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1、1,第六章 回转泵,回转泵：泵轴作回转运动的容积泵的统称。 主要有轴向柱塞泵、径向柱塞泵、（内、外）齿轮泵、（单、双作用）叶片泵和螺杆泵。,2,第一节 轴向柱塞泵（Axial piston pump）,1主要结构 由泵轴、配油盘、斜盘和缸体组成。缸体内均匀分布一圈油孔，每个油孔内有一个柱塞。柱塞与缸体轴线平行或接近平行，故称为轴向柱塞泵。,一、主要结构、工作原理和分类,3,缸体,柱塞滑履组,配流盘,4,泵轴旋转时，柱塞随缸体一起转动。柱塞在斜盘的作用下沿轴线在缸体内作往复运动，缸体每转动一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸压油过程 改变斜盘倾角的大小，即可改变柱塞行程，从而改变泵的排量。改变
2、斜盘倾角的方向，则吸油和压油方向互换。因此，轴向柱塞泵可以变量和变向,2工作原理,5,(1) 按使柱塞往复运动的机构分 斜盘式缸体轴线与泵轴轴线一致，变量机构的圆盘倾斜。结构紧凑，体积小，重量轻，容积效率较高，缺点是强度和耐冲击性较差。,3分类,6,7,斜轴式圆盘轴线与泵轴轴线一致。与斜盘式相比， 其柱塞受力好，寿命长，排量大和耐冲击。但其结构 复杂，体积较大。,8,(2) 按柱塞与斜盘的接触形式分 点接触式柱塞头部与斜盘之间为点接触。结构简单，使用和维护要求不高。但在接触点上承受很大的挤压应力，不能应用于高压、大流量场合,9,滑靴式柱塞头部加滑靴，与斜盘之间为面接触。滑靴结构实现油压静力平衡
3、，因而改善受力情况，提高工作压力。柱塞可以通过压盘对滑靴的作用而向外伸出，具有一定的自吸能力。但结构复杂，使用和维护要求高。,10,（3）按油泵泵轴与斜盘的相对位置分 非通轴式泵轴不穿过斜盘,11,通轴式泵轴穿过斜盘。比非通轴式体积小，重量轻，本身可以自带辅泵。但它泵轴直径较粗，磨损较大。,12,1流量 平均理论流量QT D ：柱塞轴线分布圆直径； ：斜盘倾角 实际流量Q Q = v QT p 200 bar v ：0.92 0.95,二、性能参数,13,瞬时流量 当柱塞从顶点位置转过角时的位移 单个柱塞转过角时的瞬时速度 缸体旋转角速度 单个柱塞转过角时的瞬时流量,14,流量不均匀系数Q 根
4、据理论分析可知，当柱塞数为奇数时的Q比偶数时要小得多，因此轴向柱塞泵的柱塞数为奇数，一般为7或9,15,三、困油现象,为了避免油缸在吸、压油窗门之间的转换过程中发生泄漏，要求油缸上油口的长度小于配油盘上腰形窗口间的距离。 这样，油缸油口从吸油窗口向压油窗口切换时，油缸内的压力将由吸油压力ps阶跃上升为压油压力pD，在此瞬间，压油窗口的高压油向处在吸油压力状态的油缸内倒流，产生冲击压力。 反之，油缸油口从压油窗口向吸油窗口切换时，油缸内的高压油pD向低压吸油窗口喷射，这样油缸内的压力在某一瞬间要低于吸油压力ps。,16,17,油缸内的压力变化,油缸内尖峰压力是由上述“困油现象”引起的。 尖峰压力
5、将造成泵的振动，噪声和功率损失，应该设法消除。,18,三、CY141典型船用轴向柱塞泵,非通轴斜盘滑履式 液压泵主体：7个柱塞，两对摩擦付：滑履与斜盘、缸体与配油盘 每个柱塞头部装有滑靴。泵中央装有定心弹簧，一方面顶住压盘使滑靴贴紧斜盘，使泵具有自吸能力，另一方面使缸体紧贴配油盘，以减少泄漏 。,19,CY141轴向柱塞泵图,20,高压油经滑靴和柱塞中心的小孔通到柱塞和滑靴的配合球面以及滑靴与斜盘的相对滑动面处，起到润滑和静压支承作用，减少零件的磨损。 缸体和配油盘之间应保持一定的间隙，以形成合适的油膜。间隙取决于油膜产生的分离力和缸体压在配油盘上的压力。当压力小于分离力时，则间隙过大；当压力
