1、2液壓泵和液壓馬達(dá)2.1液壓泵、馬達(dá)概述22齒輪泵2.3葉片泵2.4柱塞泵2.5液壓馬達(dá)2.6液壓泵及液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn)本章習(xí)題內(nèi)容提要：本章主要內(nèi)容為液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù)。齒 輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)。通過本章的 學(xué)習(xí)，要求掌握這幾種泵和馬達(dá)的工作原理泵是如何吸油、壓油和配流的，馬 達(dá)怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、及主要性能特點(diǎn)；了解不同類型的泵馬達(dá) 之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定根底。教學(xué)內(nèi)容：本章首先介紹液壓泵和馬達(dá)的工作原理，接著介紹了齒輪泵及齒輪馬達(dá)、葉 片泵及葉片馬達(dá)、柱塞泵及柱塞馬達(dá)的根本結(jié)構(gòu)與工作原理，最后簡(jiǎn)介幾種泵

2、和 馬達(dá)的工作特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：1 對(duì)容積式泵和馬達(dá)工作原理進(jìn)行闡述，對(duì)容積式泵和馬達(dá)的效率進(jìn)行計(jì)算;2 介紹幾種泵和馬達(dá)：齒輪泵及齒輪馬達(dá)、葉片泵及葉片馬達(dá)、柱塞泵及 柱塞馬達(dá)的根本結(jié)構(gòu)、工作原理與效率；3簡(jiǎn)介幾種泵和馬達(dá)的工作特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)難點(diǎn)：1. 泵馬達(dá)的根本原理及效率計(jì)算；2. 柱塞泵及柱塞馬達(dá)根本結(jié)構(gòu)與工作原理；3分析馬達(dá)產(chǎn)生輸出扭矩的方法。教學(xué)方法:課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來表示抽象概念，利用泵 和馬達(dá)的拆裝實(shí)驗(yàn)，了解液壓泵和馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握泵馬達(dá)的根本原理及效率計(jì)算， 了解葉片泵及葉片馬達(dá)、齒輪泵及 齒輪馬達(dá)的根本結(jié)構(gòu)與工

3、作原理，掌握柱塞泵及柱塞馬達(dá)根本結(jié)構(gòu)與工作原理， 掌握分析馬達(dá)產(chǎn)生輸出扭矩的方法。2.1液壓泵、馬達(dá)概述容積式泵、馬達(dá)的工作原理液壓泵和液壓馬達(dá)都是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。 液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能， 再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng) 中去，它是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源；液壓馬達(dá)那么將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能， 以扭 矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件。圖2.1容積泵的工作原理在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達(dá)都是容積式的，依靠容積變化進(jìn)行 工作。圖2.1為容積式泵的工作原理簡(jiǎn)圖，凸輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2在凸輪和彈簧 3的作用下，在缸體的柱塞孔內(nèi)

4、左、右往復(fù)移動(dòng)，缸體與柱塞之間構(gòu)成了容積可 變的密封工作腔4。柱塞向右移動(dòng)時(shí)，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過 吸油閥5吸入；柱塞2向左移動(dòng)時(shí)，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過壓油 閥6排到系統(tǒng)中去。在工作過程中。吸、排油閥 5、6在邏輯上互逆，不會(huì)同時(shí) 開啟。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。液壓馬達(dá)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入 壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。 但在實(shí)際中由于性能及結(jié)構(gòu)對(duì)稱性等要求不同， 一般情況下， 液壓泵和液壓馬達(dá) 不能互換。液壓泵按其在單位時(shí)間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵

5、和變量 泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式， 葉片式和柱塞式三大類； 液壓馬達(dá)也具有 相同的形式。根據(jù)工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油是液壓泵的共同特點(diǎn)， 因而這種泵 又稱為容積泵。構(gòu)成容積泵必須具備以下根本條件：11 結(jié)構(gòu)上能實(shí)現(xiàn)具有密封性能的可變工作容積。22 工作腔能周而復(fù)始地增大和減小； 當(dāng)它增大時(shí)與吸油口相連， 當(dāng)它減小時(shí)與排油口相通。33 吸油口與排油口不能溝通，即不能同時(shí)開啟。 從工作過程可以看出，在不考慮油漏的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸 入或排出的油液體積只取決于工作構(gòu)件的幾何尺寸， 如柱塞泵的柱塞直徑和工作 行程。在不考慮泄漏等影響時(shí)， 液壓泵單位時(shí)間排出的油液體積與泵密

6、封容積變化 頻率成正比， 也與泵密封容積的變化量成正比； 在不考慮液體的壓縮性時(shí)， 液壓 泵單位時(shí)間排出的液體體積與工作壓力無關(guān)。2.1.2 液壓泵、馬達(dá)的根本性能參數(shù) 液壓泵的根本性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、 排量、流量、功率和效率等。 工作壓力：指泵、馬達(dá)實(shí)際工作時(shí)的壓力，對(duì)泵來說，工作壓力是指它的輸 出壓力；對(duì)馬達(dá)來講， 那么是指它的輸入壓力。 實(shí)際工作壓力取決于相應(yīng)的外負(fù)載。額定壓力：泵、馬達(dá)在額定工況條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高 壓力，超過此值就是過載。排量：泵、馬達(dá)的軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔幾何體積變化所排出、吸入 液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)油液體積

7、的有效變化量。理論流量：在單位時(shí)間內(nèi)由其密封容腔幾何體積變化而排出、吸入的液體 體積。泵、馬達(dá)的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積。額定流量：指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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流量。 因?yàn)楸煤婉R達(dá)存在內(nèi)泄漏， 油液具有壓 縮性，所以額定流量和理論流量是不同的。功率和效率：液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量；如果不考慮液壓泵、馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，那么輸出功率 等于輸入功率，也就是它們的理論功率是：N = pq = 2叭 n 2 1式中：Tt,n 液壓泵、馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩N.m和轉(zhuǎn)速r/mi n。p,q 液壓泵、馬達(dá)的壓

8、力Pa和流量m3/s實(shí)際上，液壓泵和液壓馬達(dá)在能量轉(zhuǎn)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(jī)械 損失兩局部。容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失，對(duì)液壓泵來說，輸出壓力增大時(shí)，泵實(shí)際輸出的流量q減小。設(shè)泵的流量損失為 q，那么qt =q qi。而泵的容積損失可用容積效率v來表征qtq 7(2.2)對(duì)液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量q必然大于它的理論流量qt即q二qt qi，它的容積效率。機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。對(duì)液壓泵來說，泵的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為Tf，理論轉(zhuǎn)

