1、二章 液壓泵和液壓馬達 2.1 概 述 一、液壓泵和液壓馬達的作用、工作原理液壓泵和液壓馬達是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。 液壓泵：將原動機(電動機、柴油機)的機械能轉(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。稱為動力元件或液壓能源元件。液壓馬達：是將壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)形式的機械能以轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的形式來驅(qū)動外負載工作，按其職能來說，屬于執(zhí)行元件。工作原理：液壓泵和液壓馬達都是靠密閉的工作空間的容積變化進行工作的，所以又稱為容積式液壓泵和液壓馬達。（從原理上講，液壓泵和液壓馬達是可逆的） 圖21為單柱塞泵的工作原理圖。容積式液壓泵工作須具備的條件：）具有若干個良好密封的工作容腔；）具有合適

2、的配油關(guān)系，即吸油口和壓油口不能同時開啟。二、液壓泵和液壓馬達的分類液壓泵和液壓馬達的類型較多。液壓泵：按其在單位時間內(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22所示。液壓馬達：也具有與液壓泵相同的形式，并按其轉(zhuǎn)速可分為高速和低速兩大類，如圖23所示三、液壓泵與液壓馬達的主要性能參數(shù)液壓泵和液壓馬達的性能參數(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m3r).流量(常用單位為m3n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() 工作壓力：泵實際工作時的壓力叫泵的工作壓力，它

3、隨負載的大小而變化的。 額定壓力：泵在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。 2轉(zhuǎn)速 （） 額定轉(zhuǎn)速：泵在額定壓力下，能連續(xù)長時間正常運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速。 3排量和流量 排量（）：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（即在無泄漏的情況下，液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能輸出的液體體積。） 理論流量（）：在不泄漏的情況下，泵在單位時間內(nèi)排出液體的體積。實際流量（）：泵在工作中，實際排出的流量，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標準規(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際流量。 4功率 輸入功率（）：泵的輸入量是泵軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(角速度

4、)輸入功率是指驅(qū)動泵軸的機械功率，即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積。 輸出功率( )： 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，即泵實際輸出流量和壓力的乘積。 5效率 容積效率（）：際輸出流量與理論流量的比值。 機械效率()：理論上驅(qū)動泵軸所需的轉(zhuǎn)矩與實際驅(qū)動泵軸的轉(zhuǎn)矩之比。 總效率()：泵的輸出液壓功率與輸入的機械功率之比。 (二)液壓馬達的主要性能參數(shù) 1壓力() 工作壓力：實際工作中，液壓馬達的輸入壓力。 額定壓力：液壓馬達在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。 壓力差：液壓馬達輸入壓力與輸出壓力之差。 2轉(zhuǎn)速() 額定轉(zhuǎn)速：在額定壓力下，能連續(xù)長時間正常運轉(zhuǎn)的最

5、高轉(zhuǎn)速。 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速：液壓馬達在額定負載時，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()：液壓馬達每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的吸入液體的體積。 理論流量()：為形成指定轉(zhuǎn)速，馬達密封容腔變化所需的流量。 實際流量()：單位時間內(nèi)輸入液壓馬達入口處的流量。實際流量與理論流量之差值，即為馬達的泄漏量。 4功率 理論功率()：液壓馬達的理論功率為壓力差與理論流量的乘積。 實際輸入功率()：液壓馬達的壓力差與實際流量的乘積。 實際輸出功率()液壓馬達輸出軸上輸出的機械功率。 5 效率容積效率( )：液壓馬達的理論流量與實際流量的比值。機械效率()：液壓馬達的實際輸出轉(zhuǎn)矩與理

6、論轉(zhuǎn)矩之比。總效率()： 液壓馬達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。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。（汽車發(fā)動機機油泵）主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、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、對濾油精度要求不高、對油液污染不敏感等優(yōu)點。 主要缺點是流量和壓力脈動大、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、流量脈動大、高壓低速時容積效率低；外嚙合齒輪泵工藝簡單、加工方便。(一)外嚙合齒輪泵工作原理齒輪2

7、 外嚙合齒輪泵工作原理如圖24所示。結(jié)構(gòu)：其主要由裝在泵體內(nèi)的一對外嚙合齒輪、3，齒輪軸及兩側(cè)端蓋組成。在泵體內(nèi)由這對互相嚙合的齒輪、齒輪兩側(cè)的端蓋及泵體相配合，把泵體內(nèi)部分為左右兩個互不相通的容腔。工作原理：當主動齒輪2按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，在右腔由于一對對輪齒脫開，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，填滿輪齒脫開時形成的空間，這一過程為齒輪泵的吸油過程。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸滿的油液被帶往左腔，由于一對對輪齒相繼嚙合，使密封工作容積不斷減小，齒間的油液被擠壓出來排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的排油過程。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。(

