液压泵与液压马达课件

液液压泵与液与液压马达达本章提要本章提要 本章主要内容为：液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。液压泵和液压马达的工作原理与性能参数。齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵。高速液压马达及低速大扭矩马达。高速液压马达及低速大扭矩马达。通过本章的学习，要求掌握这几种泵和马达的工作原理（泵是如何吸油、压油和配流的，马达怎样产生转速、转矩）、结构特点、及主要性能特点；了解不同类型的泵马达之间的性能差异及适用范围，为日后正确选用奠定基础。22.1 2.1 2.1 2.1 液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述T泵的输入参量泵的输入参量泵的输入参量泵的输入参量 转矩 T 角速度 泵的符号泵的符号泵的符号泵的符号泵pQ输出参量输出参量输出参量输出参量 流量 Q 压力 p32.1 2.1 2.1 2.1 液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述T输出参量输出参量输出参量输出参量 转矩 T 角速度 马达的符号马达的符号马达的符号马达的符号马达pQ马达的输入参量马达的输入参量马达的输入参量马达的输入参量 流量 Q 压力 p42.1 2.1 2.1 2.1 液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述液压泵、马达概述2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 容积式泵、马达的工作原理容积式泵、马达的工作原理容积式泵、马达的工作原理容积式泵、马达的工作原理BACO泵吸入泵排出5 由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；6液压泵和液压马达工作的必需条件：液压泵和液压马达工作的必需条件：（1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积；（2）必须有配流动作，即 封闭容积加大时吸入低压油 封闭容积减小时排出高压油 封闭容积加大时充入高压油 封闭容积减小时排出低压油（3）高低压油不得连通。液压泵液压泵液压马达液压马达7 液压泵液压泵和和液压马达液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。都是液压传动系统中的能量转换元件。液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。液压输出液压输出J液压马达液压马达液压泵液压泵机械输入机械输入液压输入液压输入机械输出机械输出8液压输出液压输出J液压马达液压马达液压泵液压泵机械输入机械输入液压输入液压输入机械输出机械输出 液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。9 根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点，因而这种泵又称为容积泵。液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。液压马达也具有相同的形式。从从工工作作过过程程可可以以看看出出，在在不不考考虑虑漏漏油油的的情情况况下下，液液压压泵泵在在每每一一工工作作周周期期中中吸吸入入或或排排出出的的油油液液体体积只取决于工作构件的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。积只取决于工作构件的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。102.1.2 液压泵、马达的基本性能参数液压泵、马达的基本性能参数 液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率压力、排量、流量、功率和和效率效率等。等。工工作作压压力力：指指泵泵（马马达达）实实际际工工作作时时的的压压力力。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相应的外负载。额额定定压压力力：泵（马达）在在额额定定工工况况条条件件下下按按试试验验标标准准规规定定的的连连续续运运转转的的最最高高压压力力，超过此值就是过载。每弧度排量每弧度排量 ：泵（马达）每转一弧度所排出（吸入）液体的体积每转一弧度所排出（吸入）液体的体积，也称角排量。每转排量每转排量 ：无内外泄漏时，泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积无内外泄漏时，泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积。11（2.1）理理论论流流量量 ：无无内内外外泄泄漏漏时时，单单位位时时间间内内泵泵（马马达达）排排出出（吸吸入入）液液体体的的体体积积。泵、马达的流量为其转速与排量的乘积，即 。额额定定流流量量 ：在在额额定定转转速速和和额额定定压压力力下下泵泵输输出出（马马达达输输入入）的的流流量量，也是按试验标准规定必须保证的流量。由于泵和马达存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。功功率率和和效效率率：液压泵由原动机驱动，输入量是转矩 和角速度 ，输出量是液体的压力 和流量 ；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：12式中：液压泵、马达的压力和理论流量。液压泵、马达的理论转矩(N.m)和转速(r/min)。,实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。（2.1）13 对液压泵液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量 减小。