第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.1 概述 泵是將原動機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體，從而使液體的壓力、速度、位置得以提高的元件。按其工作原理可分為渦輪式和容積式。 渦輪式泵：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為動能，低壓大流量作業(yè)，輸送液體，例如水泵。 容積式泵：原動機(jī)的機(jī)械能主要轉(zhuǎn)化成液體的靜壓能，使用于高壓小流量作業(yè)，因此常用于各種控制目的，即使系統(tǒng)的負(fù)載有變化，輸出流量不變。 類型： 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，泵有齒輪泵、葉片泵、閥式活塞泵，徑向柱塞泵、軸向柱塞泵和螺桿泵。 馬達(dá)：將輸入油液的能量轉(zhuǎn)化成為馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)械能而輸出的元件。屬液壓執(zhí)行元件，從原理上講，泵和馬達(dá)可換，但工作要求不同，結(jié)構(gòu)有差異。,3.2 齒輪泵和齒輪馬達(dá),齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，工作可靠，體積小，重量輕，對油液污染不太敏感。缺點(diǎn)流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。故應(yīng)用廣泛在低壓系統(tǒng)中，但也在不斷的改善。 本節(jié)主要介紹外嚙合直齒齒輪泵的結(jié)構(gòu)和工作原理。 一、齒輪泵的工作原理和組成 1. 組成：三片式結(jié)構(gòu) 端蓋、泵體和嚙合齒輪。,3-1,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2. 齒輪泵的工作原理 主動齒輪反時針旋轉(zhuǎn)，帶動被動齒輪順時針旋轉(zhuǎn)。在吸油腔一側(cè)，由于齒輪逐漸退出嚙合，吸油腔容積增大，形成部分真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管而進(jìn)入吸油腔并填滿齒間。隨著油泵的旋轉(zhuǎn)，每個齒間的油液被送到壓油腔。在壓油腔齒輪逐漸進(jìn)入嚙合，容積減小，壓力增大，油液被壓入系統(tǒng)去工作。齒頂間隙所形成的容積不參與吸排油，側(cè)間隙和端間隙越小越好。圖3-2 介紹原理。,3-2,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),可見，節(jié)圓直徑一定時，齒數(shù)越少排量越大，這對于減少齒輪的尺寸重量是有利的。當(dāng)然，減少齒數(shù)要受到根切的限制，同時還要考慮實(shí)際情況時，系統(tǒng)對油泵流量波動的要求。一般Z為9、11、13。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),二、齒輪泵的瞬時流量,根據(jù)以上得到的齒輪泵排量公式可求得齒輪泵的理論流量（平均流量）: 須知這樣求得的流量是平均流量。事實(shí)上齒輪泵在工作中，隨著齒輪所處的不同位置，其瞬時流量是不同的。如在某時間內(nèi)壓油腔容積變化dV，則瞬時流量dV/dt是各處不同的，這一瞬時流量的變化現(xiàn)象稱為液壓泵的流量波動。流量波動將導(dǎo)致執(zhí)行組件工作速度不平穩(wěn)，而且會引起壓油管內(nèi)的壓力波動，從而導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械振動和噪音的增加，這對于高性能要求的液壓系統(tǒng)顯然是不利的。因而了解流量波動的大小和頻率，對于正確選用液壓泵以設(shè)計(jì)出滿足要求的液壓傳動系統(tǒng)是非常必要的。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),齒輪泵的瞬時流量則為： 式中： 齒頂圓半徑； x嚙合點(diǎn)至主動齒輪圓心的距離； y嚙合點(diǎn)至被動齒輪圓心的距離。 由上式可見，由于嚙合點(diǎn)沿嚙合線變化，所以x、y值隨嚙合點(diǎn)的變化也在變化，這樣瞬間流量當(dāng)然也隨嚙合點(diǎn)的變化而變化。同時可知，當(dāng)一對齒退出嚙合而另一對齒進(jìn)入嚙合后，瞬時流量將重復(fù)變化一次。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),為討論方便，將x、y兩個變量有嚙合點(diǎn)至節(jié)點(diǎn)的距離f置換，將齒頂圓半徑用節(jié) 圓半徑和齒頂高置換，則可得外嚙合齒輪泵瞬間流量公式為: 由此可知，在結(jié)構(gòu)參數(shù)B、R、h及轉(zhuǎn)速一定時，嚙合點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重 合即f=0時瞬時流量最大，而當(dāng)開始嚙合和退出嚙合時， （ 為嚙合點(diǎn)在嚙合線上走過的長度），此時瞬時流量最小。 