二章液壓泵和液壓馬達(dá)(gear)

1、二章 液壓泵和液壓馬達(dá) 2.1概 述一、液壓泵和液壓馬達(dá)的作用、工作原理液壓泵和液壓馬達(dá)是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。液壓泵：將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸送到系統(tǒng)中去。 稱(chēng)為動(dòng)力元件或液壓能源元件。液壓馬達(dá)：是將壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械能.以轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的 形式來(lái)驅(qū)動(dòng)外負(fù)載工作， 按其職能來(lái)說(shuō)，屬于執(zhí)行元件。工作原理：液壓泵和液壓馬達(dá)都是靠密閉的工作空間的容積變化進(jìn)行工作的，所以又稱(chēng)為容積式液壓泵和液壓馬達(dá)。（從原理上講，液壓泵和液壓馬達(dá)是可逆的）圖2 1為單柱塞泵的工作原理圖。LJ_I 721液壓泵工作原理圖I偏心輪2柱塞3泵體 4一彈賢于一排舫

2、閥殆一啜油閥 7-袖箱容積式液壓泵工作須具備的條件 ：1）具有若干個(gè)良好密封的工作容腔；2）具有合適的配油關(guān)系，即吸油口和壓油口不能同時(shí)開(kāi)啟、液壓泵和液壓馬達(dá)的分類(lèi)液壓泵和液壓馬達(dá)的類(lèi)型較多。液壓泵：按其在單位時(shí)間內(nèi)輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵，按其結(jié)構(gòu)形式可分為 齒輪泵、葉片泵、柱塞泵 等，如圖2 2 所示。即片豺單作用啊我 雙作用葉片泵f徑向柱睪呆Ito關(guān)盤(pán)成斜軸盍葉片式1雙斜我式曲柄連桿式靜力平衡式咨作用內(nèi)曲線式液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)：也具有與液壓泵相冋的形式，并按其轉(zhuǎn)速可分為咼速和低速兩大類(lèi)，如圖23所示螺樸泵%2-2液壓泵的分類(lèi)$2-3轅壓馬達(dá)的分類(lèi)三、液壓泵與液壓馬達(dá)的主要性

3、能參數(shù)液壓泵和液壓馬達(dá)的性能參數(shù)主要有壓力 （常用單位為Pa）、轉(zhuǎn)速（常 用單位r/min）、排量（常用單位為 m3/ r）.流量（常用單位為 m3/ n或 L/min）、功率（常用單位W）和效率。（一）液壓泵的主要性能參數(shù)1壓力 （ pB）工作壓力： 泵實(shí)際工作時(shí)的壓力叫泵的工作壓力， 它隨負(fù)載 的大小而變化的。額定壓力：泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。2轉(zhuǎn)速 （ nB） 額定轉(zhuǎn)速：泵在額定壓力下，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高 轉(zhuǎn)速。3排量和流量排量（ VB ）：液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，其密封容積幾何尺寸變化排出 液體的體積（即 在無(wú)泄漏的情況下， 液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能輸出的液

4、體體 積。）理論流量 （ qBt ）：在不泄漏的情況下，泵在單位時(shí)間內(nèi)排出 液體的體積。實(shí)際流量（ qB ）：泵在工作中，實(shí)際排出的流量，它等于泵 的理論流量與泄漏量之差。額定流量： 在正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的 流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的實(shí)際流量。4功率輸入功率（ PBm ）：泵的輸入量是泵軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 （角速度 ）輸 入功率是指驅(qū)動(dòng)泵軸的 機(jī)械功率 ，即 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積 。輸出功率 （ PBy）： 液的輸出量是輸出液體的壓力和流量，輸出 功率是泵輸出的 液壓功率，即泵實(shí)際輸出 流量和壓力的乘積。5.效率容積效率（Bv）：際輸出流量與理論流量的比值。機(jī)械效率（B