8、二)外嚙合齒輪泵排量、流量的計算 外嚙合齒輪泵排量可以近似地看作是兩個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齒輪的齒間容積和其輪齒體積總和的環(huán)形體積。 （21）齒輪泵的排量(m3r)；齒輪的齒數(shù)；齒輪的模數(shù)(m)；齒輪的齒寬(m)；齒輪的節(jié)圓直徑(m)， 輪齒有效工作高度(m)， 實際上，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。考慮這一因素，實際計算時取666代替式(2-1)中的2，則齒輪泵的排量為 （22）由此得齒輪泵的輸出流量為 （23）式中 齒輪泵的輸出流量(m3s)。 齒輪泵的排量(m3r)； 齒輪泵額定轉(zhuǎn)速(rmin)

9、： 齒輪泵的容積效率。 (三)齒輪泵的脈動率由式(23)計算所得的流量是齒輪泵的平均流量。實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，所以瞬時流量也是脈動的。即當嚙合點處于嚙合節(jié)點時，瞬時流量最大，當嚙合點開始進入嚙合和開始退出嚙合時，瞬時流量最小。由于流量的脈動，直接影響液壓系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性。用流量脈動率表示流量脈動的大小，流量脈動率為 （24） 式中 液壓泵的流量脈動率； 液壓泵最大瞬時流量(m3s )； 液壓泵最小瞬時流量(m3s )。流量脈動率是衡量容積式液壓泵性能的一個重要指標。在容積式液壓系中，齒輪泵的流量脈動率最大，且流量脈動率的大小與齒輪嚙合長度、齒數(shù)有關(guān)。低壓齒

10、輪泵的齒數(shù)，一般取1319，高壓齒輪泵齒數(shù)z一般 取613。(四)齒輪泵的困油現(xiàn)象及卸荷措施為了保證傳動的平穩(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而不連通)，就要求齒輪的重合度大于1，這樣齒輪轉(zhuǎn)動時當一對齒輪尚未脫開嚙合前，后一對齒輪就開使進入嚙合，在這一小段時間內(nèi)，同時有兩對齒進行嚙合，在它們之間形成一個封閉的空間，稱為閉死容積，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)象，稱為困油現(xiàn)象。消除困油現(xiàn)象的方法：通常是在齒輪泵兩側(cè)的蓋板上開卸荷槽，如圖25中虛線所示。其原則是：當閉死容積處于最小位置時，卸荷槽不能與閉死容積相通，

11、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償 (其泄漏有三條途徑：)齒輪泵工作時，液壓油從高壓區(qū)向低壓區(qū)有一定的泄漏。 一條是通過齒頂圓和泵體內(nèi)孔間的徑向間隙產(chǎn)生泄漏，其泄漏量約占總泄漏量的1520 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，密封長度短泄漏量約占總泄漏量的7580泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須采取措施予以解決。在中高壓齒輪泵中，為了減少軸向間隙泄漏而采用軸向間隙自動補償裝置，如圖2-7所示。圖2-7a是浮動軸套式的間隙補償圖2-7b是浮動側(cè)板式的間隙補償圖2

12、7c是撓性側(cè)板式的間隙補償 二、內(nèi)嚙合齒輪泵 （內(nèi)嚙合齒輪泵分漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵。）結(jié)構(gòu)：內(nèi)合漸開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。當傳動軸帶動外齒輪旋轉(zhuǎn)時，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容積不斷增大而連續(xù)吸油。吸入的油液經(jīng)月牙板后進入壓油腔，壓油腔由于齒輪嚙合容積不斷減小而將油液連續(xù)排出。優(yōu)點：無困油現(xiàn)象，流量脈動小，壓力脈動及噪聲也都小；結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。磨損小，壽命長。主要缺點：工藝性不如外嚙合齒輪泵，造價高。三、齒輪液壓馬達齒輪馬達特點 ：具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、慣性小、耐沖

13、擊，維護方便，對油液過濾精度要求較低等特點。流量脈動較大，容積效率低，轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好。 齒輪馬達的工作原理： 當高壓油進入齒輪馬達的進油腔(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)之后由于嚙合點半徑：x和y永遠小于齒頂圓半徑，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。該液壓力就相對于軸線O1，和O2：產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在該轉(zhuǎn)矩的作用下，齒輪馬達就按圖示箭向旋轉(zhuǎn)，拖動外負載做功。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒1和l，所掃過的容積要比齒3和4，所掃過的容積小，進油腔的容積不斷增加，高壓油便不斷進入，同時又被不斷地帶入回油腔排出。這就是齒輪馬達按容積變化進行工作的原理。 在齒輪馬達的排量一定時，馬達的輸出轉(zhuǎn)速只與輸入流量有關(guān)，而輸出轉(zhuǎn)