由于齒輪嚙合時重合系數(shù)1，即當(dāng)一對尚未退出嚙合時，下一對齒已進(jìn)入嚙合狀態(tài)，于是在兩對齒之間形成閉死容積，使前對齒失去排油能力，此時瞬時流量由后一對齒決定，因此在曲線上形成有一段的流量突然下降。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),衡量流量波動性亦即流量品質(zhì)的指標(biāo): 流量波動系數(shù): 對常用的外嚙合齒輪泵: 流量波動頻率: 由以上討論可知，齒輪泵的流量品質(zhì)主要決定于齒數(shù)，齒數(shù)越多則系數(shù)越小而頻率越大，也即是流量品質(zhì)越好。為輕型化 ，齒數(shù)少，波動大。,三、齒輪泵結(jié)構(gòu)上的問題,（一）困油現(xiàn)象及消除措施 1. 產(chǎn)生的原因及現(xiàn)象 為了保證齒輪泵流量連續(xù)及高低壓腔嚴(yán)格密封，必須使重合系數(shù)大于1，一般1.05-1.2。當(dāng)前一對齒沒有脫開嚙合時，后一對齒已進(jìn)入嚙合，便形成一個與吸排油腔均不相通的封閉容積，切隨齒輪轉(zhuǎn)動而移動。把這個封閉容積稱為困油區(qū)。 當(dāng)后一對齒剛進(jìn)入嚙合時困油區(qū)容積最大（下圖a）,隨著A、B兩點(diǎn)的移動，困油區(qū)逐漸減小，當(dāng)A、B兩點(diǎn)對稱地分布于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)時困油區(qū)容積最小。,3-3,3-4,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2. 危害 困油區(qū)由大到小：產(chǎn)生很大的壓力，這個力在齒輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)等于齒數(shù)，產(chǎn)生沖擊 困油區(qū)由小到大：困油區(qū)真空度增加，容易產(chǎn)生氣蝕并增加噪音。 3. 解決辦法：開卸荷槽。卸荷槽的形式多種多樣，而卸荷原理基本相同，即當(dāng)封閉容積有大邊小時，通過一個卸荷槽使其與壓油腔相通；而當(dāng)封閉容積由小變大時，通過另一個卸荷槽使其與吸油腔相通。 注意：兩卸荷槽的配置必須保證在任何時候都不能使壓油腔與吸油腔通過困油區(qū)而相互溝通，同時要有效地卸荷。 圖1-3為齒輪端面的軸承座圈上開長方形卸荷槽，對稱布置，圖1-3c為長方形卸荷槽非對稱布置（偏向吸油腔一側(cè)），適應(yīng)于齒側(cè)間隙較小的情況。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),（二） 齒輪泵的泄漏和端面補(bǔ)償,1.軸向間隙泄漏:指齒輪端面與軸承底圈或蓋板之間的間隙泄漏。占總泄漏量的75-80%。 2. 徑向間隙泄漏:指齒頂與殼體內(nèi)圓柱表面之間的間隙泄漏。占總泄漏量的15-20%。 3.通過嚙合點(diǎn)上的泄漏:由于嚙合點(diǎn)在全部齒寬上不能全部接觸，所以也可產(chǎn)生泄漏，占4-5%。 由此可見，要提高齒輪泵的壓力，必須要減小端面泄漏，一般采用齒輪端面間隙自動補(bǔ)償?shù)霓k法。圖1-4所示端面間隙的補(bǔ)償原理。利用特制的通道把泵內(nèi)壓油腔的壓力油引到軸承外側(cè)，作用在（用密封圈分隔構(gòu)成）一定形狀和大小的面積上，產(chǎn)生液壓作用力，使軸套壓向齒輪端面。這個力必須大于齒輪端面作用在軸承內(nèi)側(cè)的作用力，才能保證在各種壓力下，軸承始終自動貼緊齒輪端面，減小泵內(nèi)通過端面的泄漏，達(dá)到提高壓力的目的。 減小泄漏辦法：軸向自動補(bǔ)償，浮動軸套和側(cè)板變形（有的加彈簧）。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),圖3-5 齒輪泵內(nèi)補(bǔ)償軸向間隙用的浮動軸承 原則：1.壓緊力必須大于推力，壓緊力=推開力+P。P不 能過小（不 起作用）；不能過大（加劇磨損）； 2.壓力和推力作用線一致，產(chǎn)生力偶； 3.磨損后還能起作用。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),（三）徑向力不平衡現(xiàn)象,產(chǎn)生的原因：徑向不平衡由三方面造成：1.液體壓力產(chǎn)生的徑向力 同壓油腔接觸的周長為L1受壓油腔壓力作用；同吸油腔接觸的周長為L2受吸油腔壓力作用；同殼體接觸的周長為L3受一個沿圓周從低到高壓線性變化的壓力作用，三個力合力即FP大致指向吸油腔一側(cè)。2. 齒輪傳遞力矩時產(chǎn)生的徑向力FM，對主動齒輪合力減??；從動相反。3.困油現(xiàn)象消除不良產(chǎn)生作用在軸上的徑向力。 造成的危害：這些液體壓力綜合作用的合力，相當(dāng)于給齒輪一個徑向的作用力（即不平衡力），使齒輪和軸承受載。工作壓力越大，徑向不平衡力也越大。