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1、第 2章 液 壓 動 力 元 件 第2章 液壓動力元件 2.1 液壓泵的工作原理 2.2 液壓泵的主要性能和參數(shù) 2.3 液壓泵的結構2.4 液壓泵與電動機參數(shù)的選用思考題與習題 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2.1 液壓泵的工作原理 圖2-1所示為液壓泵的工作原理圖。柱塞2裝在缸體3內(nèi)， 并可作左右移動， 在彈簧4的作用下， 柱塞緊壓在偏心輪1的外表面上。當電機帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)時， 偏心輪推動柱塞左右運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的變化。當a由小變大時就形成部分真空，使油箱中的油液在大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管道頂開單向閥6進入油腔a實現(xiàn)吸油；反之，當a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單

2、向閥5流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。電機帶動偏心輪不斷旋 轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷的吸油和壓油。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-1 液壓泵工作原理圖 6 5 4 3 2 1 a 1偏心輪；2柱塞；3缸體； 4彈簧；5單向閥；6單向閥 第 2章 液 壓 動 力 元 件 由于這種泵是依靠泵的密封工作腔的容積變化來實現(xiàn)吸油和壓油的， 因而稱之為容積式泵。 容積式泵的流量大小取決于密封工作腔容積變化的大小和次數(shù)。若不計泄漏，則流量與壓力無關。 液壓泵的分類方式很多，它可按壓力的大小分為低壓泵、中壓泵和高壓泵；也可按流量是否可調(diào)節(jié)分為定量泵和變量泵；還可按泵的結構分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中，齒輪泵和葉片泵

3、多用于中、低壓系統(tǒng)， 柱塞泵多用于高壓系統(tǒng)。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2.2 液壓泵的主要性能和參數(shù) 1. 壓力1) 工作壓力液壓泵實際工作時的輸出壓力稱為液壓泵的工作壓力。 工作壓力取決于外負載的大小和排油管路上的壓力損失， 而與液壓泵的流量無關。 2) 額定壓力液壓泵在正常工作條件下， 按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 3) 最高允許壓力 在超過額定壓力的條件下， 根據(jù)試驗標準規(guī)定， 允許液壓泵短暫運行的最高壓力值稱為液壓泵的最高允許壓力， 超過此壓力， 泵的泄漏會迅速增加。 2. 排量 排量是泵主軸每轉(zhuǎn)一周所排出液體體積的

4、理論值， 如泵排量固定， 則為定量泵； 排量可變， 則為變量泵。 一般定量泵因密封性較好， 泄漏小， 故在高壓時效率較高。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 3. 流量流量為泵單位時間內(nèi)排出的液體體積（L/min）， 有理論流量Qth和實際流量Qac兩種。Qth=qn (2-1)式中，q表示泵的排量(L/r)；n表示泵的轉(zhuǎn)速(r/min)。 Qac=Qth-Q (2-2) 式中，Q表示泵運轉(zhuǎn)時，油會從高壓區(qū)泄漏到低壓區(qū)的泄漏損失。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 4. 容積效率和機械效率液壓泵的容積效率V的計算公式為 (2-3) 液壓泵的機械效率m的計算公式為 (2-4) 式中，T th表示

5、泵的理論輸入扭矩；Tac表示泵的實際輸入扭矩。 shacv QQ acthv TT 第 2章 液 壓 動 力 元 件 5. 泵的總效率和功率泵的總效率的計算公式為 =mV= (2-5) 式中， Pac表示泵實際輸出功率；Pm表示電動機輸出功率。泵的功率P ac的計算公式為 Pac = (2-6)式中， p表示泵輸出的工作壓力（MPa）；Qac表示泵的實際輸出流量（L/min）， 1 L =103 cm3。 MacPP60acpQ 第 2章 液 壓 動 力 元 件 【例2-1】 某液壓系統(tǒng)， 泵的排量Q10 mL/r， 電機轉(zhuǎn)速n1200 r/min， 泵的輸出壓力p=5 MPa， 泵容積效率