设泵的流量损失 为，则 。泵的容积损失可用容积效率 来表征。泵容积损失14泵容积损失:d=理想泵P泵的角度排量dVVqT=ww/()(dtVqttPTt15 对液液压压马马达达来说，输入液压马达的实际流量 必然大于它的理论流量 即 ，它的容积效率为：（2.3）马达容积损失马达容积损失16 马达容积损失马达容积损失 :d=理想马达 P马达的角度排量dVVqT=ww/()(dtVqtPTtt17机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，设转矩损失为 ，理论转矩为 ，则泵实际输入转矩为 ，用机械效率 来表征泵的机械损失，则 机械机械损失损失18 泵的机械泵的机械损失损失 液压泵的总效率 等于其容积效率和机械效率的乘积：（2.6）19 马达的机械损失 对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际输出转矩 小于理论转矩 ，它的机械效率为（2.5）20 马达的机械损失液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。液压泵、马达的容积效率和机械效率在总体上与油液的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。（2.6）21图2.2 液压泵、马达的能量传递方框图 :d=理想马达 P马达的角度排量dVVqT=ww/()(dtVqtPTtt2222 齿轮泵齿轮泵 齿齿轮轮泵泵是是一一种种常常用用的的液液压压泵泵，它它的的主主要要优优优优点点点点是是结结构构简简单单，制制造造方方便便，价价格格低低廉廉，体体积积小小，重重量量轻轻，自吸性好自吸性好，对油液污染不敏感对油液污染不敏感，工作可靠工作可靠；其主要；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外外啮啮合合和内内啮啮合合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。23 2 22 21 1 外啮合齿轮泵的结构及工作原理外啮合齿轮泵的结构及工作原理外啮合齿轮泵的工作原理；排量、流量；外啮合齿轮泵的流量脉动；外啮合齿轮泵的问题和结构特点。24 221 外啮合齿轮泵的结构及工作原理 泵泵主主要要由由主主、从从动动齿齿轮轮，驱驱动动轴轴，泵泵体及侧板等主要零件构成。体及侧板等主要零件构成。图2.3 外啮合齿轮泵的工作原理 1泵体;2 主动齿轮;3 从动齿轮 泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。25 当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封腔容积不断增大，构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。26 左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。272 22 22 2 齿轮泵的流量和脉动率齿轮泵的流量和脉动率 外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为 ，模数为 ，节圆直径为 ，有效齿高为 ，齿宽为时 ，根据齿轮参数计算公式有 ，齿轮泵的排量近似为（2.7）实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此,在实际计算中用3.333.50来代替上式中值，齿数少时取大值。（2.8）由此得齿轮泵的输出流量为由此得齿轮泵的输出流量为（2.9）28大大29 齿轮泵的流量脉动齿轮泵的流量脉动 若用 、来表示最大、最小瞬时流量，表示平均流量，则流量脉动率为（2.10）上式是齿轮泵的平均流量。实际上，在齿轮啮合过程中，排量是转角的周期函数，因此瞬时流量是脉动的。脉动的大小用脉动率表示。（2.9）流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。30 在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。齿轮泵的流量脉动齿轮泵的流量脉动31223 齿轮泵的结构特点322.2.3.1 2.2.3.1 困油的现象困油的现象图2.5 齿轮泵的困油现象及消除措施AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最大 齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。33AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最大 困油现象 轮齿间密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。342.2.3.1 2.2.3.1 困油的现象困油的现象图2.5 齿轮泵的困油现象及消除措施容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通卸荷槽352.2.3.2 径向不平衡力径向不平衡力 在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。压力越高，径向不平衡力越大，它能使泵轴弯曲，使定子偏磨，加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。常采取缩小压油口的办法减小径向不平衡力。362.2.3.3 齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿 齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙端面间隙端面间隙 二是通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙齿顶间隙齿顶间隙 一是通过齿轮啮合线处的间隙齿侧间隙齿侧间隙 37为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种。