當(dāng)徑向不平衡力很大時，能使軸彎曲，齒頂與殼體內(nèi)表面產(chǎn)生接觸，同時加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。 下圖為其力分析圖 F被更大有時多達(dá)幾噸，作用在軸承上影響泵的壓力不能太高，8-16MP。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.解決的辦法： 1.減小壓油口的直徑，使壓力油 僅作用在1-2個齒之間。 2.增大泵體內(nèi)表面與齒頂圓間隙。 3.開壓力平衡槽。,3-8,3-7,圖 3-6 油壓和傳動產(chǎn)生徑向力,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),四、液壓馬達(dá),工作原理：液壓作用在齒面上推動齒輪旋轉(zhuǎn)，由于嚙合點(diǎn)的半徑小于齒頂圓半徑形成扭矩，合并輸出。從性能上分為高速馬達(dá)和低速馬達(dá)，三片式補(bǔ)償不能用，因引入高壓油的方向不同，不能輕易將油泵變成馬達(dá)。 結(jié)構(gòu)與馬達(dá)基本相同，但因工作過程一般要求低速大扭矩，直接用高速泵時需變速箱減速。為了簡化機(jī)構(gòu)，直接驅(qū)動工作部件，另行設(shè)計(jì)。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.3 基本參數(shù)的計(jì)算及特性,一、排量、流量和容積效率 排量q:是指在沒有泄漏和吸油充分的理想情況下，泵軸每轉(zhuǎn)所排出的液壓體積。它僅取決與液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所有密封工作腔的容積變化量，與液壓泵的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)有關(guān)。q值可在有關(guān)液壓泵的樣品本中查到。有時也用每弧度排量表示排量，在計(jì)算時要注意兩者的區(qū)別。 理論流量:是指在不考慮泄漏的情況下，單位時間內(nèi)液壓泵所輸出的液壓體積，則： 實(shí)際流量:是指在一定的出口壓力下，液壓泵在單位時間內(nèi)實(shí)際輸出到系統(tǒng)去的液壓體積。當(dāng)液壓泵在一定出口壓力下工作時，出口的壓力油總是不可避免地經(jīng)過間隙向液壓泵進(jìn)口的低壓區(qū)泄漏，這就使得實(shí)際輸出流量總小于理論流量。設(shè)泄漏流量為 則: 因泄漏而產(chǎn)生的損失稱容積損失。定義液壓泵的容積效率為：,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),根據(jù)縫隙泄漏流量公式可知，泄露量取決于液壓泵本身結(jié)構(gòu)（間隙大小，泄漏通道長度等）、液壓泵出口壓力和所使用油液黏度?？梢妼τ谝粋€現(xiàn)有的泵來說，出口壓力越大、油液粘度越低則泵的容積效率越低。而要提高液壓泵的液壓效率，則主要應(yīng)改善液壓泵本身的結(jié)構(gòu)，如盡量減小配合間隙等。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),二、工作壓力、扭矩和機(jī)械效率,1.工作壓力:是指液壓泵工作時出口的實(shí)際壓力，它取決與執(zhí)行組件上所承受負(fù)載的大小和系統(tǒng)回路上的壓力損失。 2.吸入壓力：泵進(jìn)口處的壓力； 3.額定壓力：正常工作連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力； 4.最高允許壓力：按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力值允許短暫運(yùn)行的最高壓力；工作壓力；外載作用的壓力。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),液壓泵出口壓力到齒輪到軸，泵軸在轉(zhuǎn)動時必須克服的扭矩。 圖3-9 扭矩分析 這公式適用于所有容積式液壓泵。 因?yàn)橐簤罕迷诠ぷ鲿r，有關(guān)構(gòu)件之間有不可避免的摩擦力存在，其中包括與運(yùn)動速度有關(guān)的粘性摩擦力，與正壓力有關(guān)的摩擦力，與密封裝置有關(guān)的恒值摩擦力等，這些力也形成傳動軸上的阻力矩之和，即實(shí)際扭矩為：,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),定義機(jī)械效率為：,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),三、馬達(dá)基本參數(shù),液壓馬達(dá)與液壓泵的基本參數(shù)的計(jì)算大致相同，區(qū)別在于泄漏量、扭矩?fù)p失與理論流量和理論扭矩的關(guān)系。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),五、液壓泵的工作特性,1. 轉(zhuǎn)速特性 由 知，流量和轉(zhuǎn)速是線性關(guān)系，即角速度越大，流量越大。