液壓與氣壓傳動-油泵-課件

液壓與氣壓傳動山東理工大學孟建兵第一節(jié)概述

第三章液壓泵一、液壓泵的作用泵：能量轉換裝置。泵的作用——把機械能轉化為液壓能（壓力能）。即向液壓系統(tǒng)提供工作所需要的具有一定（能量）壓力和流量的液壓油，從而驅(qū)動系統(tǒng)中的各液壓執(zhí)行裝置完成各種規(guī)定的動作。泵由原動機——電機或內(nèi)燃機來帶動。

二、工作原理1.液壓泵工作過程F2

p2WF1

p1l1l2P液壓傳動所用的液壓泵都是容積式泵，即靠密閉容積的變化來吸油和排油。吸油口和排油口在泵內(nèi)被隔開。所以，對這類泵，只要能夠?qū)崿F(xiàn)容積變化就能吸、排液體。2.液壓泵正常工作的基本條件⑴在結構上具有一個或多個密封且可以周期性變化的工作容積；當工作容積增大時，完成吸油過程；當工作容積減小時，

完成排油過程。液壓泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素無關。⑵具有相應的配油機構，將吸油過程與排油過程分開；⑶油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。三、液壓泵分類

油泵齒輪泵柱塞泵外嚙合內(nèi)嚙合雙聯(lián)齒輪泵單作用雙作用軸向徑向直軸（斜盤）斜軸按流量（排量）變化分類：定量泵，變量泵葉片泵按結構分類：四、各油泵代號及職能符號代號（銘牌）：（1）齒輪油泵

CBCB-齒輪油泵

1--系列

2--壓力分級(ABCDE，查液壓傳動手冊)3--理論排量ml/r4--安裝形式

5--連接形式(B-板式，F(xiàn)-法蘭，L-管式)12345（2）葉片油泵

YB（3）軸向柱塞油泵

ZB職能符號(各種都相同):

1--單向定量泵

2--單向變量泵

3--雙向變量泵1234512345五、液壓泵的基本參數(shù)1.壓力（1）工作壓力（2）額定壓力（3）最高壓力(1)工作壓力液壓泵的工作壓力是指泵工作時所輸出的油液的實際壓力（指泵出口處的壓力pB）。

壓力大小取決于外載的大小。(2)額定壓力（公稱壓力、銘牌壓力）在泵的銘牌上所標的都是指泵的額定壓力，是指液壓泵能夠正常工作的最大工作壓力，是在正常工作時不允許超過的壓力值。機械工業(yè)部，泵壓力分級：

(3)最高壓力（極限壓力）是指液壓泵密封能力和結構強度使它達到的最大工作壓力。后兩種壓力不是泵實際工作時的壓力，切勿混淆。壓力分級A級低壓B級中壓C級中高壓D級高壓E級超高壓壓力范圍/105Pa0-25>25-80>80-160>160-320>320（1）理論流量（2）實際流量（3）額定流量2.流量(1)排量：即理論排量（用qB表示）：在不泄漏情況下，液壓泵一轉理論上所排出的液體體積。大小取決于泵的密封工作腔的幾何尺寸，是泵的結構參數(shù)，為一固有值，與速度等無關。單位：m3/r或l/r(2)理論流量QBt:無泄漏情況下，單位時間內(nèi)所能輸出的液體體積(m3/s)。理論流量QBt=qBnB

其中，nB

泵軸轉速（r/s）(3)實際的流量QB：單位時間內(nèi)的流量，是由泄漏等造成的。

QB=QBt-?Q=V

QBt(4)額定流量：在額定轉速及額定壓力下泵輸出的流量。3.泵功率:

