【正文】 2 液壓泵和液壓馬達 液壓泵、馬達概述 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 液壓馬達 液壓泵及液壓馬達的工作特點 本章習(xí)題 內(nèi)容提要： 本章主要內(nèi)容為 ①液壓泵和液壓馬達的工作原理與性能參數(shù)。②齒輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。③高速液壓馬達及低速大扭矩馬達。通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握這幾種泵和馬達的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點、及主要性能特點；了解不同類型的泵馬達之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。 教學(xué)內(nèi)容： 本章首先介紹液壓泵和馬達的工作原理，接著介紹了齒輪泵及齒輪馬達、葉片泵及葉片馬達、柱 塞泵及柱塞馬達的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，最后簡介幾種泵和馬達的工作特點。 教學(xué)重點： 1．對容積式 泵和馬達工作原理 進行闡述，對容積式 泵和馬達的效率進行計算 ； 2．介紹幾種泵和馬達： 齒輪泵及齒輪馬達、葉片泵及葉片馬達、柱塞泵及柱塞馬達的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與效率 ； 3．簡介 幾種泵和馬達的工作特點、 優(yōu)缺點與應(yīng)用領(lǐng)域。 教學(xué)難點： 1． 泵馬達的基本原理及效率計算； 2．柱塞泵及柱塞馬達基本結(jié)構(gòu)與工作原理； 3．分析馬達產(chǎn)生輸出扭矩的方法。 教學(xué)方法： 課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體 素材來表示抽象概念，利用泵和馬達的拆裝實驗， 了解液壓泵和馬達的結(jié)構(gòu)及工作原理 。 教學(xué)要求： 重點掌握泵馬達的基本原理及效率計算，了解葉片泵及葉片馬達、齒輪泵及齒輪馬達的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握柱塞泵及柱塞馬達基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握分析馬達產(chǎn)生輸出扭矩的方法。 液壓泵、馬達概述 容積式泵、馬達的工作原理 液壓泵和液壓馬達都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。液壓泵由原動機驅(qū)動，把輸入的機械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動力源；液壓馬達則將輸入的 壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。 圖 容積泵的工作原理 在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達都是容積式的，依靠容積變化進行工作。圖 為容積式泵的工作原理簡圖，凸輪 1 旋轉(zhuǎn)時，柱塞 2 在凸輪和彈簧3 的作用下，在缸體的柱塞孔內(nèi)左、右往復(fù)移動，缸體與柱塞之間構(gòu)成了容積可變的密封工作腔 4。柱塞向右移動時，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過吸油閥 5 吸入；柱塞 2 向左移動時，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過壓油閥 6 排到系統(tǒng)中去。在工作過程中。吸、排油閥 6 在邏輯上互逆，不會同時開啟。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。 液壓馬達是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達，即容積式泵都可作液壓馬達使用。但在實際中由于性能及結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達不能互換。 液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式，葉片式和柱塞式三大類；液壓馬達也具有相同的形式。 根據(jù)工作腔的容積變化而進行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因而這種泵又 稱為容積泵。構(gòu)成容積泵必須具備以下基本條件： （ 1） （ 1） 結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)具有密封性能的可變工作容積。 （ 2） （ 2） 工作腔能周而復(fù)始地增大和減?。划?dāng)它增大時與吸油口相連，當(dāng)它減小時與排油口相通。 （ 3） （ 3） 吸油口與排油口不能溝通，即不能同時開啟。 從工作過程可以看出，在不考慮油漏的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸入或排出的油液體積只取決于工作構(gòu)件的幾何尺寸，如柱塞泵的柱塞直徑和工作行程。 在不考慮泄漏等影響時，液壓泵單位時間排出的油液體積與泵密封容積變化頻率成正比，也與泵密封容積的變化量成正比；在不考慮 液體的壓縮性時，液壓泵單位時間排出的液體體積與工作壓力無關(guān)。 液壓泵、馬達的基本性能參數(shù) 液壓泵的基本性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、排量、流量、功率和效率等。 工作壓力：指泵、馬達實際工作時的壓力，對泵來說，工作壓力是指它的輸出壓力；對馬達來講，則是指它的輸入壓力。實際工作壓力取決于相應(yīng)的外負載。 額定壓力：泵、馬達在額定工況條件下按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。 排量：泵、馬達的軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔幾何體積變化所排出、吸入液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn) 動一周時油液體積的有效變化量。 理論流量：在單位時間內(nèi)由其密封容腔幾何體積變化而排出、吸入的液體體積。泵、馬達的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積。 