第一節液壓泵第二節齒輪泵第三節葉片泵第四節柱塞泵第五節液壓馬達第六節液壓泵和液壓馬達的選用第三章液壓泵和液壓馬達【教學目的】

通過學習本章內容，熟悉液壓泵和液壓馬達的基本工作原理和分類，掌握液壓泵和液壓馬達的結構特點和基本性能參數的計算，并了解選用液壓泵和液壓馬達的方法，為今后工作中進行選型、安裝、調整和修理提供幫助。【教學重點】

液壓泵和液壓馬達的基本工作原理、結構特點和性能參數計算。【教學難點】

液壓泵和液壓馬達的結構特點和性能參數的計算。第三章液壓泵和液壓馬達

液壓泵是動力元件，將機械能轉變為壓力能，為系統提供壓力油。液壓馬達是執行元件，將壓力能轉變為機械能，帶動工作部件運動。液壓泵和液壓馬達從原理上講是可逆的,從結構上講是相似的.第一節液壓泵一、液壓泵的工作原理【分析】工作原理，單柱塞液壓泵1—凸輪2—柱塞3—彈簧4—密封工作腔5—單向閥（吸油閥）6—單向閥（壓油閥）【原理】是靠密封容積的變化來實現吸油和壓油的。（故這種泵又稱為容積式泵）【推論】排油量的大小取決于密封容積變化的大小。【條件】構成容積式泵的必要條件：★有周期性的密封容積變化。（小—大，吸油；大—小，壓油）★有配流裝置。（它保證密封容積由小到大時，只與吸油管連通；由大到小時，只與壓油管連通。如上圖中的單向閥5、6，即起配流作用。）二、液壓泵的性能參數1、壓力（1）工作壓力（輸出壓力）：是指泵工作時輸出油液的實際壓力，即油液克服阻力而建立起來的壓力。泵的工作壓力決定于外界負載，外負載增大，工作壓力也隨之升高。負載為零時，泵的工作壓力也為零。（2）額定壓力（公稱壓力、銘牌壓力）：是指根據泵的效率和使用壽命確定的允許達到的最大工作壓力。工作壓力超過額定壓力即為過載。泵的最大工作壓力大小受泵本身的泄漏和結構強度所制約。主要由泄漏所限制。2、排量和流量（1）排量：是指在不考慮泄漏的情況下，泵軸轉一周，泵所排出油液的體積。即轉一周，密封容積的變化量。用V表示，常用單位為L/r。（2）理論流量：是指在不考慮泄漏的情況下，泵在單位時間內所能輸出的油液體積。用qvt表示，常用單位為m3/s或L/min。泵的理論流量等于排量和轉速的乘積，即

qvt=Vn泵的排量和理論流量是在不考慮泄漏的情況下計算出來的，故其值與泵的工作壓力無關。（3）實際流量：是指泵在工作時的實際輸出流量。（4）額定流量（公稱流量、銘牌流量）：是指泵在正常工作條件下（在額定轉速和額定壓力下），泵輸出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵的實際流量或額定流量都小于理論流量。3、功率（1）輸出功率：泵的輸出功率等于實際工作壓力與實際流量的乘積。即

Po=pqv

（液壓功率等于壓力和流量的乘積）（2）輸入功率：液壓泵的輸入功率為電機對泵軸的驅動功率。其值為

Pi=Tiω=2πnTi式中：Ti——液壓泵的輸入轉矩ω——泵軸的角速度n——泵軸的轉速實際上，液壓泵在工作中，由于存在泄漏和機械摩擦，就有能量損失，故其輸出功率Po小于輸入功率Pi，即Po＜Pi。兩者之間的差值即為功率損失ΔP，功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分。4、液壓泵的效率（1）容積效率由于泵內存在泄漏而造成流量上的損失，稱為容積損失。實際流量與理論流量的差值，稱為泵的泄漏量。以Δqv表示，：

