页数：45页文件大小：2.24 MB来源： 车辆液压传动与控制技术ppt课件
本课件围绕液压动力元件展开，先介绍容积式液压泵的工作原理与压力、排量、流量、功率和效率等性能参数，再依次讲解齿轮泵、叶片泵与柱塞泵的结构特点与排量计算，最后分析液压马达与液压泵的差异及齿轮、叶片、柱塞马达的工作特性。
第三章液压泵及马达
【教学目标】通过本章的学习，使读者能过掌握车辆液压传动系统中液压泵及液压马达的工作原理、基本参数和结构特性等方面的知识，并能合理设计和选用液压泵和液压马达，并进行必要的液压传动装置验算。第3章液压泵及马达相关知识能力要求知识要点流体静力学的相关原理学习并掌握齿轮泵、叶片泵及马达、柱塞泵及马达原理、特性和参数计算方法液压泵及马达【教学要求】
导入案例3.1概述3.2液压泵的主要性能参数3.3齿轮液压泵3.4叶片液压泵3.5柱塞液压泵3.6液压马达本章小结第3章液压泵及马达
导入案例车辆机械液压助力转向系统：主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转动。
3.1概述液压动力元件起着向系统提供动力源的作用，是系统不可缺少的核心元件。液压系统是以液压泵作为系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵将原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为工作液体的压力能，是一种能量转换装置工作原理液压泵是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵单柱塞液压泵的工作原理图
液压泵的特点1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。2)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地连续地吸、排液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为吸油腔。吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的阻力吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力，压油腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关。容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关。但排油压力会影响泵的内泄露和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。
液压泵的分类液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。
3.2液压泵的主要性能参数压力
功率和效率1)液压泵的功率损失液压泵的功率损失：容积损失机械损失①容积损失容积损失是指液压泵流量上的损失,液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量,其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示：实际输出流量Q：q为液压泵的排量(m3/r) n为液压泵的转速(r/s)液压泵的容积效率恒小于1
液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，所以液压泵的输入功率也可写成：液压泵的特性曲线
3.3齿轮液压泵齿轮泵具有结构简单、质量轻、制造容易、成本低、工作可靠、维修方便等特点，因而广泛应用于中低压液压系统中。它的缺点是容积效率低，轴承载荷大，此外流量脉动、压力脉动、噪音都较大。外啮合齿轮泵1）工作原理齿轮泵工作原理2）齿轮泵的结构齿轮泵结构图1—端盖；2—滚针轴承；3—泵体；4—端盖；5—传动轴；6—从动齿轮；7—主动齿轮
3）排量计算和流量脉动齿轮泵的平均排量是两个齿轮齿槽容积的总和，并近似认为齿槽的容积等于轮齿的体积。因此每转的排量qD——齿轮节圆直径；h——轮齿有效工作高度，这里h=m；b——齿宽；z——齿数；m——齿轮模数。流量和几个主要参数的关系为:
4）困油现象齿轮泵要能连续供油，且使输油率比较均匀，就要求齿轮啮合的重叠系数ε≥l，这样，在某一段时间就会有两对轮齿同时啮合，这时留在齿间的油液就被围困在两对轮齿所形成的封闭体内。随着齿轮转动，这一封闭容积的大小将发生变化，使困在里边的油液受到挤压，这种现象称为困油现象消除齿轮泵困油现象的方法，通常是在两侧端盖上开卸荷槽5）径向力平衡问题齿轮泵轴承的磨损是影响泵的寿命的主要原因，因此对作用在轴承上的径向力的计算和平衡是设计齿轮泵必须注意的问题为了解决径向力不平衡问题，有的泵在其侧盖或座圈上开有压力平衡槽，使作用的径向力相互平衡。
齿轮泵中的径向压力分布内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵主要有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种类型
