液壓與氣壓傳動孫曉輝第1頁，共39頁。第三章液壓動力元件在液壓系統中,液壓動力元件是把原動力機輸出的機械能變成液壓能輸出的裝置.為系統提供一定流量的壓力油液.在液壓系統中使用的液壓泵都是容積式泵,本章主要介紹幾種典型的(齒輪式、葉片式、柱塞式)液壓泵，它是依靠改變密閉工作腔的容積和相應的配流機構來工作的。本章重點1、容積式液壓泵的工作原理、工作壓力、排量和流量的概念；2、液壓泵泵機械效和容積效力的物理意義；3、容積式液壓泵的結構特點。本章難點1、液壓泵的功率和效率及計算方法；2、齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的困油現象、原因以及消除方法。

第2頁，共39頁?！?.1液壓泵概述液壓泵是液壓系統的動力元件，其作用是把原動機輸入的機械能轉換為液壓能，向系統提供一定壓力和流量的液流。是液壓系統中不可缺少的元件。

第三章液壓動力元件第3頁，共39頁?！?.1.1液壓泵的工作原理和類型結構組成偏心輪、柱塞、彈簧、缸體、兩個單向閥。柱塞與缸體孔之間形成密封工作腔。偏心輪旋轉一周，柱塞左右往復一次。凸輪1旋轉時，當柱塞向右移動，工作腔容積變大，產生真空，油液便通過吸油閥5吸入；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排到系統中去。吸油時閥6關閉，閥5打開壓油時閥5關閉，閥6打開

由此可見，泵的吸油、壓油是靠密封工作腔的容積變化進行工作的，所以這樣的泵稱為容積式泵。第三章液壓動力元件第4頁，共39頁。在結構上能形成密封的工作容積。密封工作容積能實現周期性的變化，密封工作容積由小變大時與吸油腔相通，由大變小時與排油腔相通吸油腔與排油腔必須相互隔開。第三章液壓動力元件§3.1.1液壓泵的工作原理和類型液壓泵工作的基本條件：第5頁，共39頁。§3.1.1液壓泵的工作原理和類型類型按結構形式和運動部件運動方式分為：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。齒輪泵又分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵葉片泵又分為雙作用葉片泵、單作用葉片泵柱塞泵又分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵按泵軸每轉所能輸出油液體積可否調節分為：定量泵和變量泵單作用葉片泵、徑向柱塞泵和軸向柱塞泵可以作為變量泵第三章液壓動力元件第6頁，共39頁。§3.1.2液壓泵的基本性能參數工作壓力：實際工作時的輸出壓力。其大小取決于負載及管路的壓力損失，并隨負載變化而變化，而與泵的流量無關。額定壓力：泵在規定條件下，按試驗標準規定的連續正常工作的最高壓力，超過此值就是過載。最高壓力：按試驗標準規定，允許短時間超過額定壓力運行所能達到的最大壓力。吸入壓力：液壓泵進口處的壓力。一般，泵均能借助大氣壓自行吸取工作液體且能正常工作的現象稱為自吸。為保證正常工作而不產生氣穴，應限制液壓泵的吸油高度，即最低吸入壓力必須大于相應的空氣分離壓。

第三章液壓動力元件第7頁，共39頁。排量和流量排量：不考慮泄漏的情況下，泵每轉一周所輸出液體的體積。用V表示。其值是密封容積幾何尺寸變化量。不同的泵因結構參數不同，排量也不同。

流量：液壓泵在單位時間內輸出液體的體積。包括理論流量、實際流量和額定流量。理論流量：不考慮泄漏的情況下，泵在單位時間內所排出的液體體積。用表示。泵流量為其轉速與排量的乘積，即實際流量：泵工作時出口實際輸出的流量。用表示，它與泄漏有關（實際流量小于理論流量）。額定流量：泵在額定轉速和額定壓力下工作時實際輸出的流量，用表示。實際流量和額定流量均小于理論流量。

第三章液壓動力元件§3.1.2液壓泵的基本性能參數第8頁，共39頁。第三章液壓動力元件液壓泵的功率液壓泵由原動機驅動，輸入量是轉矩和轉速，輸出量是液體的壓力和流量；如果不考慮液壓泵在能量轉換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率。但實際上，液壓泵能量轉換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分。輸入功率：輸出功率：

