第二章液压泵.ppt

Chapter 3 Hydraulic pumps 液压泵液压泵3.1 Introduction 概述概述3.2 Piston pumps 柱塞泵柱塞泵3.3 Vane pumps 叶片泵叶片泵3.4 Gear pumps 齿轮泵齿轮泵3.5 Variable displacement control of pumps 泵的变量控制泵的变量控制 3.1 Introductions 概述概述1. Functions 作用作用 Transform Mechanical Energy into Hydraulic Energy 把机械能转化为液体的压力能把机械能转化为液体的压力能能量转化元件）（能量转化元件） M p M.E. H.E ω qPump（液压泵（液压泵）） 2. Operating principle 工作原理工作原理Fig. 3- -1 Operating principle of a single piston pumpForming oil tight chamber 密封工作容积的形成密封工作容积的形成Changing the oil tight chamber 密封容积变化密封容积变化 （（increasing: suction oil; decreasing: delivery oil）） （（容积变大容积变大: :吸油；容积变小吸油；容积变小: :压油压油））Separating inlet port from outlet port 高、低压工作腔分开高、低压工作腔分开 Conclusion 结论结论 Working based on the oil tight chamber variation 密闭工作腔容积的变化进行工作密闭工作腔容积的变化进行工作 －－－－Displacement pumps 容积式液压泵容积式液压泵 Conditions 工作条件工作条件3. Main performance parameters 基本参数基本参数Pressure 压力（压力（Pa，，MPa））Suction pressure 进口压力进口压力Working pressure 工作压力工作压力 p Operating pressure depends on the overall loads 工作压力取决于外负载。

工作压力取决于外负载Rated pressure 额定压力额定压力 pr The maximum operating pressure on pump life 长期工作所允许的最高工作压力长期工作所允许的最高工作压力Maximum working pressure 最高工作压力最高工作压力 pmax Limit pressure in short time overload 短时间超载允许的极限压力短时间超载允许的极限压力 Displacement and flow rate 排量、流量排量、流量Delivery: Variable volume per revolution排量排量V ：：每转可变容积的变化体积每转可变容积的变化体积 （（m3/ /r , mL/ /r）） Theoretical flow rate: Variable volume per unit 理论流量理论流量 qt ：：单位时间可变容积变化的几何体积单位时间可变容积变化的几何体积（（m3/s、、L/min））—rotating speed（转速转速）  Practical flow rate: Output oil volume per unit 实际流量实际流量 q ：：单位时间内输出的液体体积量单位时间内输出的液体体积量由于泄漏、压缩等，输出的液体体积比理论值小。

