第二章 液壓泵

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@1液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院車輛工程系ygd@液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@2回顧1液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？2什么是“帕斯卡原理”？帕斯卡原理：在密封容器內(nèi)，施加于靜止液體上的力將以等值同時(shí)傳遞到液體各點(diǎn)，即密封容積內(nèi)的液體具有相等的壓力值。能源裝置執(zhí)行元件控制元件輔助裝置傳動(dòng)介質(zhì)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@3回顧F3試分析下述液壓系統(tǒng)的工作原理及過程液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@4第二章能源裝置及輔件

本章要領(lǐng)

能源裝置的功能及組成液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)液壓泵機(jī)械效率和容積效率的物理意義柱塞泵、葉片泵和齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)液壓泵的困油、氣穴、噪聲及其選用執(zhí)行元件的功能及種類液壓缸的工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算液壓馬達(dá)的工作原理及性能參數(shù)氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)的原理及結(jié)構(gòu)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@5能源裝置的功能及組成

能源裝置的功能：

能源裝置也稱為動(dòng)力元件。它是把作為原動(dòng)力輸入的機(jī)械能

轉(zhuǎn)換為流體能輸出的裝置。根據(jù)流體不同，可分為液壓能源裝置和氣源裝置兩大類。

氣壓能源裝置主要由空壓機(jī)、空氣凈化存儲(chǔ)裝置（油水分離器、儲(chǔ)氣罐、干燥器、管道等）以及氣壓輔件（消聲器、緩沖器等）組成。

能源裝置的組成：

液壓能源裝置主要由液壓泵、油箱以及過濾器、溫控元件、熱交換器、蓄能器、壓力表、管路等液壓輔件組成。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@6液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)

液壓泵的工作原理：

液壓泵是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵的工作原理都是依靠密封容積的周期性變化來工作，因此也稱為容積式液壓泵。

容積式液壓泵的工作原理是：利用周期性變化的密封容積和相應(yīng)的配流裝置，主要類型有：柱塞泵、葉片泵和齒輪泵。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@7液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)例：柱塞式液壓泵工作原理液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@8液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)

液壓泵的基本工作條件：

具有若干個(gè)體積可以周期變化的密封空間（工作腔）液壓泵的輸出流量與工作腔容積的變化量以及單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素?zé)o關(guān)

為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密封的充壓油箱

具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)配流機(jī)構(gòu)的作用在于將吸油口與壓油口隔開，以保證液壓泵有規(guī)律地連續(xù)吸排液體。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@9液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)液壓泵中的油腔處于吸油時(shí)稱為吸油腔處于壓油時(shí)稱為壓油腔吸油腔的壓力取決于吸油高度和吸油管路的阻力壓油腔的壓力取決于外載和排油管路的壓力損失液壓泵的理論流量取決于工作腔的尺寸以及轉(zhuǎn)速，與壓油腔的壓力無關(guān)但是，排油壓力影響內(nèi)泄漏量及油液的壓縮量，從而影響泵的實(shí)際輸出流量液壓泵的實(shí)際輸出流量隨著排油壓力的升高而降低液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@10液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)工作壓力（p）：液壓泵出口處的實(shí)際壓力。

工作壓力取決于負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，與液壓泵的流量無關(guān)。額定壓力（ps）：液壓泵在正常工作條件下，按被試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)行的最高壓力。排量（V）：液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)一周所排出的油液體積。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)的液壓泵稱為定量泵。

排量僅與泵的幾何尺寸相關(guān)。

液壓泵的主要性能參數(shù)：

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@11液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)

理論流量（qt）：在不考慮泄漏的前提下，液壓泵單位時(shí)間內(nèi)所輸出的油液體積，qt＝Vn。

V為液壓泵的排量（m3/s），n為液壓泵的主軸轉(zhuǎn)速（r/s）

實(shí)際流量（q）：在某一工況下，單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積，q＝qt－ql。其中，ql為因泄漏和壓縮造成的損失。