6、V0.92， 總效率0.84， 求： (1） 泵的理論流量； (2） 泵的實際流量； (3） 泵的輸出功率； (4） 驅(qū)動電機功率。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 解 (1） 泵的理論流量為 Qth=Qn10-3 =10120010-312 ( L/min ) (2) 泵的實際流量為 QacQthV120.9211.04 ( L/min ) (3) 泵的輸出功率為 (4） 驅(qū)動電機功率為)(9.06004.11560 kWpQP ac )(07.184.0 9.0 kWPPm ac 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2.3 液壓泵的結構2. 3. 1 齒輪泵齒輪泵是液壓泵中結構最簡單的一種

7、，且價格便宜，故在一般機械上被廣泛使用； 齒輪泵是定量泵，可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩種。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 1. 外嚙合齒輪泵外嚙合齒輪泵的構造和工作原理如圖2-2所示。它由裝在殼體內(nèi)的一對齒輪所組成，齒輪兩側由端蓋罩住，殼體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成了許多密封工作腔。當齒輪按圖2-2所示方向旋轉(zhuǎn)時，右側吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開，密封工作容積逐漸增大，形成部分真空， 因此油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管進入吸油腔，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)， 把油液帶到左側的壓油腔內(nèi)。在壓油區(qū)的一側，由于齒輪在這里逐漸進入嚙合，密封工作腔容積不斷減小，油液便被擠出

8、去，從壓油腔輸送到壓油管路中去。這里的嚙合點處的齒面接觸線一 直起著隔離高、低壓腔的作用。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-2 外嚙合齒輪泵工作原理 壓油 吸油 第 2章 液 壓 動 力 元 件 外嚙合齒輪運轉(zhuǎn)時泄漏途徑有二：一為齒頂與齒輪殼內(nèi)壁的間隙，二為齒端面與側板之間的間隙， 當壓力增加時， 前者不會改變，但后者撓度大增，此為外嚙合齒輪泵泄漏最主要的原因，故不適合用作高壓泵。 為解決外嚙合齒輪泵的內(nèi)泄漏問題，提高其壓力， 逐步開發(fā)出固定側板式齒輪泵，其最高壓力長期均為710 MPa， 可動側板式齒輪泵在高壓時側板被往內(nèi)推， 以減少高壓時的內(nèi)漏， 其最高壓力可達1417 MPa。

9、第 2章 液 壓 動 力 元 件 液壓油在漸開線齒輪泵運轉(zhuǎn)過程中， 因齒輪相交處的封閉體積隨時間而改變， 常有一部分液壓油被封閉在齒間， 如圖2-3所示， 我們稱之為困油現(xiàn)象。 因為液壓油不可壓縮而使外接齒輪泵在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生極大的震動和噪音， 所以必須在側板上開設卸荷槽， 以防止震動和噪音的發(fā)生。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-3 困油現(xiàn)象出口入口 封閉卸荷槽 旋轉(zhuǎn)方向 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 內(nèi)嚙合齒輪泵圖2-4(a)所示為有隔板的內(nèi)嚙合齒輪泵， 圖2-4(b)所示為擺動式內(nèi)嚙合齒輪泵， 它們共同的特點是： 內(nèi)外齒輪轉(zhuǎn)向相同， 齒面間相對速度小， 運轉(zhuǎn)時噪音??；齒

10、數(shù)相異， 絕對不會發(fā)生困油現(xiàn)象。 因為外齒輪的齒端必須始終與內(nèi)齒輪的齒面緊貼， 以防內(nèi)漏， 所以內(nèi)嚙合齒輪泵不適用于較高的壓力的場合。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-4 內(nèi)嚙合齒輪泵(a) 有隔板的內(nèi)嚙合齒輪泵； (b)擺動式內(nèi)嚙合齒輪泵 吸油腔 壓油腔 吸油腔 壓油腔 (a) (b) 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2.3.2 螺桿泵 如圖2-5所示為螺桿泵。 它的液壓油沿螺旋方向前進， 轉(zhuǎn)軸徑向負載各處均相等， 脈動少， 運動時噪音低； 可高速運轉(zhuǎn)， 適合作大容量泵； 但壓縮量小， 不適合高壓的場合。 一般用作燃油、 潤滑油泵， 而不用作液壓泵。 圖2-5 螺桿泵密封面螺桿 第