由于泄漏、压缩等，输出的液体体积比理论值小 Rated flow rate：： the flow rate under rated pressure and rated rotating speed 额定流量额定流量qr ：：在额定压力和额定转速下的实际流量在额定压力和额定转速下的实际流量0 Power and efficiency 功率、效率功率、效率Output power：：输出功率输出功率 Po则柱塞单位时间里对液体作的功，即功率：则柱塞单位时间里对液体作的功，即功率： 设柱塞以力设柱塞以力F，速度，速度v 推动液体排出，则推动液体排出，则Δt 时时间间里柱塞对液体作的功为：里柱塞对液体作的功为： Input power：：输入功率输入功率 Pτ The mechanical power of the driving shaft. 泵的输入功率即偏心轮的驱动功率：泵的输入功率即偏心轮的驱动功率： Volumetric efficiency：：容积效率容积效率ηv Volumetric efficiency due to leakage 因泄漏引起因泄漏引起 Mechanical efficiency：：机械效率机械效率ηm Mechanical efficiency due to friction 因摩擦引起因摩擦引起  Overall efficiency of pump：泵的总效率：泵的总效率ηη 泵的实际输出不等于输入泵的实际输出不等于输入volumetric efficiency times mechanical efficiency 容积效率乘机械效率容积效率乘机械效率4. Performance curves 性能曲线性能曲线Fig. 3- -2 According to the types of delivery 根据每转输出的液体体积能否调节根据每转输出的液体体积能否调节 Fixed delivery pump 定量泵定量泵 Variable delivery pump 变量泵变量泵 5. Classification 分类分类 按油液流动方向是否可变化按油液流动方向是否可变化 Non-return pump 单向泵单向泵 Reversible pump 双向泵双向泵 按结构形式的不同按结构形式的不同Pumps泵泵Gear type齿轮式齿轮式Vane type叶片式叶片式Piston Type柱塞式柱塞式External meshed外啮合外啮合Inner meshed内啮合内啮合Double-acting双作用式双作用式Single-acting单作用式单作用式Axial轴向式轴向式Radial径向式径向式Swash plate斜盘式斜盘式Bent axis斜轴式斜轴式定定量量式式变变、、定定量量式式Graph symbols 图形符号图形符号Variable定量泵定量泵变量泵变量泵双向定量泵双向定量泵Double Single双向变量泵双向变量泵Fixed 1. 径向柱塞泵径向柱塞泵（（Radial piston pump））结构结构 Fig. 3- -5 泵体泵体 Body 输入轴输入轴 Drive shift 花键联接花键联接 转子（转子（缸体缸体）） Rotor 定子定子 Stator 偏心偏心 e 安装安装 柱塞柱塞 Piston：：可在缸体径向柱塞孔中作伸缩运动可在缸体径向柱塞孔中作伸缩运动 配流轴配流轴 Valve shaft ：：位于缸体中心，固定不动位于缸体中心，固定不动 （变量机构：（变量机构：改变改变定子与转子间的偏心距定子与转子间的偏心距) )3.2 柱塞泵柱塞泵（（Piston pumps ）径向柱塞泵工作原理示意图径向柱塞泵工作原理示意图 类似于单作用叶片泵类似于单作用叶片泵。

配油轴固定不动，输入轴经花键带动转子旋配油轴固定不动，输入轴经花键带动转子旋转定子与转子偏心安装，柱塞在离心力或低压转定子与转子偏心安装，柱塞在离心力或低压油作用下，抵紧定子内壁，形成往复运动油作用下，抵紧定子内壁，形成往复运动 改变定子与转子改变定子与转子偏心距偏心距 e，，即可实现变量即可实现变量如能改变如能改变 e 的方向，就可做成双向变量泵的方向，就可做成双向变量泵 工作原理工作原理 2. 斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 Swashplate axial piston pumps 结构结构 Fig. 3- -7 泵体泵体 Housing：：有进出油口有进出油口 驱动轴驱动轴 Drive shaft：： 花键联接花键联接 缸体缸体Cylinder:内有内有z z个柱塞孔个柱塞孔( (均布均布) ) 柱塞柱塞 Pistons：：共有共有z个个 轴向相对伸轴向相对伸缩缩 配流盘配流盘 Valve plate: 有两油口分别与泵体进、有两油口分别与泵体进、 出口端面接触，相对转动。

出口端面接触，相对转动 斜盘斜盘 Swash plate：：倾斜倾斜α角安装角安装 （变量机构（变量机构 Controller：：控制斜盘倾角）控制斜盘倾角）Fig. 3- -7 工作原理工作原理 密封容积形成密封容积形成 柱塞端面、柱塞孔内表面、配流盘柱塞端面、柱塞孔内表面、配流盘 密封体积变化密封体积变化 转子旋转，柱塞在斜盘强迫下往复转子旋转，柱塞在斜盘强迫下往复 伸（容积变大）、缩（容积变小）伸（容积变大）、缩（容积变小） 高、低压油腔分开高、低压油腔分开 配流盘上过渡区配流盘上过渡区 特点特点 压力高，流量大压力高，流量大 （（→功率大）功率大） 改变斜盘倾角改变斜盘倾角α即可改变泵的排量，可制成变即可改变泵的排量，可制成变 量泵量泵 改变倾斜方向（改变倾斜方向（α -αα -α），泵的转动），泵的转动方向不变，而进、出油口互换方向不变，而进、出油口互换 —— —— 双向变量泵双向变量泵 3. 弯弯( (斜斜) )轴式柱塞泵轴式柱塞泵 Bent-axis axial piston pumps结构及工作原理结构及工作原理 Fig. 3- -8 与斜盘式类似。