9、矩為久，那么泵實(shí) 際輸入轉(zhuǎn)矩為T =Tt Tf，用機(jī)械效率m來表征泵的機(jī)械損失，那么TtTt1T(2.4)T小于理論轉(zhuǎn)矩Tt對(duì)于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失的存在，其實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩Tt，它的機(jī)械效率m為=1丄TtTtTt(2.5)液壓泵的總效率是其輸出功率和輸入功率之比，由式(2.1),式(2.2),式(2.4)可得(2.6)(2.1)、式液壓馬達(dá)的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比，可由式 (2.3)、式(2.5)得到與式(2.6)相同的表達(dá)式。這就是說，液壓泵或液壓馬達(dá)的總效 率都等于各自容積效率和機(jī)械效率的乘積。事實(shí)上，液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損

10、失有關(guān)，而泄漏及摩擦損失那么與泵、馬達(dá)的工作壓力、油液粘度、泵 和馬達(dá)轉(zhuǎn)速有關(guān)，為了更確切的表達(dá)效率與這些原始參數(shù)之間的關(guān)系，以無因次P壓力"vn為變量來表示液壓泵、馬達(dá)的效率。圖2.2給出了液壓泵、馬達(dá)無因次P壓力hn與效率之間的關(guān)系，其中：'，v分別為油液的密度和運(yùn)動(dòng)粘度，其余符 號(hào)意義同前，由圖可見，在不同的無因次壓力下，液壓泵和馬達(dá)的這些參數(shù)值相 似但不相同，而在不同的轉(zhuǎn)速和粘度下，液壓泵和液壓馬達(dá)的效率值也不同的， 可見液壓泵、馬達(dá)的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動(dòng)介質(zhì)均會(huì)影響使用效率。a)液壓泵b)液壓馬達(dá)圖2.2液壓泵、馬達(dá)的特性曲線返回本章目錄2.2齒輪泵齒輪泵是一種

11、常用的液壓泵，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對(duì)油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點(diǎn)是 流量和壓力脈動(dòng)大，噪聲大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備，冶 金設(shè)備，建筑機(jī)械，工程機(jī)械，農(nóng)林機(jī)械等各個(gè)行業(yè)。齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵 應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵那么多為輔助泵，下面分別介紹。外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖 2.3所示。泵主要由主、從動(dòng)齒輪，驅(qū) 動(dòng)軸，泵體及側(cè)板等主要零件構(gòu)成。 泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動(dòng)齒輪2和3與兩 端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點(diǎn)將左、右兩腔隔

12、開，形成了吸、 壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封工作腔 容積不斷增大，形成局部真空，油液在大氣壓力作用下從油箱經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油 腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。 左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進(jìn)入嚙合， 使 密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過 程。在齒輪泵的嚙合過程中，嚙合點(diǎn)沿嚙合線，把吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。圖2.3外嚙合齒輪泵的工作原理1-泵體；2.主動(dòng)齒輪;3-從動(dòng)齒輪齒輪泵的流量和脈動(dòng)率外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個(gè)嚙合齒輪的齒谷容積之和，假設(shè)假設(shè)齒谷容積等于輪齒體積，那么當(dāng)齒輪齒數(shù)為 z，模數(shù)為m，節(jié)圓直經(jīng)為d，有效齒高

13、 為h，齒寬為b時(shí)，根據(jù)齒輪參數(shù)計(jì)算公式有d = mz，h = 2m，齒輪泵的排量近 似為2V =dhb =2兀zm b 2.7實(shí)際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此，在實(shí)際計(jì)算中用3.333.50來代替上式中二值，齒數(shù)少時(shí)取大值。齒輪泵的排量為2(2.8)V =(6.667)zm b由此得齒輪泵的輸出流量為2q =(6.66 7)zm(2.9)實(shí)際上，由于齒輪泵在工作過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動(dòng)， 瞬時(shí)流量也是脈動(dòng)的。流量脈動(dòng)會(huì)直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動(dòng)， 使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。如果脈動(dòng)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致， 還將引起共 振，加劇振

14、動(dòng)和噪聲。假設(shè)用qmax、qmin來表示最大、最小瞬時(shí)流量，q。表示平均 流量，那么流量脈動(dòng)率為一 qmax qm in(J =q0( 2.10)它是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。在容積式泵中，齒輪泵的流量 脈動(dòng)最大，并且齒數(shù)愈少，脈動(dòng)率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個(gè)弱點(diǎn)。齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖2.4所示，齒輪泵因受其自身結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)性能上其有以下特征。困油的現(xiàn)象齒輪泵要平穩(wěn)地工作，齒輪嚙合時(shí)的重疊系數(shù)必須大于1,即至少有一對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此，在工作過程中，就有一局部油液困在兩對(duì)輪齒嚙合時(shí) 所形成的封閉油腔之內(nèi)，如圖2.5所示，這個(gè)密封容積的大小隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而變化。 圖2.5(a

15、)到2.5(b)，密封容積逐漸減小；圖2.5(b)到2.5(c)，密封容積逐漸增大； 圖2.5( c)到2.5 (d)密封容積又會(huì)減小，如此產(chǎn)生了密封容積周期性的增大減 小。受困油液受到擠壓而產(chǎn)生瞬間高壓，密封容腔的受困油液假設(shè)無油道與排油口 相通，油液將從縫隙中被擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等零件也受到附加沖擊載荷 的作用；假設(shè)密封容積增大時(shí)，無油液的補(bǔ)充，又會(huì)造成局部真空，使溶于油液中 的氣體別離出來，產(chǎn)生氣穴，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。困油現(xiàn)象使齒輪泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，并引起振動(dòng)和汽蝕，同時(shí)降低泵的容積 效率，影響工作的平穩(wěn)性和使用壽命。消除困油的方法，通常是在兩端蓋板上開 卸槽，見圖2.5(d

16、)中的虛線方框。當(dāng)封閉容積減小時(shí)，通過右邊的卸菏槽與壓 油腔相通，而封閉容積增大時(shí)，通過左邊的卸荷槽與吸油腔通， 兩卸荷糟的間距 必須確保在任何時(shí)候都不使吸、排油相通。圖2.5齒輪泵的困油現(xiàn)象及消除措施223.2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(zhuǎn)的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用，工作 壓力越高，徑向不平衡力越大，徑向不平衡力很大時(shí)，能使泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂 壓向定子的低壓端，使定子偏磨，同時(shí)也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。 為了減小徑向不平衡力的影響，常采取縮小壓油口的方法，使壓油腔的壓力僅作 用在一個(gè)齒到兩個(gè)齒的