原理：引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。浮动轴套式38224 内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意图见图2.6。图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板39 在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图2.6（a）。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板主动小齿轮压油窗口吸油窗口月牙板从动内齿轮40图2.6 内啮合齿轮泵1 吸油腔，2 压油腔，3 隔板主动小齿轮压油窗口吸油窗口从动内齿轮 摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。如图2.6（b）。41 内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低；但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低；一般用于中、低压系统，或作为补油泵。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高压工况。422.3 叶片泵叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵432.3.1 单作用叶片泵单作用叶片泵2.3.1.1 工作原理 图2.7为单作用叶片泵的工作原理。泵由转2、定子3、叶片4和配流盘等件组成。图2.7单作用叶片泵工作原理1压油口;2 转子;3 定子;4 叶片;5 吸油口 压油窗口定子吸油窗口压油口吸油口44 定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称单作用叶片泵。转子单方向受力，轴承负载大。改变偏心距，可改变泵排量，形成变量叶片泵。452.3.1.2 单单作作用用叶叶片片泵泵的的平平均均流流量量计计算算462.3.1.3 单作用叶片泵和变量原理单作用叶片泵和变量原理 变量叶片泵有内反馈式内反馈式和外反馈式外反馈式两种。（1）限压式内反馈变量叶片泵 内反馈式变量泵操纵力来自泵本身的排油压力，内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的布置如图2.9。图2.9 变量原理 1最大流量调节螺钉；2 弹簧预压缩量调节螺钉；3 叶片；4 转子；5 定子47 由于存在偏角 ，排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线 的分力F1及与之平行的调节分力F2，调节分力F2与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。定子相对于转子的偏心距、泵的排量大小可由力的相对平衡来决定，变量特性曲线如图2.10所示。48 当泵的工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值，不随工作压力的变化而变，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如上图中AB段。定量段，变量压力小于弹簧预压力49 图2.10开始变量点变量段，变量压力大于弹簧预压力 当泵的工作压力P超过PB后，调节分力F2大于弹簧预紧力，使定子环向减小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降（变量）。改变弹簧预紧力可以改变曲线的B点；调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线的A点。50（2）限压式外反馈变量叶片泵限压式外反馈变量叶片泵图2.11外反馈限压式变量叶片泵1转子；2 弹簧；3 定子；4 滑块滚针支承；5 反馈柱塞；6 流量调节螺钉 51 限压式外反馈变量叶片泵限压式外反馈变量叶片泵52 设泵转子和定子间的最大偏心距为 ，此时弹簧的预压缩量为 ，弹簧刚度为 ，泵的偏心预调值为 ，当压力逐渐增大，使定子开始移动时压力为 ，则有（2.13）53 当泵压力为 时，定子移动了 距离，也即弹簧压缩量增加 ，这时的偏心量为：（2.15）（2.14）（2.16）54 2.3.2 2.3.2 双作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵 2.3.2.1 工作原理 双作用叶片泵的原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，且定子和转子是同心的。双作用叶片泵5556 2.3.2.1 工作原理 图中，当转子顺时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。图2.12 双作用叶片泵工作原理1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口57 2.3.2.1 工作原理 这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。图2.12 双作用叶片泵工作原理1定子；2 压油口；3 转子；4 叶片；5 吸油口582.3.2.2 双作用叶片泵的平均流量计算 当两叶片从a，b位置转c，d位置时，排出容积为M的油液；从c，d转到e，f 时，吸进了容积为M的油液。从e，f 转到g，h时又排出了容积为M的油液；再从g，h转回到a，b时又吸进了容积为M的油液。图2.13 双作用叶片泵平均流量计算原理 59 转子转一周，两叶片间吸油两次，排油两次，每次容积为M；当叶片数为Z时，转动一周所有叶片的排量为2Z个M容积，若不计叶片几何尺度，此值正好为环行体积的两倍。