5、m）:理論上驅(qū)動(dòng)泵軸所需的轉(zhuǎn)矩與實(shí)際驅(qū)動(dòng)泵軸的 轉(zhuǎn)矩之比?？傂剩╞）:泵的輸出液壓功率與輸入的機(jī)械功率之比。BvBBm（二）液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)1 壓力（Pm ）工作壓力：實(shí)際工作中，液壓馬達(dá)的輸入壓力。額定壓力：液壓馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連 續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。壓力差：液壓馬達(dá)輸入壓力與輸出壓力之差。2 轉(zhuǎn)速5m）額定轉(zhuǎn)速：在額定壓力下，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速。最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速：液壓馬達(dá)在額定負(fù)載時(shí)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低工作轉(zhuǎn)速3排量和流量排量（VM ）:液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而 得的吸入液體的體積。理論流量（qMt）:為形成指定轉(zhuǎn)速，馬達(dá)密圭寸

6、容腔變化所需的流 量。實(shí)際流量 (qM )：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輸入液壓馬達(dá)入口處的流量。實(shí)際 流量與理論流量之差值，即為馬達(dá)的泄漏量。4功率理論功率 ( PMt )：液壓馬達(dá)的理論功率為壓力差與理論流量的乘積。 實(shí)際輸入功率 (PM )：液壓馬達(dá)的壓力差與實(shí)際流量的乘積。 實(shí)際輸出功率 (PM y )液壓馬達(dá)輸出軸上輸出的機(jī)械功率。5 效率容積效率 ( MV )：液壓馬達(dá)的理論流量與實(shí)際流量的比值。 機(jī)械效率 ( Mm )：液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩與理論轉(zhuǎn)矩之比。 總效率 ( M )： 液壓馬達(dá)輸出功率和輸入功率之比。 2.2 齒輪液壓泵和齒輪液壓馬達(dá)。一、外齒輪液壓泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的一種定量泵

7、。 (汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵) 主要優(yōu)點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、體積小、重量輕、成本低、使用 維修方便等、另外齒輪泵還具有自吸性能好、轉(zhuǎn)速范圍大、對(duì)濾油精度 要求不高、對(duì)油液污染不敏感等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn) 是流量和壓力脈動(dòng)大、排量不可調(diào)、噪聲也較大。齒輪泵按其嚙合形式可分為 外嚙合齒輪泵 和內(nèi)嚙合齒輪泵 兩種。內(nèi) 嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、有良好的高速性能，但加工 復(fù)雜、流量脈動(dòng)大、高壓低速時(shí)容積效率低；外嚙合齒輪泵工藝簡(jiǎn)單、 加工方便。（一）外嚙合齒輪泵工作原理齒輪2外嚙合齒輪泵工作原理如圖 24所示圖2-4 外嚙合齒輪泵的工作原理1泵體 2主動(dòng)俶輪 M從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)：其主要由裝在泵體1內(nèi)的

8、一對(duì)外嚙合齒輪2、3,齒輪軸及兩側(cè)端蓋組成。在泵體內(nèi).由這對(duì)互相嚙合的齒輪、齒輪兩側(cè)的端蓋及泵 體相配合，把泵體內(nèi)部分為左右兩個(gè)互不相通的容腔。工作原理：當(dāng)主動(dòng)齒輪2按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在右腔由于一對(duì)對(duì)輪齒脫開(kāi)，使密封工作腔容積不斷增大，形成局部真空，油箱內(nèi)的油液在 大氣壓的作用下被吸入右腔，填滿輪齒脫開(kāi)時(shí)形成的空間，這一過(guò)程為 齒輪泵的吸油過(guò)程。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸滿的油液被帶往左腔，由于一 對(duì)對(duì)輪齒相繼嚙合，使 密封工作容積不斷減小，齒間的油液被擠壓出來(lái) 排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的 排油過(guò)程。這樣隨著齒輪不停地旋轉(zhuǎn)，吸油 腔和壓油腔就不斷地吸油和排油。（二）外嚙合齒輪泵排量、流量的計(jì)算外嚙合齒輪

