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1、第 二章 液压泵,第一节 概述 第二节 齿轮泵 第三节 叶片泵 第四节 轴向柱塞泵,2.1 概述 一、液压泵的作用 说到底泵就是一能量转换的装置，泵的作用是把机械能转化为液压能（压力能）。即向液压系统提供工作所需要的具有一定（能量）压力和流量的液压油，从而驱动系统中的各液压执行装置完成各种规定的动作。泵有原动机-电机或内燃机来带动。,二、工作原理 液压传动所用的液压泵都是容积式泵,就是靠密闭容积的变化来吸油和排油。吸油口和排油口在泵内被隔开。所以,对这类泵,我们只要能够实现容积变化就能吸,排液体。,泵工作时必须具备三个条件,有一个密闭、周期性变化的空间 使吸、压油正常进行的装置：吸油阀、排油阀
2、 密封腔增大时与油箱相通，密封腔容积变小时能与系统压油管连通。,三、液压泵分类 外啮合 齿轮泵 内啮合 双联齿轮泵 油泵 叶片泵 单作用 双作用 柱塞泵 轴向 直轴（斜盘） 斜轴 径向 从流量（排量）变化分：定量泵，变量泵,四、各油泵代号及职能符号 代号（铭牌）： 1).齿轮油泵 工程机械 CB CB -齿轮油泵,1,2,3,4,5,1-系列 2-压力分级(ABCDE可查液压传动手册) 3-理论排量 ml/r 4-安装形式 5-连接形式(B-板式,F-法兰,L-管式),2).叶片油泵 YB 3)轴向柱塞油泵 ZB,液压泵职能符号（国家及ISO标准）,五.液压泵的基本参数 （1）工作压力 液压泵
3、的工作压力是指泵工作时所输出的油液的实际压力（指泵出口处的压力pB）。压力大小取决于外载的大小。 （2）额定压力 在泵的铭牌上所标的都是指泵的额定压力，是指液压泵能够正常工作的最大工作压力，是在正常工作时不允许超过的压力值。,1.压力,1）工作压力 2）额定压力 3）最高压力,机械工业部,泵压力分级:,（3）最高压力 是指液压泵密封能力和结构强度使它达到的最大工作压力,1）理论流量 2）实际流量 3）额定流量：,2.流量,（1）排量：就是它的理论排量（用qB表示）：在不泄漏情况下，液压泵一转理论上所排出的液体体积。大小取决于泵的密封工作腔的几何尺寸，也就是它们的结构参数。是一固有值。与速度等无
4、关。单位:m3/r或l/r,（2）理论流量:无泄漏情况下，单位时间内所能输出（泵）或所能输入（马达）的液体体积(m3/s)。 理论流量QBt=qBnB 、QMt=qM nM 其中,nB 、nM 泵轴及马达轴转速(r/s) （3）实际的流量：就是单位时间内的流量，是由泄漏等造成的。 QB=QBt-Q=V QBt （4）额定流量：是指在额定转速及额定压力下泵输出的流量。,3.泵功率: 输出功率:NB=pBQB 输入功率：NBi=MBwB=2nBMB 理论上的功率：NBit=MBtwB=2nBMBt 4.泵的输入扭矩 泵每转理论上输出的液压能:pB qB 泵每转理论上输入的机械能:MBt2 所以：
5、pB qB = MBt2 则泵的理论输入扭矩 MBt= pB qB /2 泵的输入扭矩 MB = MBt/ m,5.泵的效率 泵的效率分为容积效率和机械效率 容积效率： V=QB/QBt （ QB=QBt-Q ） 容积效率的大小反应了泵内流量方面的漏失情况。 机械效率： m=MBt/MB 实际上是由于存在机械摩擦,使得MBMBt 泵总效率： =NB/NBi=pBQB/2nBMB = mV,6.泵转速 额定转速是泵正常工作时的转速，保证泵具有一定的自吸能力和避免气蚀现象产生的转速。 最高转速就是由泵结构强度限定的最大转速。 由前面公式可以看出,M N Q n适合于各式油泵，唯一变化的仅仅是各种泵
6、的每转排量qB,因此,以后讲课中,只介绍各种泵的qB排量。,2.2 齿轮泵,分类、组成、工作原理、 参数计算、结构特点,齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵,它一般做成定量泵,按结构不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。,齿轮泵的分类,内啮合,外啮合,下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵。,3.2 齿轮泵,3、2、1 外啮合齿轮泵的工作原理 3、2、2 齿轮泵的流量计算 3、2、3 齿轮泵的结构 3、2、4 提高外啮合齿轮泵压力的措施 * 3、2、5 内啮合齿轮泵 *3、2、6 螺杆泵,3、2、1 外啮合齿轮泵的工作原理,组成: 前、后泵盖，泵体，一对齿 数、
7、模数、齿形完全相同 的渐开线外啮合。,结构图动画,3、2、1 外啮合齿轮泵的工作原理,工作原理： 密封容积形成齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成 齿轮退出啮合,容积吸油 密封容积变化 齿轮进入啮合,容积压油 吸压油口隔开两齿轮啮合线及泵盖,工作原理动画,3、2、2 外啮合齿轮泵的流量计算,齿轮啮合时，啮合点位置瞬间变化，其工作容积变化率不等 瞬时流量不均匀即脉动，计算瞬时流量时须积分计算才精确，比较麻烦，一般用近似计算法。,齿轮泵的流量计算,排量计算 流量计算 瞬时流量,排量计算,假设： 齿槽容积=轮齿体积 则 排量=齿槽容积+轮齿体积 即相当于有效齿高和齿宽所构成的平 面所扫过的环形体积， 则
