液壓傳動第4章課件

第一節(jié)

概述

第二節(jié)齒輪泵

第三節(jié)葉片泵

第四章液壓泵和液壓馬達第四節(jié)柱塞泵第七節(jié)

液壓泵中的氣穴現(xiàn)象

第八節(jié)液壓泵的噪聲第五節(jié)液壓馬達

第六節(jié)

擺動液壓馬達

第九節(jié)液壓泵的選用液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動電機的機械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的油液的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。液壓馬達也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把輸入油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，使主機的工作部件克服負載及阻力而產(chǎn)生運動。第一節(jié)概述一、作用和分類液壓傳動系統(tǒng)中使用的液壓泵和液壓馬達都是容積式的。圖4-1所示為容積式泵的工作原理。液壓泵（液壓馬達）按其在單位時間內(nèi)所能輸出（所需輸入）油液體積可否調(diào)節(jié)而分為定量泵（定量馬達）和變量泵（變量馬達）兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。容積式液壓泵工作原理動態(tài)圖

l一凸輪；2一柱塞；3－泵體；4－彈簧；5-吸油（單向）閥；6-壓油（單向）閥

指液壓泵在實際工作時輸出油液的壓力值，也稱為系統(tǒng)壓力。⑴工作壓力

⑵額定壓力

指在保證液壓泵的容積效率、使用壽命和額定轉(zhuǎn)速的前提下，泵連續(xù)長期運轉(zhuǎn)時允許使用的壓力最大限定值。

⑶極限壓力指泵在在短時間內(nèi)所允許超載使用的極限。

液壓泵的性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、流量和排量、功率和效率等。壓力（MPa）

二、壓力、排量和流量液壓泵（液壓馬達）的幾何排量（用V表示，以下簡稱排量）是指泵（馬達）軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容腔幾何尺寸變化所算得的排出（輸入）液體的體積，數(shù)值上等于在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能排出（所需輸入）的液體體積。液壓泵（液壓馬達）的幾何流量（用qt表示）是指泵（馬達）在單位時間內(nèi)由其密封容腔幾何尺寸變化計算而得的排出（輸入）的液體體積，數(shù)值上等于在無泄漏的情況下單位時間內(nèi)所能排出（所需輸入）的液體體積。如果不考慮液壓泵（液壓馬達）在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的幾何功率是三、功率和效率式中Tt——液壓泵（液壓馬達）的幾何轉(zhuǎn)矩；

ω——液壓泵（液壓馬達）的角速度。實際上，液壓泵和液壓馬達在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。實際上，液壓泵（液壓馬達）在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。兩者之差為功率損失。功率損失分為容積損失和機械損失：容積損失：因泄露、氣穴和油液在高壓下的壓縮（內(nèi)泄漏）而造成的流量損失。

機械損失：因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。液壓泵的容積效率：液壓泵的機械效率：液壓泵的總效率：

液壓泵的圖形符號a.單向定量液壓泵b.單向變量液壓泵c.單向定量馬達d.單向變量馬達e.雙向變量液壓泵f.雙向變量馬達第二節(jié)齒輪泵一、外嚙合齒輪泵的工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理如下所示。l一殼體

2-主動齒輪

3－從動齒輪

這里嚙合點處的齒面接觸線一直起著分隔高、低壓腔的作用，因此在齒輪泵中不需要設(shè)置專門的配流機構(gòu)。

當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封腔容積不斷增大，構(gòu)成吸油并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。

左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進入嚙合，使密封腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。二、排量計算和流量脈動設(shè)齒間槽的容積等于輪齒的體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為z、分度圓直徑為D、模數(shù)為m、工作齒高為hw（hw=2m）、齒寬為b時，泵的排量為考慮到齒間槽容積比輪齒的體積稍大些，所以通常按下式計算式中C--修正系數(shù)，z=13～20時，取C=1.06；z=6～12時，取C=1.115。由于齒輪嚙合過程中壓油腔的容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時流量是脈動的。設(shè)qmax、qmin表示最大、最小瞬時流量，q表示平均流量。流量脈動率σ可用下式表示外嚙合齒輪泵的齒數(shù)愈少，脈動率σ就愈大，其值最高可達0.20以上，內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動率就小得多。三、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)缺點（一）困油齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重合度必須大于1，于是總有兩對輪齒同時嚙合，并有一部分油液被圍困在兩對輪齒所形成的封閉容腔之間，如圖4-4所示。困油現(xiàn)象的危害：

使閉死容積中的壓力急劇升高，使軸承受到很大的附加載荷，同時產(chǎn)生功率損失及液體發(fā)熱等不良現(xiàn)象；溶解于液體中的空氣便析出產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，引起振動和噪聲。

通常是在兩端蓋板上開一對矩形卸荷槽。開卸荷槽的原則是：當(dāng)封閉容腔減小時，讓卸荷槽與泵的壓油腔相通，這樣可使封閉容腔中的高壓油排到壓油腔中去；當(dāng)封閉容腔增大時，使卸荷槽與泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及時補入到封閉容腔中，從而避免產(chǎn)生真空，這樣使困油現(xiàn)象得以消除。消除困油的方法：開設(shè)卸荷槽的原則：閉死容積由大變小時與壓油腔相通閉死容積由小變大時與吸油腔相通圖4-5所示為幾種異形卸荷槽，其消除困油現(xiàn)象的效果更佳。