輸出功率：

WB=pBQB輸入功率（泵軸的驅(qū)動功率）：WBi=MBwB=2πnBMB理論上的功率：WBit=MBtwB=2πnBMBt

4.泵的輸入扭矩泵每轉理論上輸出的液壓能：pB

qB

泵每轉理論上輸入的機械能：MBt2π

所以：pB

qB=MBt

2π

則泵的理論輸入扭矩

MBt=pB

qB/2π泵的輸入扭矩

MB

=MBt/m

5.泵的效率泵的效率分為容積效率和機械效率容積效率（實際流量/理論流量）：ηV=QB/QBt（

QB=QBt-ΔQ

）

容積效率的大小反應了泵內(nèi)流量方面的漏失情況。

機械效率（理論轉矩/實際輸入轉矩）：ηm=MBt/MB實際上是由于存在機械摩擦，使得MB>MBt

泵總效率：輸出功率/輸入功率η=NB/NBi=pBQB/（2πnBMB）

結論：總效率等于容積效率與機械效率的乘積η

=ηmηVNB,QBNBit,QBt,MBtNBi,MB完美的泵機械損失容積損失6.泵轉速額定轉速：泵正常工作時的轉速，保證泵具有一定的自吸能力和避免氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的轉速（在額定工況下可以長時間運轉的轉速）。最高轉速：由泵結構強度限定的最大轉速（不吸空的最大轉速）。最低轉速：由于泵的內(nèi)泄漏，導致泵的容積效率顯著降低，不能充分發(fā)揮泵的潛力（有穩(wěn)定的流量輸出的最低轉速）。由前面公式可以看出，MNQηn適合于各式油泵，唯一變化的僅僅是各種泵的每轉排量qB。第二節(jié)齒輪泵一、結構及作用原理并聯(lián)式：增加泵流量1.分類嚙合形式外嚙合形式內(nèi)嚙合形式齒輪數(shù)兩齒輪式多齒輪式串聯(lián)式：增加泵壓2.結構

主要由齒輪、泵體、前蓋板、后蓋板等組成齒輪泵結構動畫3.作用原理密封工作腔：齒輪、殼體、端蓋、嚙合線組成吸油腔、排油腔吸油過程：輪齒脫開嚙合→V↑→p↓→吸油排油過程：輪齒進入嚙合→V↓→p↑→排油齒輪泵工作動畫由蓋板、泵殼體和齒輪組成了一個密封腔體，而相嚙合的兩個同模數(shù)齒輪的嚙合線，分為吸油區(qū)和壓油區(qū)。按圖示方向旋轉時，嚙合線下側脫開接觸(藍色)，容積增大，形成部分真空，通過殼體上的吸油孔從油箱吸油；而嚙合線的上側的輪齒進入嚙合(紅色)，容積減小，使這部分密閉容積內(nèi)的液體受壓后，通過殼體排出孔排液。齒輪連續(xù)運動就完成了一轉一次的吸油和排油過程。1－泵體2－齒輪3－轉子4－吸油腔5－壓油腔12345

二、參數(shù)計算

排量qB

外嚙合齒輪的每轉排量可以看作是一對齒輪的嚙合體積之和(我們把它看作是一齒條)，泵工作時凹處部分的液體全部排出。qB=2chbzc-節(jié)圓上齒間寬度，h-輪齒高度，z-齒數(shù)，b-齒寬根據(jù)齒輪嚙合原理有：

c=mπ/2,h=2m

m：模數(shù)所以

qB=2πzbm2

hccb修正由于齒輪的齒間體積大于輪齒體積，故將上式修正為：qB=(6.66～7)zbm2

齒少取上限，齒多取下限。顯然，當齒輪泵結構一定，齒輪泵每轉排量也就確定不變了。因此，齒輪油泵是定量泵。流量：ＱBt＝(6.66～7)zbm2

n

QB

=ηBVＱBt容積效率一般（70～

90%）。三、齒輪泵性能分析四個方面的問題1.流量脈動上式是齒輪泵的平均流量。實際由于齒輪在嚙合過程中壓油腔的容積變化率是變化的，不是常數(shù)，所以每一刻的流量（瞬時流量）也是變化的。流量的脈動影響液壓執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性，引起振動，對液壓系統(tǒng)有不利影響。脈動率：在嚙合齒輪的設計中，增大嚙合角及齒數(shù)，減少重疊度系數(shù)，均可降低脈動性。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動性最大；在實際工程系統(tǒng)中可以在泵出口加蓄能器予以調(diào)節(jié)。