6、比分离力大得多时，则接触压力增大，有发生烧损配合面的危险。一般要使压力比分离力稍大些。 Cyl41可做成变量油泵，只要改变斜盘的倾角就能改变油泵的流量。所用的变量形式有手动变量 (用字母S表示)、伺服变量(用字母C表示)、电动变量(用字母D表示) 。,21,手动变量机构图,变量时，转动调节手轮，丝杠转动，带动变量活塞作轴向移动。使斜盘绕钢球的中心摆动，改变了斜盘的倾角，从而改变了泵的流量。泵外能显示斜盘的倾角，斜盘最大倾角为20-30度。,手动变量,22,伺服变量,由滑阀2，活塞1和壳体组成。活塞1中的孔道b沟通下腔a和上腔d。孔道e沟通上腔d和油箱。下腔a始终与高压油相通，上腔d的压力受伺服
7、阀2控制。,当滑阀2在图示位置时(活塞1的油口 c和f被滑阀2封住，d内油液被封闭)， 活塞1被固定在图示位置上、斜盘倾 角不变，油泵稳定在一定相应的流 量下工作,23,当滑阀2向下移动时，油口c被打开，油口f被封闭，a腔的压力油经通道b和油口c进入d腔；由于SdSa，活塞1在压力差的作用下向下移动，带动斜盘倾角增大，直到活塞油口c重新被活塞1封住为止。油泵在某增大了的流量下工作,24,当滑阀2向上移动时，滑阀2将油口c封住，油口f被打开，上腔d经通道e和油口f与油箱接通而卸压，活塞1在下腔液压力作用下向上移动，带动斜盘倾角减小，直到油口f重新被伺服滑阀2封住为止，油泵就在某一减小了的流量下工
8、作。,25,第二节 径向柱塞泵,一、工作原理 主要结构：缸体、定子、柱塞和配油轴（pintle）等。 工作原理：缸体沿顺时针方向旋转时，柱塞随缸体一起转动，由于缸体中心与定子中心存在偏心距e， 柱塞在离心力和定子内壁的作用下在缸体内来回滑动，完成吸压油过程。 该泵的柱塞沿缸体径向布 置，故称为径向桂塞泵。,26,改变e的大小，就可以改变Q而成为变量泵。e越大，Q越大。e为零，Q为零。偏心距方向改变，则吸压油口就互换，因此，径向柱塞泵可制成变量变向泵 二、流量计算 1平均理论流量QT A，d，Z分别为柱塞面积、柱塞直径和柱塞数；e偏心距； n一油缸转速,27,2实际流量Q Q = v QT p
9、200 bar v ：0.80 0.90 3瞬时流量 径向柱塞泵瞬时流量变化规律与轴向柱塞泵相同，因此，径向柱塞泵的柱塞数也为奇数。 与轴向柱塞泵相比，径向柱塞泵配油轴的外径较粗（其内部需打孔），处于悬臂状态，并且承受较大的不平衡的径向力，限制了径向柱塞泵的工作压力和流量（流通面积较小，吸入流速不能太高），而且其径向尺寸和重量较大，因此径向柱塞泵要比轴向柱塞泵应用要少。,28,第三节 齿 轮 泵 （外啮合齿轮泵） （External gear pump）,一、工作原理和结构 1. 结构 一对完全相同的外啮合齿轮（gear）、泵体（casing）、泵盖（side plate）。,29,齿轮泵的齿
