子2上沿圓周均布開有若干條（一般為12或16條）與徑向成一定角度（一般為13）的葉片槽，槽內(nèi)裝有可自由滑動的葉片。在配流盤上，對應(yīng)于定子四段過渡曲線的位置開有四個腰形配流窗口，其中兩個與泵吸油口4連通的是吸油窗口；另外兩個與泵壓油口1連通的是壓油窗口。 1壓油窗口；2轉(zhuǎn)子；3定子；4吸油窗口 雙作用葉片泵雙作用葉片泵2當轉(zhuǎn)子2在傳動軸帶動下轉(zhuǎn)動時，葉片在離心力和底部液

2、壓力（葉片槽底部始終與壓油腔相通）的作用下壓向定子3的內(nèi)表面，在葉片、轉(zhuǎn)子、定子與配流盤之間構(gòu)成若干密封空間。第第三三章章 液壓泵液壓泵當葉片從小半徑曲線段向大半徑曲線滑動時，葉片外伸，這時所構(gòu)成的密封容積由小變大，形成部分真空，油液便經(jīng)吸油窗口吸入；而處于從大半徑曲線段向小半徑曲線滑動的葉片縮回，所構(gòu)成的密封容積由大變小，其中的油液受到擠壓，經(jīng)過壓油窗口壓出。這種葉片泵每轉(zhuǎn)一周，每個密封容腔完成兩次吸、壓油過程，故這種泵稱為雙作用葉片泵。同時，泵中兩吸油區(qū)和兩壓油區(qū)各自對稱，使作用在轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力互相平衡，所以這種泵又被稱為平衡式葉片泵或雙作用卸荷式葉片泵。這種泵的排量不可調(diào)，因此它是定

3、量泵。 第第三三章章 液壓泵液壓泵第第三三章章 液壓泵液壓泵2.雙作用葉片泵排量和流量由圖可知，泵軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，從吸油窗口流向壓油窗口的液體體積為大半徑為R，小半徑為r，寬度為b的圓環(huán)的體積。因為是雙作用泵，所以雙作用葉片泵的排量為 VRrb222()則泵的實際輸出流量為qVnRrbnvv222() 式中 b葉片的寬度（m）。 葉片體積對排量無影響。因為在壓油腔，葉片縮回排出的液體體積補償了葉片在壓油腔所占的體積。 第第三三章章 液壓泵液壓泵 如不考慮葉片厚度，在一定的條件下，則理論上雙作用葉片泵無流量脈動。這是因為在壓油區(qū)位于壓油窗口的葉片不會造成它前后兩個工作腔之間的隔絕不通，此時，這兩個相

4、鄰的工作腔已經(jīng)連成一體，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、小半徑圓弧處的葉片均在圓弧上滑動，因此組合密封工作腔的容積變化率是均勻的。實際上，由于存在制造工藝誤差，兩圓弧有不圓度，也不可能完全同心；其次，葉片有一定的厚度，根部又連通壓油腔，葉片底槽在吸油區(qū)時，消耗壓力油，但在壓油區(qū)時，壓力油又被壓出，同樣會造成了流量脈動。由理論分析和實驗表明，雙作用葉片泵的脈動率在葉片數(shù)為4的整數(shù)倍且大于8時最小，故雙作用葉片泵的葉片數(shù)通常取為12或16。 第第三三章章 液壓泵液壓泵3. 雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)特點（1）定子過渡曲線 定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成（見圖）。理想的過

5、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、等減速曲線或高次曲線作為過渡曲線。 第第三三章章 液壓泵液壓泵（2）葉片安放角 如圖所示，葉片在壓油區(qū)工作時，它們均受定子內(nèi)表面推力的作用不斷縮回槽內(nèi)。當葉片在轉(zhuǎn)子中徑向安放時，定子表面對葉片作用力的方向與葉片沿槽滑動的方向所成的壓力角較大，因而葉片在槽內(nèi)運動時所受到的摩擦力也較大，使葉片滑動困難，甚至被卡住或折斷。為了解決這一矛盾，可以將葉片不按徑向安放，而是順轉(zhuǎn)向前傾一個角度，這時的壓力角就是。壓力角的減小有利于