17、范圍內(nèi)，同時(shí)，適當(dāng)增大徑向間隙，使齒頂不與定子內(nèi)表 面產(chǎn)生金屬接觸，并在支撐上多采用滾針軸承或滑動(dòng)軸承。齒輪泵的泄漏通道及端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償在液壓泵中，運(yùn)動(dòng)件間的密封是靠微小間隙密封的，這些微小間隙從運(yùn)動(dòng)學(xué)上形成摩擦副，同時(shí)，高壓腔的油液通過間隙向低壓腔的泄漏是不可防止的；齒輪泵壓油腔的壓力油可通過三條途經(jīng)泄漏到吸油腔去：一是通過齒輪嚙合線處的 間隙一一齒側(cè)間隙，二是通過泵體定子環(huán)內(nèi)孔和齒頂間的徑向間隙一一齒頂間隙，三是通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙 一一端面間隙。在這三類間隙中，端面 間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油就愈多。因此，為了提高齒 輪泵的壓力和容積效率，實(shí)現(xiàn)齒輪泵的高壓

18、化，需要從結(jié)構(gòu)上來取措施，對(duì)端面 間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。通常采用的自動(dòng)補(bǔ)償端面間隙裝置有：浮動(dòng)軸套式和彈性側(cè)板式兩種，其原理都是引入壓力油使軸套或側(cè)板緊貼在齒輪端面上，壓力愈高，間隙愈小，可自動(dòng)補(bǔ)償端面磨損和減小間隙。齒輪泵的浮動(dòng)軸套是浮動(dòng)安裝的，軸套外側(cè)的空腔 與泵的壓油腔相通，當(dāng)泵工作時(shí)，浮動(dòng)軸套受油壓的作用而壓向齒輪端面， 將齒 輪兩側(cè)面壓緊，從而補(bǔ)償了端面間隙。224內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種，其結(jié)構(gòu)示意可見圖2.6。這兩種內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理和主要特點(diǎn)皆同于外嚙合齒輪泵。在漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪之間要裝一塊月牙隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開， 如

19、圖2.6(a)；擺線齒形嚙合齒輪泵又稱擺線轉(zhuǎn)子泵，在這種泵中，小齒輪和內(nèi) 齒輪只相差一齒，因而不需設(shè)置隔板，如圖 2.6 (b)。內(nèi)嚙合齒輪泵中的小齒輪 是主動(dòng)輪，大齒輪為從動(dòng)輪，在工作時(shí)大齒輪隨小齒輪同向旋轉(zhuǎn)。圖2.6內(nèi)嚙合齒輪泵1-吸油腔，2.壓油腔，3-隔板內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，在高轉(zhuǎn)速 工作時(shí)有較高的容積效率。但在低速、高壓下工作時(shí)，壓力脈動(dòng)大，容積效率低,所以一般用于中、低壓系統(tǒng)。在閉式系統(tǒng)中，常用這種泵作為補(bǔ)油泵。內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點(diǎn)是齒形復(fù)雜，加工困難，價(jià)格較貴，且不適合高速高壓工況。返回本章目錄2.3葉片泵葉片泵有單作用式和雙用式兩大類，它輸出

20、流量均勻，脈動(dòng)小，噪聲小，但 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)油液的污染比擬敏感。單作用葉片泵工作原理圖2.7為單作用葉片泵的工作原理，泵由轉(zhuǎn)2、定子3、葉片4和配流盤等件 組成。定子的內(nèi)外表是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心， 葉片在轉(zhuǎn)子的 槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(nèi)外表上，于是，兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個(gè)密 封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖右側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔容 積逐漸增大，產(chǎn)生真空，油液通過吸油口 5、配油盤上的吸油窗口進(jìn)入密封工作 腔；而在圖的左側(cè)，葉片往里縮進(jìn)，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油液排 往配油盤排

21、油窗口，經(jīng)排油口 1被輸送到系統(tǒng)中去。這種泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程 中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。從力學(xué)上講，轉(zhuǎn)子上受有單方向的 液壓不平衡作用力，故又稱非平衡式泵，其軸承負(fù)載大。假設(shè)改變定子和轉(zhuǎn)子間的 偏心距的大小，便可改變泵的排量，形成變量葉片泵。圖2.7單作用葉片泵工作原理1-壓油口 ;2.轉(zhuǎn)子;3-定子;4-葉片;5-吸油口單作用葉片泵的平均流量計(jì)算單作用葉片泵的平均流量可以用圖解法近似求出，圖2.8為單作用葉片泵平均流量計(jì)算原理圖。假定兩葉片正好位于過渡區(qū)ab位置，此時(shí)兩葉片間的空間容積為最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿圖示方向旋轉(zhuǎn) 二弧度，轉(zhuǎn)到定子cd位置時(shí)，兩葉片間排 出容積為 V的油液；當(dāng)

22、兩葉從cd位置沿圖示方向再旋轉(zhuǎn) 二弧度，回到ab位置 時(shí)，兩葉片間又吸滿了容積為 V的油液。由此可見，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，兩葉片間 排出油液容積為2。當(dāng)泵有z個(gè)葉片時(shí)。就排出z塊與厶V相等的油液容積，假設(shè)R e，環(huán)形的小2.11將各塊容積加起來，就可以近似為環(huán)形體積，環(huán)形的大半經(jīng)為 半徑為R-e,因此，單作用葉片油泵的理論排量為V = :(R e)2 -(R-e)2B =4二 ReBq =Vn 二 4- Re Bn v單作用葉片泵的流量為2.12圖2.8單作用葉片泵的流量計(jì)算原理。1-轉(zhuǎn)子中心；r-轉(zhuǎn)子半徑；。2 -定子中心；R-定子半徑；e-偏心距；B-轉(zhuǎn)子寬度單作用葉片泵的葉片底部小油室和工作油

23、腔相通。當(dāng)葉片處于吸油腔時(shí)，它 和吸油腔相通，也參加吸油，當(dāng)葉片處于壓油腔時(shí)，它和壓油腔相通，也向外壓 油，葉片底部的吸油和排油作用，正好補(bǔ)償了工作油腔中葉片所占的體積，因此葉片對(duì)容積的影響可不考慮。單作用葉片泵和變量原理就變量葉片泵的變量工作原理來分，有內(nèi)反應(yīng)式和外反應(yīng)式兩種。(1)限壓式內(nèi)反應(yīng)變量葉片泵內(nèi)反應(yīng)式變量泵操縱力來自泵本身的排油壓力，內(nèi)反應(yīng)式變量葉片泵配流盤的吸，排油窗口的布置如圖 2.9。由于存在偏角二，排油壓力對(duì)定子環(huán)的作用力可以分解為垂直于軸線0。1的分力F1及與之平行的調(diào)節(jié)分力F2,調(diào)節(jié)分力F2與 調(diào)節(jié)彈簧的壓縮恢復(fù)力、定子運(yùn)動(dòng)的摩擦力及定子運(yùn)動(dòng)的慣性力相平衡。定子相對(duì)于