實(shí)際上，當(dāng)油泵出口保持某一定值壓力時，輸出流量Q與轉(zhuǎn)速一開始正比變化，但當(dāng)轉(zhuǎn)速超過 以后，流量與轉(zhuǎn)速就不成正比變化了，隨著轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，輸出流量反而呈下降趨勢。這主要是由于密封容積變化速度太快，吸入的油液來不及填滿變化的容積，即出現(xiàn)所謂“空吸現(xiàn)象”造成的?！翱瘴F(xiàn)象”的出現(xiàn)抵消了轉(zhuǎn)速增加對流量的積極影響，同時還會伴有噪音及震動現(xiàn)象，使油泵不能正常工作。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),a,液壓泵的最高轉(zhuǎn)速還受泵的效率及工作壽命的制約。所以液壓泵的額定工作轉(zhuǎn)速定義為：在額定工作壓力下，不產(chǎn)生吸空現(xiàn)象且能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證基本工作性能的最高轉(zhuǎn)速。為了提高使用轉(zhuǎn)速 ，充分發(fā)揮泵的工作潛力，有些泵在使用時要求在泵前增設(shè)一級輔助充油泵以提高液壓泵的進(jìn)口壓力。圖3-10容積泵的轉(zhuǎn)速特性,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),圖3-10容積泵的轉(zhuǎn)速特性,2.壓力特性,由 知縫隙泄漏和壓強(qiáng)一次方成正比；隨著液壓泵工作壓力的提高，輸出流量Q、容積效率 將線性下降。這是因?yàn)橛捅眯孤┝髁?是隨著工作壓力的增加而線性增加的原因。 隨著壓力的增加，總效率 先是增加，達(dá)到最高值后開始下降。這是因?yàn)?，在低壓階段， 雖然隨壓力的升高而下降，可是 隨壓力的升高而上升，且上升幅度大于 下降的幅度，故總效率升高。隨著壓力的繼續(xù)升高，液壓泵有關(guān)元件之間的接觸應(yīng)力繼續(xù)增加，粘性摩擦的狀態(tài)不能保持，因此，摩擦扭矩隨壓力的增加而增大，使機(jī)械效率隨壓力增加而上升的幅度大大減小。當(dāng)機(jī)械效率上升的幅度小于容積效率下降的速度時，總效率開始隨壓力的的增加而下降。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),在低壓階段，扭矩?fù)p失變化不大，分析下式。,圖3-11 容積泵壓力特性,額定壓力就是指泵在連續(xù)工作情況下所允許使用的最高壓力，在此壓力下能保證泵所必須滿足的容積效率、總效率及規(guī)定的使用壽命。一般液壓泵都具有一定的過載能力，允許的最高過載壓力約為額定壓力的1.25倍。過載壓力只允許短時間使用，可由安全閥限定。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.4 葉片泵和葉片馬達(dá),葉片泵有單作用式（非平衡式，易變量）和雙作用式（平衡式，不能變量）兩大類，在工作機(jī)械的中高壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。葉片泵輸出流量均勻，脈沖小，噪音小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸油特征不好，對油液的污染也比較敏感。 一、 單作用式葉片泵 1. 結(jié)構(gòu) 該泵由泵體、轉(zhuǎn)子、定子、葉片、端蓋、配油盤等組成。定子內(nèi)工作面和轉(zhuǎn)子體外表面均為圓柱面，且兩者按一定偏心配置，葉片裝于轉(zhuǎn)子體槽內(nèi)，可沿徑向滑動。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2. 工作原理 單作用式葉片泵的工作原理見圖312。 當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用（也有在葉片槽底部通進(jìn)壓力油推動葉片向外的結(jié)構(gòu)），使葉片緊靠在定子內(nèi)表面上，這樣在定子、轉(zhuǎn)子、葉片及兩端蓋之間就形成若干個封閉容積。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時。圖中右半邊的葉片逐漸伸出，封閉容積逐漸增大，形成了吸油；同時左半邊葉片逐漸被定子內(nèi)表面壓進(jìn)定子槽中，封閉容積逐漸減小，形成壓油。在吸油腔和壓油腔之間有上下兩段封油區(qū)將吸油腔和壓油腔隔開，在理論上應(yīng)使封油區(qū)之間的夾角等于兩葉片之間的夾角，以免造成困油現(xiàn)象或使壓油腔與吸油腔溝通。這種泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個封閉容積完成一次吸排油工作循環(huán)，一次是單作用式的，又由于轉(zhuǎn)子體受到壓油腔壓油作用，使軸承受到較大的徑向載荷，所以是非卸荷式的。