第三章液压泵和液压马达 3.1概述 泵是将原动机的机械能传递给液体,从而使液体的压力、速度 位置得以提高的元件。按其工作原理可分为涡轮式和容积式。 涡轮式泵:机械能转化为动能,低压大流量作业,输送液体, 例如水泵 容积式泵:原动机的机械能主要转化成液体的静压能,使用于 高压小流量作业,因此常用于各种控制目的,即使系统的负载有变 化,输出流量不变。 类型:根据结构的不同,泵有齿轮泵、叶片泵、阀式活塞泵,径向 柱塞泵、轴向柱塞泵和螺杆泵 马达:将输入油液的能量转化成为马达轴旋转运动的机械能而 输出的元件。属液压执行元件,从原理上讲,泵和马达可换,但工 作要求不同,结构有差异
第三章 液压泵和液压马达 3.1 概述 泵是将原动机的机械能传递给液体，从而使液体的压力、速度、 位置得以提高的元件。按其工作原理可分为涡轮式和容积式。 涡轮式泵：机械能转化为动能，低压大流量作业，输送液体， 例如水泵。 容积式泵：原动机的机械能主要转化成液体的静压能，使用于 高压小流量作业，因此常用于各种控制目的，即使系统的负载有变 化，输出流量不变。 类型：根据结构的不同，泵有齿轮泵、叶片泵、阀式活塞泵，径向 柱塞泵、轴向柱塞泵和螺杆泵。 马达：将输入油液的能量转化成为马达轴旋转运动的机械能而 输出的元件。属液压执行元件，从原理上讲，泵和马达可换，但工 作要求不同，结构有差异
第三章液压泵和液压马达 3.2齿轮泵和齿轮马达 齿轮泵的结构简单,造价低廉,工作可靠,体积小,重量轻, 对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大,噪声大,排量不可 调。故应用广泛在低压系统中,但也在不断的改善。 本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理 齿轮泵的工作原理和组成 1.组成:三片式结构端盖、泵体和啮合齿轮。 A 图 B型齿轮泵结构图 后泵盖;2一滚针轴承;3一泵体;4一主动齿轮;5—前泵盖;6-传动轴;7—键;8—从动齿轮
3.2 齿轮泵和齿轮马达 齿轮泵的结构简单，造价低廉，工作可靠，体积小，重量轻， 对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可 调。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。 本节主要介绍外啮合直齿齿轮泵的结构和工作原理。 一、齿轮泵的工作原理和组成 1. 组成：三片式结构 端盖、泵体和啮合齿轮。 3-1 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 2.齿轮泵的工作原理 主动齿轮反时针旋转,带动被动齿轮顺时针旋转。在吸油腔 侧,由于齿轮逐渐退出啮合,吸油腔容积增大,形成部分真空,油 箱中的油液在外界大气压的作用下,经吸油管而进入吸油腔并填满 齿间。随着油泵的旋转,每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔 齿轮逐渐进入啮合,容积减小,压力增大,油液被压入系统去工作 齿顶间隙所形成的容积不参与吸排油,侧间隙和端间隙越小越好。 图3-2介绍原理。 压油→ 图齿轮泵的工作原理图 1—壳体;2-主动齿轮;3—从动齿轮
2. 齿轮泵的工作原理 主动齿轮反时针旋转，带动被动齿轮顺时针旋转。在吸油腔一 侧，由于齿轮逐渐退出啮合，吸油腔容积增大，形成部分真空，油 箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔并填满 齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔 齿轮逐渐进入啮合，容积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。 齿顶间隙所形成的容积不参与吸排油，侧间隙和端间隙越小越好。 图3-2 介绍原理。 3-2 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 3.齿轮泵的排量 q=[x(d+2m3/4-x(d-2m3/4B =2TIm BZ (m/r) 精确计算时可采用: 9=6. 66m BZ(m'/r) m为齿轮模数;z为齿数;B为齿宽. da=m可将上式改写为: q=6.66m2Bz=6.66(d0/2)2=666(B 可见,节圆直径一定时,齿数越少排量越大,这对于减少齿轮的 尺寸重量是有利的。当然,减少齿数要受到根切的限制,同时还要考 虑实际情况时,系统对油泵流量波动的要求。一般Z为9、11、13 流量Qqn(升/分);q=q/2x(每弧度的排量)