6、葉片在槽內(nèi)的滑動，所以雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片槽常做成向前傾斜一個安放角。在葉片前傾安放時，葉片泵的轉(zhuǎn)子就不允許反轉(zhuǎn)。 雙作用葉片泵葉片傾角 上述的葉片安放形式不是絕對的，實踐表明，通過配流孔道以后的壓力油引入到葉片根部后，其壓力值小于葉片頂部所受的壓油腔壓力，因此在壓油區(qū)推壓葉片縮回的力除了定子內(nèi)表面的推力之外，還有液壓力（由頂部壓力與根部壓力之差引起），所以上述壓力角過大使葉片難以縮回的推理就不十分確切。目前，有些葉片泵的葉片作徑向安放仍能正常工作。第第三三章章 液壓泵液壓泵（3）端面間隙的自動補償 葉片泵同樣存在著泄漏問題，特別是端面的泄漏。為了減少端面泄漏，采取的間隙自動補償措施是將配流

7、盤的外側(cè)與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向定子。泵的工作壓力愈高，配流盤就會愈加貼緊定子。同時，配流盤在液壓力作用下發(fā)生變形，亦對轉(zhuǎn)子端面間隙進行自動補償。 （4）提高工作壓力的主要措施 雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子所承受的徑向力是平衡的，因此工作壓力的提高不會受到這方面的限制。同時泵采用配流盤對端面間隙進行補償后，泵在高壓下工作也能保持較高的容積效率。雙作用葉片泵工作壓力的提高，主要受葉片與定子內(nèi)表面之間磨損的限制。 前面已經(jīng)提到，為了保證葉片頂部與定子內(nèi)表面緊密接觸，所有葉片的根部都是與壓油腔相通的。當葉片處于吸油區(qū)時，其根部作用著壓油腔的壓力，頂部卻作用著吸油腔的壓力，這一壓力差使葉片以很大

8、的力壓向定子內(nèi)表面，加速了定子內(nèi)表面的磨損。當泵的工作壓力提高時，這個問題就更顯突出，所以必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，使吸油區(qū)葉片壓向定子的作用力減小。 第第三三章章 液壓泵液壓泵 可以采取的措施有多種，下面介紹在高壓葉片泵中常用的雙葉片結(jié)構(gòu)和子母葉片結(jié)構(gòu)。(a)雙葉片結(jié)構(gòu)。如圖所示，在轉(zhuǎn)子2的每一槽內(nèi)裝有兩片葉片1，葉片的頂端和兩側(cè)面的倒角構(gòu)成V形通道，使根部壓力油經(jīng)過通道進入頂部（圖中未標出通油孔道），這樣，葉片頂部和根部壓力相等，但承壓面積并不一樣，從而使葉片1壓向定子3的作用力不致過大。 第第三三章章 液壓泵液壓泵1葉片；2轉(zhuǎn)子；3定子 第第三三章章 液壓泵液壓泵(b)子母葉片結(jié)構(gòu)。子母葉片

9、又稱復合葉片，如圖所示。定子，轉(zhuǎn)子，母葉片，子葉片，壓力通道，中間壓力腔，壓力平衡孔各部分的作用。P1,P2,B,b,t的含義第第三三章章 液壓泵液壓泵(b)子母葉片結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)子葉片槽中裝有母葉片和子葉片。母、子葉片能自由地相對滑動。母葉片的根部L腔經(jīng)轉(zhuǎn)子2上的油孔始終和頂部油腔相通，而子葉片4和母葉片1之間的小腔C通過配流盤經(jīng)壓力平衡K槽總是接通壓力油。葉片作用在定子上的力：在吸油區(qū)， ，則 。在排油區(qū)， ，故 。為了使母葉片和定子的接觸壓力適當，需正確選擇子葉片和母葉片的寬度之比。21()F bt pp10p 2F btp21pp0F第第三三章章 液壓泵液壓泵（5）減振槽圖圖2-14(P51