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),單作用非卸荷式葉片泵額定工作壓力一般在7MPa以下，主要作變量泵使用。改變定子和轉(zhuǎn)子間偏心的大小，便可改變改變泵的排量，故是變量泵。,3-12 單作用葉片泵的工作原理 1-壓油口 2-轉(zhuǎn)子 3-定子 4-葉片 5-吸油口,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3. 流量計(jì)算,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),當(dāng)單葉片泵的葉片處于吸油區(qū)時，底部通吸油腔，處于壓油區(qū)時通壓油腔，則這種結(jié)構(gòu)恰好補(bǔ)償了由于葉片本身厚度所占體積而引起的流量減小，這時葉厚度對流量無影響。 4. 流量波動 單作用式葉片泵的流量也有波動現(xiàn)象，但波動系數(shù)比齒輪泵要小得多。根據(jù)分析可知，奇數(shù)葉片比偶數(shù)葉片的波動要小，葉片數(shù)越多，波動越小。所以單作用式葉片泵的葉片數(shù)總是采用奇數(shù)，一般為13或15片。 優(yōu)點(diǎn)：流量波動小2%；自吸能力強(qiáng)；尺寸??；結(jié)構(gòu)簡單，成本低 。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),二、雙作用式葉片泵,1.結(jié)構(gòu)（下圖）,3-13,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2. 原理：,定子工作面曲線是由四段與轉(zhuǎn)子同心的圓弧曲線和四段連接這些圓弧的過渡曲線所組成；配油窗口有四個，兩個吸油口和兩個壓油口沿徑向?qū)ΨQ布置。當(dāng)原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片在離心力和葉片底部通入的壓力油的作用下緊貼在定子內(nèi)表面上。這種泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個工作腔吸排油兩次，所以稱為雙作用式的，這當(dāng)然對提高油泵排量、減小油泵的尺寸重量有利。,3-14,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1.定子工作表面曲線； 2.避免困油現(xiàn)象，減小液壓沖擊和噪聲； 3.保證葉片與定子內(nèi)表面的良好接觸； 4.配油盤； 5.葉片的傾角。,硬沖擊：圓弧和螺線連接處曲線上帶有尖角，葉片經(jīng)過時徑向速度突變(加速度很大)產(chǎn)生硬沖擊。軟沖擊：加速度變化小。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),單作用葉片泵由于不平衡徑向力的影響，工作壓力較低，適用于中、低壓系統(tǒng)工作。雙作用葉片泵雖然消除了徑向不平衡力，但由于泄露途徑多、葉片在工作中受彎、容易磨損，因此工作壓力受到限制，在中壓和中高壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多。一般雙作用葉片泵額定工作壓力為7MPa左右，經(jīng)過改進(jìn)后的葉片泵額定壓力可達(dá)10MPa、16MPa，甚至更高。,三、變量葉片泵,單作用葉片泵排量 ，若改變偏心距e，即可在油泵轉(zhuǎn)速不變時改變油泵流量，這在結(jié)構(gòu)上是容易實(shí)現(xiàn)的。所以變量葉片泵均為單作用式的。 1.類型： 采用變量泵有單向調(diào)節(jié)和雙向調(diào)節(jié)兩大類。單向調(diào)節(jié)只改變流量的大小，雙向調(diào)節(jié)除改變流量大小外，還能改變供油方向。變量葉片泵根據(jù)調(diào)節(jié)偏心量的方式又可分為手動調(diào)節(jié)式、限壓式和穩(wěn)流式等幾種。限壓式變量葉片泵有內(nèi)反饋和外反饋兩種方式，其工作原理都是將油泵出口壓力與一個設(shè)定比較，當(dāng)出口壓力小于設(shè)定壓力時，便可自動減小輸出力量直到為零，保證壓力在一個不大的范圍內(nèi)變化。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2. 限壓式變量葉片泵,圖3-15 丫BX型外反饋限壓式變量葉片泵 1一預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘；2一限壓彈簧；3一泵體；4一轉(zhuǎn)子；5一定子；6一滑塊； 7一泵軸；8一葉片；9一反饋柱塞；10一最大偏心調(diào)節(jié)螺釘,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3. 限壓式變量葉片泵工作原理,利用泵工作時油壓對定子產(chǎn)生徑向不平衡力的反饋?zhàn)饔脕碜詣诱{(diào)節(jié)偏心距，達(dá)到改變流量的目的。 右圖為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理。