内啮合齿轮泵渐开线齿轮泵摆线齿轮泵
转子泵的工作原理图摆线转子泵与外啮合齿轮泵相比较，具有结构紧凑、体积小、零件少、单位体积排油量大、吸入特性好、运动平稳、噪音小、适用于高转速等优点。近年已被人们重视，并进入了系列化生产。这种泵的缺点是齿数少时，压力脉动大，同时在高压低速时容积效率低。目前多用于压力在2.5MPa以下的低压系统。
3.4叶片液压泵叶片液压泵具有结构紧凑、体积小、运转平稳、输油量均匀、噪音小、寿命长等优点。因此在中低压系统中应用非常广泛。它的缺点是结构较复杂，吸油性能较差，对油液的污染也较敏感叶片液压泵主要分两大类：即单作用非卸荷式和双作用卸荷式单作用式叶片液压泵由于可以通过改变定子与转子间的偏心距e，调节泵的流量，所以一般多做成变量泵。双作用式叶片液压泵一般做成定量泵。双作用式叶片泵1）工作原理双作用式叶片泵工作原理图1—泵轴；2—定子；3—壳体；4—叶片；5—转子
2）双作用叶片泵的结构及特点定量叶片泵典型结构1，8—球轴承；2—左配油盘；3—泵轴；4—转子；5—定子；6—后泵体；7—右配油盘；9—叶片；①典型结构正反转时转子与定子的相对位置
②定子曲线双作用式叶片泵的定子曲线是由两段大圆弧、两段小圆弧、四段过渡曲线组成的。圆弧和过渡曲线的夹角分别为β和α，两叶片之间的夹角为Z为叶片数，配油盘上封油区的夹角为ε，这时，若做到既不泄漏串腔，又不造成困油，则应使配油盘结构与定子曲线双作用叶片泵定子曲线简图配油盘上的封油区
目前定量叶片泵的过渡曲线多采用等加速曲线种曲线的极坐标方程为定子过渡曲线加速度方程式为等加速度曲线不会产生刚性冲击，叶片工作平稳性较好，噪音小，所以采用其作定子的过渡曲线是比较合适的。
3）排量计算双作用式叶片泵的排量计算也可以用环形体积的办法当两相邻叶片从a，b位置转到c，d位置时，排出容积为M的油液。从c，d转到e，f时吸进了容积为M的油液。从e，f转到g，h时，又排出了容积为M的油液。从g，h转到a，b时，又吸进了容积为M的油液，这时转子刚转一周。可见两叶片间吸油两次，排油两次，每次容积均为M。若泵有Z个叶片，转子转一周时，所有叶片间的排油量为2Z个M容积。此值恰是环形体积的两倍，所以双作用式叶片泵每转的排量q为双作用叶片泵平均流量计算图R——定子长半径；r——定子短半径；B——转子宽度。
双作用式叶片泵平均理论流量为n——转速转子每转由于叶片所占体积而造成的排量损失为S——叶片厚度θ——叶片的倾角因此计入叶片厚度的排量和实际输出流量分别为
单作用式叶片泵1）工作原理单作用式叶片泵的工作原理图叶片泵主要由配油盘、泵轴、转子1、定子2、叶片3、壳体等零件组成当转子不断回转，泵就不断地吸油和排油，泵的转子每转一转，每个工作空间只吸、压油一次，因此叫单作用式叶片泵。这种泵的缺点是作用在转子上的液压力不平衡，使轴承受很大的径向负荷，磨损大，寿命低，一般不宜用在高压的场合。
2）限压式变量叶片泵①限压式变量叶片泵的工作原理单作用式叶片泵的转子受到来自压油腔不平衡的压力，使轴承上承受载荷较大，这本来是这类泵的一个缺点。而限压式变量叶片泵却正是利用单向压力这一特点来进行压力反馈，实现自动调节流量的目的变量叶片泵工作原理图外反馈限压变量叶片泵工作原理图1—螺钉2—定子3—转子4—弹簧
设活塞的面积为A，工作腔的压力为P，弹簧刚度系数为K，定子位于最大偏心时弹簧的预压缩量为x0。若系统的工作压力尚不够高，其控制力还不能克服弹簧力kx0时，定子处于最大偏心位置不动，泵的偏心距为最大设定子最大偏心量为e0，偏心量变化时弹簧增加的压缩量为x，则压缩后的偏心量e为
说明了当泵的工作压力p超过p0时，偏心量e与泵工作压力p之间的关系：p增加时，e减小；p越大，e越小，则泵的流量也就越小。②限压式变量叶片泵的结构内反馈限压式变量叶片泵结构图1—螺钉；2—转子；3—滑块；4—定子；5—弹簧；6—螺钉；7—泵轴
③限压式变量叶片泵的特性曲线变量叶片泵的转子图限压式变量叶片泵特性曲线当泵的工作压力小于预先调整的压力pb(即p限)时，定子不动，仍然位于预先调定的最大偏心位置。这时，泵的输出流量Q为线段AB。当泵的供油压力超过预先调整的压力pb(p限)时，弹簧受到压缩，定子偏心距减小，输出流量Q亦越少，而且油压越高，弹簧的压缩量亦越大，泵的偏心量也就越小，输出流量也就越少，如图中线段BC所示。调节螺钉1可改变泵的最大输出流量，这时特性曲线的AB段上下平移。调节螺钉6，可改变油压pb的大小，这时特性曲线BC段左右平移。当改变弹簧5的刚度系数时，可以改变BC线段的斜率。
④限压式变量叶片泵的应用限压式变量叶片泵适用于有快速行程和工作进给要求的情况。例如工作装置有快进、工进、快退等运动。当快进(退)时，系统的压力低，流量大，这时泵正好在特性曲线的AB工作段工作。工进时系统压力升高，需要的流量小，相当于在BC线段处工作。与定量泵相比较节省功率损耗，减少发热。但这种泵的结构较复杂，相对运动的零件多，泄漏较大，因此容积效率较定量泵低。3）排量计算单作用叶片泵计算原理图O1—转子中心；r—转子半径；O2—定子中心；R—定子半径；e—偏心距。