故泵的排量为：式中：R 定子长半径；r 定子短半径；B 转子厚度。平均流量为：60 考虑叶片厚度影响后，双作用叶片泵精确流量计算公式为：（2.23）2.3.2.3 叶片泵的高压化趋势随着技术的发展，双作用叶片的最高工作压力已达成2030MPa，这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的，不像齿轮泵和单作用叶片泵那样，工作压力的提高会受到径向承载能力的限制；叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损叶片和定子内表面的磨损。61 为了解决定子和叶片的磨损，要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力，目前采取的主要结构措施有以下几种：（1）双叶片结构 各转子槽内装有两个经过倒角的叶片。两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道，因而作用在叶片底、头部的油压力相等，合理设计叶片头部的形状，使叶片头部承压面积略小于叶片底部承压面积。这个承压面积的差值就形成叶片对定子内表面的接触力。62 （2）弹簧负载叶片结构 叶片的底面上开有三个弹簧孔，通过叶片头部和底部相连的小孔及侧面的半圆槽使叶片底面与头部沟通。不过，弹簧在工作过程中频繁受交变压缩，易引起疲劳损坏。图2.15 弹簧负载叶片结构63 （3）母子叶片结构 图2.16母子叶片结构 64叶片槽中装有母叶片和子叶片，母、子叶片能自由地相对滑动，正确选择子叶片和母叶片的宽度尺寸之比可使母叶片和定子的接触压力适当；转子上的压力平衡孔使母叶片的头部和底部液压力相等，泵的排油压力通到母、子叶片之间的中间压力腔；叶片作用在定子上的力为：（2.24）65（4）阶梯叶片结构 叶片做阶梯形式，转子上的叶片槽亦具有相应的形状。它们之间的中间油腔经配流盘上的槽与压力油相通，转子上的压力平衡油道把叶片头部的压力油引入叶片底部。这种结构由于叶片及槽的形状较为复杂，加工工艺性较差，应用较少。图2.17 1定子；2 转子；3 中间油腔；4 压力平衡油道 66 2.3.3 单双叶片泵单双叶片泵 的特点比较的特点比较 2.3.3.1 单作用叶片的特点单作用叶片的特点 存在困油现象 叶片沿旋转方向向后倾斜 配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角，而单作用叶片泵的定子不存在与转子同心的圆弧段，因此，当上述被封闭的容腔发生变化时，会产生与齿轮泵相类似的困油现象。通常，通过配流盘排油窗口边缘开三角卸荷槽的方法来消除困油现象。转子承受径向液压力 单作用叶片泵转子上的径向液压力不平衡，轴承负荷较大。这使泵的工作压力和排量的提高均受到限制。672.3.3.2 双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点 定子过度曲线 定子内表面的曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成，应使叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大，以减小冲击和噪声，同时，还应使泵的瞬时流量的脉动最小。68 叶片安放角 设置叶片安放角有利于叶片在槽内滑动。为了保证叶片顺利的从叶片槽滑出，减小叶片的压力角，根据过渡曲线的动力学特性，双作用叶片泵转子的叶片槽常做成沿旋转方向向前倾斜一个安放角。当叶片有安放角时，叶片泵就不允许反转。69 双作用叶片泵的叶片“后倾”单作用叶片泵的叶片“前倾”端面间隙的自动补偿 为了提高压力，减少端面泄漏，将配流盘的外侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压向转子。702.4 2.4 2.4 2.4 柱塞泵柱塞泵柱塞泵柱塞泵 柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。柱塞泵的特点是泄漏小、容积效率高，可以在高压下工作。轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两大类。71斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动。传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口a吸入。斜盘1柱塞2缸体3配油盘42.4.1 斜盘式轴向柱塞泵吸油口压油口72斜盘1柱塞2缸体3配油盘4柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外排出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。732.4.1.1 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量 如图2.18，若柱塞数目为 ，柱塞直径为 ，柱塞孔分布圆直径为 ，斜盘倾角为 ，则泵的排量为：（2.25）泵的输出流量为：（2.26）斜盘1柱塞2缸体3配油盘474 实际上，柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的。就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。75 配流盘 缸体 斜盘 柱塞 2.4.1.2 斜盘式轴向柱塞的结构特点(1)(1)结构结构 通轴结构通轴结构 76 配流盘 缸体 斜盘 手动变量机械 柱塞 半轴结构半轴结构 输入轴 壳体 回程盘 772.4.1.2 斜盘式轴向柱塞的结构特点 端面间隙的自动补偿(2)(2)(2)(2)特点特点特点特点 由图可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。