液压泵教案.doc

第三章 液压动力元件（8学时）
1.基本内容：液压泵性能参数、齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。
2.重点内容：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵三种泵的工作原理、特点、应用场合
3.难点内容：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵三种泵的工作原理和结构特点

第一节 液压泵概述（1学时）
液压泵是液压系统的动力元件，它将原动机(电动机、内燃机等)输入的机械能（转矩T和角速度ω）转换为液压能（压力p流量q）输出，为液压系统提供压力油源。
一、液压泵的工作原理
图3-1、容积泵动画图所示
二、液压泵必备以下基本条件才能正常工作
1.结构上能实现周期性变化的密闭工作容腔。 2、必须具有配流装置。
3.必须要有隔离封油装置使液压泵的吸油腔与排油腔始终不能相通。
4.油箱中的油液必须具有一定的压力，以保证液压泵工作容腔增大时能及时供油。
三、 液压泵的分类及图形符号
液压泵按结构及运动方式分为：齿轮泵，叶片泵，柱塞泵和螺杆泵四大类。
液压泵按排量能否改变可分为：定量泵和变量泵。
液压泵按一个工作周期密闭容积的变化次数可分：为单作用，双作用和多作用等。
液压泵的图形符号如图3－2所示
四、液压泵的主要性能参数
1.液压泵的压力。
2.液压泵的额定转速和最高转速。
3.Vp(m3/rad)
理论流量qpt(m3/s) (m3/s) 或 (m3/s)
泵的瞬时流量qsh
实际流量qp
额定流量qpn 。

4.液压泵的功率和效率
理论输入功率Pit (N m/s):
实际输入功率Pip (N m/s):
实际输出功率pop (N m/s):
理论转矩Tt(Nm)
即
实际转矩Tp(Nm)
容积效率ηpv
机械效率ηpm
总效率ηp
图3-3所示为液压泵的效率特性曲线。

第二节 齿轮泵(2学时)
一、外啮合齿轮泵的工作原理
见齿轮泵工作原理图、齿轮泵工作动画图
图3-4
二、外啮合齿轮泵的排量，流量计算及流量脉动

式中 Z——齿轮齿数；
m——齿轮模数；
B——齿轮齿宽。
乘以系数1.06～1.12（齿数
多时取小值，齿数小时取大值）加以修正。
齿轮泵的实际流量为
式中 ηpv——齿轮泵的容积效率。
三、流量不均匀系数δq
。
齿数越少，δq越大，流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使系统产生振动和噪声。
齿轮泵装配图动画
齿轮泵产品照片系列（补充上）、拆开的零件图，
四、外啮合齿轮泵存在的结构问题及其解决方法
1、困油现象见困油现象动画图
1）闭死容腔，如图3－5所示。
2）危害：当闭死容腔由大变小时，使齿轮轴承承受周期性的压力冲击，导致油液发热，振动和噪声，降低了齿轮泵平稳性和寿命。当闭死容腔由小变大时使闭死容腔形成局部真空，产生气蚀现象，引起振动和噪声。
3）消除困油现象办法
在泵的前后盖板或浮动轴套（浮动侧板）等零件上开卸荷槽，如图3-6所示。
2、齿轮泵内泄漏途径
见图3-7
（1）端面间隙泄漏
（2)径向间隙泄漏 压油腔的油液经径向间隙向吸油腔泄漏。
（3）齿面啮合处的泄漏 通过啮合处泄漏量将更小，一般不予考虑。
（4）减小内泄漏的措施
1) 端面间隙的自动补偿
①浮动轴套式补偿装置如 图3-8 、图3-9 （采用偏心“8”字形的浮动轴套）。
②浮动侧板式补偿装置如图3-10所示，
③弹性侧板式补偿装置 图3-11所示
2) 径向间隙的补偿 图3-12所示
3、径向不平衡力及其减小措施
作用在齿轮泵轴承上的径向力F是由沿齿轮圆周液体压力产生的径向力F1和由齿轮啮合产生的径向力F2所组成。如图3-13所示
(1)缩小压油口大小
(2)扩大排油腔到吸油腔一侧 如图3-14所示
(3)扩大吸油腔到排油腔一侧 如图3-12所示，这种结构即减小了径向力，又补偿了径向间隙，使容积效率提高。
如图3-15所示，
五、内啮合齿轮泵简介
1、渐开线内啮合齿轮泵的工作原理，如图3-16所示
内齿轮泵工作原理图、内齿轮泵产品照片、零件
2、摆线内啮合齿轮泵
工作原理如图3-17所示。