液壓泵中組成密封工作容積的零件作相對運動，其間隙產(chǎn)生的泄漏影響液壓泵的性能。外嚙合齒輪泵壓油主要通過三條途徑泄漏到低壓腔中去。（1）泵體內(nèi)表面和齒頂徑向間隙的泄漏

由于齒輪轉(zhuǎn)動方向與泄漏方向相反，壓油腔到吸油腔通道較長，所以其泄漏量相對較小，約占總泄漏量的10%~15%。（2）齒面嚙合處間隙的泄漏

由于齒形誤差會造成沿齒寬方向接觸不好而產(chǎn)生間隙，使壓油腔與吸油腔之間造成泄漏，這部分泄漏量很少。

齒輪端面與前后端蓋之間的端面間隙教大，此端面間隙封油長度又短，所以泄漏量最大，可占總泄漏量的70%~75%。（3）齒輪端面間隙的泄漏（二）泄漏（三）徑向不平衡力

在齒輪泵中，由于在壓油腔和吸油腔之間存在著壓差，又因泵體表面與齒輪齒頂存在著徑向間隙，可以認為壓油腔壓力逐漸分級下降到吸油腔壓力。徑向不平衡力的組成：

液壓力

嚙合力（三）徑向不平衡力液體壓力分布規(guī)律：齒輪泵中，從壓油腔經(jīng)過泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙向吸油腔泄露的油液，其壓力隨徑向位置而不同。從壓油腔到吸油腔的壓力是逐級下降的。其合力相當(dāng)于給齒輪軸一個徑向作用力，稱為徑向不平衡力。工作壓力越高，徑向不平衡力越大，影響軸承壽命。徑向不平衡力很大時能使軸彎曲，齒頂和殼體表面產(chǎn)生摩擦。解決措施：減小壓油口的直徑（單向泵）開壓力平衡槽（但泄露量增大）（四）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單尺寸小制造方便價格低廉工作可靠自吸能力強對油液污染不敏感維護容易缺點機件承受不平衡徑向力磨損嚴重泄露大在高、中壓齒輪泵中，一般采用軸向間隙自動補償?shù)霓k法。其原理是把與齒輪端面相接觸的部件制作成軸向可移動的，并將壓油腔的壓力油經(jīng)專門的通道引入到這個可動部件背面一定形狀的油腔中，使該部件始終受到一個與工作壓力成比例的軸向力壓向齒輪端面，從而保證泵的軸向間隙能與工作壓力自動適應(yīng)且長期穩(wěn)定。四、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施這個可動部件可以是能整體移動的，如浮動軸套（見圖4-6）或浮動側(cè)板（見圖4-7），也可以是能產(chǎn)生一定撓度的彈性側(cè)板。（一）螺桿泵五、螺桿泵和內(nèi)嚙合齒輪泵（二）內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵（又名轉(zhuǎn)子泵）兩種。

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵的工作原理圖1-小齒輪（主動齒輪）;2-內(nèi)齒輪（從動齒輪）；3-月牙板；4-吸油腔；5-壓油腔

內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低；但在低速、高壓下工作時，壓力脈動大，容積效率低；一般用于中、低壓系統(tǒng)，或作為補油泵。內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點是齒形復(fù)雜，加工困難，價格較貴，且不適合高壓工況。

內(nèi)嚙合擺線齒輪泵

1.外齒輪

2.內(nèi)齒輪

內(nèi)嚙合齒輪泵的流量脈動率僅是外嚙合齒輪泵流量脈動率的5%～10%。還具有結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小和效率高等一系列優(yōu)點。它的不足之處是齒形復(fù)雜，需要專門的高精度加工設(shè)備，因此多被用在一些要求較高的系統(tǒng)中。

內(nèi)嚙合擺線齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊，運動平穩(wěn)，噪聲低。但流量脈動比較大，嚙合處間隙泄漏大。所以通常在工作壓力為2.5～7MPa的液壓系統(tǒng)中作為潤滑、補油等輔助泵使用。圖4-11所示為單作用葉片泵的工作原理。第三節(jié)

葉片泵

一、單作用葉片泵（一）工作原理密封容積形成：定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面葉片與配油盤組成。

定子的內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個密封的工作腔。

泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子單方向受力，軸承負載大。改變偏心距，可改變泵排量，形成變量葉片泵。

（二）排量計算單作用葉片泵的排量近似為V=2beπD式中b—轉(zhuǎn)子寬度；

e—轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距；

D—定子內(nèi)圓直徑。（三）特點單作用葉片泵的特點如下：改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心便可改變流量。處在壓油腔的葉片頂部受有壓力油的作用，要把葉片推入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子受有不平衡的徑向液壓作用力。二、雙作用葉片泵圖中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。