24、轉(zhuǎn)子的偏心距、泵的排量大小可由力的相對(duì)平衡來決定， 變量特性曲線如圖 2.10所示。圖2.9變量原理圖2.10變量特特性曲線1-最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2.彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3-葉片；4-轉(zhuǎn)子；5-定子 當(dāng)泵的工作壓力所形成的調(diào)節(jié)分力 F2小于彈簧預(yù)緊力時(shí)，泵的定子環(huán)對(duì)轉(zhuǎn) 子的偏心距保持在最大值，不隨工作壓力的變化而變，由于泄漏，泵的實(shí)際輸出 流量隨其壓力增加而稍有下降，如圖2.10中AB;當(dāng)泵的工作壓力超過Pb值后, 調(diào)節(jié)分力F2大于彈簧預(yù)緊力，隨工作壓力的增加，力 F2增加，使定子環(huán)向減小偏心距的方向移動(dòng)，泵的排量開始下降。當(dāng)工作壓力到達(dá)PC時(shí)，與定子環(huán)的偏心量對(duì)應(yīng)的泵的理論流量等于它的泄漏

25、量， 泵的實(shí)際排出流量為零，此時(shí)泵的輸出壓力為最大改變調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力可以改變泵的特性曲線，增加調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力使Pb點(diǎn)向右移，BC線那么平行右移。更換調(diào)節(jié)彈簧，改變其彈簧剛度，可改變 BC 段的斜率，調(diào)節(jié)彈簧剛度增加，BC線變平坦，調(diào)節(jié)彈簧剛度減弱，BC線變徒。 調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)螺釘，可以調(diào)節(jié)曲線 A點(diǎn)在縱座標(biāo)上的位置。內(nèi)反應(yīng)式變量泵利用泵本身的排出壓力和流量推動(dòng)變量機(jī)構(gòu)，在泵的理論排量接近零工況時(shí)，泵的輸出流量為零，因此便不可能繼續(xù)推動(dòng)變量機(jī)構(gòu)來使泵的 流量反向，所以內(nèi)饋式變量泵僅能用于單向變量。2限壓式外反應(yīng)變量葉片泵圖2.11為外反應(yīng)限壓式變量葉片泵的工作原理，它能根據(jù)泵出口負(fù)載壓力的

26、 大小自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的排量。圖中轉(zhuǎn)子1的中心是固定不動(dòng)的，定子3可沿滑塊滾針 軸承4左右移動(dòng)。定子右邊有反應(yīng)柱塞 5,它的油腔與泵的壓油腔相通。設(shè)反應(yīng) 柱塞的受壓面積為A，那么作用在定子上的反應(yīng)力pA小于作用在定子上的彈簧力Fx時(shí)，彈簧2把定子推向最右邊，柱塞和流量調(diào)節(jié)螺釘 6用以調(diào)節(jié)泵的原始偏心，進(jìn)而調(diào)節(jié)流量，此時(shí)偏心到達(dá)預(yù)調(diào)值，泵的輸出流量最大。當(dāng)泵的壓力升高到pAx>Fx時(shí)，反應(yīng)力克服彈簧預(yù)緊力，推定子左移距離 x，偏心減小， 泵輸出流量隨之減小。壓力愈高，偏心愈小，輸出流量也愈小。當(dāng)壓力到達(dá)使泵 的偏心所產(chǎn)生的流量全部用于補(bǔ)償泄漏時(shí)， 泵的輸出流量為零，不管外負(fù)載再怎 樣加大，泵的輸

27、出壓力不會(huì)再升高，所以這種泵被稱為外反應(yīng)限壓式變量葉片泵。圖2.11外反應(yīng)限壓式變量葉片泵1-轉(zhuǎn)子；2彈簧；3-定子；4-滑塊滾針支承；5-反應(yīng)柱塞；6-流量調(diào)節(jié)螺釘 下面對(duì)外反應(yīng)限壓式變量葉片泵的變量特性分析如下：設(shè)泵轉(zhuǎn)子和定子間的最大偏心距為emax，此時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量為X。，彈簧剛度為kx，泵的偏心預(yù)調(diào)值為e0，當(dāng)壓力逐漸增大，使定子開始移動(dòng)時(shí)壓力為p0，那么有(2.13)p0Ax kx (x0 ' emax - e。)當(dāng)泵壓力為p時(shí)，定子移動(dòng)了 x距離，也即彈簧壓縮量增加 x，這時(shí)的偏心量為(2.14)如忽略泵在滑塊滾針支承出的摩擦力 Ff，泵定子的受力方程為PoAx 二 kx

28、(x° emax -e。x)( 2.15)由此2.13得;Po = a (x0 ' emax e0)(2.16)Ax泵的實(shí)際輸出流量為q 二 kqe-kip(2.17)式中：kq 泵的流量增益;kl 泵的泄漏系數(shù)。當(dāng)pAx<Fx時(shí)，定子處于最右端位置，彈簧的總壓縮量等于其預(yù)壓縮量 ，定子偏心量為e0，泵的流量為q =kqe。-人 p(2.18)而當(dāng)Pak>Fx時(shí)，定子左移，泵的流量減小。由式2.14；式2.15式2.17kqkx k|q = kqx。 emaxAx -pkxkq 2.19外反應(yīng)限壓式變量葉片泵的靜態(tài)特性曲線參見圖2.10，不變量的AB段與式2.18

29、相對(duì)應(yīng)，壓力增加時(shí)，實(shí)際輸出流量因壓差泄漏而減少；BC段是泵的變量段，與式2.19相對(duì)應(yīng)，這一區(qū)段內(nèi)泵的實(shí)際流量隨著壓力增大而迅速下降，葉片泵處變量泵工況，B點(diǎn)叫做曲線的拐點(diǎn)，拐點(diǎn)處的壓力 Pb二po值主要由彈簧預(yù)緊力確定，并可以由式2.16算出。限壓式變量葉片泵對(duì)既要實(shí)現(xiàn)快速行程，又要實(shí)現(xiàn)保壓和工作進(jìn)給的執(zhí)行元 件來說是一種適宜的油源；快速行程需要大的流量，負(fù)載壓力較低，正好使用其 AB段曲線局部；保壓和工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載壓力升高，需要流量減小，正好使用其 BC段曲線局部。雙作用葉片泵工作原理圖2.12為雙作用葉片泵的工作原理圖，它的作用原理和單作用葉片泵相似， 不同之處只在于定子內(nèi)外表是由兩段