§3.1.2液壓泵的基本性能參數第9頁，共39頁。液壓泵的效率容積損失主要是因泄漏造成的功率損失。所以液壓泵的實際流量和理論流量的比值稱為容積效率，用表示：式中,

第三章液壓動力元件§3.1.2液壓泵的基本性能參數第10頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達液壓泵的效率

§3.1.2液壓泵的基本性能參數第11頁，共39頁。液壓泵的效率機械損失是由于零件之間摩擦及液體流動時內部摩擦所造成。主要反映在實際輸出轉矩總是大于理論上所需的轉矩。即理論轉矩與實際輸入轉矩之比稱為機械效率，用表示。根據能量守恒定律，泵的理論輸出功率等于泵的理論輸入功率求得：泵的機械效率與工作壓力成正比關系。泵的總效率

第三章液壓動力元件§3.1.2液壓泵的基本性能參數第12頁，共39頁。§3.2齒輪泵

類型外嚙合齒輪內嚙合齒輪第三章液壓動力元件第13頁，共39頁?！?.2.1外嚙合齒輪泵

外嚙合齒輪的工作原理及結構泵主要由主、從動齒輪，驅動軸，泵體及側板等主要零件構成。泵體內相互嚙合的主、從動齒輪與兩端蓋及泵體一起構成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。圖2.3外嚙合齒輪泵的工作原理1—泵體;2—主動齒輪;3—從動齒輪

第三章液壓動力元件第14頁，共39頁。外嚙合齒輪的工作原理及結構

當齒輪按圖示方向旋轉時，右側吸油腔內的輪齒脫離嚙合，密封腔容積不斷增大，構成吸油并被旋轉的輪齒帶入左側的壓油腔?！?.2.1外嚙合齒輪泵

第三章液壓動力元件第15頁，共39頁。§3.2.1外嚙合齒輪泵

外嚙合齒輪的工作原理及結構左側壓油腔內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，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。第三章液壓動力元件第16頁，共39頁?！?.2.1外嚙合齒輪泵

外嚙合齒輪的排量和流量以齒頂圓直徑為外圓，為內圓，寬度B的圓環筒的體積來計算。實際流量：第三章液壓動力元件第17頁，共39頁?！?.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第三章液壓動力元件第18頁，共39頁。泄漏軸向泄漏：齒輪端面與側蓋板間的泄漏，占總泄漏量的75～80％徑向泄漏：泵體內孔和齒頂圓間的徑向間隙泄漏嚙合線泄漏：高壓油經過兩個齒輪嚙合線漏回低壓區第三章液壓動力元件§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第19頁，共39頁。泄漏解決措施第三章液壓動力元件§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第20頁，共39頁。泄漏解決措施通常采用的自動補償端面間隙裝置有：浮動軸套式和彈性側板式兩種。原理：引入壓力油使軸套或側板緊貼在齒輪端面上，壓力愈高，間隙愈小，可自動補償端面磨損和減小間隙。

浮動軸套式為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，實現齒輪泵的高壓化，需要從結構上來取措施，對端面間隙進行自動補償。第三章液壓動力元件§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第21頁，共39頁。2.困油現象AB間的死容積逐步減小AB間的死容積逐步增大AB間的死容積達到最小§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

輪齒間密封容積周期性的增大減小。受困油液受到擠壓而產生瞬間高壓，密封容腔的受困油液若無油道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導致油液發熱，軸承等零件也受到附加沖擊載荷的作用；若密封容積增大時，無油液的補充，又會造成局部真空，使溶于油液中的氣體分離出來，產生氣穴。第三章液壓動力元件第22頁，共39頁。如果不考慮液壓泵在能量轉換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率。若密封容積增大時，無油液的補充，又會造成局部真空，使溶于油液中的氣體分離出來，產生氣穴。在結構上能形成密封的工作容積。齒輪泵又分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵葉片泵又分為雙作用葉片泵、單作用葉片泵①困油現象，為此在左右配流盤腰形孔端部開有卸荷三角槽，以消除困油現象3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點工作壓力：實際工作時的輸出壓力。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排到系統中去。上式是齒輪泵的平均流量。泵流量為其轉速與排量的乘積，即1—壓油口;2—轉子;3—定子;4—葉片;5—吸油口2.困油現象齒輪泵的困油現象及消除措施容積減小時與壓油側相通容積增大時與吸油側相通卸荷槽§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第三章液壓動力元件第23頁，共39頁。2.困油現象§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第三章液壓動力元件第24頁，共39頁。3.徑向不平衡力在齒輪泵中，油液作用在輪外緣的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用。

