3.2.1 液壓泵、馬達(dá)概述

1、第二章液 壓 泵 和 液 壓 馬 達(dá)HYDRAULIC PUMPS AND MOTORS1本章提要 液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù)。 齒輪泵(Gear Pumps)、葉片泵(Vane Pumps)、柱塞泵(Piston Pumps) 。 高速液壓馬達(dá)(High-speed Hydraulic Motors)及低速大扭矩馬達(dá)(Low Speed High Torque Hydraulic Motors)。 要求掌握這幾種泵和馬達(dá)的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達(dá)怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速）、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要性能特點(diǎn)；了解不同類型的泵馬達(dá)之間的性能差異及適用范圍，為正確選用奠定基礎(chǔ)。2本章教

2、學(xué)內(nèi)容2.1 液壓泵和馬達(dá)概述2.2 齒輪泵2.3 葉片泵2.4 柱塞泵2.5 液壓馬達(dá)液壓泵馬達(dá)圖形符號(hào)本章小結(jié)習(xí)題引用本教案內(nèi)容，請(qǐng)注明出處2.6 液壓泵及液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn)32.1 液壓泵和馬達(dá)概述Introduction of Hydraulic Pumps and Motors4泵工作原理：曲柄連桿帶動(dòng)活塞(Piston)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞右移，封閉容腔C的容積增大，形成真空；在大氣壓的作用下，油從單向閥(Check valve) A被吸入C腔，此時(shí)單向閥B斷路。當(dāng)活塞左移時(shí)，封閉容腔C的容積減小，單向閥A斷路，C腔中的油從單向閥B排出。2.1.1 容積式泵和馬達(dá)工作原理Basic

3、 Principles of Hydraulic Pumps and MotorsBAC泵吸入泵排出O5柱塞向左移動(dòng)時(shí)，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過(guò)壓油閥6排到系統(tǒng)中去。凸輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)柱塞向右移動(dòng)，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過(guò)吸油閥5吸入；2.1.1 容積式泵和馬達(dá)工作原理圖2.1 液壓泵的工作原理由此可見(jiàn)，泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。 6液壓泵和液壓馬達(dá)工作的必要條件：（1）必須有一個(gè)大小能作周期性變化的封閉容積；（2）必須有配流動(dòng)作，即封閉容積加大時(shí)吸入低壓油封閉容積減小時(shí)排出高壓油封閉容積加大時(shí)充入高壓油封閉容積減小時(shí)排出低壓油（3）高低壓油不得連通。液壓泵 液

4、壓馬達(dá) 2.1.1 容積式泵和馬達(dá)工作原理7液壓泵和液壓馬達(dá)都是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。 液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。液壓輸出J液壓馬達(dá)液壓泵機(jī)械輸入液壓輸入機(jī)械輸出2.1.1 容積式泵和馬達(dá)工作原理液壓馬達(dá)則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成扭矩和轉(zhuǎn)速的機(jī)械能形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件。8機(jī)械輸出液壓輸出J液壓馬達(dá)液壓泵機(jī)械輸入液壓輸入液壓馬達(dá)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。但在實(shí)際中由于性能及結(jié)構(gòu)

5、對(duì)稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達(dá)不能互換。2.1.1 容積式泵和馬達(dá)工作原理9根據(jù)工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油是液壓泵的共同特點(diǎn)，因而這種泵又稱為容積泵。液壓泵按其在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵(Fixed displacement pumps)和變量泵(Variable displacement pumps)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。液壓馬達(dá)也具有相同的形式。從工作過(guò)程可以看出，在不考慮漏油的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸入或排出的油液體積只取決于工作構(gòu)件的幾何尺寸，如柱塞泵的柱塞直徑和工作行程。此體積稱為排量。 2.1.1

6、容積式泵和馬達(dá)工作原理102.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) The Performance of Hydraulic Pumps and Motors液壓泵的基本性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、排量、流量、功率和效率等。工作壓力 operating pressure：泵（馬達(dá)）實(shí)際工作時(shí)的壓力。泵指輸出壓力；馬達(dá)指輸入壓力。實(shí)際工作壓力取決于相應(yīng)的外負(fù)載。 額定壓力 rated pressure：泵（馬達(dá)）在額定工況條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。 每弧度排量 displacement per radian Vd ：泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一弧度所排出（吸入）液體的體積，

7、也稱角排量。每轉(zhuǎn)排量 displacement per revolution V ：無(wú)內(nèi)外泄漏時(shí)，泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一周所排出（吸入）液體的體積。 11理論流量 theoretical flow rate qt ：無(wú)內(nèi)外泄漏時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)泵（馬達(dá)）排出（吸入）液體的體積。泵、馬達(dá)的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積，即:額定流量 rated flow rate qn ：在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出（馬達(dá)輸入）的流量，也是按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量。由于泵和馬達(dá)存在內(nèi)泄漏，油液具有壓縮性，所以額定流量和理論流量是不同的。 泵的實(shí)際流量 actual flow rate q ：泵工作時(shí)實(shí)際出口的流量。記泵的泄

8、漏流量(leakage flow rate)為ql，有: q= qt ql2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 12功率(power)和效率(efficiency)：液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸入量是轉(zhuǎn)矩(torque) T 和角速度 (angular speed) ，輸出量是液體的壓力p和流量q；如果不考慮液壓泵、馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率(theoretical power )Nt ： (2.1)* 式中： 液壓泵、馬達(dá)的壓力和理論流量。n, 液壓泵、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速(rev/s), 角速度(rad/s)； Tt 液壓泵、馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩(theoreti

9、cal torque) (Nm)；* 式（2.1）可詳細(xì)見(jiàn)教材p7。2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 13實(shí)際液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中是有損失，輸出功率小于輸入功率。 功率損失=容積損失+機(jī)械損失容積損失(volumetric loss)是因泄漏 、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失。 機(jī)械損失(mechanical loss)是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。 2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 14對(duì)液壓泵來(lái)說(shuō)，輸出壓力增大時(shí)，泵實(shí)際輸出的流量q減小。設(shè)泵的流量損失為ql，則qt=q+ql。 泵的容積損失用容積效率(volumetric efficiency) v 表征

10、。 2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 15泵的容積損失理想泵2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 16對(duì)液壓馬達(dá)來(lái)說(shuō)，輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量q必然大于它的理論流量qt即qt=qql ，它的容積效率為： （2.3） 馬達(dá)容積損失2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 17理想馬達(dá)馬達(dá)容積損失2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 18液壓泵的機(jī)械損失：泵的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為Tf ，理論轉(zhuǎn)矩為Tt，則泵實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩為T=Tt+Tf ，用機(jī)械效率m (mechanical efficiency)來(lái)表征泵的機(jī)械損失Tt=Tm，則機(jī)械損失摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩?fù)p失2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 19 馬達(dá)的機(jī)械損失對(duì)于液壓馬達(dá)來(lái)說(shuō)，由于摩擦損失的存在，其實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T小于理論轉(zhuǎn)矩Tt，它的機(jī)械效率m ：（2.5） 2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 202.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能參數(shù) 馬達(dá)的機(jī)械損失21液壓馬達(dá)的總效率為容積效率和機(jī)械效率的乘積。 液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)。 （2.6）馬達(dá)的總損失2.1.2 液壓泵和馬達(dá)的基本性能