与斜盘式类似 与斜盘式轴向柱塞泵相比有以下特点与斜盘式轴向柱塞泵相比有以下特点：： 驱动轴与缸体轴线成一定角度，最大可达到驱动轴与缸体轴线成一定角度，最大可达到 25°，排量大 驱动轴通过万向节带动缸体旋转，柱塞只传驱动轴通过万向节带动缸体旋转，柱塞只传 递轴向力递轴向力 工作压力高，流量大，单位功率重量小，工作压力高，流量大，单位功率重量小，寿命长，易于实现变量；但噪声大，抗油液污寿命长，易于实现变量；但噪声大，抗油液污染能力差染能力差4. Specialty 特点特点3.3 叶片泵叶片泵（（Vane pumps））1. .单作用叶片泵单作用叶片泵（（Single- -acting vane pumps））结构结构 定子定子 Stater 偏心偏心 e 安装安装 转子转子 Rotor ：：有叶片槽有叶片槽 可径向伸缩可径向伸缩 叶片叶片 Vane ：：在叶片槽中在叶片槽中 配流盘配流盘 Valve plate ：：共两块，有吸、压油口，共两块，有吸、压油口， 固定在转子的两端固定在转子的两端 泵体：泵体：有进、出油口分别与配流盘上油口相有进、出油口分别与配流盘上油口相通。

通 工作原理工作原理密封容积形成密封容积形成 定子内表面定子内表面、、转子外表面转子外表面、、叶片与配油盘组成叶片与配油盘组成 （（有多个有多个））密封体积变化密封体积变化 转子转动时转子转动时, ,叶片在作用力和定子强迫下：叶片在作用力和定子强迫下： 伸伸 →→ 容积变大容积变大 缩缩 →→ 容积变小容积变小高、低压油腔分开高、低压油腔分开 过渡区中有叶片过渡区中有叶片过渡区的长度应略大于两相邻叶片间的最大距离（过渡区的长度应略大于两相邻叶片间的最大距离) ) 特点特点每转各叶片吸压油各一次每转各叶片吸压油各一次（单作用）（单作用）转子径向受力不平衡转子径向受力不平衡为消除困油，配流盘上开有三角槽为消除困油，配流盘上开有三角槽（卸荷槽）（卸荷槽）叶片沿旋转方向后倾，利于叶片甩出叶片沿旋转方向后倾，利于叶片甩出 （（改变偏心距改变偏心距 e 可改变输出流量可改变输出流量 q，制成变量泵，制成变量泵））2. 双作用叶片泵双作用叶片泵（（Double-acting vane pumps））结构结构 类似于单作用式，区别在于：类似于单作用式，区别在于： 定子内表面由圆弧面定子内表面由圆弧面( (四段四段) )和过渡曲面组成和过渡曲面组成 配流盘有四个油口轴对称分布配流盘有四个油口轴对称分布 转子与定子同心安装转子与定子同心安装工作原理工作原理 同单作用式。