§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第三章液壓動力元件第25頁，共39頁。3.徑向不平衡力解決措施壓力越高，徑向不平衡力越大，它能使泵軸曲，使殼體偏磨，加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。

常采取縮小壓油口的辦法減小徑向不平衡力?！?.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第三章液壓動力元件第26頁，共39頁。4.齒輪泵的流量脈動上式是齒輪泵的平均流量。實際上，在齒輪嚙合過程中，排量是轉角的周期函數，因此瞬時流量是脈動的。流量脈動會直接影響到系統工作的平穩性，引起壓力脈動，使管路系統產生振動和噪聲。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大，并且齒數愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個弱點。

流量脈動率是衡量容積式泵流量品質的一個重要指標。

第三章液壓動力元件§3.2.3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點

第27頁，共39頁。3外嚙合齒輪泵的工作原理上式是齒輪泵的平均流量。3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點吸油區和壓油區之間有一段封油區將吸、壓油區隔開。1—壓油口;2—轉子;3—定子;4—葉片;5—吸油口在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大，并且齒數愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個弱點。實際上，在齒輪嚙合過程中，排量是轉角的周期函數，因此瞬時流量是脈動的。齒輪和軸受到徑向不平衡力的第二章液壓泵與液壓馬達轉子單方向受力，軸承負載大。液壓泵工作的基本條件：3外嚙合齒輪泵的結構特點和優缺點徑向泄漏：泵體內孔和齒頂圓間的徑向間隙泄漏按泵軸每轉所能輸出油液體積可否調節分為：定量泵和變量泵第二章液壓泵與液壓馬達第二章液壓泵與液壓馬達§2.3葉片泵

葉片泵包括兩大類：單作用葉片泵和雙用葉片泵兩大類。雙用葉片泵只能做為定量泵。單作用葉片泵一般是變量泵。其主要區別是定子內曲線的形狀不同。曲線形狀不同時，使泵軸轉一圈吸壓油的次數也不同。每轉吸壓油一次的稱單作用葉片泵，吸壓油兩次的稱雙作用葉片泵。單作用葉片泵雙作用葉片泵第28頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.2單作用葉片泵

1.工作原理及結構泵由轉子2、定子3、葉片4和配流盤等件組成。

單作用葉片泵工作原理1—壓油口;2—轉子;3—定子;4—葉片;5—吸油口

第29頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.2單作用葉片泵

1.工作原理及結構定子的內表面是圓柱面，轉子和定子中心之間存在著偏心，葉片在轉子的槽內可靈活滑動，在轉子轉動時的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉子便形成了一個密封的工作腔。

泵在轉子轉一轉的過程中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。轉子單方向受力，軸承負載大。改變偏心距，可改變泵排量，形成變量葉片泵。

第30頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.2單作用葉片泵

2.排量、流量及有缺點由上式可知，只要改變偏心距e就能調節排量和流量，故單作用葉片泵是變量泵，其容積變化的不均勻性造成流量脈動，由實驗可知，當葉片數為單數時脈動量最小，通常取13個或15個。第31頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.1雙作用葉片泵

第32頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.1雙作用葉片泵

第33頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.1雙作用葉片泵

第34頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.1雙作用葉片泵

1.工作原理雙作用葉片泵的原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在于定子內表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，且定子和轉子是同心的。

雙作用葉片泵第35頁，共39頁。第二章液壓泵與液壓馬達§2.3.1雙作用葉片泵

1.工作原理

圖中，當轉子順時針方向旋轉時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區；吸油區和壓油區之間有一段封油區將吸、壓油區隔開。

這種泵的轉子每轉一轉，每個密封工作腔完成吸油和壓