第三節葉片泵與葉片馬達第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

葉片泵和葉片馬達具有流量均勻、噪聲低、體積小、重量輕等優點；葉片泵的缺點是：對油液的污染較敏感，因受葉片甩出力、吸油速度和磨損等因素的影響，泵的轉速范圍受到一定的限制，一般在600～2000r/min中使用。中低壓葉片泵的壓力一般為8MPa，高壓葉片泵的壓力可達32MPa。通常將葉片泵分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩大類。單作用葉片泵是指轉子轉動一周任意相鄰兩葉片所形成的密封工作容腔吸、排由各一次；雙作用葉片泵是指轉子轉動一周任意相鄰兩葉片所形成的密封工作容腔吸、排由各兩次。

第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一一、葉片泵的工作原理

單作用葉片泵的工作原理

雙作用葉片泵的工作原理

第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（一）單作用葉片泵的工作原理

第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一如圖所示的單作用葉片泵工作原理圖由輸入軸1、轉子2、定子3、葉片4、配流盤（圖中虛線表示其配流窗口）、端蓋等零件組成。葉片可在轉子槽內靈活的滑動。葉片多為奇數，以使流量均勻。定子為圓形，其中心相對于轉子中心存在著偏心矩e。單作用葉片泵通常通過調整定子改變定子與轉子之間的偏心矩，改變泵的排量，從而成為變量泵。

第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一轉子、定子和配流盤所形成的密封空間，當輸入軸帶動轉子高速旋轉時，葉片在離心力的作用下從葉片槽內滑出，其頂部緊貼在定子內表面上滑動，于是葉片把密封空間分割為許多的密封工作容腔（有幾個葉片就有幾個密封工作容腔）。當轉子按照圖示方向旋轉時，處于轉子右側的葉片在離心力的作用之下向外伸出，因而處于右半側的葉片所形成的密封工作腔增大，產生真空，油箱中的液體在大氣壓力的推動之下，經過吸油管路和配流盤右側的配流窗口填補真空。這就是單作用葉片泵的吸油過程。

第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一在右半側密封工作腔吸油的同時，處于轉子左半側的葉片在定子的強制作用下向葉片槽內縮回，因而處于左半側葉片所形成的密封工作腔收縮，迫使其內的部分液體經排油口進入液壓系統。這就是單作用葉片泵的排油過程。由于葉片在轉子上是均部的，故在任意瞬時吸油腔和排油腔都有葉片所形成的密封工作腔存在，因此當轉子連續旋轉時，吸、排有腔的容積變化也是連續的，泵也就連續的吸入和排出液體了。

第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（二）雙作用葉片泵的工作原理

第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一當輸入軸帶動轉子高速旋轉時，葉片在離心力和葉片底部高壓油的作用下，緊貼在定子內表面上滑動。于是葉片把由轉子、定子和配流盤（分前、后配流盤）形成的密封容積分割為多個密封工作腔。葉片在離心力和底部高壓油的作用下，由短半徑圓弧通過過渡曲線向長半徑圓弧過渡時，向外伸出。于是對應于此位置由葉片、轉子、定子所包容的工作腔增大（此工作腔時刻在運動中），形成真空，油箱中的液體在大氣壓力的推動之下，經吸油管路和配流盤上的配流窗口進入密封工作腔。葉片由長半徑圓弧向短半徑圓弧過渡時，在定子的強制作用下向葉片槽內縮回，于是對應于此位置由葉片、轉子、定子所包容的密封工作腔收縮，部分液體被強迫排入液壓系統。

第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一由工作原理圖可見轉子轉動一周，葉片伸縮兩次，任意兩葉片所形成的密封工作腔進行了兩次吸油和兩次排油，為此這種葉片泵被稱為雙作用葉片泵。由于葉片在轉子上均布，所以任意瞬時在排油區和吸油區均有葉片形成的工作腔存在，于是當轉子連續旋轉時，排油區容積在連續的收縮，吸油區容積在連續的膨脹，泵可以連續的吸油和排油。