同单作用式 特点特点 转子每转各叶片吸压油各两次转子每转各叶片吸压油各两次（（双作用双作用））转子径向受力平衡转子径向受力平衡定子曲线保证流量脉动小定子曲线保证流量脉动小叶片前倾以减小压力角叶片前倾以减小压力角 压力角压力角：叶片伸缩运动方向与定子曲线的法：叶片伸缩运动方向与定子曲线的法 线之间夹角线之间夹角单作用叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵每转作每转作用次数用次数转子每转一圈转子每转一圈，，完成完成一次吸一次吸、、排油过程排油过程转子每转一圈转子每转一圈，，完成二完成二次吸次吸、、排油过程排油过程叶片安装叶片安装叶片后倾叶片后倾叶片前倾叶片前倾定子内表定子内表面曲线面曲线定子内表面曲线是一定子内表面曲线是一完整的圆完整的圆定子内表面由定子内表面由四段圆弧四段圆弧和四段过渡曲线和四段过渡曲线组成组成定、转子定、转子几何中心几何中心定子与转子偏心安装定子与转子偏心安装同心安装同心安装单、双作用叶片泵比较表单、双作用叶片泵比较表单作用叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵转子径转子径向受力向受力存在不平衡的径向力存在不平衡的径向力 径向力相互抵消。

径向力相互抵消变变 量量 调节定子和转子的调节定子和转子的偏心距偏心距 e即可变量如即可变量如果改变果改变 e 的方向出现－的方向出现－e ，就可改变泵的进、，就可改变泵的进、出油口出油口( (双向泵双向泵) )不能变量不能变量续上表续上表3. 叶片式变量泵叶片式变量泵 （（Pressure-limiting variable vane pumps）） 结构结构（（Fig. 3- -13）） 与单作用叶片泵相似，但带有压力控制弹与单作用叶片泵相似，但带有压力控制弹 簧和排量调节螺钉簧和排量调节螺钉 工作原理工作原理（（Fig. 3- -14）） 液压泵压力油作用于定子上所产生径向力液压泵压力油作用于定子上所产生径向力 的水平分力与弹簧力进行比较，以决定定子与的水平分力与弹簧力进行比较，以决定定子与 转子间的偏心距大小转子间的偏心距大小 结构紧凑、流量脉动小、噪音低，但结构结构紧凑、流量脉动小、噪音低，但结构 较复杂，对油液精度要求高，可靠性差较复杂，对油液精度要求高，可靠性差。

适用于要求运转平稳、流量均匀、低噪声适用于要求运转平稳、流量均匀、低噪声的工作场合的工作场合 4. Specialty 特点特点3.4 Gear pumps 齿轮泵齿轮泵1. 分类分类 根据结构的不同，可分为外啮合齿轮泵和内根据结构的不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种啮合齿轮泵两种2. External gear pumps 外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵 结构结构（（Fig. 3- -15、、16 ）） 由泵体、一对相啮合的齿轮、两块侧由泵体、一对相啮合的齿轮、两块侧 板、输入轴等组成板、输入轴等组成 工作原理工作原理 密封容积的形成密封容积的形成 齿面、泵体内表面、两侧板内表面组成齿面、泵体内表面、两侧板内表面组成 封闭的空间封闭的空间 注意：该空间可与泵体上的油口相通注意：该空间可与泵体上的油口相通 密封容积的变化密封容积的变化 齿轮旋转，一腔进入啮合齿轮旋转，一腔进入啮合 容积变小；容积变小； 一腔分开一腔分开 容积变大。

容积变大 高、低压腔分开高、低压腔分开 啮合面及两侧板内表面啮合面及两侧板内表面 结构要点结构要点Phenomenon of surrounded oil 困油现象困油现象由于闭死容积的变大变小，造成闭死容积中由于闭死容积的变大变小，造成闭死容积中 液体的压力急剧升高和降低的现象称为液体的压力急剧升高和降低的现象称为困油困油 现象消除措施消除措施：在齿轮两侧的端盖（侧板）上开设：在齿轮两侧的端盖（侧板）上开设 卸荷槽 Unbalanced radial force 径向力不平衡径向力不平衡解决措施解决措施：： 缩小压油口直径缩小压油口直径 开压力平衡槽（开压力平衡槽（泄漏量增大泄漏量增大）） Leakage 泄漏泄漏 有端面泄漏、径向泄漏和啮合泄漏三条途径有端面泄漏、径向泄漏和啮合泄漏三条途径  特点特点 结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、自吸性能好、抗油污能力强；但效率低，噪音自吸性能好、抗油污能力强；但效率低，噪音大，流量脉动大，不能用做变量泵。