30、長(zhǎng)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(zhuǎn)子是同心的，在圖 2.12中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。這 種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱為雙 作用葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子上的壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。圖2.12雙作用葉片泵工作原理1-定子；2壓油口； 3-轉(zhuǎn)子；4-葉片；5-吸油口雙作用葉片泵的平均流量計(jì)算；雙作用葉片泵平均流量的計(jì)算方法和單作用葉片泵相同，也可以近

31、似化為環(huán)形體積來計(jì)算。圖2.13為雙作用葉片泵平均流量計(jì)算原理圖。當(dāng)兩葉片從a，b位置轉(zhuǎn)c, d位置時(shí)，排出容積為 M的油液，從c, d轉(zhuǎn)到e，f時(shí)，吸進(jìn)了容積為M的油液。從e, f轉(zhuǎn)到g, h時(shí)又排出了容積為M的油液；再從g, h轉(zhuǎn)回到 a, b時(shí)又吸進(jìn)了容積為M的油液。這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，兩葉片間吸油兩次，排油 兩次，每次容積為M，當(dāng)葉片數(shù)為Z時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周。所有葉片的排量為 2Z個(gè) M容積，假設(shè)不計(jì)葉片幾何尺度，此值正好為環(huán)行體積的兩倍。所以，雙作用葉 片泵的理論排量為2 2(2.20)V =2二R -r B式中 ：R 定子長(zhǎng)半徑；r 定子短半徑；B 轉(zhuǎn)子厚度。q =2：(R2 _r2)Bn

32、 v雙作用葉片泵的平均實(shí)際流量為(2.21)圖2.13雙作用葉片泵平均流量計(jì)算原理式2.21是不考慮葉片幾何尺度時(shí)的平均流量計(jì)算公式。一般雙作用葉片 泵，在葉片底部都通以壓力油，并且在設(shè)計(jì)中保證咼、低壓腔葉片底部總?cè)莘e變 化為零，也就是說葉片底部容積不參加泵的吸油和排油。因此在排油腔，葉片縮進(jìn)轉(zhuǎn)子槽的容積變化，對(duì)泵的流量有影響，在精確計(jì)算葉片泵的平均流量時(shí)， 還 應(yīng)該考慮葉片容積對(duì)流量的影響。每轉(zhuǎn)不參加排油的葉片總?cè)莘e為V 一 2(R-r) b cosBbz(2.22)式中b 葉片厚度；z 葉片數(shù)；'葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子半徑的傾角;那么雙作用葉片泵精確流量計(jì)算公式為q = 2二R2 -r2衛(wèi)

33、bzBn vcos©2.23對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的雙作用葉片泵，如雙葉片結(jié)構(gòu)、帶彈簧式葉片泵，其葉片底 部和單作用葉片泵一樣也參加泵的吸油和排油，其平均流量計(jì)算方法仍采用式2.21。2.323葉片泵的高壓化趨勢(shì)隨著技術(shù)的開展，經(jīng)不斷改良，雙作用葉片的最高工作壓力已達(dá)成 2030MPa；這是因?yàn)殡p作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向力根本上是平衡的，因此不像 高壓齒輪泵和單作用葉片泵那樣，工作壓力的提高會(huì)受到徑向承載能力的限制。 葉片泵采浮動(dòng)配流盤對(duì)端面間隙進(jìn)行補(bǔ)償后，泵在高壓下也能保持較高的容積效 率，葉片泵工作壓力提高的主要限制條件是葉片和定子內(nèi)外表的磨損，為了解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油

34、區(qū)葉片對(duì)定子內(nèi)外表的 壓緊力，目前采取的主要結(jié)構(gòu)措施有以下幾種。1雙葉片結(jié)構(gòu)如圖2.14所示，各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)經(jīng)過倒角的葉片。 葉片底部不和高壓油 腔相通，兩葉片的倒角局部構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，因而作用在葉片底、頭部的油壓力相等，合理設(shè)計(jì)葉片頭部的形狀，使葉片頭部承壓面積略 小于葉片底部承壓面積。這個(gè)承壓面積的差值就形成葉片對(duì)定子內(nèi)外表的接觸 力。也就是說，這個(gè)推力是能夠通過葉片頭部的形狀來控制的，以便既保證葉片與定子緊密接觸，又不致于使接觸應(yīng)力過大。同時(shí)，槽內(nèi)兩個(gè)葉片可以相互滑動(dòng)， 以保證在任何位置，兩個(gè)葉片的頭部和定子內(nèi)外表緊密接觸。2彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)；與雙葉片結(jié)構(gòu)類似的還有

35、彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)。 如圖2.15所示，葉片在頭部及 兩側(cè)開有半圓型槽，在葉片的底面上開有三個(gè)彈簧孔。通過葉片頭部和底部相連 的小孔及側(cè)面的半圓槽使葉片底面與頭部溝通，這樣，葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)， 頭部和底部的壓力完全平衡。葉片和定子內(nèi)外表的接觸壓力僅為葉片的離心力， 慣性力和彈簧力，故接觸力較小。不過，彈簧在工作過程中頻繁受交變壓縮，易 引起疲勞損壞，但這種結(jié)構(gòu)可以原封不動(dòng)地作為油馬達(dá)使用，這是其它葉片泵結(jié) 構(gòu)所不具備的。圖2.14雙葉片結(jié)構(gòu)原理圖2.15彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)(3) 母子葉片結(jié)構(gòu)；如圖2.16所示，在轉(zhuǎn)子葉片槽中裝有母葉片和子葉片，母、子葉片能自由地相對(duì)滑動(dòng)，為了使母葉片和定子的接

36、觸壓力適當(dāng)，須正確選擇子葉片和母葉片的 寬度尺寸之比。轉(zhuǎn)子上的壓力平衡孔使母葉片的頭部和底部液壓力相等，泵的排油壓力經(jīng)過配流盤，轉(zhuǎn)子槽通到母、子葉片之間的中間壓力腔，如不考慮離心力， 慣性力，由圖2.16可知，葉片作用在定子上的力為F =bt(p2 - pj( 2.24)上式符號(hào)的意義見圖2.16,在吸油區(qū)，5 =0，那么F = P2tb ;在排油區(qū)，卩計(jì)P2， 故F =0。由此可見，只要適當(dāng)?shù)剡x擇t和b的大小，就能控制接觸應(yīng)力，一般 取子葉片的寬度b為母葉片寬度的1/31/4。在排油區(qū)F = 0，葉片僅靠離心力與定子接觸。為防止葉片的脫空，在聯(lián)通 中間壓力腔的油道上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓?jié)流阻尼，使葉片