3.5柱塞液压泵柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往复运动，使密封工作腔的容积发生变化而实现吸油和压油的。由于柱塞与缸体内孔属于轴孔配合，容易得到高精度的配合，所以这类泵的特点是泄漏小，容积效率高，适用于高压系统。柱塞泵按其柱塞排列的方式不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵工作原理图1—柱塞；2—转子；3—衬套；4—定子；5—配油轴
径向柱塞泵主要零件的配合表面的加工工艺性好，容易保证配合精度，密封性好，因此容积效率高，一般可达0.94～0.98。但这种泵的径向尺寸大，转子回转时，活塞与定子间的相对滑动速度较高，产生较大的机械摩擦损失。同时由于配油轴受到径向不平衡液压力作用，使配油轴与衬套的配合表面易磨损，这些都限制了它的转速和压力的提高。一般多用在10～20MPa的液压系统中轴向柱塞泵轴向柱塞泵的工作原理1—缸体2—配油盘3—柱塞4—斜盘5—传动轴6—弹簧
斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角,传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结,当传动轴转动时,通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动,并迫使柱塞在缸体中作往复运动,借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大,泵的强度较高,但和上述直轴式相比,其结构较复杂,外形尺寸和重量均较大。轴向柱塞泵的优点是:结构紧凑、径向尺寸小,惯性小,容积效率高,目前最高压力可达40.0MPa,甚至更高,一般用于工程机械、压力机等高压系统中,但其轴向尺寸较大,轴向作用力也较大,结构比较复杂。轴向柱塞泵的排量和流量计算柱塞的直径为d,柱塞分布圆直径为D,斜盘倾角为γ时,柱塞的行程为s=Dtanγ,所以当柱塞数为z时,轴向柱塞泵的排量为：
设泵的转数为n,容积效率为则泵的实际输出流量为实际上,由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的,因而输出流量是有脉动的,当柱塞数为奇数时,脉动较小,且柱塞数多脉动也较小,因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11。
3.6液压马达液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用液压马达和液压泵在结构上的差异
液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类：额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。液压马达的分类液压马达也可按其结构类型来分，可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他型式液压马达的性能参数1）排量、流量和容积效率马达的轴每转一周，按几何尺寸计算所进入的液体容积，称为马达的排量V排量的大小是液压马达工作能力的重要标志
2）液压马达输出的理论转矩当液压马达进、出油口之间的压力差为Δp，输入液压马达的流量为Q，液压马达输出的理论转矩为Tt，角速度为ω，如果不计损失，液压马达输入的液压功率应当全部转化为液压马达输出的机械功率：3）液压马达的机械效率由于液压马达内部不可避免地存在各种摩擦，实际输出的转矩T总要比理论转矩Tt小些，即：
4）液压马达的启动机械效率液压马达的启动机械效率是指液压马达由静止状态起动时，马达实际输出的转矩To与它在同一工作压差时的理论转矩Tt之比齿轮液压马达液压马达是将液体的压力能转换成机械能的装置，即输入压力p和流量Q，输出则是转矩T和转速n齿轮液压马达的工作原理如下图
齿轮液压马达工作原理图齿轮液压马达由于密封性较差，容积效率较低，所以输入的油压不能过高，因而不能产生较大的转矩，并且由于它的转矩和转速都是随着齿轮的啮合点变化而脉动，因此齿轮马达一般多用于高转速低转矩的工况叶片液压马达1）工作原理
叶片马达工作原理图2）叶片马达的结构叶片马达的结构，与叶片泵相比较，在结构上主要有以下几点不同：
双作用叶片马达1、3—阀座2—单向球阀4—销子5—燕式弹簧
叶片马达优点：体积小，转动惯量小，因此动作灵敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几秒内换向）。缺点：泄漏较大，不能在低转速下工作。所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩以及动作要求灵敏的场合。轴向柱塞马达1）工作原理
当输入压力油时，压力油将使处于压油腔位置的柱塞顶出，紧紧地抵在斜盘表面上，这时斜盘将给柱塞一反作用力F，其方向垂直于斜盘表面，力F可以分解为两个分力：一个为轴向分力P，力P的大小与压力油作用在柱塞上的力相平衡；另一个为垂直分力T，显然能使缸体产生转矩的就是分力T。其值为2）轴向柱塞马达的结构由传动轴1、斜盘2、缸体3、配油盘7、柱塞8等主要零件组成
【本章小结】本章主要讲述了常用的液压泵及液压马达的结构原理及主要性能参数，需要重点掌握。
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