11、 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 3. 3 葉片泵葉片泵的優(yōu)點是：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓力脈動小，噪音??；結構緊湊、尺寸小、流量大。其缺點是：對油液要求高，如油液中有雜質(zhì)，則葉片容易卡死；與齒輪泵相比結構較復雜。 它廣泛應用于機械制造中的專用機床，自動線等中、 低壓液壓系統(tǒng)中。 該泵有兩種結構形式：一種是單作用葉片泵， 另一種是雙作用葉片泵。 1. 單作用葉片泵 第 2章 液 壓 動 力 元 件 單作用葉片泵的工作原理如圖2-6所示，單作用葉片泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等組成。 定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距e， 葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動， 當轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，

12、 使葉片緊靠在定子內(nèi)壁， 這樣，在定子、 轉(zhuǎn)子、葉片和兩側配油盤間就形成了若干個密封的工作空間，當轉(zhuǎn)子按逆時針方向回轉(zhuǎn)時， 在圖2-6的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的空間逐漸增大，從吸油口吸油，這是吸油腔。 在圖2-6的左部， 葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進槽內(nèi)， 工作空間逐漸縮小， 將油液從壓油口壓出， 這就是壓油腔。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 在吸油腔和壓油腔之間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，這種葉片泵每轉(zhuǎn)一周，每個工作腔就完成一次吸油和壓油，因此稱之為單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)， 泵就不斷地吸油和排油。 改變轉(zhuǎn)子與定子的偏心量，即可改變泵的流量，偏心量越大，流量越大， 若調(diào)成幾乎是

13、同心的，則流量接近于零。 因此單作用葉片泵大多為變量泵。另外還有一種限壓式變量泵，當負荷小時，泵輸出流量大，負載可快速移動；當負荷增加時，泵輸出流量變少， 輸出壓力增加， 負載速度降低。 如此可減少能量消耗， 避免油溫上升。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-6 單作用葉片泵工作原理e1 2 3壓油 吸油1轉(zhuǎn)子；2定子；3葉片 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 雙作用葉片泵雙作用葉片泵的工作原理如圖2-7所示， 定子內(nèi)表面近似橢圓， 轉(zhuǎn)子和定子同心安裝， 有兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)對稱布置。 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周， 完成兩次吸油和壓油。 雙作用葉片泵大多是定量泵。 圖2-7 雙作用葉片泵工作

14、原理3 2 15CDA B4 1轉(zhuǎn)子；2定子；3葉片；4油液 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 3. 4 柱塞泵柱塞泵工作原理是通過柱塞在液壓缸內(nèi)做往復運動來實現(xiàn)吸油和壓油。齒輪泵和葉片泵相比，該泵能以最小的尺寸和最小的重量供給最大的動力，為一種高效率的泵， 但制造成本相對較高， 該泵用于高壓、 大流量、 大功率的場合。 它可分為軸向式和徑向式兩種。 1. 軸向柱塞泵軸向柱塞泵的工作原理如圖2-8所示。軸向柱塞泵可分為直軸式（圖2-8(a）所示）和斜軸式（圖2-8(b)所示）兩種。這兩種泵都是變量泵， 通過調(diào)節(jié)斜盤傾角， 即可改變泵 的輸出流量。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-

15、8 軸向柱塞泵工作原理 (a) 直軸式； (b)斜軸式 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 徑向柱塞泵 徑向柱塞泵（柱塞運動方向與液壓缸體的中心線垂直）可分為固定液壓缸式和回轉(zhuǎn)液壓缸式兩種。 如圖2-9所示為固定液壓缸式， 利用偏心輪的旋轉(zhuǎn)， 可使活塞產(chǎn)生往復行程， 以進行泵的吸、 壓作用。 偏心輪的偏心量固定， 所以固定液壓缸式徑向柱塞泵一般為定量泵， 最高輸出壓力可達21 MPa以上。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-9 固定液壓缸式徑向柱塞泵吸入行程柱塞 排出口吸入口排出行程偏心凸輪 第 2章 液 壓 動 力 元 件 如圖2-10所示為回轉(zhuǎn)液壓缸式柱塞泵，其活塞安裝在壓缸體上