37、運(yùn)動(dòng)時(shí)中間油腔的壓力高于作用在母葉片頭部的壓力，保證葉片在排油區(qū)時(shí)與定子緊密貼合。(4) 階梯葉片結(jié)構(gòu)如圖2.17所示，葉片做階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相應(yīng)的形狀。 它們 之間的中間油腔經(jīng)配流盤上的槽與壓力油相通，轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭 部的壓力油引入葉片底部，與母子葉片結(jié)構(gòu)相似，在壓力油引入中間油腔之前， 設(shè)置節(jié)流阻尼，使葉片向內(nèi)縮進(jìn)時(shí)，此腔保持足夠的壓力，保證葉片緊貼定子內(nèi) 外表。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀較為復(fù)雜，加工工藝性較差，應(yīng)用較少。圖2.16母子葉片結(jié)構(gòu)圖2.17階梯葉片結(jié)構(gòu)1-定子；2.轉(zhuǎn)子；3-中間油腔；4-壓力平衡油道單雙葉片泵的特點(diǎn)比擬單作用葉片的特點(diǎn)存在困油現(xiàn)

38、象配流盤的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角，而單作用葉 片泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此，當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時(shí), 會(huì)產(chǎn)生與齒輪泵相類似的困油現(xiàn)象，通常，通過配流盤排油窗口邊緣開三角卸荷槽的方法來消除困油現(xiàn)象。(2) (2)葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜葉片僅靠離心力緊貼定子外表，考慮到葉片上還受哥氏力和摩擦力的作用， 為了使葉片所受的合力與葉片的滑動(dòng)方向一致，保證葉片更容易的從葉片槽滑出，葉片槽常加工成沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜。(3) (3)葉片根部的容積不影響泵的流量由于葉片頭部和底部同時(shí)處在排油區(qū)或吸油區(qū)中，所以葉片厚度對(duì)泵的流量沒有多大影響。(4) (4)轉(zhuǎn)子承受徑向液壓

39、力單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負(fù)荷較大。這使泵的工作壓 力和排量的提高均受到限制。雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；(1) 定子過度曲線定子內(nèi)外表的曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成，泵的動(dòng)力學(xué)特性很大程度上受過渡曲線的影響。理想的過渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動(dòng)時(shí)的徑向速度 變化均勻，而且應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧段交接點(diǎn)處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲，同時(shí)，還應(yīng)使泵的瞬時(shí)流量的脈動(dòng)最小。(2) 葉片安放角；設(shè)置葉片安放角有利于葉片在槽內(nèi)滑動(dòng)，為了保證葉片順利的從葉片槽滑 出，減小葉片的壓力角，根據(jù)過渡曲線的動(dòng)力學(xué)特性，雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片 槽常做成沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個(gè)安放角 二，

40、當(dāng)葉片有安放角時(shí)，葉片泵就不允 許反轉(zhuǎn)。(3) 端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償為了提高壓力，減少端面泄漏，采取的間隙自動(dòng)補(bǔ)償措施是將配流盤的外側(cè) 與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向轉(zhuǎn)子。 泵的工作壓力愈高，配流 盤就會(huì)愈加貼緊轉(zhuǎn)子，對(duì)轉(zhuǎn)子端面間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。返回本章目錄2.4柱塞泵柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油 和排油的。由于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱外表，滑動(dòng)外表配合精度高，所以這類泵的特點(diǎn)是泄漏小，容積效率高，可以在高壓下工作。斜盤式軸向柱塞泵軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類， 圖2.18為斜盤式軸向柱塞泵的工 作原理。泵由斜盤1、柱塞2、缸體3、配油盤4等

41、主要零件組成，斜盤1和配 油盤4是不動(dòng)的，傳動(dòng)軸5帶動(dòng)缸體3,柱塞2 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞2靠機(jī)械裝置或 在低壓油作用壓緊在斜盤上。當(dāng)傳動(dòng)軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2在其沿斜盤自 下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加， 產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配油盤4上的配油窗口 a吸入；柱塞在其自上而下 回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配油盤窗 口 b向外排出，缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油動(dòng)作。改 變斜盤的傾角，就可以改變密封工作容積的有效變化量，實(shí)現(xiàn)泵的變量。圖2.18斜盤式軸向柱塞泵的工作原理1-斜盤；2.柱塞；3-缸體；4-配

42、流盤；5-傳動(dòng)軸；a-吸油窗口； b-壓油窗口；斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量如圖2.18，假設(shè)柱塞數(shù)目為z，柱塞直徑為d，柱塞孔分布圓直徑為D，斜盤 傾角為，那么泵的排量為Vd 2zDtg4 2.25那么泵的輸出流量為q d 2zDn vtg4 2.26實(shí)際上，柱塞泵的排量是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，其輸出流量是脈動(dòng)的，就柱塞數(shù)而言， 柱塞數(shù)為奇數(shù)時(shí)的脈動(dòng)率比偶數(shù)柱塞小，且柱塞數(shù)越多，脈動(dòng)越小，故柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)。從結(jié)構(gòu)工藝性和脈動(dòng)率綜合考慮，常取Z=7或Z=9。斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1端面間隙的自動(dòng)補(bǔ)償由圖2.18可見，使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機(jī)械裝置或彈簧作為預(yù) 密封的推力外，還有柱

43、塞孔底部臺(tái)階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得 多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。 由于缸體始終受液壓力緊貼著配流盤， 就 使端面間隙得到了自動(dòng)補(bǔ)償。2滑靴的靜壓支撐結(jié)構(gòu)在斜盤式軸向柱塞泵中，假設(shè)各柱塞以球形頭部直接接觸斜盤而滑動(dòng)，這種泵 稱為點(diǎn)接觸式軸向柱塞泵。點(diǎn)接觸式軸向柱塞泵在工作時(shí)，由于柱塞球頭與斜盤 平面理論上為點(diǎn)接觸，因而接觸應(yīng)力大，極易磨損。一般軸向柱塞泵都在柱塞頭 部裝一滑靴，如圖2.19所示，滑靴是按靜壓軸承原理設(shè)計(jì)的，缸體中的壓力油 經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室， 使滑靴和斜盤間形成液體潤(rùn)滑，改善了柱 塞頭部和斜盤的接觸情況。有利于提高軸向柱塞泵的壓力和其它參數(shù)，