額定流量（qs）：液壓泵在正常工作條件下，按被試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（即額定轉(zhuǎn)速和額定壓力）下的輸出流量。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@12液壓泵的工作原理及主要性能參數(shù)輸入功率（Pi）：驅(qū)動(dòng)液壓泵主軸的機(jī)械功率。

Pi＝Tiω＝2πTin

，其中Ti為扭矩，ω為角速度，n為轉(zhuǎn)速輸出功率（P）：液壓泵在實(shí)際工作過程中，吸、壓油口間的壓力差△p（Pa）與輸出流量q（m3/s）的乘積。

P＝△pq

在實(shí)際計(jì)算中，若油箱與大氣相通，則液壓泵吸、出油口的壓差可以用出口壓力p代替，即P＝pq液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@13液壓泵機(jī)械效率和容積效率的物理意義液壓泵工作過程中存在一定的功率損失，主要包括容積損失和機(jī)械損失。容積損失：由于泄漏、油受壓收縮等原因，液壓泵的實(shí)際輸出流量q總是小于其理論流量qt，稱為容積損失。容積損失可以用容積效率來衡量：液壓泵的實(shí)際輸出流量q：液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大而減小，且隨液壓泵結(jié)構(gòu)類型的不同而不同。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@14液壓泵機(jī)械效率和容積效率的物理意義液壓泵工作過程中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦?xí)斐赡Σ赁D(zhuǎn)矩?fù)p失，液體的粘性也會(huì)形成摩擦損失。機(jī)械損失：液壓泵因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩?fù)p失，可以用機(jī)械效率

m來表征。液壓泵的總效率

：液壓泵輸出功率與輸入功率之比。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@15液壓泵機(jī)械效率和容積效率的物理意義液壓泵的性能曲線液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@16柱塞泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)軸向式徑向式液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@17柱塞泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

工作原理：利用柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而形成的密封容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。

特點(diǎn)：配合精度高、密封性好結(jié)構(gòu)緊湊、容積效率及總效率高主要零部件均承受高壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度得以充分利用流量調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)變量化適合于高壓、大流量場(chǎng)合

典型應(yīng)用：龍門刨床、拉床、船舶、礦山、冶金及工程機(jī)械等液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@18柱塞泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)軸向柱塞泵

斜盤式（直軸式）軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)及工作原理：理論流量：實(shí)際流量：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@19柱塞泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@20柱塞泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

軸向柱塞泵的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小、慣性小

容積效率高

傳動(dòng)壓力高，最高可達(dá)40MPa以上

軸向尺寸較大、軸向作用力較大、輸出流量有脈動(dòng)性

變量機(jī)構(gòu)：

改變斜盤傾角δ，即可改變柱塞泵的排量用于改變?chǔ)牡难b置，稱為變量機(jī)構(gòu)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@21葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

葉片泵液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@22葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

根據(jù)密封工作腔在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中吸、排油液次數(shù)的不同，葉片泵可以分為：

單作用葉片泵：每周完成一次吸、排油動(dòng)作

雙作用葉片泵：每周完成兩次吸、排油動(dòng)作

葉片泵的特點(diǎn)及應(yīng)用：

結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工作平穩(wěn)、噪音較小，壽命較長工作壓力較高、流量的脈動(dòng)性小，對(duì)油液的污染較敏感典型應(yīng)用：機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、工程及冶金機(jī)械等中低壓液壓系統(tǒng)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@23葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)單作用葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@24葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

排量及流量計(jì)算：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@25葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)雙作用葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@26葉片泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)外反饋限壓式變量葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@27回顧

液壓泵的工作原理：

液壓泵是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵的工作原理都是依靠密封容積的周期性變化來工作，因此也稱為容積式液壓泵。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@28回顧

液壓泵的基本工作條件：

具有若干個(gè)體積可以周期變化的密封空間（工作腔）

為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密封的充壓油箱

具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@29回顧軸向柱塞泵

斜盤式（直軸式）軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@30回顧單作用葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@31回顧雙作用葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@32回顧外反饋限壓式變量葉片泵