大，流量脉动大，不能用做变量泵3.5 变量泵的控制变量泵的控制1. 被控量被控量 两个被控制的量：流量和系统最高压力两个被控制的量：流量和系统最高压力2. 变量方式变量方式轴向柱塞泵轴向柱塞泵 改变斜盘倾斜角（改变斜盘倾斜角（Fig. 3- -7）或缸体与）或缸体与 驱动轴的夹角（驱动轴的夹角（Fig. 3- -9））径向柱塞泵与单作用叶片泵径向柱塞泵与单作用叶片泵 改变偏心距（改变偏心距（Fig. 3- -6、、3- -13）） 3. 变量机构变量机构手动变量机构手动变量机构 Fig. 3- -6 结构简单，通常只能在停机或压力较低时结构简单，通常只能在停机或压力较低时才能实现变量才能实现变量手动伺服式手动伺服式 用手操纵伺服阀，通过变量油缸活塞带动用手操纵伺服阀，通过变量油缸活塞带动变量机构动作变量机构动作液压外控式液压外控式 Fig. 3- -9 由外部的压力油驱动变量机构动作由外部的压力油驱动变量机构动作电控式电控式 通过控制电机驱动变量机构。

通过控制电机驱动变量机构液压内控式液压内控式 Fig. 3- -13 由泵体本身的液压力来驱动变量机构动作由泵体本身的液压力来驱动变量机构动作4. 变量泵的形式变量泵的形式限压式变量泵限压式变量泵 Fig. 3- -13 流量随压力升高而降低，当达到限定压力流量随压力升高而降低，当达到限定压力时，流量小到仅够维持系统的泄漏，压力不会时，流量小到仅够维持系统的泄漏，压力不会再升高，所以这种泵不需要溢流阀保护再升高，所以这种泵不需要溢流阀保护 可用在具有快进和快退工作循环的机械加可用在具有快进和快退工作循环的机械加工中（如组合机床、冲压机等）工中（如组合机床、冲压机等） 泵的输出压力与流量关系如泵的输出压力与流量关系如 Fig. 3- -14( (b) ) 恒压式变量泵恒压式变量泵 当压力达到调定压力后，输出流量减当压力达到调定压力后，输出流量减少到最小值（仅供维持系统的泄漏），压少到最小值（仅供维持系统的泄漏），压力不再升高由于流量急剧变化时会产生力不再升高由于流量急剧变化时会产生压力高峰，须设置溢流阀进行保护。

压力高峰，须设置溢流阀进行保护 恒恒 压压 式式 变变 量量 泵泵 恒功率变量泵恒功率变量泵 Fig. 3- -9例例 题题【例【例1】选择题】选择题 1) )液压泵进口处的压力称为液压泵进口处的压力称为 ；泵的实际工作压力称；泵的实际工作压力称 为为 ；泵在连续运转时允许使用的最高工作压力称；泵在连续运转时允许使用的最高工作压力称 为为 ；泵短时间内超载所允许的极限压力称为；泵短时间内超载所允许的极限压力称为 A．工作压力．工作压力 B．最大压力．最大压力 C．额定压力．额定压力 D．吸入压力．吸入压力 2) )泵在没有泄漏的情况下，根据几何尺寸计算得到的泵在没有泄漏的情况下，根据几何尺寸计算得到的 流量称为流量称为 ；在规定转速和额定压力下输出的流量；在规定转速和额定压力下输出的流量 称为称为 ；在某工作压力下实际排出的流量称为；在某工作压力下实际排出的流量称为 。