第三节 螺杆泵简介
一、组成
螺杆泵是用在一公共外套中旋转的一根或数根互相啮合的螺杆沿轴向输送工作介质的，它的核心工作部件是在一个公共外套的一根主动螺杆（凸螺杆）及与它啮合的一根或数根从动螺杆（凹螺杆）构成。
二、分类
1、按功能可分为输送用和液压用两大类；
2、按工作容积的包容状态，可分为密封型和非密封型。非密封型的工作情况类似于螺旋输送器，液压工程领域中一般只使用密封型螺杆泵；
3、按螺杆数的不同，可分为单螺杆、双螺杆、三螺杆和多螺杆泵。单螺杆和双螺杆泵主要用于输送物料，在液压工程中主要应用三螺杆泵。
图3-18、为三螺杆泵原理图，螺杆泵动画图、螺杆泵产品照片、零件
优点：结构紧凑，体积小，流量、压力无脉动，噪声低，运动平稳，自吸能力强，转速和流量范围大，对介质粘度适应性强，使用寿命长；
缺点：容积效率较低，螺杆制造困难，价格高。

第四节 叶片泵（3学时）
一、分类：
1、按作用次数分不同，分为单作用叶片泵、双作用叶片泵和多作用叶片泵；
2、按排量是否可变，分为定量泵和变量泵；
3、按压力等级不同，分为中低压叶片泵（7MPa以下），中高压叶片泵（16MPa以下）和高压叶片泵（20MPa～30 MPa以下）。
优点：流量脉动小，噪声低，轴承受力平衡，使用寿命长，单位体积的排量大，可制成变量泵；
缺点：自吸能力较差，实用工况范围较窄，对污染物比较敏感，制造工艺较复杂。

二、双作用叶片泵
1．工作原理及组成
图3-19所示为双作用叶片泵工作原理图
双作用叶片泵动画图原理图
双作用叶片泵动画装配图
双作用叶片泵动画装配图1
2．排量和流量的计算
如图3-20所示，泵的排量为
式中 R——定子内表面长圆弧半径；
r——定子内表面短圆弧半径；
B——转子或叶片宽度；
Z——叶片数。
若叶片厚度为δ，且倾斜θ角安装，则它在槽内往复运动时造成叶片泵的排量损失为

双作用叶片泵的真正排量为
泵的实际流量为
3．结构特点
(1)定子内表面曲线 定子内表面曲线由两段大半径圆弧，两段小半径圆弧及四段相同的过渡曲线组成，如图3-21所示。
(2)叶片与流量脉动关系 采用阿基米德螺线的定子内曲线使叶片等速运动，不会引起流量脉动；配流窗口对称布置，为降低流量脉动率，叶片数应为偶数，最好是4的整倍数。
（3）叶片根部通油方式与排量损失的关系
配流盘，（见图3-23）的环形槽b将出口压力油引入叶片底部，使其排量减少，减少流量为 。
如图3-24所示为叶片根部通液压油的另一种配流盘结构。此方式不会引起叶片的排量损失，并且没有流量脉动。

三、单作用叶片泵
1．工作原理及组成
单作用叶片泵工作原理如图3-25所示。
单作用叶片泵动画图原理图
单作用叶片泵三维动画图（未作）
2．排量与流量计算
如图3-26所示，单作用叶片泵的排量为
(m3/rad)
流量q为
(m3/s)
3．结构特点
泵的定子内表面为圆柱面，与转子中心存在偏心距e,
配流盘上只有一个吸油口和一个排油口，
转子上的液压力不对称转子上存在不平衡力
叶片根部通油方式如图3-27b所示，
叶片槽相对旋转方向后倾一个角度（见图3-27a）
单作用叶片泵的叶片数取奇数，以减小流量脉动率。
通过改变偏心距来改变排量，通常单作用叶片泵做成变量泵。

四、提高叶片泵工作压力的方法
1．双级叶片泵
在一个泵体内，一根转动轴上联接两组定子和转子，形成两个叶片泵。两个叶片泵为串联形式，即一级泵的排油口也是二级泵的吸油口，从而提高整个泵出油口的工作压力，两泵之间装有面积比为1比2的定比压力阀，使两泵进出口压差相等。
2．改善叶片受力状况
(1)子母叶片方式 如图3-28所示
(2)双叶片方式 如图3-29所示
(3)柱销叶片方式 如图3-30所示
五、叶片泵典型结构
1．双作用叶片泵典型结构
(1)YB1型叶片泵 YB1型叶片泵额定压力为6.3MPa，压力脉动小 (≤0.15MPa)，噪声低 (≤60db)，寿命长 (8000～13000h)，因而获得广泛应用。
YB1型叶片泵结构如图3-31所示。
双作用叶片泵产品照片系列、零件
(2)PV2R型叶片泵 PV2R型中高压叶片泵的额定压力为16MPa，结构如图3-32所示。它由左泵体1、左配流盘2、转子3、叶片4、定子5、右配流盘6、右泵体7、轴8等零件组成。该泵采用薄型叶片（叶片最小厚度为1.6mm）及提高定子强度等方法提高泵的工作压力。定子过度曲线为高次曲线，泵的噪声较低。

2．单作用叶片泵典型结构
图3-33所示为外反馈式限压式变量叶片泵结构。主要由定子、转子、叶片、传动轴、滑块、滚针、控制活塞、调压弹簧等组成。
图3-34a为其简化的原理图，
其压力流量特性曲线如图3-34b所示。
单作用叶片泵产品照片、零件