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@33齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

齒輪泵液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@34齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

齒輪泵多為定量泵。按結(jié)構(gòu)可有兩種形式：內(nèi)嚙合齒輪泵和外嚙合齒輪泵。其中，外嚙合齒輪泵應(yīng)用廣泛。

齒輪泵的特點(diǎn)及應(yīng)用：

結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕工作可靠、對(duì)油液污染不敏感、維護(hù)容易自吸能力強(qiáng)流量及壓力的脈動(dòng)性大，噪音大液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@35齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)組成及工作原理：外嚙合齒輪泵外嚙合齒輪泵液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@36齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

排量及流量計(jì)算：

可根據(jù)嚙合原理精確計(jì)算外嚙合齒輪的排量，近似計(jì)算可認(rèn)為排量等于兩個(gè)齒輪的齒槽容積之和。

設(shè)齒輪的齒數(shù)為z、模數(shù)為m、齒寬為b、節(jié)圓直徑為D，則外嚙合齒輪的排量為V＝πDhb＝2πzm2b≈6.66zm2b

外嚙合齒輪泵的理論流量為：qt＝6.66zm2bn

實(shí)際流量為：q＝6.66zm2bnηv

齒輪傳動(dòng)過程中，嚙合點(diǎn)的位置不斷變化，工作腔容積的變化率具有不均勻性。因此，齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@37齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

設(shè)qmax、qmin分別表示瞬時(shí)最大、最小流量，則流量的脈動(dòng)率

σ可以表示為：

脈動(dòng)率

σ主要與齒數(shù)有關(guān)：齒數(shù)越少，脈動(dòng)率越高。在所有容積式泵中，外嚙合齒輪的脈動(dòng)率最大，最高可達(dá)20％。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@38齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)幾個(gè)突出問題困油現(xiàn)象及其消除措施徑向作用力不平衡泄漏液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@39齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

何謂困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因引起結(jié)果消除困油的方法困油現(xiàn)象及其消除措施液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@40齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

困油現(xiàn)象為了使齒輪泵能連續(xù)平穩(wěn)地供油，必須使齒輪嚙合的重疊系數(shù)ε大于1。這樣，齒輪在嚙合過程中，前一對(duì)輪齒尚未脫離嚙合，后一對(duì)輪齒已進(jìn)入嚙合。∵兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合∴就有一部分油液被圍困在兩對(duì)輪齒所形成的獨(dú)立的封閉腔內(nèi)，這一封閉腔和泵的吸、壓油腔相互間不連通。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，此封閉腔容積發(fā)生變化，使油液受壓縮或膨脹，這種現(xiàn)象稱為困油現(xiàn)象。

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@41齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)a→b容積逐漸減小

b→c容積逐漸增大

困油現(xiàn)象液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@42齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)a→b容積逐漸減小p↑

高壓油從一切可能泄漏的縫隙強(qiáng)行擠出，使軸和軸承受很大沖擊載荷，泵劇烈振動(dòng)，同時(shí)無功損耗增大，油液發(fā)熱。b→c容積逐漸增大

p↓

形成局部真空，使溶于油液中的氣體析出，形成氣泡，產(chǎn)生氣穴，引起振動(dòng)、噪聲、汽蝕等?？傊河捎诶в同F(xiàn)象，使泵工作性能不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲等，直接影響泵的工作壽命。

困油引起的后果液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@43齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

消除困油的辦法原則：a→b密封容積減小，使之通壓油口(圖a)，避免壓力急劇升高b→c密封容積增大，使之通吸油口(圖c)，避免形成局部真空

b密封容積最小，隔開吸壓油方法：在兩側(cè)端蓋上分別開卸荷槽以消除困油。困油現(xiàn)象在其他液壓泵中同樣存在，是個(gè)共性問題。在設(shè)計(jì)與制造液壓泵時(shí)應(yīng)竭力避免。