Δqv=qvt－qvΔqv與泵的工作壓力p有關。Δqv與p成正比。即

Δqv=klpkl——液壓泵的泄漏系數Δqv隨p增大而增大，導致qv隨p增大而減小。容積效率：指泵的實際流量與理論流量的比值。用ηv表示。即：

ηv=qv/qvt=（qvt-Δqv）/qvt=1-Δqv/qvt=1-klp/Vn【結論】泵的輸出壓力愈高，泄漏量愈大，泵的容積效率也愈低。（p↑→Δqv↑→ηv↓）（2）機械效率液壓泵在工作時存在機械摩擦（相對運動零件之間的摩擦及液體粘性引起的摩擦），因而造成轉矩上的損失，稱為機械損失。因此，對液壓泵來說，驅動泵所需的實際輸入轉矩Ti總是大于理論轉矩Tt，其差值ΔT=Ti-Tt，稱為轉矩損失。機械效率：理論轉矩與實際輸入轉矩的比值。用ηm表示，即

ηm=Tt/Ti因泵的理論功率（當忽略能量損失時）表達式為：Pt=pqvt=pVn=2πnTt（即理論輸出功率pqvt等于理論輸入功率2πnTt）則有：Tt=pV/2π∴ηm=pV/(2πTi)（3）總效率：是指泵的輸出功率與輸入功率的比值。用η表示。

η=Po/Pi=pqv/2πnTi=(qv/Vn)·(pV/2πTi)=ηvηm【結論】液壓泵的總效率等于容積效率和機械效率的乘積。三、液壓泵的分類

按結構形式：齒輪泵（定量）（低壓）葉片泵（定量、變量）（中壓）柱塞泵螺桿泵按排量可否調節：定量泵（排量不能變化）變量泵（排量可變化）按壓力高低：低壓≤2.5MPa中壓＞2.5～8MPa中高壓＞8～16MPa高壓＞16～32MPa超高壓＞32MPa四、液壓泵的圖形符號

a）單向定量液壓泵b）雙向定量液壓泵c）單向變量液壓泵d）雙向變量液壓泵第二節齒輪泵一、外嚙合齒輪泵1、結構：一般為分離三片式結構（兩側端蓋和中間泵體）。泵體內裝有一對齒數相同，寬度和泵體寬度相等的互相嚙合的齒輪。泵體、端蓋和齒輪之間形成了密封容腔，并由兩個齒輪的齒面接觸線將左右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。2、工作原理：

【結論】吸、壓油靠密封容積的變化。3、排量、流量、流量脈動排量：等于兩個齒輪的齒間槽容積之和。近似等于一個齒輪的齒槽容積和輪齒體積的總和。即：

V=πDhb=2πzm2b=常數（定量泵）式中：D——節圓直徑，D=mz；h——有效齒高，h=2mb——齒寬；z——齒數；m——模數實際上，齒槽容積比輪齒體積稍大些，所以通常取：

V=6.66zm2b流量：齒輪泵的實際輸出流量為：

qv=qvtηv=Vnηv=6.66zm2bnηv

上式中，qv是齒輪泵的平均流量。實際上，由于齒輪嚙合過程中，壓油腔容積變化率是不均勻的，因此齒輪泵的瞬時流量是脈動的。脈動程度可用脈動率表示，δ=(qvmax－qvmin)/qv式中：qvmax——最大瞬時流量；qvmin——最小瞬時流量齒數愈少，脈動率愈大，其值最大可達20%。流量脈動引起壓力脈動，隨之產生振動和噪聲，所以高精度機械不宜采用齒輪泵。（內嚙合齒輪泵的流量脈動率小得多）4、外嚙合齒輪泵在結構上存在的幾個問題（1）困油現象【原因】由于齒輪嚙合的重合度大于1，使油液困在封閉容積內。【危害】封閉容積由大到小時，油液受擠壓，油壓升高，油液發熱，并使軸承受額外負載；封閉容積由小到大時，造成局部真空，產生氣穴現象。出現噪聲、振動。【措施】兩側蓋板上開卸荷槽。使封閉容積減小時，與排油腔相通；封閉容積增大時與吸油腔相通。（2）徑向不平衡力【原因】由于壓油腔與吸油腔壓力不相等。【危害】可能造成齒頂與泵體接觸而產生磨損。【措施】減小不平衡力的措施：增大吸油口，減小壓油口。使兩邊作用力大小盡量接近。（3）泄漏【途徑】齒輪泵壓油腔的壓力油可通過三條途徑泄漏到吸油腔去：★通過齒輪嚙合處的間隙；★通過泵體內孔和齒頂圓間的徑向間隙；★通過齒輪兩端面和蓋板間的端面間隙。在三類間隙中，以端面間隙的泄漏量最大，約占泄漏量的75%-80%。泵的壓力愈高，間隙泄漏就愈大，因此，一般齒輪泵只適用于低壓，且容積效率亦很低。5、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施齒輪泵由于泄漏（主要是端面泄漏）和存在徑向不平衡力的原因，壓力不易提高。對于泄漏量最大處的端面間隙，采用端面間隙自動補償裝置等。如圖，其原理是利用特制的通道將壓力油引入浮動軸套或側板的外側，使浮動軸套或側板內側緊貼齒輪端面（起動時，靠彈簧預緊力）。壓力愈高，貼得愈緊。因而自動補償端面磨損和減小間隙。6、外嚙合齒輪泵的優缺點【優點】結構簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，價格低，工作可靠，自吸能力強（容許的吸油真空度大），對油液的污染不敏感，又因齒輪是對稱的旋轉體，故允許轉速較高。【缺點】一些機件承受不平衡徑向力，磨損嚴重，泄漏大，工作壓力的提高受到限制（低壓泵）；流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲大；排量不可調（定量泵）。二、內嚙合齒輪泵