它能根據(jù)外負(fù)載的大小自動調(diào)節(jié)泵的流量。圖中轉(zhuǎn)子1的中心O1是固定不動的，定子3可左右移動。在彈簧的作用下，定子被推向左端，使定子中心與轉(zhuǎn)子中心有一初始偏心量e0, e0的大小可用調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)，它決定了泵在本次調(diào)節(jié)時的最大流量qmax。,圖3-16 限壓式變量泵工作原理示意圖,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),該泵配油盤上的吸油窗口和壓油窗口對泵的中心線是對稱的。如圖所示，泵工作時，油泵出口壓力經(jīng)泵內(nèi)通道作用在小柱塞面積上，這樣柱塞上的作用力 與彈簧的作用力方向相反。當(dāng)PA=KSX0時，柱塞上所受的液壓力與彈簧初始力相平衡，此時的壓力P稱為泵的限定壓力，用PB表示則： PB=KSX0/A,系統(tǒng)的壓力P PB 時，則： PAKSX0 這表明壓力油的作用力大于彈簧的作用力，使定子向右移動，彈簧被壓縮，偏心距e減小，泵的流量也隨之減小。,當(dāng)偏心量變化時，彈簧增加的壓縮量為X，則偏心量e為： e= e0-X 此時定子受力平衡方程為： PA=KS（X0+X） 整理以上方程得： (當(dāng)P PB時) 上式表明當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力P超過泵的限定壓力PB時，偏心量e和泵的工作壓力P之間的關(guān)系，即工作壓力P越高，偏心量e越小，泵的流量也就越小。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),4.限壓式變量葉片泵的壓力流量特性曲線,將偏心距方程代入葉片泵的流量方程得：,圖3-17 限壓式變量葉片泵特性曲線,由流量方乘可得圖317限壓式變量葉片泵特性曲線。該曲線表示了泵工作時流量與壓力變化關(guān)線。當(dāng)泵的工作壓力小于 時，其流量Q變化按斜線AB變化，在該階段變量泵相當(dāng)于定量泵圖中B點(diǎn)為曲線,的拐點(diǎn)，其對應(yīng)的壓力就是限定壓力 ，它表示泵在原始偏心量時可達(dá)到的最大工作壓力。當(dāng)泵的工作壓力超過限定壓力時，偏心量減小，輸出的流量隨壓力的增高而急劇減小，流量按BC段曲線變化，C點(diǎn)所對應(yīng)的壓力為截止壓力（最大壓力）。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),PB,PB,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),調(diào)節(jié)：1)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)螺釘可調(diào)節(jié)最大偏向量的大小。從而改變?nèi)~片泵的最大輸出流量，特性曲線AB段上下平移， Qmax變而pB不變； 2)調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧螺釘可改變調(diào)定壓力pB的大小，特性曲線BC左右平移； 3)改變彈簧的剛度k時，可以改變BC段的斜率。改變最大流量，滿足快速要求；改變轉(zhuǎn)折點(diǎn)和改變BC段的斜率，滿足小負(fù)荷下慢速小流量，使系統(tǒng)效率高，發(fā)熱溫升小。,5. 限壓式變量葉片泵的特點(diǎn)和應(yīng)用 特點(diǎn)：限壓式變量葉片泵與定量葉片泵相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作相對運(yùn)動的機(jī)件多，泄漏較大，軸上受有不平衡的徑向液壓力，噪音較大，容積效率和機(jī)械效率都沒有定量葉片泵高；但是，他能按負(fù)載壓力自動調(diào)節(jié)流量，在功率使用上較為合理，可減小油液發(fā)熱；因此把它用在機(jī)床液壓系統(tǒng)中要求執(zhí)行元件有快，慢速和保持階段的場合，有利于節(jié)能和簡化液壓系統(tǒng)。 應(yīng)用舉例 限壓式變量葉片泵對既要實(shí)現(xiàn)快速行程，又要實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給（慢速移動）的執(zhí)行元件來說是一種合適的油源；快速行程需要大的流量，負(fù)載壓力較低，正好使用其AB段曲線部分；工作進(jìn)給時負(fù)載壓力升高，需要流量減小，正好使用其BC段曲線部分。例如組合機(jī)床動力滑臺的進(jìn)給系統(tǒng)、定位和加緊系統(tǒng)等。 機(jī)床加工件：未加工之前或回程要求快；加工時流量小、速度慢。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.5 柱塞式液壓泵,柱塞式液壓泵按柱塞在轉(zhuǎn)子內(nèi)排列方式不同，分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵，軸向柱塞泵又可分為斜盤和斜軸兩大類。