9、泵排量可以近似地看作是兩個(gè)嚙合齒輪齒間的工作容 積之和。若假設(shè)齒輪齒間的工作容積等于輪齒的體積，則齒輪泵的排量 就等于一個(gè)齒輪的齒間容積和其輪齒體積總和的環(huán)形體積。VbDhB 2 zBm（21）Vb 齒輪泵的排量（m3/r）;z 齒輪的齒數(shù)；m齒輪的模數(shù)（m）；B 齒輪的齒寬（m）;D齒輪的節(jié)圓直徑（m）, D mzh 輪齒有效工作高度（m）, h 2m實(shí)際上，齒間的容積比輪齒的體積稍大一些，且齒數(shù)越少差值越大?？紤]這一因素，實(shí)際計(jì)算時(shí)取6. 66代替式（2-1）中的2 ，則 齒輪泵的排量為(22)Vb 6.66zBm2由此得齒輪泵的輸出流量為Bt60小BV(2 3)式中qBt齒輪泵的輸出流量

10、（m3/ s）。Vb 齒輪泵的排量（m3/ r）;nB 齒輪泵額定轉(zhuǎn)速（r/ min）:bv 齒輪泵的容積效率。（三）齒輪泵的脈動(dòng)率由式（2 3）計(jì)算所得的流量是齒輪泵的平均流量。實(shí)際上齒輪泵在工作中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動(dòng)，所以瞬時(shí)流量 也是脈動(dòng)的。即當(dāng)嚙合點(diǎn)處于嚙合節(jié)點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)流量最大，當(dāng)嚙合 點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入嚙合和開(kāi)始退出嚙合時(shí)，瞬時(shí)流量最小。由于流量的脈 動(dòng)，直接影響液壓系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性。用流量脈動(dòng)率表示流量脈動(dòng) 的大小，流量脈動(dòng)率為q maxq imin(24)Bt式中 一液壓泵的流量脈動(dòng)率;qmax 液壓泵最大瞬時(shí)流量（m3 / s ）;qmin 液壓泵最小瞬時(shí)流量（m3 /

11、 s ）。流量脈動(dòng)率是衡量容積式液壓泵性能的一個(gè)重要指標(biāo)在容積式液壓系中，齒輪泵的流量脈動(dòng)率最大，且流量脈動(dòng)率 的大小與齒輪嚙合長(zhǎng)度、齒數(shù)有關(guān)。低壓齒輪泵的齒數(shù)，一般取1319,咼壓齒輪泵齒數(shù) z 一般 取6 13。（四）齒輪泵的困油現(xiàn)象及卸荷措施為了保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性及吸排油腔的可靠密封（使吸油腔與排油腔被齒與齒嚙合接觸線隔開(kāi)而不連通），就要求齒輪的重合度大于1,這樣齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)當(dāng)一對(duì)齒輪尚未脫開(kāi)嚙合前，后一對(duì)齒輪就 開(kāi)使進(jìn)入嚙合，在這一小段時(shí)間內(nèi)，同時(shí)有兩對(duì)齒進(jìn)行嚙合，在它 們之間形成一個(gè)封閉的空間，稱(chēng)為閉死容積，如圖2-5所示。困油現(xiàn)象：由于閉死容積大小的變化，造成液體壓力急劇升高和降低的現(xiàn)