10、)，由于雙作用葉片泵的工作壓力較高，為，由于雙作用葉片泵的工作壓力較高，為避免兩葉片間的閉死容積在吸油、壓油腔之間轉(zhuǎn)移時，避免兩葉片間的閉死容積在吸油、壓油腔之間轉(zhuǎn)移時，因壓力突變而引起壓力沖擊，導致葉片的撞擊噪聲，一因壓力突變而引起壓力沖擊，導致葉片的撞擊噪聲，一般在配流盤的吸油、壓油窗口的前端開有三角形減振槽，般在配流盤的吸油、壓油窗口的前端開有三角形減振槽，三角尖槽與配流窗口尾端之間的封油角小于兩葉片之間三角尖槽與配流窗口尾端之間的封油角小于兩葉片之間的夾角，對配流窗口前端開有減振槽的雙作用葉片泵不的夾角，對配流窗口前端開有減振槽的雙作用葉片泵不允許反轉(zhuǎn)。允許反轉(zhuǎn)。第第三三章章 液壓泵液

11、壓泵4.單作用葉片泵 (1) 單作用葉片泵的工作原理 圖為單作用葉片泵工作原理圖。與雙作用葉片泵明顯不同的是，單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是一個圓形，轉(zhuǎn)子與定子間有一偏心量e，兩端的配流盤上只開有一個吸油窗口和一個壓油窗口。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，每一葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)往復滑動一次，每相鄰兩葉片間的密封容腔容積發(fā)生一次增大和縮小的變化，容積增大時通過吸油窗口吸油，容積減小時通過壓油窗口將油擠出。圖 單作用葉片泵工作原理1壓油口；2轉(zhuǎn)子；3定子；4葉片；5吸油口單作用葉片泵第第三三章章 液壓泵液壓泵由于這種泵在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周過程中，每個密封容腔容積吸油壓油各一次，故稱為單作用葉片泵。又因這種泵的轉(zhuǎn)子受有不平衡的

12、液壓作用力，故又稱不平衡式葉片泵。由于軸和軸承上的不平衡負荷較大，因而使這種泵工作壓力的提高受到了限制。改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e值，可以改變泵的排量，因此單作用葉片泵是變量泵。 第第三三章章 液壓泵液壓泵 (2) 單作用葉片泵的排量和流量 單作用葉片泵的葉片轉(zhuǎn)到吸油區(qū)時，葉片根部與吸油窗口連通，轉(zhuǎn)到壓油區(qū)時，葉片根部與壓油窗口連通。因此，葉片的厚度對排量計算無影響。 如圖所示，當單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，每兩相鄰葉片間的密封容積變化量為V1-V2。泵的排量近似表達式為VbeD 2泵的實際流量為2VqbeDn第第三三章章 液壓泵液壓泵上式也表明，只要改變偏心距e，即可改變泵的輸出流量。單作

13、用葉片泵的定子內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子外徑都為圓柱面，由于偏心安置，其容積變化是不均勻的，因此有流量脈動。理論分析表明，葉片數(shù)為奇數(shù)時脈動率較小，而且泵內(nèi)的葉片數(shù)越多，流量脈動率就越小?？紤]到上述原因和結(jié)構(gòu)上的限制，一般葉片數(shù)為13或15。 2VqbeDn第第三三章章 液壓泵液壓泵(3) 單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點 （a）為了調(diào)節(jié)泵的輸出流量，需移動定子位置，以改變偏心距e。 （b）徑向液壓作用力不平衡，因此限制了工作壓力的提高。單作用葉片泵的額定壓力一般不超過7 MPa； （c）存在困油現(xiàn)象。由于定子和轉(zhuǎn)子兩圓柱面偏心安置，當相鄰兩葉片同時在吸、壓油窗口之間的密封區(qū)內(nèi)工作時，封閉容腔會產(chǎn)生困油現(xiàn)象。為了消除困