產(chǎn)生原因：

ε>1，構成閉死容積Vb

Vb由大→小，p↑↑，油液發(fā)熱，軸承磨損。

Vb由小→大，p↓↓,

氣穴現(xiàn)象2.困油現(xiàn)象危害：影響工作、縮短壽命：氣蝕、噪聲、振動、金屬表面剝蝕措施：開卸荷槽原則：

Vb由大→小，與壓油腔相通，Vb由小→大，與吸油腔相通，并保證吸、壓油腔始終不通吸油腔壓油腔具體描述：齒輪嚙合中，前一對齒輪退出嚙合之前，后一對齒已經(jīng)進入嚙合(即重疊度系數(shù)大于1)，保證了吸油區(qū)和壓油區(qū)，即高低壓腔之間總不連通和運動的平穩(wěn)性。這樣導致在很短的時間內(nèi)有兩對齒同時嚙合，在兩嚙合齒之間就形成了一個封閉腔。當齒輪繼續(xù)旋轉時，封閉腔容積的大小會經(jīng)歷從大到小、又從小到大這樣一個過程，腔體的壓力會急劇升高和降低，這種現(xiàn)象稱為困油現(xiàn)象。困油現(xiàn)象是有害的，被困油液壓力周期性的升高和下降會引起振動、噪音和空穴(氣蝕)現(xiàn)象。為了減輕困油現(xiàn)象，通常在齒輪泵兩側端蓋上銑兩個卸荷槽。對于中心線而言，有對稱開的，也有不對稱開的，還有的開圓形盲孔卸荷槽的，卸荷槽之間的尺寸a有要求，應保證困油空間在達到最小位之前與壓油腔連通，過了最小位置后與吸油腔連通，a不能過小，否則壓油腔和吸油腔連通，容積效率降低。3.徑向力不平衡(1)原因：徑向液壓力分布不均，嚙合力(2)危害：軸承磨損、刮殼(3)措施：縮小壓油口，增加徑向間隙等壓油口縮小后，安裝時注意不能反轉。

4.泄漏問題(1)泄漏途徑：端面間隙(軸向)

80%ql

齒頂間隙(徑向)

15%ql

嚙合處5%

ql(2)危害：ηv↓(3)防泄漏措施：

減小軸向間隙（提高加工精度）

軸向間隙補償裝置浮動側板浮動軸套提高齒輪泵壓力的措施：減少端面泄漏，一般采用間隙自動補償浮動軸套四、齒輪泵的優(yōu)缺點優(yōu)點:(1)結構簡單、緊湊，價格便宜，是同流量泵中體積最小的一種；(2)吸入性能好，在高、低轉速下都能可靠地工作；(3)對污物不敏感，不易咬死。因此廣泛應用于精度要求不很高、不清潔環(huán)境工作的機械上。缺點:齒輪泵排量、壓力提高受到限制，因此，只適用于低壓、中壓、中等轉速的液壓系統(tǒng)中?？梢圆捎闷渌愋?，如內(nèi)嚙合，轉子泵，螺桿泵等。五、內(nèi)嚙合齒輪泵1.漸開線齒輪泵一對相互嚙合的小齒輪和內(nèi)齒輪與側板所圍成的密閉容積被嚙合線和月牙板分隔成兩部分，當傳動軸帶動小齒輪旋轉時，內(nèi)齒輪同向旋轉。上半部分輪齒脫開嚙合，所在的密閉容積增大，為吸油腔；下半部分輪齒進入嚙合，所在密閉容積減少，為壓油腔。特點：結構緊湊，尺寸小，重量輕，流量脈動小，噪聲小，無困油現(xiàn)象。2.擺線齒輪泵（轉子泵）特點:結構簡單，體積小重疊系數(shù)大，傳動平穩(wěn)吸油條件好脈動小，噪聲小齒形復雜，加工精度要求高，造價高。應用：機床低壓系統(tǒng)六、齒輪泵的常見故障及排除方法故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法噪聲大1．吸油管接頭、泵體與泵蓋的接合面、堵頭和泵軸密封圈等處密封不良，有空氣被吸入2．泵蓋螺釘松動3．泵與聯(lián)軸器不同心或松動4．齒輪齒形精度太低或接觸不良5．齒輪軸向間隙過小6．齒輪內(nèi)孔與端面垂直度或泵蓋上兩孔平行度超差7．泵蓋修磨后，兩卸荷槽距離增大，產(chǎn)生困油8．滾針軸承等零件損壞9．裝配不良，如主軸轉一周有時輕時重現(xiàn)象1．用涂脂法查出泄漏處。用密封膠涂敷管接頭并擰緊；修磨泵體與泵蓋結合面保證平面度不超過0.005mm；用環(huán)氧樹脂黏結劑涂敷堵頭配合面再壓進；更換密封圈2．適當擰緊3．重新安裝，使其同心，緊固連接件4．更換齒輪或研磨修整5．配磨齒輪、泵體和泵蓋6．檢查并修復有關零件7．修整卸荷槽，保證兩槽距離8．拆檢，更換損壞件9．拆檢，重裝調(diào)整