柱塞泵由于間隙泄露小、構(gòu)件受力合理，所以可在高、超高壓力下滿意地工作，廣泛用于高壓、大功率的液壓傳動系統(tǒng)中。 柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)： 1. 參數(shù)高：額定壓力高，轉(zhuǎn)速高，泵的驅(qū)動功率大； 2. 效率高，容積效率為95左右，總效率為90左右； 3. 壽命長； 4. 變量方便，形式多； 5. 單位功率的重量輕； 6. 柱塞泵主要零件均受壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度性能可得以充分利用；,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),柱塞泵的缺點(diǎn)： 1. 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件數(shù)較多； 2. 自吸性差； 3. 制造工藝要求較高，成本較貴； 4. 油液對的污染較敏感，要求較高的過濾精度，對使用和維護(hù)要求較高。 柱塞泵被廣泛用于高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械等得到廣泛的應(yīng)用。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),一、斜盤式軸向柱塞泵,1.組成和工作原理 由圖3-18可見，柱塞2軸向均布在缸體3上，并能在柱塞孔內(nèi)自由滑動，在柱塞彈簧和油壓的作用下，柱塞始終緊靠在與缸體旋轉(zhuǎn)中心線傾斜一定角度的斜盤上，缸體右端面與固定安裝的配油盤4緊帖。傳動軸5帶動缸體3、柱塞2一起轉(zhuǎn)動，柱塞2靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上。改變?yōu)樽兞勘谩?圖3-18 斜盤式軸向柱塞泵工作原理 1.斜盤 2-柱塞 3.缸體 4.配油盤 5.傳動軸,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),斜盤式軸向柱塞泵的排量為： 式中- 為斜盤傾斜角。 實(shí)際上，泵的輸出流量是脈動的，當(dāng)柱塞數(shù)為單數(shù)時，脈動較小，因此一般常用的柱塞數(shù)根據(jù)流量的大小，取7、9或11。,2. 斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu) 斜盤式軸向柱塞泵的傳動軸中心線與缸體中心線重合。圖3-18就是斜盤式軸向柱塞泵的一種，柱塞頭部和斜盤為點(diǎn)接觸。由于接觸應(yīng)力大，故一般限用于小流量和中高壓（p<10MPa）的場合。圖3-19所示為滑靴式結(jié)構(gòu)?；ナ前挫o壓軸承原理設(shè)計(jì)的，缸體中的壓力油經(jīng)柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室，是滑靴和斜盤間形成液體潤滑，改善了柱塞頭部和斜盤的接觸情況。使用這種結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵壓力可達(dá)32MPa 以上，流量也可以很大。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),優(yōu)點(diǎn)：徑向力平衡；柱塞和柱塞孔加工容易，配合精度高，密封性好；傳動軸只受扭不受彎。 缺點(diǎn)：點(diǎn)接觸式軸向柱塞泵柱塞頭部與斜盤之間為點(diǎn)接觸，故擠壓力很大，限制了柱塞的直徑的工作壓力；流量不大，底部不加彈簧，柱塞不能外伸；加彈簧，彈簧易破壞影響壽命。柱塞頭部的反作用力有垂直于柱塞軸線的分力，容易引起柱塞與柱塞孔的偏磨。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),圖3-19 SCY14-1B 軸向柱塞泵 1.斜盤 2.壓盤 3.鑲套 4.中間泵體 5.彈簧 6.缸體 7.配油盤 8.前泵體 9.傳動軸10、13.軸承 11.柱塞 12.滑靴 14.軸 15.變量活塞 16.導(dǎo)向鍵 17.殼體 18.手輪,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3. 斜盤式軸向柱塞泵的典型主體結(jié)構(gòu) （1）滑靴,圖3-20 滑靴靜壓支承原理圖 （2）柱塞和缸體 （3）配油盤,3-21 配油盤,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),二、斜軸式軸向柱塞泵,斜盤式軸向柱塞泵的柱塞在工作中要承受很大的彎矩，這是由于斜盤作用在柱塞頭部的反作用力有垂直于柱塞軸線的分力所造成的。這就容易引起柱塞與柱塞孔的偏磨，影響油泵在高壓下長期工作的性能。采用斜軸式軸向柱塞泵可有效地克服上述缺點(diǎn)，使油泵在高壓下的工作性能得到進(jìn)一步提高。這種泵適用于要求排量大的場合，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,圖3-22 斜軸式軸向柱塞泵 1.