斜盘1柱塞2缸体3配油盘478图2.19滑靴的静压支承原理 滑靴的静压支撑结构滑靴的静压支撑结构 为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴。滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。有利于提高轴向柱塞泵的压力。79 变量机构 手动伺服变量机构手动伺服变量机构图 2.20 手动伺服变量机构图 变量机构由缸筒1，活塞2和伺服阀3组成。斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角。当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，变量活塞向上移动。802.4.2 斜轴式轴向柱塞泵 传动轴5的轴线相对于缸体3有倾角 ，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆4相连。轴5旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内做往复运动，使密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配流盘1上的窗口 a 和 b 实现吸油和压油。图 2.211流盘；2 柱塞；3 缸体；4 连杆；5 传动轴；a 吸油窗口；b 压油窗口 81 与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角 较大，变量范围较大；但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，斜轴式轴向柱塞泵的使用相当广泛。82832.4.3 径向柱塞泵径向柱塞泵 842.4.3 径向柱塞泵径向柱塞泵 转子2的中心与定子1的中心之间有一个偏心量e。在固定不动的配流轴3上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。当转子2按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。85 当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵。图2.22径向柱塞泵的工作原理图1定子；2 转子；3 配流轴；4 出衬套；5 柱塞；a 吸油腔；b 压油腔 为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差，并且配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损。86径向泵的流量计算：径向泵的流量计算：泵的平均排量为：（2.27）泵的输出流量：（2.28）87 液压马达和液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化进行工作的。常见的液马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。2.5 2.5 2.5 2.5 液压马达液压马达液压马达液压马达88 工作压力工作压力 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口压力的差值称为马达的工作压差。2.5.1 2.5.1 2.5.1 2.5.1 液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数 流量和排量流量和排量 马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为马达的排量。马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为马达的排量。89 容积效率和转速 因马达实际存在泄漏，由实际流量 q 计算转速 n 时，应考虑马达的容积效率 。当液压马达的泄漏流量为 ，马达的实际流量为 ，则液压马达的容积效率为：（2.29）马达的输出转速等于理论流量 与排量 的比值，即（2.30）（2.31）机械效率 90 输出转矩 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。设马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩与泵有相同的表达形式,即（2.32）马达的实际输出转矩小于理论输出转矩：（2.33）91 功率和总效率 马达的输入功率为（2.34）马达的输出功率为（2.35）马达的总效率为（2.36）由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效率与容积效率的乘积。92 2.5.2 高速液压马达高速液压马达 一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，额定转速低于500r/min的马达属于低速马达。高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。93 柱塞式柱塞式马达的工作原理马达的工作原理 当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。94 柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：（2.37）使缸体3产生转矩的垂直分力为：pggptgdtgFFt24=（2.38）95 柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 单个柱塞产生的瞬时转矩为：（2.39）液压马达总的输出转矩：（2.40）R 柱塞在缸体的分布圆半径；d 柱塞直径；N 压力腔半圆内的柱塞数 96 柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马达的平均转矩。