第3章 液壓泵與液壓馬達(dá)(1)

液壓與氣壓主講馬愛兵3/20/20241第3章液壓泵和液壓馬達(dá)**3.1液壓泵、液壓馬達(dá)概述**3.2液壓泵、液壓馬達(dá)的基本性能參數(shù)*3.3齒輪泵*

3.4葉片泵

*3.5柱塞泵

3.6液壓泵的性能比較及選用

3.7液壓馬達(dá)

3.8液壓泵、液壓馬達(dá)的工作特點2學(xué)時2學(xué)時3/20/20242本章主要內(nèi)容為：①液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理②液壓泵和液壓馬達(dá)的性能參數(shù)③齒輪泵、葉片泵、柱塞泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點

通過本章的學(xué)習(xí)，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)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點、及主要性能特點；了解不同類型的泵馬達(dá)之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。本章提要3/20/202433.1液壓泵、液壓馬達(dá)概述Tω輸入?yún)?shù) 轉(zhuǎn)矩T

角速度ω液壓泵的圖形符號泵pQ輸出參數(shù) 流量Q

壓力p3/20/20244Tω輸出參數(shù)

轉(zhuǎn)矩T

角速度ω液壓馬達(dá)的圖形符號馬達(dá)pQ輸入?yún)?shù) 流量Q

壓力p3.1液壓泵、液壓馬達(dá)概述3/20/20245液壓泵、馬達(dá)的工作原理BACO泵吸入泵排出3.1液壓泵、液壓馬達(dá)概述3/20/20246

由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。

柱塞向左移動時，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過壓油閥6排到系統(tǒng)中去。凸輪1旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)柱塞向右移動，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過吸油閥5吸入；3/20/20247液壓泵和液壓馬達(dá)工作的必需條件：（1）必須有封閉的工作容腔；（2）工作腔的容積必須能周期性變化，即封閉容積加大時吸入低壓油封閉容積減小時排出高壓油充入高壓油時封閉容積加大排出低壓時油封閉容積減?。?）高低壓油不得連通。液壓泵液壓馬達(dá)3/20/20248

液壓泵和液壓馬達(dá)都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。

液壓泵由原動機驅(qū)動，把輸入的機械能轉(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)的動力源。

液壓馬達(dá)則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。液壓輸出J液壓馬達(dá)液壓泵機械輸入液壓輸入機械輸出3/20/20249液壓輸出J液壓馬達(dá)液壓泵機械輸入液壓輸入機械輸出

液壓馬達(dá)是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(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，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。但在實際中由于性能及結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達(dá)不能互換。3/20/202410

根據(jù)工作腔的容積變化而進行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因而這種泵又稱為容積泵。

液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；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。

3/20/2024113.2液壓泵、液壓馬達(dá)的基本性能參數(shù)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p：指泵（馬達(dá)）實際工作時的壓力。泵指輸出壓力；馬達(dá)指輸入壓力。實際工作壓力取決于相應(yīng)的外負(fù)載。

額定壓力pn：泵（馬達(dá)）在額定工況條件下按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。3/20/2024123.2液壓泵、液壓馬達(dá)的基本性能參數(shù)

每弧度排量：泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)1弧度所排出（吸入）液體的體積，也稱角排量。

每轉(zhuǎn)排量：無內(nèi)外泄漏時，泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)1周所排出（吸入）液體的體積。3/20/202413

理論流量：無內(nèi)外泄漏時，單位時間內(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3.2液壓泵、液壓馬達(dá)的基本性能參數(shù)

額定流量：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。qn3/20/202414

功率和效率：液壓泵由原動機驅(qū)動，輸入量是轉(zhuǎn)矩和角速度，輸出量是液體的壓力和流量；對馬達(dá)來說正好反過來。如果不考慮液壓泵、馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率是：3.2液壓泵、液壓馬達(dá)的基本性能參數(shù)式中：

—液壓泵、馬達(dá)的壓力和理論流量。—液壓泵、馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩(N*m)和轉(zhuǎn)速(r/min)。

,3/20/202415實際上，液壓泵和液壓馬達(dá)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。

功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分：

容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失。

機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。qt3/20/202416泵的容積損失可用容積效率來表征。

泵的容積損失對液壓泵來說，輸出壓力增大時，泵實際輸出的流量減小。設(shè)泵的流量損失為，則。

3/20/202417對液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實際流量必然大于它的理論流量即，它的容積效率為：

馬達(dá)的容積損失3/20/202418是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。

對液壓泵來說，泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為，理論轉(zhuǎn)矩為，則泵實際輸入轉(zhuǎn)矩為，用機械效率來表征泵的機械損失，則泵的機械損失液壓泵的總效率

等于其容積效率和機械效率的乘積：3/20/202419馬達(dá)的機械損失對于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失的存在，其實際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論轉(zhuǎn)矩，它的機械效率為液壓馬達(dá)的總效率等于其容積效率和機械效率的乘積。

液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機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)。

3/20/202420齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。

齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備、冶金設(shè)備、建筑機械、工程機械和農(nóng)林機械等各個行業(yè)。齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。

3.3齒輪泵3/20/2024213.3.1

外嚙合齒輪泵3.3齒輪泵3/20/202422外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理齒輪泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵體及側(cè)板等主要零件構(gòu)成。1—泵體;2—主動齒輪;3—從動齒輪泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。3/20/202423

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。外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

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。3/20/202424

齒輪泵的流量外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個嚙合齒輪的齒谷容積之和。若假設(shè)齒谷容積等于輪齒體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為，模數(shù)為，節(jié)圓直徑為，有效齒高為，齒寬為時，根據(jù)齒輪參數(shù)計算公式有，，齒輪泵的排量近似為

實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此,在實際計算中用3.33~3.50來代替上式中π值，齒數(shù)少時取大值。

由此得齒輪泵的輸出流量為

3/20/202425齒輪泵的流量脈動若用、來表示最大、最小瞬時流量，表示平均流量，則流量脈動率為上式是齒輪泵的平均流量。實際上，在齒輪嚙合過程中，，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，因此瞬時流量是脈動的。脈動的大小用脈動率表示。

流量脈動率是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。3/20/202426

在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大，并且齒數(shù)愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個弱點。

流量脈動會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲。齒輪泵的流量脈動3/20/202427大外嚙合齒輪泵動畫.swf困油現(xiàn)象動畫.swf困油過程動畫.swf3/20/202428齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點3/20/202429內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種。3.3.2

內(nèi)嚙合齒輪泵3.3齒輪泵3/20/202430小齒輪和內(nèi)齒輪之間要裝一塊月牙隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開。

小齒輪是主動輪，大齒輪為從動輪，在工作時大齒輪隨小齒輪同向旋轉(zhuǎn)。主動小齒輪壓油窗口吸油窗口月牙板從動內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵3/20/202431主動小齒輪壓油窗口吸油窗