流量不足或壓力不能升高1．齒輪端面與泵蓋接合面嚴重拉傷，使軸向間隙過大2．徑向不平衡力使齒輪軸變形碰擦泵體，增大徑向間隙3．泵蓋螺釘過松4．中、高壓泵弓形密封圈破壞、或側板磨損嚴重1．修磨齒輪及泵蓋端面，并清除齒形上毛刺2．校正或更換齒輪軸3．適當擰緊4．更換零件

過熱1．軸向間隙與徑向間隙過小2．側板和軸套與齒輪端面嚴重摩擦1．檢測泵體、齒輪，重配間隙2．修理或更換側板和軸套優(yōu)點：輸出流量均勻、脈動小、噪聲低、體積小。缺點：自吸性能差、對油液污染敏感、結構較復雜。分類單作用：每轉排油一次雙作用：每轉排油兩次

第三節(jié)葉片泵

利用安裝在轉子中可徑向伸縮的葉片，將轉子、定子、和側蓋所包圍的空間分隔成若干個密封的工作容積，實現(xiàn)吸、排油的液壓泵。一、單作用葉片泵1.結構轉子、定子、葉片、配油盤、殼體、端蓋等。結構特點：定子和轉子偏心；定子內(nèi)曲線是圓；配油盤有二個月牙形窗口。葉片靠離心力伸出。葉片泵結構動畫2.工作原理密封工作腔（轉子、定子、葉片、配油盤組成）吸油過程：葉片伸出→V↑→p↓→吸油；排油過程：葉片縮回→V↓→p↑→排油。旋轉一周，完成一次吸油，一次排油——單作用泵徑向力不平衡——非平衡式葉片泵

（一個吸油區(qū)，一個排油區(qū)）1234653.排量和流量計算

不考慮葉片厚度和葉片傾角或者葉片徑向放置無傾角。排量：兩葉片處于定子最右邊，則Vmax;

兩葉片處于定子最左邊，則Vmin

轉子轉一周，排出液體體積等于一環(huán)形體積，即

式中:e-偏心距

R-定子半徑所以:Vp=4πReB

流量:

若考慮葉片厚度及傾角，排量為4、單作用葉片泵的特點：（1）轉子轉一圈，每個密封油腔完成一次吸油與壓油，故稱單作用式；（2）壓油腔受壓力油的作用，使軸承受力不平衡，稱非卸荷式（或非平衡式）；（3）改變偏心距，可改變排量，可作變量泵。偏心反向時，吸油壓油方向也反向。

（4）為了葉片能順利向外運動，葉片伸出方向與旋轉方向有一相反的傾角，而且葉片數(shù)均為奇數(shù)。二、雙作用葉片泵1.結構特點：定子和轉子同心；定子內(nèi)曲線由四段圓弧