14、油現(xiàn)象帶來的危害，通常在配流盤壓油窗口邊緣開三角形卸荷槽。 （d）葉片后傾。單作用葉片泵葉片傾角安裝得主要矛盾不在壓油腔，而在吸油腔。因為單作用葉片泵在壓油區(qū)的葉片根部通壓力油，而在吸油區(qū)的葉片根部不通壓力油而與吸油口連通，為了使吸油區(qū)的葉片能在離心力的作用下順利甩出，葉片采取后傾一個角度安放。通常后傾角為24。第第三三章章 液壓泵液壓泵 (4) 限壓式變量葉片泵 （a）外反饋式變量葉片泵的工作原理。下圖為外反饋限壓式變量葉片泵工作原理圖。轉(zhuǎn)子2的中心O1是固定的，定子3可以左右移動，在限壓彈簧5的作用下，定子3被推向左端，使定子中心O2和轉(zhuǎn)子中心O1之間有一初始偏心量e0。它決定了泵的最大流

15、量qmax。定子3的左側(cè)裝有反饋液壓缸6，其油腔與泵出口相通。1最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2轉(zhuǎn)子；3定子；4限定壓力調(diào)節(jié)螺釘；5限壓彈簧；6反饋液壓缸 限壓式變量葉片泵第第三三章章 液壓泵液壓泵 在泵工作過程中，液壓缸6的活塞對定子3施加向右的反饋力pA（A為液壓缸6活塞的有效作用面積）。若泵的工作壓力達到pB值時，定子所受的液壓力與彈簧力相平衡，有pBA=kx0（k為彈簧剛度，為彈簧的預(yù)壓縮量），這里pB稱為泵的限定壓力。當泵的工作壓力ppB時， pApB時， pAkx0。限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心距減小，泵的流量也隨之迅速減小。 （b）內(nèi)反饋變量葉片泵的工作原理。內(nèi)反饋變量葉片泵的工作原理與外

16、反饋式相似，但是，泵的偏心距的改變不是依靠外反饋液壓缸，而是依靠內(nèi)反饋液壓力的直接作用。內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸、壓油窗口布置如圖所示，由于存在偏角，壓油區(qū)的壓力油對定子3的作用力F在平行于轉(zhuǎn)子、定子中心連線O1O2的方向有一分力Fx。隨著液壓泵工作壓力p的升高，F(xiàn)x也增大。當Fx大于限壓彈簧5的預(yù)緊力kx0時，定子3就向右移動，減小了定子和轉(zhuǎn)子的偏心距，從而使流量相應(yīng)變小。 第第三三章章 液壓泵液壓泵第第三三章章 液壓泵液壓泵（c）限壓式變量葉片泵的流量壓力特性。限壓式變量葉片泵的流量壓力特性曲線如圖所示。曲線表示泵工作時流量隨壓力變化的關(guān)系。當泵的工作壓力小于pB時，其流量變化用斜線表

17、示，它和水平線（理論流量qt）的差值q為泄漏量。此階段的變量泵相當于一個定量泵，AB稱定量段曲線。點B為特性曲線的拐點，其對應(yīng)的壓力pB就是限定壓力，它表示泵在原始偏心距e0時，可達到的最大工作壓力。當泵的工作壓力超過pB以后，限壓彈簧被壓縮，偏心距被減小，流量隨壓力增加而急劇減小，其變化情況用變量段曲線BC表示。C點所對應(yīng)的壓力pC為極限壓力（又稱截止壓力）。 流量壓力特性第第三三章章 液壓泵液壓泵泵的最大流量由最大流量調(diào)節(jié)螺釘1調(diào)節(jié)，它可改變限壓式變量葉片泵特性曲線中A點的位置，使AB線段上下平移。泵的限定壓力由限定壓力調(diào)節(jié)螺釘4調(diào)節(jié)，它可改變特性曲線中B點的位置，使BC線段左右平移。若改