44、使其在高 壓、高速下工作。圖2.19滑靴的靜壓支承原理3變量機(jī)構(gòu)在斜盤式軸向柱塞泵中，通過改變斜盤傾角 的大小就可調(diào)節(jié)泵的排量，變 量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，這里以手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)為例說明變量機(jī)構(gòu)的 工作原理。如圖2.20是手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該機(jī)構(gòu)由缸筒1,活塞2和伺服閥組成。 活塞2的內(nèi)腔構(gòu)成了伺服閥的閥體，并有 c、d和e三個(gè)孔道分別溝通缸筒1下 腔a、上腔b和油箱。泵上的斜盤4通過撥叉機(jī)構(gòu)與活塞2下端鉸接，利用活塞 2的上下移動(dòng)來改變斜盤傾角 。當(dāng)用手柄使伺服閥芯3向下移動(dòng)時(shí)，上面的閥 口翻開，a腔中的壓力油經(jīng)孔道c通向b腔，活塞因上腔有效面積大于下腔的有效面積而移動(dòng)，活塞2移動(dòng)

45、時(shí)又使伺服閥上的閥口關(guān)閉，最終使活塞2自身停止運(yùn)動(dòng)。同理，當(dāng)手柄使伺服閥芯 3向上移動(dòng)時(shí)，下面的閥口大開，b和e接通油 箱，活塞2在a腔壓力油的作用下向上移動(dòng)，并在該閥口關(guān)閉時(shí)自行停止運(yùn)動(dòng)。變量控制機(jī)構(gòu)就是這樣依照伺服閥的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)其控制的圖2.20手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)圖斜軸式軸向柱塞泵圖2.21為斜軸式軸向柱塞泵的工作原理圖。傳動(dòng)軸5的軸線相對(duì)于缸體3有傾角，柱塞2與傳動(dòng)軸圓盤之間用相互鉸接的連桿 4相連。當(dāng)傳動(dòng)軸5沿圖 示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿4就帶動(dòng)柱塞2連同缸體3 一起繞缸體軸線旋轉(zhuǎn)，柱塞 2 同時(shí)也在缸體的柱塞孔內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使柱塞孔底部的密封腔容積不斷發(fā)生增大 和縮小的變化，通過配流盤1上的

46、窗口 a和b實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。與斜盤式泵相比擬，斜軸式泵由于缸體所受的不平衡徑向力較小，故結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高可以有較高的設(shè)計(jì)參數(shù)，其缸體軸線與驅(qū)動(dòng)軸的夾角較大，變量范圍較大；但外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。目前，斜軸式軸向柱塞泵的使用相當(dāng)廣泛。在變量形式上，斜盤式軸向柱塞泵靠斜盤擺動(dòng)變量，斜軸式軸向柱塞泵那么為 擺缸變量，因此，后者的變量系統(tǒng)的響應(yīng)較慢。關(guān)于斜軸泵的排量和流量可參照 斜盤式泵的計(jì)算方法計(jì)算。圖2.21斜軸式軸向柱塞泵的工作原理圖1-流盤；2.柱塞；3-缸體；4-連桿；5-傳動(dòng)軸；a-吸油窗口； b-壓油窗口；徑向柱塞泵圖2.22是徑向柱塞泵的工作原理圖，由圖可見，徑向柱塞泵的柱塞徑向布置

47、 在缸體上，在轉(zhuǎn)子2上徑向均勻分布著數(shù)個(gè)柱塞孔，孔中裝有柱塞 5;轉(zhuǎn)子2的 中心與定子1的中心之間有一個(gè)偏心量e。在固定不動(dòng)的配流軸3上，相對(duì)于柱 塞孔的部位有相互隔開的上下兩個(gè)配流窗口， 該配流窗口又分別通過所在部位的 二個(gè)軸向孔與泵的吸、排油口連通。當(dāng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞5在離心力及機(jī)械回 程力作用下，它的頭部與定子1的內(nèi)外表緊緊接觸，由于轉(zhuǎn)子2與定子1存在偏 心,所以柱塞5在隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又在柱塞孔內(nèi)作徑向往復(fù)滑動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子2按圖 示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，上半周的柱塞皆往外滑動(dòng)，柱塞孔的密封容積增大，通過軸 向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑動(dòng)，柱塞孔內(nèi)的密封工作容積縮小， 通過配流 盤向外排油。當(dāng)移

48、動(dòng)定子，改變偏心量e的大小時(shí)，泵的排量就發(fā)生改變；當(dāng)移動(dòng)定子使 偏心量從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，泵的吸、排油口就互相調(diào)換，因此，徑向柱塞泵可以 是單向或雙向變量泵，為了流量脈動(dòng)率盡可能小，通常采用奇數(shù)柱塞數(shù)。徑向柱塞泵的徑向尺寸大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差，并且配流軸受到徑向 不平衡液壓力的作用，易于磨損，這些都限制了它的速度和壓力的提高。 最近發(fā) 展起來的帶滑靴連桿一柱塞組件的非點(diǎn)接觸徑向柱塞泵，改變了這一狀況，出現(xiàn) 了低噪聲，耐沖擊的高性能徑向柱容泵，并在鑿巖、冶金機(jī)械等領(lǐng)域獲得應(yīng)用， 代表了徑向柱塞泵開展的趨勢(shì)。徑向泵的流量可參照軸向柱塞泵和單作用葉片泵 的計(jì)算方法計(jì)算。泵的平均排量為Vd 2 2

49、ez =42j2ez2.27泵的輸出流量：2-qd ezn v22.28圖2.22徑向柱塞泵的工作原理圖1-定子；2.轉(zhuǎn)子；3-配流軸；4-出襯套；5-柱塞；a-吸油腔；b-壓油腔； 返回本章目錄2.5液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上根本相同，并且也是靠密封容積的變化進(jìn)行工作 的。常見的液馬達(dá)也有齒輪式，葉片式和柱塞式等幾種主要形式； 從轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范 圍分，可有高速馬達(dá)和低速大扭矩馬達(dá)之分。馬達(dá)和泵在工作原理上是互逆的， 當(dāng)向泵輸入壓力油時(shí)，其軸輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就成為馬達(dá)。 但由于二者的任務(wù)和要 求有所不同，故在實(shí)際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。 下面首先對(duì)液壓馬達(dá)的 主要性能參數(shù)作一介紹。液壓馬

50、達(dá)的主要性能參數(shù)1工作壓力和額定壓力馬達(dá)入口油液的實(shí)際壓力稱為馬達(dá)的工作壓力， 馬達(dá)入口壓力和出口壓力的 差值稱為馬達(dá)的工作壓差。在馬達(dá)出口直接接油箱的情況下，為便于定性分析問 題，通常近似認(rèn)為馬達(dá)的工作壓力等于工作壓差。馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為馬達(dá)的額 定壓力。馬達(dá)的額定壓力亦受泄漏和零件強(qiáng)度的制約，超過此值時(shí)就會(huì)過載。2流量和排量馬達(dá)入口處的流量稱為馬達(dá)的實(shí)際流量。馬達(dá)密封腔容積變化所需要的流量 稱為馬達(dá)的理論流量。實(shí)際流量和理論流量之差即為馬達(dá)的泄漏量馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達(dá)的 排量。(3) 容積效率和轉(zhuǎn)速因馬達(dá)實(shí)