和四段過渡曲線組成；配油盤上有四個月牙形窗口。2.工作原理旋轉一周，完成二次吸油，二次排油—雙作用泵徑向力平衡—平衡式葉片泵

又稱為卸荷式葉片泵兩個吸油區(qū)，兩個排油區(qū)3.流量計算排量：

Vp=2B[π(R2-r2)－z(R－r)/cos]

B－

葉片寬度

R－

定子內(nèi)表面曲線的長半徑

r－

定子內(nèi)表面曲線的短半徑

－

葉片厚度

－

葉片傾角實際流量：qpVpnn－

轉速，－效率4.雙作用葉片泵的結構特點(1)構成了兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)，并且是對稱的，只要是工作油腔數(shù)（即葉片數(shù)）為偶數(shù)，則作用在轉子上的油壓作用力是完全平衡的。(2)定子曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成。(3)配油盤有兩個配油盤，一個為壓油盤，端面上開有環(huán)槽C，它通過四個小孔與壓油腔的壓力油相通，使壓力油作用于各葉片的底部，可以增加葉片對定子的壓緊力，防止漏油。一個為吸油盤，壓油窗口上開有三角槽，其作用是當兩相鄰葉片從吸油口吸滿油向壓油口過渡時，首先通過三角槽逐漸與壓油口接通，以避免高、低壓區(qū)突然接通而產(chǎn)生的液壓沖擊和噪音。(4)葉片傾角雙作用葉片泵：葉片傾斜方向θ與轉子的轉向相同雙作用葉片泵的葉片數(shù)為偶數(shù)單作用葉片泵：葉片傾斜方向θ與轉子的轉向相反（雙向變量葉片泵，葉片沿徑向，不傾斜）。這與雙作用泵過渡曲線的升程有關。這樣可以防止作用在葉片上的切向力過大引起的葉片折斷以及因切向力過大導致的摩擦力過大，使葉片滑動困難甚至卡死的現(xiàn)象出現(xiàn)，這一點在維修和使用中要注意轉動方向尤為重要。三、葉片泵的特點及應用優(yōu)點:(1)結構緊湊，體積小，重量輕。

(2)流量較均勻(比齒輪式泵)，噪音小，適用于平穩(wěn)工作。

(3)ηV高，最高可達95%以上，一般75-85%。缺點:(1)吸入條件高。

(2)易于咬死，工作穩(wěn)定性差。

(3)結構復雜(對齒輪泵)，零件制造精度高。

(4)輕微困油。應用:適用于低、中壓，中快速，力中等的條件下。機床行業(yè)應用得較廣，工程機械應用較少。四、單雙作用葉片泵結構對照單作用葉片泵雙作用葉片泵作用數(shù)轉子一圈，吸排一次轉子一圈，吸排兩次葉片安置后傾安置前傾安置定子內(nèi)曲線完整的圓四段圓弧、四段過渡曲線，等加（減）速曲線，此外，阿基米德螺線，正余弦線，高次曲線變量改變偏心量e，e到-e時改變了泵的進出口不能變量不平衡的徑向力存在基本抵消壓力級中低系列，徑向不平衡力造成中低壓和中壓系列軸向及徑向泄漏，定子與葉片在吸油區(qū)相互受力大，限制了壓力的升高，解決辦法：雙層葉片、子母葉片、彈簧葉片、浮動配流盤等目的：功率的合理利用，節(jié)約能源，減少油液發(fā)熱引起的問題（液壓油不變質(zhì)，壽命延長等）。分類：限壓式變量泵分外反饋和內(nèi)反饋式兩種。調(diào)節(jié)原理：改變定子與轉子的偏心距。限壓式變量葉片泵利用泵壓力（負載壓力）的反饋，達到調(diào)節(jié)流量的目的。單作用式葉片泵的轉子受到來自壓油腔作用的單向壓力，使軸承上所受載荷較大，故稱為非卸荷式，這是單作用式葉片泵的一個缺點。限壓式變量葉片油泵卻正是利用單向壓力這一特點來進行壓力反饋以達到調(diào)節(jié)流量的目的。五、限壓式變量葉片泵限壓式變量葉片泵1.結構特點:彈簧、反饋柱塞、限位螺釘；轉子中心固定；定子可以水平移動；外反饋、限壓。eo