三、限壓式變量葉片泵單作用式葉片泵的具體結(jié)構(gòu)類型是很多的：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向；它按改變偏心方式的不同又可有手調(diào)式變量泵和自動調(diào)節(jié)式變量泵之分，自動調(diào)節(jié)式變量泵又有限壓式變量泵、穩(wěn)流量式變量泵等多種形式。限壓式變量泵又可分為外反饋式和內(nèi)反饋式兩種。圖4-14所示為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理。外反饋限壓式變量葉片泵第四節(jié)柱塞泵

柱塞泵是依靠柱塞在缸體中往復(fù)運動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油的。與齒輪泵和葉片泵相比它具有以下特點：（1）工作壓力高

由于密封容腔是由柱塞孔和柱塞構(gòu)成，圓柱面相對容易加工，可以達到較高的尺寸精度，因此這種泵的密封性很好，有較高的容積效率。柱塞泵的工作壓力一般為20～40MPa，最高可達1000MPa。（2）易于變量

由于便于改變柱塞的行程，因此容易實現(xiàn)單向或雙向變量。（3）流量范圍大

設(shè)計上可以選用不同的柱塞直徑或數(shù)量，因此可得到不同的流量。柱塞泵也存著在對油污染敏感和價格較昂貴等缺點。

第四節(jié)柱塞泵一、軸向柱塞泵（一）直軸式軸向柱塞泵1.工作原理2.排量計算3.流量脈動

軸向柱塞泵中的柱塞是軸向排列的。當(dāng)缸體軸線和傳動軸軸線重合時，稱為斜盤式軸向柱塞泵；當(dāng)缸體軸線和傳動軸軸線不在一條直線上，而成一個夾角γ時，稱為斜軸式軸向柱塞泵。軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，工作壓力高，容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點。直軸式軸向柱塞泵工作原理圖（二）斜軸式軸向柱塞泵這種軸向柱塞泵的傳動軸中心線與缸體中心線傾斜一個角度γ，故稱斜軸式軸向柱塞泵，目前應(yīng)用比較廣泛的是無鉸斜軸式柱塞泵。圖4-17所示為該泵的工作原理。柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配油盤窗口b向外排出。缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復(fù)運動一次，完成一次吸油動作。改變斜盤的傾角，就可以改變密封工作容積的有效變化量，實現(xiàn)泵的變量。

斜軸式軸向柱塞泵工作原理

l－傳動軸；2一連桿；3－缸體；4一柱塞；5一平面配油盤（三）變量控制機構(gòu)1.手動控制2.恒壓、恒流量、恒功率控制二、徑向柱塞泵（一）閥配油式徑向柱塞泵（二）軸配油式徑向柱塞泵徑向柱塞泵的排量和流量泵的平均排量為：泵的輸出流量：

當(dāng)徑向柱塞泵的轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距為e時，柱塞在缸體內(nèi)孔的行程則為2e。若柱塞數(shù)為ｚ，則泵的排量:若泵的轉(zhuǎn)速為n，容積效率為ηpv，則泵的流量為

:第五節(jié)液壓馬達

液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，也是靠密封容積的變化來工作的。液壓馬達和液壓泵的工作原理是互逆的。但由于兩者的任務(wù)和要求有所不同，在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達使用。

液壓馬達可分為高速液壓馬達和低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達兩大類。高速液壓馬達的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)迅速，動作快，但輸出的轉(zhuǎn)矩相對小，主要有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種主要形式。

工作壓力

馬達入口油液的實際壓力稱為馬達的工作壓力，馬達入口壓力和出口壓力的差值稱為馬達的工作壓差。

流量和排量

馬達入口處的流量稱為馬達的實際流量。馬達密封腔容積變化所需要的流量稱為馬達的理論流量。實際流量和理論流量之差即為馬達的泄漏量。

馬達軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達的排量。

液壓馬達的主要性能參數(shù)

容積效率和轉(zhuǎn)速

因馬達實際存在泄漏，由實際流量q計算轉(zhuǎn)速n

時，應(yīng)考慮馬達的容積效率。當(dāng)液壓馬達的泄漏流量為，馬達的實際流量為，則液壓馬達的容積效率為：

馬達的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量與排量的比值，即

機械效率

輸出轉(zhuǎn)矩

因馬達實際存在機械摩擦，故實際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機械效率。

設(shè)馬達的出口壓力為零，入口工作壓力為p，排量為V，則馬達的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達形式,即

馬達的實際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論輸出轉(zhuǎn)矩：

功率和總效率

馬達的輸入功率為

馬達的輸出功率為

馬達的總效率為

由上式可見，液壓馬達的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機械效率與容積效率的乘積。

一、工作原理圖4-21所示為軸向柱塞式液壓馬達的工作原理。1.軸向柱塞式液壓馬達圖4-22所示為多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達的結(jié)構(gòu)原理圖。2.徑向柱塞式液壓馬達二、主要參數(shù)設(shè)液壓馬達的進、回油腔的壓差為Δp，輸入的流量為q，而液壓馬達的排量為V，容積效率為ηV，機械效率為ηm，則液壓馬達的幾何轉(zhuǎn)矩實際轉(zhuǎn)矩為液壓馬達