8、V=dhb=2zm2b 实际上 齿槽容积轮齿体积 取 V=6.66zm2b,流量计算,理论流量： qt=Vn=6.66zm2bn 实际流量： q=qtv=6.66zm2bnv 结 论 1 齿轮泵的qt是齿轮几何参数和转速的函数 2 转速等于常数，流量等于常数 定量泵 3 理论流量与出口压力无关,瞬时流量, 每一对轮齿啮合时，啮合点位置变 化引起瞬时流量变化 出现流量脉动 流量脉动结果：引起系统的压力脉动， 产生振动和噪声，影 响传动的平稳性。,CBB齿轮泵的结构如图3-4所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空
9、，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。,图3-4 CBB齿轮泵的结构 1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 1
10、3-键 14-泄油孔15-从动轴 16-泄油槽 17-定位销,泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位，用6只螺钉紧固如图3-3。为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄漏最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.0250.04mm，大流量泵为0.040.06mm。齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问题是：当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.130.16mm。,为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外，并减小压紧螺钉的
11、拉力，在泵体两侧的端面上开有油封卸荷槽16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承，并带走热量，进行散热。,3、2、3 外啮合齿轮泵结构要点,困油现象及其消除措施 径向作用力不平衡 泄漏,困油现象及其消除措施,困油现象 产生原因 引起结果 消除困油的方法,困油现象产生原因, 为保证齿轮连续平稳运转，又能够使 吸压油口隔开，齿轮啮合时的重合度 必须大于1 有时会出现两对轮齿同时啮合的情况， 故 在齿轮啮合线间形成一个封闭容积,困油现象产生原因,ab 容积缩小,困油现象产生原因,b c 容积
12、增大,困油引起的结果,ab 容积缩小 p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴 和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无 功损耗增大，油液发热。 bc 容积增大 p 形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、 汽蚀等 总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生 振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。,消除困油的方法,原则 ：ab 密封容积减小，使之通压油口 bc 密封容积增大，使之通吸油口 b 密封容积最小，隔开吸压油,为了消除困油现象,在CBB型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽,其几何关系如图3-6所示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时,能通过卸荷槽与压油腔相通,而当困油腔由小变大时,
13、能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离为a,必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。,消除困油的方法,按上述对称开的卸荷槽,当困油封闭腔由大变至最小时(图3-6),由于油液不易从即将关闭的缝隙中挤出,故封闭油压仍将高于压油腔压力;齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间,高压油又突然和吸油腔的低压油相接触,会引起冲击和噪声。于是CBB型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向吸油腔侧平移了一个距离。这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开,油压没有突变,封闭腔和吸油腔接通时,封闭腔不会出现真空也没有压力冲击,这样改进后,使齿轮泵的振动和噪声得到了进一步改善。,径向不平衡力图示,径向作用力