16、，壓缸體的中心和轉(zhuǎn)子的中心有一偏心量e， 壓缸體和軸一同旋轉(zhuǎn)。分配軸固定，上有四條油路， 其中兩條油路成一組，分別充當壓油的進出通道，并和蓋板的進出油口相通。改變偏心量即可改變流量， 因此， 回轉(zhuǎn)液壓缸式柱塞泵為一種變量泵。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-10 回轉(zhuǎn)液壓缸式徑向柱塞泵 軸 凸緣 (回轉(zhuǎn)) 壓缸體 進出口 轉(zhuǎn)子 活塞 壓缸體 轉(zhuǎn)子 分配軸(固定) 進出口 本體 e 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 3. 5 液壓泵的職能符號液壓泵的職能符號如圖2-11所示。圖2-11 液壓泵的職能符號(a) 單向定量液壓泵； (b) 單向變量液壓泵； (c) 雙向定量液壓泵； (

17、d) 雙向變量液壓泵 (a) (b) (c) (d) 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2. 3. 6 常用泵的性能 了解各種常用泵的性能有助于我們正確的選用泵， 表2-1列舉了最常用泵的各種性能值，供大家在選用時參考。 表2-1 幾種常用泵的各種性能值 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2.4 液壓泵與電動機參數(shù)的選用 2. 4. 1 液壓泵大小的選用液壓泵的選擇通常先根據(jù)液壓泵的性能要求來選定液壓泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應保證的壓力和流量來確定它的具體規(guī)格。 液壓泵的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的最大工作壓力來決定的，考慮到各種壓力損失，泵的最大工作壓力p泵可按下式確定： p泵k壓p缸式中，p泵

18、表示液壓泵所需要提供的壓力(Pa)；k壓表示系統(tǒng) 中壓力損失系數(shù)，一般取1.31.5；p缸表示液壓缸中所需的最大工作壓力(Pa)。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 液壓泵的輸出流量取決于系統(tǒng)所需最大流量及泄漏量， 即 Q泵k流Q缸式中，Q泵表示液壓泵所需輸出的流量(m3/min)；k流表示系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.11.3；Q缸表示液壓缸所需提供的最大流量(m3/min)。 若為多液壓缸同時動作，Q缸應為同時動作的幾個液壓缸所需的最大流量之和。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 在p泵、 Q泵求出以后， 就可具體選擇液壓泵的規(guī)格， 選擇時應使實際選用泵的額定壓力大于所求出的p泵值， 通?？煞?/p>

19、大25%。泵的額定流量一般選擇略大于或等于所求出的Q缸值即可。2. 4. 2 電動機參數(shù)的選擇液壓泵是由電動機驅(qū)動的，可根據(jù)液壓泵的功率計算出電動機所需要的功率， 再考慮液壓泵的轉(zhuǎn)速， 然后從樣本中合理地選定標準的電動機。 驅(qū)動液壓泵所需的電動機功率可按下式確定： 第 2章 液 壓 動 力 元 件 式中，PM表示電動機所需的功率(kW)；p泵表示泵所需的最大工作壓力(Pa)；Q泵表示泵所需輸出的最大流量(m3/min)；表示泵的總效率。 各種泵的總效率大致為齒輪泵： 0.60.7；葉片泵： 0.60.75； 柱塞泵： 0.80.85。 )(60 kWQpPM 泵泵 第 2章 液 壓 動 力 元

20、 件 2.4.3 計算舉例 【例2-2】 已知某液壓系統(tǒng)如圖2-12所示，工作時， 活塞上所受的外載荷為F=9720N，活塞有效工作面積A0.008m2， 活塞運動速度v=0.04m/s，問應選擇額定壓力和額定流量為多少的液壓泵？驅(qū)動它的電機功率應為多少? 解 首先確定液壓缸中最大工作壓力p缸為 選擇k 壓1.3，計算液壓泵所需最大壓力為 p泵1.31.215 1.58 (MPa) )(215.1)(1015.12 5 MPaPaAFp 缸 第 2章 液 壓 動 力 元 件 再根據(jù)運動速度計算液壓缸中所需的最大流量為 Q缸=vA=0.040.008=3.210-4 (m3/s)選取k流1.1，