12、象，稱(chēng)為困油現(xiàn)象rb：寸剛匪2齒f&XfiO因濁耶象I魚(yú)理消除困油現(xiàn)象的方法：通常是在齒輪泵兩側(cè)的蓋板上開(kāi)卸荷槽，如圖25中虛線所示。其原則是：當(dāng)閉死容積處于最小位置時(shí)，卸荷槽不能與閉死容積相通，即閉死容（五）齒輪泵的徑向力（排油腔液壓力和齒輪徑向嚙合力造成 ）（六） 齒輪泵的端面間隙補(bǔ)償（其泄漏有三條途徑：）齒輪泵工作時(shí)，液壓油從高壓區(qū)向低壓區(qū)有一定的泄漏。廠一條是通過(guò)齒頂圓和泵體內(nèi)孔間的徑向間隙產(chǎn)生泄漏，其泄漏量約占總泄漏量的 15% 20%是齒輪嚙合處泄漏，泄漏量很少，一般不予考慮；另一條是齒輪端面與泵端蓋扳之間的軸向間隙， 產(chǎn)生的軸向 間隙泄漏，由于其泄漏的途徑多， 密封長(zhǎng)度短.泄漏量

13、約占總泄漏量的75% 80 %泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須采取措施予以解決。在中高壓齒輪泵中，間隙泄漏而采用軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置，如圖2-7所示。圖2-7a是浮動(dòng)軸套式的間隙補(bǔ)償為了減少軸向圖2-7b是浮動(dòng)側(cè)板式的間隙補(bǔ)償圖27c是撓性側(cè)板式的間隙補(bǔ)償二、內(nèi)嚙合齒輪泵（內(nèi)嚙合齒輪泵分漸開(kāi)線齒輪泵和擺線齒輪泵。）結(jié)構(gòu)：內(nèi)合漸開(kāi)線齒輪泵嚙由外齒輪 1、內(nèi)齒輪2、月牙板3等組成。 工作原理：內(nèi)齒輪和外齒輪相嚙合，月牙板將吸油腔與排油腔隔開(kāi)。當(dāng) 傳動(dòng)軸帶動(dòng)外齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)， 與此相嚙合的內(nèi)齒輪也隨著旋轉(zhuǎn)，吸油腔由于齒輪脫開(kāi)容積不斷增大而連續(xù)吸油。吸入的油液經(jīng)月牙板后進(jìn)入壓油腔，壓油腔由于齒輪嚙合容積不斷減小而將油液

14、連續(xù)排出。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)困油現(xiàn)象，流量脈動(dòng)小，壓力脈動(dòng)及噪聲也都小；結(jié)構(gòu)緊湊、 尺寸小、重量輕。磨損小，壽命長(zhǎng)。主要缺點(diǎn)：工藝性不如外嚙合齒輪泵，造價(jià)高。圖241內(nèi)嚙合齒輪泵丄作爆理1處齒輪（主動(dòng)窗鴕）2內(nèi)快輪從動(dòng)齒輪）3n牙粗斗一咽忡融5三、齒輪液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、慣性小、耐沖擊，維護(hù)方便，對(duì)油液過(guò)濾精度要求較低等特點(diǎn)。流量脈動(dòng)較大，容積效率低，轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好。齒輪馬達(dá)的工作原理：當(dāng)高壓油進(jìn)入齒輪馬達(dá)的進(jìn)油腔（由齒1、2、3和1，2 3，4，的表面及其泵體和端蓋的 有關(guān)內(nèi)表面組成）之后.由于嚙合點(diǎn)半徑：x和y永遠(yuǎn)小于齒 頂圓半徑，因而在齒 1和2,的齒面上，便產(chǎn)生如箭頭所示 的不平衡的液壓力。該液壓力就相對(duì)于軸線01，和02:產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在該轉(zhuǎn)矩的作用下，齒輪馬達(dá)就按圖示箭向旋轉(zhuǎn)， 拖動(dòng)外負(fù)載做功。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒1和I,所掃過(guò)的容積要比齒3和4，所掃過(guò)的容積小，進(jìn)油腔的容積不斷增加，高壓油便不斷進(jìn)入，同時(shí)又被不斷地帶入回油腔排出 這就是齒輪馬達(dá)按容積變化進(jìn)行工作的原理。圖2d 肯輪液壓馬達(dá)工作味理在齒輪馬達(dá)的排量一