14、不平衡,径向不平衡力的产生：齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图3-6所示,泵的右侧为吸油腔,左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄漏油,具有大小不等的压力,就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。 液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔， 压力 沿齿轮外圆逐齿降低。p，径向 不平衡力增大齿轮和轴承受到很 大的冲击载荷，产生振动 和噪声。,液压力越高,这个不平衡力就越大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题,在有些齿轮泵上,采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力,但这将使泄漏增大,容积效
15、率降低等。CBB型齿轮泵则采用缩小压油腔,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力,增大泵体内表面和齿顶间隙，所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。,泄 漏,齿侧泄漏 约占齿轮泵总泄漏量的 5% 径向泄漏约占齿轮泵总泄漏量的 20%25% 端面泄漏* 约占齿轮泵总泄漏量的 75%80% 总之：泵压力愈高，泄漏愈大。,3、2、4 提高外啮合齿轮泵压力措施,问题：齿轮泵存在间隙 ， p q v 径向不平衡力也p p 径向力,上述齿轮泵由于泄漏大(主要是端面泄漏,约占总泄漏量的70%80%)，且存在径向不平衡力，故压力不易提高。高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施，如尽量减小径向不平衡
16、力和提高轴与轴承的刚度；对泄漏量最大处的端面间隙，采用了自动补偿装置等。下面对端面间隙的补偿装置作简单介绍。,1.浮动轴套式 图3-8(a)是浮动轴套式的间隙补偿装置。它利用泵的出口压力油,引入齿轮轴上的浮动轴套1的外侧A腔,在液体压力作用下,使轴套紧贴齿轮3的侧面,因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵起动时,靠弹簧4来产生预紧力, 保证了轴向间隙的密封。,图3-8端面间隙补偿装置示意图,2.浮动侧板式 浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基本相似,它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板1的背面见图3-8(b),使之紧贴于齿轮2的端面来补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产
17、生预紧力。 3.挠性侧板式 图3-8(c)是挠性侧板式间隙补偿装置,它是利用泵的出口压力油引到侧板的背面后,靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的,侧板的厚度较薄,内侧面要耐磨(如烧结有0.50.7mm的磷青铜),这种结构采取一定措施后,易使侧板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相适应。,外啮合齿轮泵的优点,结构简单，制造方便，价格低廉 结构紧凑，体积小，重量轻 自吸性能好，对油污不敏感 4 工作可靠，便于维护,外啮合齿轮泵的缺点,流量脉动大 噪声大 排量不可调,*3、2、5 内啮合齿轮泵,内啮合齿轮泵的工作原理也是利用齿间密封容积的变化来实现吸油压油的。图3-9所示是内啮合齿轮泵的工作原理
18、图。它是由配油盘(前、后盖)、外转子(从动轮)和偏心安置在泵体内的内转子(主动轮)等组成。内、外转子相差一齿,图中内转子为六齿,外转子为七齿,由于内外转子是多齿啮合,这就形成了若干密封容积。当内转子围绕中心O1旋转时,带动外转子绕外转子中心O2作同向旋转。这时,由内转子齿顶A1和外转子齿谷A2间形成的密封容积C(图中阴线部分),随着转子的转动密封容积就逐渐扩大,于是就形成局部真空,油液从配油窗口b被吸入密封腔,至A1、A2位置时封闭容积最大,这时吸油完毕。当转子继续旋转时,充满油液的密封容积便逐渐减小,油液受挤压,于是通过另一配油窗口a将油排出,至内转子的另一齿全部和外转子的齿凹A2全部啮合时
19、,压油完毕,内转子每转一周,由内转子齿顶和外转子齿谷所构成的每个密封容积,完成吸、压油各一次,当内转子连续转动时,即完成了液压泵的吸、排油工作。,图3-9 内啮合齿轮泵的工作原理图,内啮合齿轮泵的外转子齿形是圆弧,内转子齿形为短幅外摆线的等距线,故又称为内啮合摆线齿轮泵,也叫转子泵。 内啮合齿轮泵有许多优点,如结构紧凑,体积小,零件少,转速可高达10000r/mim,运动平稳,噪声低,容积效率较高等。缺点是流量脉动大,转子的制造工艺复杂等,目前已采用粉末冶金压制成型。随着工业技术的发展,摆线齿轮泵的应用将会愈来愈广泛内啮合齿轮泵可正、反转,可作液压马达用。,作业,外啮合齿轮泵的组成及工作原理 困油现象的原因及危害、解决措施 泄漏的三个途径 提高齿轮泵压力的措施,