配油盤 2.柱塞 3.缸體 4.連桿 5.傳動軸 a.吸油孔 b.壓油孔,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),三、軸向柱塞泵泵的變量機(jī)構(gòu),油泵變量是為了使油泵的工作狀況與系統(tǒng)的工作要求相適應(yīng)。不論是斜盤或斜軸式軸向柱塞泵，均可改變盤或軸的角度達(dá)到變量的目的。根據(jù)變量目的的不同，軸向柱塞泵有以下幾種變量方式。 1.手動變量 圖319就是一種手動變量泵，可由人直接操縱，變量的目的為了達(dá)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的工作速度。,圖 3-23手動變量機(jī)構(gòu),1.拉桿 2.孔道 3.滑閥.4.活塞 5.鉸接機(jī)構(gòu) 6.通道 7.端蓋,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),圖 3-23手動變量機(jī)構(gòu),1.拉桿 2.孔道 3.滑閥.4.活塞 5.鉸接機(jī)構(gòu) 6.通道 7.端蓋,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),2.手動隨動（伺服）變量泵 當(dāng)液壓泵的工作壓力和流量很大時，油泵在工作中頻繁變量，則全靠人力操作顯然是很難勝任的。這時可采用手動隨動變量手動隨動變量機(jī)構(gòu)如圖3-23所示。轉(zhuǎn)動手輪，使絲杠轉(zhuǎn)動，帶動變量活塞作用軸向移動，通過軸銷使斜盤傾角改變，達(dá)到變量的目的。這種變量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但操縱不輕便，且不能在工過程中變量。 要求：（1） 輸出和輸入一一對應(yīng)； （2）速度要求很快，相當(dāng)于鋼性控制； （3）這套機(jī)構(gòu)要求功率放大。滿足以上三條為液壓伺服系統(tǒng)。差動活塞、閥心和閥套組成。閥心動，閥套跟著動。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3. 壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu),壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu)其主體部分同SCY14-1型軸向柱塞泵，只是變量部分是壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)使泵的流量隨出口壓力升高而自動減小，壓力和流量的關(guān)系近似于按雙曲線變化，它使泵的功率基本保持不變。故這種機(jī)構(gòu)也稱作恒功率變量機(jī)構(gòu)。 （1）工作原理 泵的出口壓力不高時，伺服閥心在最下位置(a)圖所示，泵的流量最大；泵的壓力升高，閥心上移，泵的流量下降(b)；當(dāng)出口壓力下降時，閥心在彈簧的作用下下移，流量重新增加。,圖3-24 壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3. 壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu),圖3-24 壓力補(bǔ)償式變量機(jī)構(gòu),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),圖3-25 閥芯和變量活塞的位置變化,圖3-26 壓力補(bǔ)償式變量泵特性曲線,A、G為調(diào)節(jié)套2調(diào)在最上方和最下方位置開始開始變量壓力。由于折線與點(diǎn)畫線表示的雙曲線十分相似，近似為恒值，成為恒功率變量泵。應(yīng)用在液壓機(jī)和工程機(jī)械等設(shè)備中，能充分發(fā)揮設(shè)備的能力，使功率利用合理。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),3.6 各類液壓泵的性能比較及選用,選用液壓泵的原則是：根據(jù)工作情況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、硫量大小確定其規(guī)格型號。,表 3-1 液壓系統(tǒng)用液壓泵的主要性能比較,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),一般負(fù)載小、功率小的液壓設(shè)備，可選用齒輪泵或雙作用式葉片泵；精度較高的機(jī)械設(shè)備，如磨床，可用單作用式葉片泵；在負(fù)載較大并有快速和慢速工作行程的機(jī)械設(shè)備，如組合機(jī)床，可選用限壓式變量葉片泵和雙連葉片泵；負(fù)載大、功率大的設(shè)備，如壓力機(jī)、刨床、拉床，可選用柱塞泵；機(jī)械設(shè)備的輔助裝置，如送料、加緊等不重要場合，可選用價(jià)格低、抗污染能力強(qiáng)的齒輪泵。,第三章 液壓泵和液壓馬達(dá),