第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一二.雙作用葉片泵的流量計算瞬時流量計算平均流量計算第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一1.瞬時流量計算由雙作用葉片泵的工作原理圖可知：假如葉片無限薄，當葉片在dt時間內轉過dφ（dφ=ωdt）角度后，葉片泵排出的液體體積為葉片在大半徑圓弧掃過的體積和葉片在小半徑圓弧掃過的體積之差，即然而實際上葉片是有厚度的。在排油區，葉片上下兩端均為高壓，它的運動不產生吸、排油作用；在吸油區，葉片的頭部為吸油壓力，葉片的底部的高壓油要用來推動葉片的伸出，所以泵的排油量應減第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一去這部分體積。因此葉片泵在dt時間內排出的液體體積（圖3-3-3所示）為第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一vi—葉片在吸油區過渡曲線上的徑向速度，

雙作用葉片泵的瞬時流量為：

第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一由上式可知，只要使

為常數，則雙作用葉片泵的瞬時流量在理論上恒定不變。是否為常數由定子過渡曲線和葉片的個數決定。適當的葉片數與相應的定子過渡曲線的配合才能保證葉片泵的瞬時流量在理論上為常值。第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2.雙作用葉片泵的平均流量計算

1）排量轉子轉動一周任意相鄰兩葉片所形成的工作腔均進行了兩次吸油和兩次排油，把它們排列起來剛好為大半徑圓弧和小半徑圓弧所圍的環形圓柱體的體積的兩倍。考慮吸油區葉片所占有的容積沒有參加工作，雙作用葉片泵的排量為

第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2）雙作用葉片泵的平均流量第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一三.雙作用葉片泵的結構第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一四.雙作用葉片泵的結構分析

定子低壓區的磨損問題

葉片的安放角

定子過渡曲線第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（一）定子低壓區的磨損問題

在工作中的雙作用葉片泵的葉片，當他處在高壓區時，其頂部受高壓油壓力的作用。為了防止葉片在高壓區脫離定子內表面，保證葉片和定子內表面緊密接觸，葉片的底部往往與排油腔相通（圖3-3-4的槽c為配流盤上開設的環槽，它與排油腔相通，高壓油通過配流盤配流窗口→c引入葉片底部）。當葉片處在吸油區時，葉片的底部仍然與排油腔相通，而頂部卻與吸油腔相通，于是底部和頂部出現了很大的壓力差，這一壓差使葉片和定子之間產生較大的相互作

第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一用力，加速了定子低壓區的磨損，影響了泵的使用壽命。隨著泵的工作壓力的提高著一問題更加突出。為此高壓葉片泵采取了各種各樣的措施，減小葉片對定子的壓緊力，減緩定子低壓區的磨損。常用措施有：

1.雙葉片結構如圖所示，在每個葉片槽中安裝兩個葉片，葉片的底部不與排油腔相通。兩葉片的倒角部分構成從葉片底部通向頭部的V型油道，使作用在葉片底部和頂部的液壓力基本相等。槽內兩葉片可以相對滑動，以保證在任何位置兩個葉片的頭部都和定子內表面接觸。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

2.子母葉片結構

如圖3-3-6所示，母葉片3和子葉片4之間的油室e始終與排油腔相通，而母葉片底部a腔則經轉子1上的孔c和所在的油腔相通。這樣當葉片處在吸油區時，對定子內表面的作用力不會太大。

第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一3.階梯葉片結構如圖3-3-7所示

，排油腔始終同階梯葉片和階梯槽之間的油室b相通，葉片底部通過流道c和a與所在油腔相通。因此葉片處在吸油區時對定子內表面的作用力也不會過大。這種結構由于葉片及槽的形狀較復雜，加工工藝性較差。

第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（二）葉片的安放角葉片底部通高壓油后，保證了葉片與定子內表面的緊密接觸，也保證了葉片在低壓區向外伸出。然而對于處在排油區的葉片，其頂部受到定子內表面的反作用推力和與滑動方向相反的摩擦力的作用，他們的合力可分解為沿葉片槽方向的分力和垂直于葉片的分力。垂直分力在葉片與葉片槽的接觸處產生較大的摩擦力。葉片與定子內表面接觸壓力角越大，垂直分力也越大，葉片與葉片槽之間的摩擦力也越大，由于排油區葉片的底部也受到排油區壓力的作用，所以葉片的向心運動僅由定子對葉片的推力來完成不可靠。

第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一為了避免接觸區壓力角過大而造成葉片在槽中滑動困難或產生摩擦自鎖，葉片槽相對轉子半徑沿旋轉方向前傾θ角（圖3-3-8）以減小壓力角，一般取θ=10°～14°，YB形雙作用葉片泵θ=13°。