有漸開線齒形和擺線齒形（1）漸開線齒形內嚙合齒輪泵由小齒輪、內齒環、月牙形隔板組成。月牙形隔板在內齒環和小齒輪之間，將吸、壓油腔隔開。（2）擺線齒形內嚙合齒輪泵又稱擺線轉子泵。外轉子齒數比內轉子齒數多一個，兩轉子之間有一偏心距。內轉子帶動外轉子同向旋轉，在工作時，所有內轉子的齒都進入嚙合，形成幾個獨立的密封腔。內嚙合齒輪泵結構緊湊，尺寸小，重量輕，噪聲小，脈動小。但與外嚙合比，齒形復雜，加工困難，價格較貴。第三節葉片泵【特點】結構緊湊，運轉平穩，輸油量均勻，噪聲小；但結構復雜，吸油特性差，對油液污染較敏感等缺點。【分類】按每轉吸排油的次數分為：單作用泵雙作用泵按軸承上受徑向力的情況分為：平衡泵（卸荷泵）非平衡泵（非卸荷泵）按輸出油量是否可調分為：變量泵定量泵一、單作用葉片泵

1、工作原理【分析】★定子內表面是一個圓，轉子與定子間有一偏心量e。★葉片靠離心力和葉片根部壓力油緊貼定子內表面。

★轉子轉一轉，吸、排油各一次——單作用泵。徑向力不平衡——不平衡泵（非卸荷泵）。調節偏心量e，可改變排量——變量泵。

2、排量和流量排量：V=2πbeD實際流量：qv=qvtηv=Vnηv=2πbeDnηv式中：b——葉片寬度；D——定子內徑；e——偏心量由于單作用泵的定、轉子偏心安置，故其容積變化是不均勻的，存在流量脈動。泵內葉片數越多，流量脈動率越小，且葉片數為奇數時的脈動率比偶數時的脈動率小，所以，單作用泵的葉片數總取奇數，一般為13或15片。3、結構特點（1）定子和轉子偏心安置。移動定子位置以改變偏心量，從而改變泵的輸出流量；偏心反向時，吸油壓油方向也相反。（2）徑向液壓力不平衡。轉子及軸承上承受著不平衡的徑向力，故額定壓力不超過7MPa。（3）葉片后傾。葉片底部油槽采取在壓油區與壓油腔相通，在吸油區與吸油腔相通。因而，葉片的底部和頂部所受的液壓力是平衡的，這樣，葉片的向外運動主要靠旋轉時的離心力。根據力學分析，葉片后傾一個角度更有利于葉片在慣性力作用下向外伸出。通常后傾角為24°。4、限壓式變量葉片泵外反饋限壓式變量葉片泵：

1—最大流量調節螺釘2—反饋缸活塞3—調壓彈簧4—限定壓力調節螺釘★當工作壓力p＜pB（限定壓力）時，pA＜kx0，定子不動，最大偏心距e0不變，其特性相當于定量泵，qv=qmax-klp，（Δqv=klp為泄漏量）；★當工作壓力p＞pB時，pA＞kx0，限壓彈簧被壓縮，定子右移，偏心距減小，流量也隨之迅速減小。★當壓力大到泵內偏心所產生的流量全部用于補償泄漏時，泵的實際輸出流量為零，此時的壓力pC稱為極限壓力（截止壓力）。（適合于：快進、工進，過載保護）二、雙作用葉片泵（1）工作原理【分析】

