第三章液壓泵和液壓馬達(dá)(3.1)

液壓與氣壓傳動(dòng)第五講第三章液壓泵和液壓馬達(dá)3.1概述

3.1.1液壓泵的工作原理和特點(diǎn)一、液壓泵的工作原理動(dòng)力元件起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓作為向系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓泵將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出，它都是依靠密封容積變化的原理來(lái)進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵。

圖示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖．非容積式泵主要是指離心泵，產(chǎn)生的壓力一般不高。液壓泵的特點(diǎn)：（1）具有若干個(gè)密封且又可以周期性變化的空間。泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。（2）油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能吸入油液的外部條件。因此為保證液壓泵能正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。（3）具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)。將吸液箱和排液箱隔開(kāi)，保證液壓泵有規(guī)律地連續(xù)吸排液體。

吸油時(shí)，閥5關(guān)閉，6開(kāi)啟；壓油時(shí)，閥5開(kāi)啟，6關(guān)閉。常用的容積式泵有：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵（徑向，軸向）、螺桿泵等。壓力分級(jí)：0-25（低）25-80（中）80-160（中高）160-320（高壓）>320(超高壓)二、液壓泵的分類(lèi)按輸入（輸出）流量是否可調(diào)：定量泵（馬達(dá)）變量泵（馬達(dá)）按結(jié)構(gòu)形式：齒輪式葉片式柱塞式3.1.2液壓泵和液壓馬達(dá)的主要工作參數(shù)一、壓力（1）工作壓力液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無(wú)關(guān)。

（2）額定壓力液壓泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。

（3）最高允許壓力在超過(guò)額定壓力的條件下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運(yùn)行的最高壓力值，稱為液壓泵的最高允許壓力。二、排量和流量（1）排量V

液壓泵每轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出液體的體積叫液壓泵的排量。排量可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；排量不可以調(diào)節(jié)的液壓泵則稱為定量泵．

（2）理論流量理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的條件下，在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積。如果液壓泵的排量為V，其主軸轉(zhuǎn)速為n，則該液壓泵的理論流量qt為ｑt=Ｖｎ式中V為液壓泵的排量（m3/r），n為主軸轉(zhuǎn)速（r/s）

（3）實(shí)際流量

液壓泵在某一具體工況下，單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積稱為實(shí)際流量，它等于理論流量減去泄漏和壓縮損失后的流量。（4）額定流量

在正常工作條件下，該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下）必須保證的流量。

三、功率和效率（1）液壓泵的功率

輸入功率指作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩為T(mén)i，角速度為ω時(shí),輸入功率

Pr=Ti

ω

輸出功率指液壓泵在工作過(guò)程中的實(shí)際、壓油口的壓力p和輸出流量q的乘積，即

P=pq

（2）液壓泵的功率損失液壓泵的功率損失有容積損失和機(jī)械損失兩部分：（a）容積損失是指液壓泵在流量上的損失，液壓泵的實(shí)際輸出流量總是小于其理論流量，其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過(guò)程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵的轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率ηv來(lái)表示，它等于液壓泵的實(shí)際輸出流量q與其理論流量qt之比。即：ηv

=

q／qt（b）機(jī)械損失機(jī)械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。用機(jī)械效率ηm表示。它等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩Tt與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩T之比。即：ηm

=

Tt

／

T（3）液壓泵的總效率ηp

液壓泵的總效率是實(shí)際輸出功率與其輸入功率的比值。

ηp=

P／

Pr

=

ηv

ηm例：某液壓泵在轉(zhuǎn)速為950rpm時(shí)的理論流量為160L/min，在額定壓力295×105Pa和同樣轉(zhuǎn)速下測(cè)得的實(shí)際流量為150

L/min，額定工況下的總效率為0.87，求：泵的容積效率；泵在額定工況下所需的電機(jī)功率；額定工況下的機(jī)械效率；3.2齒輪泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，一般做成定量泵，可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。3.2.1齒輪泵的工作原理在齒輪泵的工作過(guò)程中，只要兩齒輪的旋轉(zhuǎn)方向不變，其吸、排油腔的位置也就確定不變。這里嚙合點(diǎn)處的齒面接觸線一直分隔高、低壓兩腔起著配油作用，因此在齒輪泵中不需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的配流機(jī)構(gòu)，這是它和其它類(lèi)型容積式液壓泵的不同之處。3.2.2齒輪泵的流量計(jì)算齒輪泵實(shí)際輸出流量

q=6.66Zm2Bnηv

實(shí)際上齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的，齒數(shù)越小，齒槽越深，流量脈動(dòng)越大。流量脈動(dòng)的原因是齒輪在嚙合的各個(gè)瞬間密封容積的變化量不同，因而瞬時(shí)流量不均勻。流量脈動(dòng)會(huì)引起壓力波動(dòng)，造成液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，而且影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。3.2.3齒輪泵的結(jié)構(gòu)齒輪泵根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分為：無(wú)側(cè)板型，浮動(dòng)側(cè)板型和浮動(dòng)軸套型。外嚙合齒輪泵在結(jié)構(gòu)上存在的幾個(gè)問(wèn)題（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，也就是要求在一對(duì)齒輪即將脫開(kāi)嚙合前，后面的一對(duì)齒輪就要開(kāi)始嚙合。就在兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合的這一小段時(shí)間內(nèi)，留在齒間的油液困在兩對(duì)輪齒和前后泵蓋所形成的一個(gè)密閉空間中。

如圖所示。解決方法：在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上開(kāi)卸荷槽。（2）徑向不平衡力在齒輪泵中，作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的，在壓油腔和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)為壓力由壓油腔壓力逐漸分級(jí)下降至吸油腔壓力，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（即不平衡力），使齒輪和軸承受載，這就是徑向不平衡力，工作壓力越大，徑向不平衡力也越大，甚至可以使軸發(fā)生彎曲，使齒頂和殼體發(fā)生接觸，同時(shí)加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。

解決方法：縮小壓油口（3）泄漏