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@44齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)徑向作用力不平衡徑向不平衡力的產(chǎn)生：液壓力液體壓力分布規(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漏的油液，其壓力隨徑向位置而不同。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，從壓油腔到吸油腔的壓力是逐級(jí)下降的。其合力相當(dāng)于給齒輪軸一個(gè)徑向作用力，此力稱為徑向不平衡力。工作壓力越高，徑向不平衡力也越大，直接影響軸承的壽命。徑向不平衡力很大時(shí)能使軸彎曲、齒頂和殼體內(nèi)表面產(chǎn)生摩擦。

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@45齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)徑向作用力不平衡改善措施：縮小壓油口，以減小壓力油作用面積。增大泵體內(nèi)表面和齒頂間隙開壓力平衡槽，會(huì)使容積效率減小齒輪泵的壓力平衡槽1、2——壓力平衡槽

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@46齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)泄漏外嚙合齒輪泵高壓腔的壓力油可通過齒輪兩側(cè)面和兩端蓋間軸向間隙、泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙及齒輪嚙合線處的間隙泄漏到低壓腔中去。其中對(duì)泄漏影響最大的是軸向間隙，可占總泄漏量的75%~80%。它是影響齒輪泵壓力提高的首要因素。齒側(cè)泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的5%徑向泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的20%~25%端面泄漏*

—約占齒輪泵總泄漏量的75%~80%總之：泵壓力愈高，泄漏愈大。液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@47齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)提高外嚙合齒輪泵壓力的措施問題：齒輪泵存在間隙，p↑△q↑ηv↓

徑向不平衡力也∝p

p↑徑向力↑提高齒輪泵壓力的方法：浮動(dòng)軸套補(bǔ)償原理：將壓力油引入軸套背面，使之緊貼齒輪端面，補(bǔ)償磨損，減小間隙。

帶浮動(dòng)軸套的齒輪泵液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@48齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)彈性側(cè)板式補(bǔ)償原理：將泵出口壓力油引至側(cè)板背面，靠側(cè)板自身的變形來補(bǔ)償端面間隙。提高齒輪泵壓力的方法：圖2-8帶浮動(dòng)側(cè)板的齒輪泵液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@49齒輪泵的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕自吸性能好，對(duì)油污不敏感工作可靠，便于維護(hù)流量脈動(dòng)大噪聲大排量不可調(diào)外嚙合齒輪泵的缺點(diǎn)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@50

液壓泵的簡化符號(hào)液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@51液壓泵的困油、氣穴、噪聲

氣穴現(xiàn)象：當(dāng)泵吸油腔中的壓力小于油液所在溫度下的空氣分離壓時(shí)，溶解在油液中的空氣將會(huì)從油中分離。當(dāng)這種帶有氣泡的油液進(jìn)入高壓腔時(shí)，氣泡被擊破，形成局部的高壓沖擊，引起噪聲及振動(dòng)，并會(huì)使泵的零件腐蝕損壞。

避免或減小氣穴現(xiàn)象的措施：

降低吸油高度采用大管徑油管、減少管路長度及彎曲性等，以減小吸油阻力采用加壓油箱、采用輔助油泵

液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@52液壓泵的困油、氣穴、噪聲產(chǎn)生噪聲的原因

泵的流量脈動(dòng)引起壓力脈動(dòng)，這是造成泵振動(dòng)的動(dòng)力源液壓泵在其工作過程中，當(dāng)吸油容積突然和壓油腔接通，或壓油容積突然和吸油腔接通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生流量和壓力的突變而產(chǎn)生噪聲氣穴現(xiàn)象泵內(nèi)流道具有突然擴(kuò)大或收縮、急拐彎、通道面積過小等而導(dǎo)致油液紊流、漩渦而產(chǎn)生噪聲管道、支架、聯(lián)軸節(jié)等機(jī)械部分產(chǎn)生的噪聲液壓與氣動(dòng)技術(shù)殷國棟ygd@53液壓泵的選用

液壓泵的選用考慮因素：優(yōu)先滿足系統(tǒng)的性能要求（如壓力、流量）