★定子內表面形似橢圓，由兩段大半徑圓弧、兩段小半徑圓弧和四段過渡曲線組成；轉子外表面為圓。★工作原理靠葉片間密封容積的變化。★轉子每轉一周，吸、壓油作用發生兩次——雙作用泵。徑向力對稱，平衡——平衡式泵（卸荷式泵）排量不可調——定量泵2、排量和流量排量：V=2π(R2-r2)b（近似公式，忽略了葉片的厚度）實際流量：qv=Vnηv=2π(R2-r2)bnηv

雙作用葉片泵的脈動率除螺桿泵外是各泵中最小的。流量脈動率在葉片數為4的整數倍，且大于8時最小，故雙作用葉片泵的葉片數通常取為12或16片。3、結構特點（1）定子過渡曲線等加速等減速曲線（2）葉片傾角一般雙作用葉片泵的葉片沿ω方向前傾10°～14°。目的：減小壓力角，有利于葉片在槽內滑動，避免葉片卡死或折斷。（3）徑向力平衡由于吸、壓油口對稱分布，徑向力平衡。（4）端面間隙自動補償為了減少端面泄漏，將配流盤的右側與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向定子。第四節柱塞泵

柱塞泵按柱塞排列方向不同分為：軸向柱塞泵、徑向柱塞泵。軸向柱塞泵按其結構特點又分為：斜盤式（直軸式）和斜軸式兩類。一、斜盤式軸向柱塞泵工作原理

【分析】

★由斜盤、柱塞、缸體、配流盤等組成。斜盤、配流盤不動，傳動軸、缸體、柱塞一起轉動。柱塞與缸體中心線平行。斜盤與缸體間傾斜了一個γ角。★缸體每轉一轉，每個柱塞往復運動一次，完成一次吸油、排油動作。★改變斜盤傾角γ的大小，就能改變柱塞的行程長度，改變泵的排量。★改變斜盤傾角的方向，就能改變吸、壓油方向，就成為雙向變量軸向柱塞泵。二、排量和流量

排量：V=1/4πd2D(tgγ)z

實際流量：qv=Vnηv=1/4πd2D(tgγ)znηv

式中：d——柱塞直徑；D——柱塞孔的分布圓直徑γ——斜盤傾角；z——柱塞數目

柱塞泵存在流量脈動。柱塞數z越多且為奇數時，脈動率越小，故柱塞泵的柱塞數一般都為奇數，常取z=7、9、11。三、斜盤式軸向柱塞泵的結構要點1、滑履結構2、中心彈簧結構3、缸體端面間隙自動補償4、變量機構

四、柱塞泵的優缺點

【優點】★由于柱塞與缸體內孔均為圓柱體表面，因此加工方便，配合精度高，密封性能好，容積效率高，總效率高。★柱塞泵主要零件處于受壓狀態，使材料強度性能得到充分利用，故柱塞泵常做成高壓泵。★改變斜盤傾角的大小或方向，可方便的使流量改變或吸、壓油反向，故易于實現單向或雙向變量。所以，柱塞泵具有壓力高、結構緊湊、效率高及流量調節方便的優點。【缺點】結構較為復雜，有些零件對材料及加工工藝的要求高，因而在各類容積式泵中，柱塞泵的價格最高。柱塞泵常用于需要高壓大流量和流量需要調節的液壓系統，如拉床、插床、龍門刨床、液壓機、起重機械等。第五節液壓馬達一、工作原理

【分析】斜盤式軸向柱塞液壓馬達。★徑向反作用力FT對缸體軸線產生轉矩，驅動缸體旋轉。★改變液壓馬達壓力油的輸入方向，液壓馬達的轉向發生改變。

二、性能參數

液壓馬達輸出的是機械能，所以它的主要性能參數是轉速和轉矩。1、轉速排量：液壓馬達轉一圈所需的液體量稱為液壓馬達的排量。用V表示。理論流量：液壓馬