10、形曲线有标准渐开线形直齿、斜齿、人字齿和圆弧齿等。 齿轮泵的主要优点是结构简单，有一定自吸能力，制造容易，价格低，转速较高。 但其流量不连续有脉动，噪声也较大。 一般用于排送不含硬颗粒并具有润滑性能的油液。在船上常用于滑油泵、驳油泵和液压系统用泵。,30,主动齿轮带动从动齿轮转动。齿轮的齿顶和两端面分别被泵体和前、后端盖所包围。 一侧腔内齿轮的轮齿逐渐分离，形成真空 ，进行吸油过程； 另一侧腔内轮齿逐渐啮合，油液被挤压出去，即为压油过程。 因两个齿轮为外啮合齿轮，故又称为外啮合齿轮泵。,2.工作原理,31,齿轮泵工作原理示意图,32,(一) 实际流量 齿轮泵每转的几何排量 q = DhB =
11、2Zm2B Z，D，m分别为齿轮的齿数、节圆直径和模数；h，B分别为轮齿的有效工作高度和齿宽。 实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大，故对中低压齿轮泵，上式常以666代替2（高压齿轮泵以7代替2），中低压齿轮泵的实际流量为 Q = 6. 66Zm2Bnv n齿轮转速；qv容积效率。v0.85 0.90,二、流量计算和分析,33,1）密封间隙：齿轮端面和端盖间隙；齿顶与泵壳间的间隙；啮合的齿轮间的间隙；泵盖与泵体的间隙,影响容积效率的因素,34,2）排出压力：排出压力越高，泄漏量越大 3）吸入压力：吸入压力越低，油液中泄出的气体越多 4）油液的温度、黏度：温度越高，黏度越低，泄漏量越大 5）转速：
12、转速过低，容积效率降低,35,(二) 流量与几个主要参数的关系 由于齿轮泵是容积式泵，其流量仅与齿轮的转速和结构尺寸有关，与其工作压力无关 1 转速：一般外啮合齿轮泵转速为1000 1500rpm，最高转速为5000rpm。 2 齿数：一般外啮合齿轮泵齿数常取819。 3 齿宽：一般高压齿轮泵的齿宽约为模数的36倍，低压齿轮泵的齿宽约为模数的6l0倍。 4 齿轮的模数：流量与模数的平方成正比。,36,流量不均匀度,37,三、困油现象,（一） 困油现象的产生 为了保证齿轮平稳啮合和均匀连续输油，必须使齿轮啮合的重叠系数1，即同时有两对轮齿啮合。在这两对啮合的轮齿之间形成了与吸油腔和压油腔互不相通
13、的闭死容积，闭死容积开始逐渐减小，随后又逐渐增大，这种现象称为“困油现象”。,38,困油现象原理图,39,1增加功率损失，降低轴承等零件的寿命。当闭死空间由大变小时，油液受到挤压，压力急剧升高，使齿轮、轴和轴承突然受到冲击。 2增加发生汽蚀的可能性。当闭死空间由小变大时，形成真空，产生汽泡，可能引发汽蚀。并带来振动、噪声和功率损失增加等危害。 3油液受挤压而油温升高，促使油液变质。,(二) 困油现象的危害,40,开卸荷槽 当闭死容积由大变小时，被压缩的油液通过卸荷槽压入压油腔，避免了油液被挤；而当闭死容积由小变大时，通过卸荷槽引入吸油腔的油液，可防止困油区因产生真空而带来的危害。,（三）困油现
14、象消除,41,齿轮外周的液压力 大致通过 齿轮中心，指向吸入端；,主动齿轮、从动齿轮所受的径向 合力F1、F2大小不相等、方向也 不同 。,从动齿轮所受的径向力比主动齿轮大（即从动齿轮的轴承磨耗大）。,四、齿轮泵的径向力,42,1.开设压力平衡槽。在端盖上开设压力平衡槽，使它们分别与吸油腔和压油腔相通，从而可以大大减小径向不平衡力。但同时也会造成泄漏量增加。,减小径向力措施,43,2.缩小压油口。缩小压油口面积可以减小压力油作用于齿轮上的面积，使径向不平衡力相应减小。 3.合理选择齿顶圆和齿宽参数：在保证流量不变的条件下，减少齿轮齿数，增大齿轮模数，可使齿顶圆和齿宽减小，因而可以减小径向不平衡