51、際存在泄漏，由實(shí)際流量 q計(jì)算轉(zhuǎn)速n時(shí)，應(yīng)考慮馬達(dá)的容積效率v。當(dāng)液壓馬達(dá)的泄漏流量為q ,馬達(dá)的實(shí)際流量為q二qqi，那么液壓馬達(dá)的 容積效率為(2.29)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量 q與排量v的比值，即n亠V V(2.30)(4) 轉(zhuǎn)矩和機(jī)械效率因馬達(dá)實(shí)際存在機(jī)械摩擦，故實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機(jī)械效率。假設(shè)液壓馬達(dá)的Tt轉(zhuǎn)矩?fù)p失為Tf，馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩為T二Tt -Tf，那么液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為(2.31)設(shè)馬達(dá)的出口壓力為零，入口工作壓力為p,排量為V，那么馬達(dá)的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達(dá)形式，即(2.32)-PV馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩為(2.33)(5) 功率和總效率;馬達(dá)的輸入功率為(2.3

52、4)馬達(dá)的輸出功率為N。=2 二 nT(2.35)馬達(dá)的總效率為(2.36)由上式可見，液壓馬達(dá)的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機(jī)械效率與容 積效率的乘積。圖2.23是液壓馬達(dá)的特性曲線。圖2.23液壓馬達(dá)的特性曲線。高速液壓馬達(dá)一般來說，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的馬達(dá)屬于高速馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的馬達(dá)屬于低速馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的根本型式有齒輪式，葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特 點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和換向，通常高速馬達(dá)的輸出 轉(zhuǎn)矩不大，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，只能滿足高速小扭矩工況。下面以圖2.24所示的軸向柱塞馬達(dá)為例，說明高速馬達(dá)的工作原理，其它形

53、式高速馬達(dá)可進(jìn)行類似 分析。如圖2.24所示，當(dāng)壓力油輸入液壓馬達(dá)時(shí)，處于壓力腔的柱塞2被頂出，壓在斜盤1 上,設(shè)斜盤1作用在柱塞2上的反力為Fn，F(xiàn)n可分解為軸向分力Fa 和垂直于軸向的分力Fr。其中，軸向分力Fa和作用在柱塞后端的液壓力相平衡， 垂直于軸向的分力Fr使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)液壓馬達(dá)的進(jìn)、出油口互換時(shí)，馬 達(dá)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)改變馬達(dá)斜盤傾角時(shí)，馬達(dá)的排量便隨之改變，從而可以調(diào)節(jié) 輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。圖2.24軸向柱塞馬達(dá)工作原理從圖2.24可以看出，當(dāng)壓力油輸入液壓馬達(dá)后，所產(chǎn)生的軸向分力F為(2.37)使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的垂直分力為(2.38)Fr 二 Fatgd2ptg4單個(gè)柱塞產(chǎn)生

54、的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為(2.39)人二 Fr Rs ind2 pRtg sin 4液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩N二 2 NT =為 丁 二 d2pRtg ' sin (2.40)i =14i A式中R柱塞在缸體的分布圓半徑；d柱塞直徑；：i 柱塞的方位角；N 壓力腔半圓內(nèi)的柱塞數(shù)可以看出，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩等于處在馬達(dá)壓力腔半圓內(nèi)各柱塞瞬時(shí)轉(zhuǎn) 矩的總和。由于柱塞的瞬時(shí)方位角呈周期性變化，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩也周期性變化，所以液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，通常只計(jì)算馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)矩。低速大扭矩液壓馬達(dá)低速大扭矩液壓馬達(dá)是相對(duì)于高速馬達(dá)而言的，通常這類馬達(dá)在結(jié)構(gòu)形式上 多為徑向柱塞式，其特點(diǎn)是：最低轉(zhuǎn)速低，大

55、約在510轉(zhuǎn)/分；輸出扭矩大，可達(dá) 幾萬牛頓米；徑向尺寸大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大。由于上述特點(diǎn)，它可以直接與工作機(jī)構(gòu) 直接聯(lián)接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。低速大扭矩液壓馬達(dá)廣泛用 于起重、運(yùn)輸、建筑、礦山和船舶等機(jī)械上。低速大扭矩液壓馬達(dá)的根本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達(dá)，靜力平 衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。下面分別予以介紹。曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá)圖2.25曲柄連桿式液壓馬達(dá)的工作原理曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達(dá)應(yīng)用較早，國(guó)外稱為斯達(dá)發(fā)Staffa液壓馬達(dá)。 我國(guó)的同類型號(hào)為JMZ型，其額定壓力16MPa,最高壓力21MPa,理 論排量最大可達(dá)6.140r/min。圖2.25是曲柄連桿

56、式液壓馬達(dá)的工作原理,馬達(dá)由 殼體、曲柄-連桿-活塞組件、偏心軸及配油軸組成，殼體 1內(nèi)沿圓周呈放射狀均 勻布置了五只缸體，形成星形殼體；缸體內(nèi)裝有活塞 2,活塞2與連桿3通過球 絞連接，連桿大端做成鞍型圓柱瓦面緊貼在曲軸 4的偏心圓上，其圓心為o，它 與曲軸旋轉(zhuǎn)中心0的偏心矩00、e,液壓馬達(dá)的配流軸5與曲軸通過十字鍵連結(jié) 在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對(duì)應(yīng)的活塞油缸，在圖中，油缸的四、五腔通壓力油，活塞受到壓力油的作用；在 其余的活塞油缸中，油缸一處過度狀態(tài)，與排油窗口接通的是油缸二、三；根據(jù) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，受油壓作用的柱塞就通過連趕對(duì)偏心圓中心 o作用一個(gè) 力N，推動(dòng)曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心0轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，如果進(jìn)、排油口對(duì)換， 液壓馬達(dá)也就反向旋轉(zhuǎn)。隨著驅(qū)動(dòng)軸、配流軸轉(zhuǎn)動(dòng)，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸 旋轉(zhuǎn)過程中，位于高壓側(cè)的油缸容積逐漸增大，而位于低壓側(cè)的油缸的容積逐漸 縮小，因此，在工作時(shí)高壓油不斷進(jìn)入液壓馬達(dá)，然后由低壓