額定流量：指在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的流量。因為泵和馬達存在內(nèi)泄漏，油液具有壓縮性，所以額定流量和理論流量是不同的。 功率和效率：液壓泵由原動機驅(qū)動，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量；如果不考慮液壓泵、馬達在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率是： nTpqN t?2?? （ ） 式中： tT ,n —液壓泵、馬達的理論轉(zhuǎn)矩 ()和轉(zhuǎn)速 (r/min)。 qp, —液壓泵、馬達的壓力 (Pa)和流量 ( sm/3 ) 實際上，液壓泵和液壓馬達在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分。 容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失，對液壓泵來說，輸出壓力增大時，泵實際輸出的流量 q 減小。設(shè)泵的流量損失為 lq ，則lt qqq ?? 。而泵的容積損失可用容積效率 v? 來表征 tltlttv qqq qqqq ????? 1? （ ） 對液壓馬達來說，輸入液壓馬達的實際 流量 q 必然大于它的理論流量 tq 即lt qqq ?? ，它的容積效率。 qqq qqqq lltv ????? 1? （ ） 機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。對液壓泵來說，泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩損失為 fT ，理論轉(zhuǎn)矩為 tT ，則泵實際輸入轉(zhuǎn)矩為 ft TTT ?? ，用機械效率 m? 來表征泵的機械損失，則 tfftttmTTTTTTT?????11? () 對于液壓馬達來說，由于摩擦損失的存在，其實際輸出轉(zhuǎn)矩 T 小于理論轉(zhuǎn)矩tT ，它的機械效率 m? 為 tftfttm TTT TTTT ????? 1? () 液壓泵的總效率 ? 是其輸出功率和輸入功率之比，由式（ ），式（ ），式（ ）可得 mv???? () 液壓馬達的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比，可由式 ()、式()、式 ()得到與式 ()相同的表達式。這就是說，液壓泵或液壓馬達的總效率都等于各自容積效率和機械效率的乘積。 事實上，液壓泵、馬達的容積效率和機械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)，而泄漏及摩擦損失則與泵、馬達的工作壓力、油液粘度、泵和馬達轉(zhuǎn)速有關(guān)，為了更確切的表達效率與這些原始參數(shù)之間的關(guān)系，以無因次壓力 vnp? 為變量來表示液壓泵、馬達的效率。圖 給出了液壓泵、馬達無因 次壓力 vnp? 與效率之間的關(guān)系，其中： v,? 分別為油液的密度和運動粘度，其余符號意義同前，由圖可見，在不同的無因次壓力下，液壓泵和馬達的這些參數(shù)值相似但不相同，而在不同的轉(zhuǎn)速和粘度下，液壓泵和液壓馬達的效率值也不同的，可見液壓泵、馬達的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動介質(zhì)均會影響使用效率。 a)液壓泵 b)液壓馬達 圖 液壓泵、馬達的特性曲線 返回本章目錄 齒輪泵 齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備，冶金設(shè)備，建筑機械，工程機械，農(nóng)林機械等各個行業(yè)。 齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵，下面分別介紹。 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 外嚙合齒輪泵的工作原理 和結(jié)構(gòu)如圖 所示。泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵體及側(cè)板等主要零件構(gòu)成。泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪 2 和 3 與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封工作腔容積不斷增大，形成部分真空，油液在大氣壓力作用下從油箱經(jīng)吸油管進入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進入嚙合，使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。在齒輪泵的嚙合過程中，嚙合點沿嚙合線，把 吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。 圖 外嚙合齒輪泵的工作原理 1泵體 。 。3從動齒輪 齒輪泵的流量和脈動率 外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個嚙合齒輪的齒谷容積之和，若假設(shè)齒谷容積等于輪齒體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為 z ，模數(shù)為 m ，節(jié)圓直經(jīng)為 d ，有效齒高為 h ，齒寬為 b 時，根據(jù)齒輪參數(shù)計算公式有 mzd? ， mh 2? ，齒輪泵的排量近似為 bzmdhbV 22?? ?? （ ） 實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此 ,在實際計算中用 ~ 來代替上式中 ? 值，齒數(shù)少時取大值。齒輪泵的排量為 bzmV 2)7~(? （ ） 由此得齒輪泵的輸出流量為 vbnzmq ?2)7~(? （ ） 實際上，由于齒輪泵在工作過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動，瞬時流量也是脈動的。流量脈動會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲。如果脈動頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致，還將引起共振，加劇振動和噪聲。若用 maxq 、 minq 來表示最大、最小瞬時流量， 0q 表示平均流量，則流量脈動率為 0minmaxq qq ??? （ ） 它是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最