A．实际流量．实际流量 B．额定流量．额定流量 C．理论流量．理论流量 DACBCBA【例【例2】】图示为齿轮泵示意图液体按图示箭头方向流图示为齿轮泵示意图液体按图示箭头方向流 入、流出泵体，试标出这时的齿轮转动方向入、流出泵体，试标出这时的齿轮转动方向答：答：上齿轮逆时针旋转；下齿轮顺时针旋转上齿轮逆时针旋转；下齿轮顺时针旋转【例【例3】】双作用叶片泵的转子转向如图所示，试说明双作用叶片泵的转子转向如图所示，试说明a、、 b、、c、、d四个油口中的吸油口和出油口四个油口中的吸油口和出油口答：答：吸油口：吸油口：b、、d口；出油口：口；出油口：a、、c口【例【例4】】图示为斜盘式轴向柱塞泵示意图转子转向如图示为斜盘式轴向柱塞泵示意图转子转向如 图所示，试说明它的吸油口和出油口图所示，试说明它的吸油口和出油口答：答： 配油盘配油盘 A- -Aa 安装：安装：a为吸油口，为吸油口，b为出油口；为出油口； 配油盘配油盘 A- -Ab 安装：高低压腔没有分开，泵不能安装：高低压腔没有分开，泵不能 正常工作。

正常工作【例【例5】】图示为组合机床动力滑台采用的双联叶片泵图示为组合机床动力滑台采用的双联叶片泵 YB- -40/ /6( (泵泵2的流量为的流量为40 L/ /min，泵，泵1的流量的流量 为为6 L/ /min) )供油回路快速进给时两泵同时供油回路快速进给时两泵同时 供油，这时的工作压力为供油，这时的工作压力为1MPa；工作进给时；工作进给时 仅泵仅泵1以以4.5MPa的工作压力向系统供油，泵的工作压力向系统供油，泵2 输出的油液经元件输出的油液经元件3直接流回油箱，出口压力直接流回油箱，出口压力 为为0.3MPa如果泵的总效率如果泵的总效率ηop= 0.8，求该双，求该双 联泵所需的最大驱动功率联泵所需的最大驱动功率解：解： 设泵设泵1出口压力为出口压力为 p1，流量为，流量为 q1；泵；泵2出口压力为出口压力为p2，流量为，流量为 q2 快进时双联泵输出的功率为：快进时双联泵输出的功率为： 工进时双泵输出功率为工进时双泵输出功率为 因此，双联泵输出的最大功率为因此，双联泵输出的最大功率为767W，其所，其所需的最大驱动功率为需的最大驱动功率为作作 业业见上传教案。

见上传教案下周上课时交下周上课时交））课课 后后 思思 考考 题题 如果将限压式变量叶片泵的偏心距如果将限压式变量叶片泵的偏心距 e 调大，或将调压弹簧的压缩量增加，试调大，或将调压弹簧的压缩量增加，试 分析其压力分析其压力——流量特性曲线如何变化流量特性曲线如何变化 ? 答：答：调大限压式变量叶片泵的偏心距调大限压式变量叶片泵的偏心距 e，将使曲线，将使曲线 的的AB段上移（段上移（至至A′B′位置位置），输出流量增），输出流量增 大；当调压弹簧的压缩量增加时，临界压力大；当调压弹簧的压缩量增加时，临界压力 pB 上升，上升，BC段曲线右移（段曲线右移（至至B″C″位置位置）答：答： 调大限压式变量叶片泵的偏心距调大限压式变量叶片泵的偏心距 e，将使曲线，将使曲线的的AB段上移（段上移（至至A′B′位置位置），输出流量增大；），输出流量增大；当调压弹簧的压缩量增加时，临界压力当调压弹簧的压缩量增加时，临界压力 pB 上升，上升，BC段曲线右移（段曲线右移（至至B″C″位置位置）。