15、力。,44,一、渐开线内啮合齿轮泵（月牙泵） 结构：内齿轮（idler）、外齿轮（rotor）泵盖 、月牙形隔板（cresent）,第四节 内啮合齿轮泵（Internal gear pump）,45,内啮合齿轮泵,46,工作原理：主动齿轮转动时，从动齿轮也以相同的方向旋转，一侧轮齿逐渐分离，腔室容积不断增大，吸入油液，另一侧轮齿逐渐啮合， 腔室容积不断缩小，油液被挤压出去。 该泵也可以做成可逆转的。当泵轴的旋转方向相反时，只要使月牙隔扳的位置转动180，仍能保持原来的供油方向。,47,与齿轮泵相比，渐开线内齿轮泵的外形轮廓小，结构紧凑，转速高，流量脉动小，吸入性能好（吸油区较大），但它加工复杂
16、，容积效率低，对材料要求高，一般作为动力机械的随车润滑油泵。 渐开线内齿轮泵无困油现象，排出压力可达30MPa，容积效率96%，排量范围般为0.8300mLr，转速范围为3004000rmin。,48,摆线内啮合齿轮泵由内转子（internal rotor）和外转子（external rotor），内转子比外转子少一齿。 内转子和外转子相啮合时，形成了若干密闭空间。密闭空间随着转子的转动逐渐增大形成真空，形成吸油过程； 再继续旋转，密闭空间逐渐减小，油液受到挤压，形成压油过程。 内转子每转一周，密闭空间各完成一次吸油和压油过程。,二、摆线内啮合齿轮泵（转子泵）,49,50,内转子和外转子的转速
17、与它们各自的齿数成反比 式中 n1，Z1分别为内转子的转速和齿数， n2，Z2分别为外转子的转速和齿数。 因 Z2- Z1 = 1 ，所以,51,摆线内啮合齿轮泵结构紧凑，体积小，重量轻，零件少，吸压油充分，运转平稳，噪声小和转速高等优点。缺点是齿数少时压力脉动较大，在高压低速条件下容积效率较低。 其主要性能参数范围：压力为116MPa，排量为2150mLr，容积效率为8090%，转速为10004500rmin。 当转子制造精度提高时，转速可高达10000rmin。 摆线内啮台啮合泵可用作动力机械的随车润滑油泵或甲板机械液压系统辅助油路的油泵。,52,第五节 叶 片 泵（Sliding pum
18、p）,53,单作用叶片泵主要结构由传动轴、转子、叶片（vane）、定子、配油盘（value plate）和泵体等零件组成。,(一) 单作用叶片泵的工作原理,54,工作原理：定子与转子的中心存在偏心距e。当转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下紧贴定子内表面，转子和定子两侧有配油盘紧密贴合，形成若干个密闭空间。 当转子旋转时，转子右半部分密闭容积不断扩大，形成真空，油液经配油盘上的吸油窗口被吸入，转子左半部分密闭容积不断缩小，油液经压油窗口压出。在吸油腔与压油腔之间有一过渡区，它把吸油腔与压油腔隔开。 转子每转一周。各密闭容积完成一次吸油和压油，因此称为单作用泵。,55,如果在结构上把定子和转
19、子间的偏心距做成可调的，则单作用叶片泵就可成为变量泵。 偏心距增大，流量就增大，偏心距减小，流量就减小。 由于一侧是高压油，另一侧是低压油，产生径向力。径向力使轴变形，加剧轴承以及叶片和泵内壁的磨损。,56,转子转一转，相邻两叶片之间的容积在吸油结束、排油将要开始的瞬时达到最大值v1，而在排油结束、吸油即将开始的瞬时具有最小值v2。 显然，转子转一转，相邻两叶片间排油体积为 的v1+v3和v2+v3可近似地看 作是两个扇形体积，即,流量,57,上式带入得 考虑到叶片的厚度及安装角度，则实际流量为,58,双作用叶片泵也是由转子、定子、叶片、配油盘和泵体等零件组成。,(二) 双作用叶片泵的工作原理