第五节 柱塞泵（2学时）
一、柱塞泵的分类
1、按缸体与泵轴的相对位置关系，可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。
2、按配流装置的型式可分为带间隙密封型配流副柱塞泵和阀配流装置柱塞泵两大类。
3、按排量是否可变分为定量柱塞泵和变量柱塞泵。
二、轴向柱塞泵
1．直轴式轴向柱塞泵的组成及工作原理
直轴式轴向柱塞泵基本结构如图3－35所示。
斜盘式柱塞泵原理动画图
斜盘式柱塞泵装配动画
2．排量和流量计算
泵的排量V和流量q分别为
(m3/rad)
（m3/s）
3．典型结构及其特点
斜盘式柱塞泵产品照片、零件
图3-36所示为国产CY系列直轴式轴向柱塞泵的结构原理图。该泵由主泵体结构和变量机构两部分组成。该泵结构特点如下
(1) 采用7个柱塞，其流量不均匀系较小，结构紧凑。

(2)弹簧3一方面通过内套筒，钢珠和回程盘，将滑靴压紧在斜盘上，另一方面通过外套筒使缸体压紧在配流盘上。
(3)配流盘如图3-37所示，它由配流窗口1，密封带（R1～R2之间和R3～R4之间），环形泄油槽（R1以内及R4～R5之间）和径向泄油槽5组成。
(4)图3-35所示为点接触式柱塞结构，当工作压力较高时，柱塞与斜盘接触的挤压应力过大，造成柱塞头和斜盘工作面磨损过大、发热严重。
图3-36所示为CY系列直轴式轴向柱塞泵结构图，其采取柱塞滑靴结构改善柱塞的受力状况。如图3-38所示，当柱塞3底部受高压作用时，液压力通过柱塞将滑靴2紧压在斜盘1上，若此压力过大，
(5)形成数值不断发生变化的倾覆力矩。平衡该倾覆力矩主要依靠轴承11及配流盘上的热楔支承。
4．变量机构
(1)手动变量机构 图3-36所示为手动变量泵。
(2)伺服变量机构 图3-39所示
(3)恒功率变量机构 传统的复合弹簧控制恒功率变量机构如图3-40所示。
恒功率变量机构动画图
5．通轴泵的原理及其结构特点
图3-42所示的TZ型通轴轴向柱塞泵
6．斜轴泵的原理及其结构特点
斜轴式轴向柱塞泵原理如图3-43所示
斜轴式轴向柱塞泵装配动画图
斜轴式轴向柱塞泵的结构有以下特点
(1)由于连杆轴线与柱塞轴线的夹角θ≤2°（见图3-44），柱塞所受侧向力可以忽略，改善了柱塞磨损情况。
(2)由于柱塞受力条件较好，允许缸体有较大的倾角（一般γmax= 25°～40°），承载能力大，结构坚固，耐冲击，寿命长。
(3)由柱塞连杆传给传动轴的轴向力很大，传动轴采用向心推力圆锥滚子轴承支承形式。
(4)采用球面配流盘结构，使缸体具有自位性能，保证缸体和配流盘的密合性。

三、 径向柱塞泵
1、向柱塞泵工作原理及其组成
如图3-45所示为轴配流径向柱塞泵的工作原理图。
泵的排量V和流量q分别为 （m3/rad）

改变偏心距e的大小和方向，即可改变泵输出流量的大小和方向。
2．径向柱塞泵典型结构及其特点
图3-46所示为连杆型阀式径向柱塞泵结构图。
思考题与习题
3-1 什么是容积式液压泵？容积式液压泵工作的必要条件是什么？
3-2 液压泵的工作压力和输出流量取决于什么？
3-3 齿轮泵高压化的障碍是什么？要提高齿轮泵的工作压力通常采用哪些措施？
3-4 什么是齿轮泵的困油现象？困油现象有哪些危害？叶片泵、柱塞泵有困油现象吗？
3-5 说明限压式变量叶片泵的工作原理，画出其压力-流量特性曲线。怎样调整其压力-流量特性？
3-6 结构参数相同的两标准齿轮组成的齿轮泵中，齿数Z=13，齿顶圆直径De=75mm，中心距A=65mm，齿宽B=35mm，容积效率ηv=0.9，当转速n=1500r/min时，求泵的流量。
3-7 已知齿轮泵的额定压力为P=2.5MPa，额定流量为q=100L/min，额定转速为n=1450r/min，机械效率ηm=0.9。当泵的出口压力P=0时，其流量q=106L/min；p=2.5MPa时，其流量为q=100.7L/min。求（1）泵的容积效率ηv；（2）如果泵的转速降至600r/min，并在额定压力下工作时，估算此时泵的流量q为多少？该转速下泵的容积效率ηv是多少？
3-8 已知轴向柱塞泵的额定压力P=16MPa，额定流量q=330L/min，总效率η=0.92，机械效率ηm=0.94。求（1）驱动泵所需的额定功率；（2）泵的泄漏流量。
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