第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一(三)定子過渡曲線

常見的定子過渡曲線油以下幾種：a.修正的阿基米德螺線；b.等加速率等減速率曲線；c.高次曲線。第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一1.阿基米德螺線阿基米德螺線的數學表達式為ρ=r+Cφ根據邊界條件：當φ=α時，ρ=R得積分常數C為C=(R－r)/α故第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一由上式可推得

由于dφ=ωdt，所以葉片的徑向速度可見葉片在阿基米德螺線上滑動時，當轉子得角速度ω為常值時，葉片的徑向速度為常值，為此這種曲線又稱為等速運動曲線。第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一由雙作用葉片泵的瞬時流量公式可知，過渡曲線采用阿基米德螺線，轉子旋轉時，只要在低壓區的葉片個數為常值，則泵的瞬時流量理論上為常值。即當葉片數Z為式中n——自然數（1、2、3……）。此時葉片泵的瞬時理論流量為常值。第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一阿基米德螺線的缺陷：由于葉片在阿基米德螺線上滑動時的徑向速度為常數，在圓弧曲線上滑動時的徑向速度為0，所以在過渡曲線與圓弧的連接點上葉片的徑向速度發生了突變（或者說過渡曲線與圓弧沒有公切線），葉片與定子發生硬性沖擊。為此，必須在阿基米德螺線與圓弧曲線的連接點附近對曲線進行修正。阿基米德螺線近年來應用已經較少了。第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2.等加速率等減速率曲線為了防止過渡曲線與圓弧曲線在連接點上的硬性沖擊，可以采用等加速率等減速率曲線。等加速率等減速率曲線由兩部分組成，前半部分為等價速率后半部分為等減速率，且加速度的絕對值相等，這樣可保證與長、短半徑圓弧都有公切線。等加速率等減速率曲線的數學表達式為當0≤φ≤α/2第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

當α/2≤φ≤α時

第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一等加速率等減速率區縣的特點：1）等加速率等減速率曲線是應用較廣泛的一種曲線，它的優點是在葉片不“脫空”的條件下（不脫空的條件r－L/2＞(d2ρ/dφ2)，式中L是葉片的徑向長度，即使離心力大于葉片伸出運動的慣性力），可以得到最大的R/r值，這樣采用此種曲線在體積相同時可具有較大的排量

2）只要在低壓區的葉片個數為偶常數就可以組合成

的情形，可使葉片泵的瞬時流量為常值。因為定子過渡曲線上的葉片數為偶常數，則在加速區段和減速區段都有不變且相等的葉片個數第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一存在，于是加、減速度抵消，其合速度為常值。為達此目的葉片數應為Z=4(2n+1)）式中n——自然數（n=1、2、3……）3）等加速率等減速率曲線的缺點是最大壓力較偏大。4）由圖3-3-9可知加速度在φ=0、φ=α/2和φ=α三點發生了突變，造成慣性力的突變，通常這三處有三條清晰的磨痕這種現象稱為“軟沖現象”。

第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一3.高次曲線采用等加速率鄧建速率的雙作用葉片泵的噪聲主要來源于葉片和定子內表面的機械噪聲。其原因是葉片按定子曲線給出的軌道進行徑向運動時，加速度的變化將引起慣性力的變化。從震動角度看，這是一種外界作用于葉片的沖擊力。此力正比于三階導數d3ρ/dt3(當轉子角速度ω=常數時，d3ρ/dt3與d3ρ/dφ3成正比)，反映了運動的助振情況。等加速率等減速率曲線在與圓弧的兩個連接點和過渡曲線的中點位置，加速度d2ρ/dt2均發生了突變，d3ρ/dt3為無窮大，發生激振。

第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一此時葉片運動的平穩性受到破壞，葉片和定子內表面發生撞擊振動，產生噪聲。為此希望定子曲線的三階導數的變化小，同時也滿足對一階導數（dρ/dt）和二階導數（d2ρ/dt2）的要求。采用高次方程曲線可對多個參數進行調整，以滿足一定的邊界條件，又滿足三階導數特性及兼顧一、二階導數的變化。適用于低噪聲葉片泵定子曲線的高次方程有兩種一種為對稱形，相應的方程式為

ρ=C3θ3+C4θ4+C5