o’2.工作原理：靠反饋力和彈簧力平衡，控制偏心距的大小，來改變流量。

流量—壓力特性方程設定子開始移動時的臨界壓力為PB，定子與轉子之間的偏心：設彈簧的預壓縮量為xe，定子剛剛開始移動時的平衡方程：液壓泵的反饋壓力（工作壓力）為p時，定子的平衡方程：式中，A活塞面積，ks彈簧常數(shù)，x定子位移。由(1)、(2)、(3)、(4)式：液壓泵的實際輸出流量：由(5)、(6)、(7)式：由(3)式：代入上式調(diào)整螺釘4可改變原始偏心量e0，即調(diào)節(jié)泵的最大輸出流量，亦即改變A點的位置，使

AB線段上下平移

調(diào)整螺釘3可改變彈簧預壓縮量，即調(diào)節(jié)限定壓力pB大小，亦即改變B點的位置，使BC線段左右平移改變彈簧剛度k，則可改變BC線段的斜率，彈簧越“軟”（k值越?。?，BC線段越陡，pc值越小ex=0ex=emax

流量—壓力特性曲線外反饋限壓式變量變量泵典型結構：六、葉片泵的常見故障及排除方法故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法噪聲大1．葉片頂部倒角太小2．葉片各面不垂直3．定子內(nèi)表面被刮傷或磨損，產(chǎn)生運動噪聲4．由于修磨使配油盤上三角形卸荷槽太短，不能消除困油現(xiàn)象5．配油盤端面與內(nèi)孔不垂直，旋轉時刮磨轉子端面而產(chǎn)生噪聲6．泵軸與原動機不同軸1．重新倒角(不小于1×45°)或修成圓角2．檢查，修磨3．拋光，有的定子可翻轉180°使用4．銼修卸荷槽5．修磨配油盤端面，保證其與內(nèi)孔的垂直度小于0.005～0.01mm6．調(diào)整連軸器，使同軸度小于ф0.1mm容積效率低或壓力不能升高1．個別葉片在轉子槽內(nèi)移動不靈活甚至卡住2．葉片裝反3．葉片頂部與定子內(nèi)表面接觸不良4．葉片與轉子葉片槽配合間隙過大5．配油盤端面磨損6．限壓式變量泵限定壓力調(diào)得太小7．限壓式變量泵的調(diào)壓彈簧變形或太軟8．變量泵的反饋缸柱塞磨損1．檢查，選配葉片或單槽研配保證間隙2．重新裝配3．修磨定子內(nèi)表面或更換葉片4．選配葉片，保證配合間隙5．修磨或更換6．重新調(diào)整壓力調(diào)節(jié)螺釘7．更換合適的彈簧8．更換新柱塞第四節(jié)柱塞泵軸向式徑向式按結構分，有斜盤軸向柱塞泵、斜軸軸向柱塞泵和徑向柱塞泵結構特點：缸體轉動，斜盤、配油盤不動1.結構

柱塞伸出低壓油壓出機械裝置一、斜盤軸向柱塞泵柱塞泵結構動畫組成部分：缸體、柱塞、配油盤、斜盤密封工作腔（缸體孔、柱塞底部）由于斜盤傾斜放置，使得柱塞隨缸體轉動時沿軸線作往復運動，底部密封容積變化，實現(xiàn)吸油、排油。吸油過程：柱塞伸出→V↑→p↓→吸油；排油過程：柱塞縮回→V↓→p↑→排油。在油缸體每轉中，每一柱塞往復運動一次，完成吸、排油各一次。因此，每一柱塞是一單缸單作用往復泵。2.工作原理3.泵基本參數(shù)計算(軸向柱塞式)

排量:

Vp=πd2hz/4

式中:h-柱塞行程，h=Dtg

γ

z-柱塞個數(shù)

d-柱塞直徑

D-柱塞分布圓直徑

γ-斜盤傾角

Vp=πd2zDtgγ

/4=πd2zRtgγ

/2當γ

=0時，Vp=0

γ

↑，Vp↑