20、,59,转子和定子同心。在吸油窗口处叶片外伸，密闭容积增大而吸油，在排油窗口处叶片被压进，密闭容积减小而压油。 转子每转一周，每个密闭容积各完成两次吸油和压油过程，称为双作用泵。,工作原理,60,双作用叶片泵,61,相邻两叶片间的工作容积一次排油体积q等于扇形体积v1与v2，之差 转子转一转，相邻两叶片间工作容积排油为2 q ，整个泵的排量为 考虑叶片厚度和安装角度的影响,流量,62,叶片泵的泄漏 1.叶片及转子侧面和侧板之间的泄漏，此处泄漏距离短，面积大，占总泄漏量的比例最大； 2.叶片顶部和定子内环之间的泄漏。 容积效率,63,为了保证吸、压油腔不发生沟通，配油盘上吸油窗口和排油窗口之间的
21、间隔所对应的角度必须大于相邻两叶片之间的角度。 从吸油区转向压油区，吸油区的低压，直到压油区突然升压，产生冲击。 从压油区转向吸油区， 压油区的高压，直到吸 油区突然降压，产生汽 穴。,困油现象,64,结构紧凑，运转平稳，流量和压力的脉动小，寿命长的优点； 缺点是结构复杂，对油液的污染敏感，同时因受叶片甩出力，吸油速度和磨损等因素的影响，转速受到一定限制。 主要性能参数一般在如下范围：压力为1432MPa，排量为0.5480mlr，转速为5004000rmin，容积效率为6094%。 在船舶上，叶片泵一般可作为舵机、起锚机等油压系统的工作油泵或输油系统的输油泵。,65,三、限压式叶片泵,调节单
22、作用叶片泵定子和转子间的偏心距，便可调节泵的流量。 偏心距可以人工调节，也可以自动调节。 自动调节的变量叶片泵，根据其流量压力曲线的不同可分为恒压式、恒流量式和限压式三种。 目前，限压式变量叶片泵应用较广。,66,限压式变量叶片泵1工作原理,转子受到压油腔的径向不平衡力，就是利用这一特点进行压力反馈来调节流量。 转子3的中心O2固定，定子2可水平方向移动，调节左端螺钉1可改变偏心距e。,67,吸、压油窗口对油泵中心线不对称, 压油腔油液给定子的作用力P也偏了一个角度。P的水平方向分力为Psin，与右侧调控弹簧4的作用力方向相反。 当油泵压力升高，PsinP弹簧时，定子右移，e减小，Q也减小。
23、当PsinP弹簧时，泵以Qmax工作。调节弹簧的预压缩量，就是调节最大工作流量时的最高压力。,68,当p升高时，泄漏量Q略有增加，实际流量Q略有减少。 pB为调定的限压值，当工作压力小于pB时，Qmax不变。调节流量调节螺钉，即改变Qmax ，AB段上下平移。 当ppB时，e减小，油泵开 始自动变量，按线段BC变 化。调节调整弹簧的弹簧 力，即改变了限定压力pB， 这时线段BC左右平移。,性能曲线,YBP型叶片泵性能曲线,69,改变弹簧的刚度系数即改变线段BC的斜率。压力pc是调整弹簧使泵的偏心距为零时的压力，称为截止压力。 NP曲线表明，当ppB以后，功率曲线急剧下降。,YBP型叶片泵性能曲
24、线,70,利用排油口的压力反馈变量。 当排出压力等于设定值时，左侧压力等于弹簧弹力，泵在额定流量下工作。 当排出压力大于设定值时，左侧压力大于弹簧弹力，使定子向右移动，偏心距e减小，排量减小。 当排出压力小于设定值，左侧压力小于弹簧弹力，使定子向左移动，偏心距增大，排量增大。,限压式叶片泵2工作原理,71,图为YBP型限压式叶片泵的转子。叶片不是沿径向布置，而是顺着旋转的方向后倾。 如果叶片径向布置，在过渡区时，叶片的两端均受高压油的作用，径向力基本平衡。而叶片外伸部分两侧分别受到高压和低压的作用，在两侧压力差的作用下，叶片槽对叶片的支反力很大，也就是叶片运动摩擦力很大。,(三) 叶片倾角,7