972.5.3 2.5.3 低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达 低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转速低，大约在510转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。982.5.3.1 2.5.3.1 曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达 曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，同类型号为JMZ型，其额定压力16MPa，最高压力21MPa，理论排量最大可达6.140 r/min。99 马达由壳体、曲柄连杆活塞组件、偏心轴及配油轴组成。壳体1内沿圆周呈放射状均匀布置了五只缸体，形成星形壳体；缸体内装有活塞2，活塞2与连杆3通过球绞连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上，液压马达的配流轴5与曲轴通过十字键连结在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配流轴通道，由配流轴分配到对应的活塞油缸。100腔通压力油，活塞受到压力油的作用。腔与排油窗口接通。受油压作用的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用一个力N，推动曲轴绕旋转中心转动，对外输出转速和扭矩；随着驱动轴、配流轴转动，配流状态交替变化。在曲轴旋转过程中，位于高压侧的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸的容积逐渐缩小，因此，高压油不断进入液压马达，从低压腔不断排出。配流轴过渡密封间隔的方位和曲轴的偏心方向保持一致101 2.5.3.2 2.5.3.2 静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达 静力平衡式低速大扭矩马达也叫无连杆马达，是从曲柄连杆式液压马达改进、发展而来的，它的主要特点是取消了连杆，并且在主要摩擦副之间实现了油压静力平衡，所以改善了工作性能。国 外 把 这 类 马 达 称 为 罗 斯 通（Roston）马达，国内也有不少产品，并已经在船舶机械、挖掘机以及石油钻探机械上使用。102 液压马达的偏心轴与曲轴的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴。五星轮3套在偏心轴的凸轮上，高压油经配流轴中心孔道通到曲轴的偏心配流部分，然后经五星轮中的径向孔进入油缸的工作腔内。1032.5.3.3 多作用内曲线马达 缸体压油口配油轴定子柱塞回油口 液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。104缸体压油口配油轴定子柱塞回油口上死点上死点上死点上死点下死点下死点下死点下死点105每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X，称 X 为该液压马达的作用次数。Z 个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。缸体压油口配油轴定子柱塞回油口配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2X个均布配流窗口。1062.6.2 2.6.2 液压泵的工作特点液压泵的工作特点液压泵的工作特点液压泵的工作特点 液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足、异常噪声，甚至无法工作。液压泵的工作压力取决于外负载，为了防止压力过高，泵的出口常常要采取限压措施。变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法来调节流量。液压泵的流量脉动。液压泵“困油现象”。2.6 2.6 2.6 2.6 液压泵及液压马达的工作特点液压泵及液压马达的工作特点液压泵及液压马达的工作特点液压泵及液压马达的工作特点 1072.6.2 2.6.2 液压马达的工作特点液压马达的工作特点液压马达的工作特点液压马达的工作特点 马达应能正、反运转，因此，就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性。当液压马达的惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，会产生较高的液压冲击，应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。由于内部泄漏不可避免，因此将马达的排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，所以，需要长时间精确制动时，应另行设置防止滑转的制动器。某些型式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作。108小小小小 结结结结 v 液压泵是液压系统的动力源。v构成液压泵基本条件是：具有可变的密封容积，协调的配油机构，及高、低压腔相互隔离的结构。v液压泵和液压马达的主要性能参数有：排量、流量、压力、功率和效率。v排量为几何参数，而流量则为排量和转速的乘积。v实际工作压力取决于外负载。v液压功率为泵的输出流量和工作压力之乘积。v容积效率和机械效率分别反映了液压泵和马达的容积损失和机械损失。109小小小小 结结结结 v 液压泵是液压系统的动力源。v 液压泵和液压马达根据结构形式的不同，主要分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类，要掌握各类泵、马达的工作原理、排量与流量的计算方法，了解其结构特点。v 液压马达是液压系统中的重要的执行元件之一，从原理上讲，液压马达是液压泵的逆工况。v要注意了解低速大扭矩马达（曲柄连杆马达、静力平衡马达、多作用内曲线马达）的结构特点与应用场合。110谢谢观赏！2020/11/5111