21、計算泵所需的最大流量為 Q泵k流1.13.210-4=3.5210-4 (m3/s)21.12 (L/min) 查液壓泵的樣本資料，選擇CB-B25型齒輪泵。 該泵的額定流量為25 L/min，略大于Q泵； 該泵的額定壓力為25 kgf/cm（略為2.5 MPa），大于泵所需要提供的最大壓力。 選取泵的總效率0.7，驅(qū)動泵的電動機功率為 )(94.07.060 1017.4108.1560 45 kWQpPM 泵泵 第 2章 液 壓 動 力 元 件 由上式可見，在計算電機功率時用的是泵的額定流量，而沒有用計算出來的泵的流量，這是因為所選擇的齒輪泵是定量泵的緣故，定量泵的流量是不能調(diào)節(jié)的?！纠?

22、-3】 如圖2-12所示的液壓系統(tǒng)，已知負載F=30 000N，活塞的有效面積A=0.01 m2，空載時的快速前進的速度為0.05 m/s，負載工作時的前進速度為0.025 m/s， 選取k 壓1.5，k流1.3，0.75 ，試從下列已知泵中選擇一臺合適的泵， 并計算其相應的電動機功率。 第 2章 液 壓 動 力 元 件 圖2-12 液壓系統(tǒng) A Fv 第 2章 液 壓 動 力 元 件 解 p缸= p泵k壓p缸1.53010545105 (Pa) 因為快速前進的速度大，所需流量也大，所以泵必須保證的流量應滿足快進的要求，此時流量按快進計算， 即 Q缸v快進A0.050.01510-4 (m3/

23、s) Q泵k流Q缸1.3510 -46.510-4 (m3/s)=39 (L/min) )(103001.030000 5 PaAF 第 2章 液 壓 動 力 元 件 在p泵、Q泵求出后，就可從下列已知泵中選擇一臺。已知泵如下： YB-32型葉片泵，Q額32 L/min，p額63 kgf/cm2; YB-40型葉片泵，Q額40 L/min， p額63kgf/cm2; YB-50型葉片泵， Q額50 L/min， p額63 kgf/cm2。 因為求出的p泵4510+5 Pa45 kgf/cm2，而求出的Q 泵39 L/min， 所以應選擇YB-40型葉片泵。電動機功率為 75.060 1067.

24、6104560 45 泵泵QpPM 第 2章 液 壓 動 力 元 件 思考題與習題 2-1 何謂泵的排量、 理論流量和實際流量？2-2 何謂定量泵和變量泵？2-3 何謂泵的工作壓力、 額定壓力和最高工作壓力？ 2-4 液壓泵的種類有哪三大類？ 各有何優(yōu)缺點？2-5 為什么齒輪泵通常只能做低壓泵使用？2-6 某液壓泵的輸出壓力5 MPa， 排量為10 mL/r， 機械效率為0.95，容積效率為0.9，當轉(zhuǎn)速為1000 r/min時， 泵的輸出功率和驅(qū)動泵的電機功率各為多少？ 第 2章 液 壓 動 力 元 件 2-7 某液壓泵的轉(zhuǎn)速為950 r/min，排量q168 mL/r， 在額定壓力為29.5 MPa和同樣轉(zhuǎn)速下， 測得的實際流量為150 L/min， 額定工作情況下的總效率為0.87， 求： (1） 泵的理論流量； (2） 泵的容積效率和機械效率； (3） 泵在額定工作情況下， 所需的電機驅(qū)動功率。2-8 已知某液壓系統(tǒng)工作時所需最大流量Q510-4 m 3/s，最大工作壓力p40105 Pa，取k壓1.3，k流1.1， 試從下列泵中選擇液壓泵。 若泵的效率n0.7，計算電機功率。 CB-B50型泵，Q額50 L/min，p額25 105 Pa；YB-40型泵，Q額40 L/min，p額63 105 Pa。