25、2,这样，单靠叶片的离心力已不能克服叶片的摩擦力，致使叶片不能外伸，叶片与定子内表面脱开，严重影响泵的性能。 同时，由于叶片在转过过渡区后又会撞击在定子内表面上，产生压力波动和噪声，影响泵的寿命。,73,为了解决叶片从低压区进入高压区时与定子内表面脱开的问题，单作用叶片泵在结构上将叶片后倾一个角度(一般为2030)。 这样当叶片从低压区进入高压区时，叶片顶端受到的是低压油而不是高压油的作用。 同时还有离心力和哥氏惯性力以及定子内表面对叶片的摩擦力的作用。,74,第五节 螺杆泵,75,76,1.结构：泵壳、螺杆、轴承、轴封等 由一个圆形截面的单头螺杆(转子)和一个椭圆形截面的具有双头螺纹的衬套(
26、定子)组成。 螺杆通常由金属制成，而衬套多用弹性材料丁睛橡胶制成。,一、单螺杆泵,77,由于衬套是双头的，所以它的螺旋导程是转子导程的两倍。这样，当螺杆与衬套互相啮合时，就会形成一个个轴向长度为t的封闭容腔，这些封闭容腔被螺杆与衬套的啮合线完全隔开，可见，单螺杆泵属密封型螺杆泵。 当螺杆以不大的偏心距e在衬套中啮合旋转时，螺杆与泵缸间与右端吸口相通的工作谷积不断增大而吸入液体，然后与吸口隔离，沿轴向不断推移至排出端，转而再与左端排出口相通，该空间容积不断减小而徘出液体因而泵得以吸排液体。,2.工作原理,78,79,80,81,二、双螺杆泵（非密封式）,82,三、三螺杆泵（密封式）,83,三螺杆
27、泵的螺杆螺牙为摆线、双头螺杆，属密封型螺杆泵，在船上被广泛用于主机润滑油泵、燃油泵及液压动力油泵。 它主要由衬套7，以及安插在衬套中的主动螺杆4和与其啮合的从动螺杆3和5组成。 主动螺杆是凸螺杆，从动螺杆是凹螺杆，它们的转向相反。,84,船用三螺杆泵的典型结构,85,螺杆泵工作过程可以分为三部分：吸入过程、传送过程、排出过程。 各啮合螺杆之间以及螺杆与衬套内壁之间的间隙很小，而三根螺杆在衬套内互相啮合时，由于m处密封，n处不密封，便形成从8字形空间。 1.吸入过程：随着螺杆的啮合转动，吸入空间首先在下面吸入端开始形成并逐渐增大，不断吸入液体，然后封闭。,86,2.排出过程：这个封闭空间沿轴向不
28、断向上推移直至排出端(犹如一个液体螺母在螺杆回转时不断沿轴向上移动)，同时，新的吸入空间又紧接着在吸入端形成。主动螺杆每转一圈，各密封容积就移动一个导程t。 3.排出过程：一个接一个的封闭空间移到排出端与排出腔相通时，由于螺纹向上推动，排油腔容积减少，将其中的液体不断挤出，完成排油过程。,87,如果螺杆反转，则泵的吸、排方向也就相反。 这种泵的吸、排口分别设在泵体中部和上部，可保证每次停用后泵内都存有部分液体，以免下次起动时干转。,88,89,螺杆泵的特点,1.具有自吸能力； 2.理论流量仅取决于运动部件的尺寸和转速； 3.额定排出压力与尺寸和转速无直接关系，主要受密封性能、结构强度和原动机功率的限制； 4.没有困油现象，流量和压力均匀，故工作平稳，噪声和振动较少； 5.对所输送的液体搅动少，水力损失可忽略不计，适于输送不宜搅拌的液体(如供给油水分离器的含油污水)； 6.零部件少，相对重量和体积小，磨损轻，维修工作少，使用寿命长； 7.螺杆的轴向尺寸较长，加工和装配要求较高。,