18、變彈簧剛度k，則可改變BC線段的斜率。為得到較好的動作靈敏度，可配置不同的彈簧，以滿足實際需要。 第第三三章章 液壓泵液壓泵限壓式變量葉片泵的特點是： 第一，流量可以自動地改變來適應(yīng)于負載的實際需要，有利于系統(tǒng)節(jié)省能量； 第二，可降低系統(tǒng)的工作溫度，延長液壓油液和密封圈的使用壽命； 第三，在系統(tǒng)中可以使用較小的油箱，可不用溢流閥或單向閥，從而簡化液壓傳動系統(tǒng)。 限壓式變量葉片泵常用于執(zhí)行機構(gòu)需要有快慢速要求的液壓傳動系統(tǒng)中。 測試題測試題1、為防止產(chǎn)生為防止產(chǎn)生（）（），液壓泵的安裝高度不能太，液壓泵的安裝高度不能太（）（）。 2、當泵的輸出壓力增高時，液壓泵的排量當泵的輸出壓力增高時，液壓泵

19、的排量（）（），泵的泄漏，泵的泄漏（）（），泵的容積效率，泵的容積效率（）（）。3、液壓泵出口壓力取決于液壓泵出口壓力取決于（）（）。4、外嚙合齒輪泵由于齒輪傳動的重合度大于，而產(chǎn)生外嚙合齒輪泵由于齒輪傳動的重合度大于，而產(chǎn)生（）（）現(xiàn)象，解決方法是現(xiàn)象，解決方法是（）（）。5、減少外嚙合齒輪泵徑向力的方法是減少外嚙合齒輪泵徑向力的方法是（）（）。6、解決齒輪泵困油現(xiàn)象的方法是解決齒輪泵困油現(xiàn)象的方法是（）（）。7、目前提高齒輪泵容積效率的常用方法是目前提高齒輪泵容積效率的常用方法是（）（）。第第三三章章 液壓泵液壓泵8、單作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽中的安裝方向為沿轉(zhuǎn)子單作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽

20、中的安裝方向為沿轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向回轉(zhuǎn)方向（）（）安裝，雙作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽中安裝，雙作用葉片泵的葉片在轉(zhuǎn)子槽中的安裝方向為沿轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向的安裝方向為沿轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向（）（）安裝。安裝。9、液壓泵常見的配流方式有液壓泵常見的配流方式有 （）（）（）。（）（）（）。10、在液壓傳動中最重要的兩個參數(shù)為在液壓傳動中最重要的兩個參數(shù)為（）（）、（）（），其，其乘積表示乘積表示（）。（）。 11、齒輪泵的泄漏有三個渠道，齒輪泵的泄漏有三個渠道， 其中以其中以（）（）最為嚴重。最為嚴重。12、在以下液壓泵中，在以下液壓泵中，（）（）不能作為變量泵來使用。不能作為變量泵來使用。齒輪泵；齒輪泵；B. 單作用葉

21、片泵；單作用葉片泵；C.軸向柱塞泵；軸向柱塞泵；D徑向柱徑向柱塞泵塞泵13、液壓傳動裝置由液壓傳動裝置由( ）、（）、（ ）、（）、（ ）和）和（ ）四部分組成，其中（）四部分組成，其中（ ）和（）和（ ）為能量）為能量轉(zhuǎn)換裝置。轉(zhuǎn)換裝置。第第三三章章 液壓泵液壓泵14、變量泵是指（變量泵是指（ ）可以改變的液壓泵，常見的變量泵）可以改變的液壓泵，常見的變量泵有有( )、( )、( )。其中其中 （ ）和（）和（ ）是通過改變）是通過改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距來實現(xiàn)變量，（轉(zhuǎn)子和定子的偏心距來實現(xiàn)變量，（ ） 是通過改變斜盤是通過改變斜盤傾角來實現(xiàn)變量。傾角來實現(xiàn)變量。15、外嚙合齒輪泵位于輪齒逐漸脫開嚙合的一側(cè)是（外嚙合齒輪泵位于輪齒逐漸脫開嚙合的一側(cè)是（ ）腔，位于輪齒逐漸進入嚙合的一側(cè)是（腔，位于輪齒逐漸進入嚙合的一側(cè)是（ ） 腔。腔。16、齒輪泵產(chǎn)生泄漏的間隙為（齒