2 2 0 0 2 3 3 2 2 0 0 3. ( 2 ) / 4 ( 2 ) / 4 2 ( / ) ( / ) m q = 6.66 6.66( / ) 6.66( / ) q d m d m B m BZ m r BZ m r mz BZ d Z d Z B = + − − = = = = 2 0 2 齿轮泵的排量 精确计算时可采用： q=6.66m 为齿轮模数；z为齿数；B为齿宽. d 可将上式改写为： m 流量 = qn / / 2 Q （升 分）；q0 = q （每弧度的排量） 可见，节圆直径一定时，齿数越少排量越大，这对于减少齿轮的 尺寸重量是有利的。当然，减少齿数要受到根切的限制，同时还要考 虑实际情况时，系统对油泵流量波动的要求。一般Z为9、11、13。 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 二、齿轮泵的瞬时流量 根据以上得到的齿轮泵排量公式可求得齿轮泵的理论流量 (平均流量) Q=00=6.66m BZo/2T 须知这样求得的流量是平均流量。事实上齿轮泵在工作 中,随着齿轮所处的不同位置,其瞬时流量是不同的。如在 某时间内压油腔容积变化d,则瞬时流量dv/dt是各处不同的, 这一瞬时流量的变化现象称为液压泵的流量波动。流量波动 将导致执行组件工作速度不平稳,而且会引起压油管内的压 力波动,从而导致系统机械振动和噪音的增加,这对于高性 能要求的液压系统显然是不利的。因而了解流量波动的大小 和频率,对于正确选用液压泵以设计出满足要求的液压传动 系统是非常必要的
二、齿轮泵的瞬时流量 根据以上得到的齿轮泵排量公式可求得齿轮泵的理论流量 （平均流量）: 须知这样求得的流量是平均流量。事实上齿轮泵在工作 中，随着齿轮所处的不同位置，其瞬时流量是不同的。如在 某时间内压油腔容积变化dV，则瞬时流量dV/dt是各处不同的， 这一瞬时流量的变化现象称为液压泵的流量波动。流量波动 将导致执行组件工作速度不平稳，而且会引起压油管内的压 力波动，从而导致系统机械振动和噪音的增加，这对于高性 能要求的液压系统显然是不利的。因而了解流量波动的大小 和频率，对于正确选用液压泵以设计出满足要求的液压传动 系统是非常必要的。 2 Q =q L 0 = 6.66 / 2 m BZ 2 r 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 齿轮泵的瞬时流量则为: 2[(2-x)+(2-y2)]o/B 式中2-齿顶圆半径; X-啮合点至主动齿轮圆心的距离; y-啮合点至被动齿轮圆心的距离 由上式可见,由于啮合点沿啮合线变化,所以x、y 值随啮合点的变化也在变化,这样瞬间流量当然也随啮 合点的变化而变化。同时可知,当一对齿退出啮合而另 对齿进入啮合后,瞬时流量将重复变化一次
第三章 液压泵和液压马达 2 2 2 2 2 2 = − + − 2 ( ) ( ) / r x r y B T Q 齿轮泵的瞬时流量则为： 式中 ---齿顶圆半径 ； x----啮合点至主动齿轮圆心的距离 ； y----啮合点至被动齿轮圆心的距离 。 由上式可见，由于啮合点沿啮合线变化，所以x、y 值随啮合点的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮 合点的变化而变化。同时可知，当一对齿退出啮合而另 一对齿进入啮合后，瞬时流量将重复变化一次。 2 r
第三章液压泵和液压马达 为讨论方便,将x、y两个变量有啮合点至节点的距离f置换,将 齿顶圆半径用节圆半径和齿顶高置换,则可得外啮合齿轮泵瞬间流 量公式为: QT= Bo(2Rh+h-f) R一节圆半径;h齿定高 由此可知,在结构参数B、R、h及转速一定时,啮合点与节点重 合即f=0时瞬时流量最大,而当开始啮合和退出啮合时,fn=±fn/2 (f,为啮合点在啮合线上走过的长度),此时瞬时流量最小。 由于齿轮啮合时重合系数》1,即当一对尚未退出啮合时,下 对齿已进入啮合状态,于是在两对齿之间形成闭死容积,使前对齿 失去排油能力,此时瞬时流量由后一对齿决定,因此在曲线上形成 有一段的流量突然下降
为讨论方便，将x、y两个变量有啮合点至节点的距离f置换，将 齿顶圆半径用节 圆半径和齿顶高置换，则可得外啮合齿轮泵瞬间流 量公式为: 由此可知，在结构参数B、R、h及转速一定时，啮合点与节点重 合即f=0时瞬时流量最大，而当开始啮合和退出啮合时， （ 为啮合点在啮合线上走过的长度），此时瞬时流量最小。 由于齿轮啮合时重合系数>1，即当一对尚未退出啮合时，下一 对齿已进入啮合状态，于是在两对齿之间形成闭死容积，使前对齿 失去排油能力，此时瞬时流量由后一对齿决定，因此在曲线上形成 有一段的流量突然下降。 2 2 = + − B Rh h f (2 ) QT R h —节圆半径； —齿定高。 / 2 n = f max f 2 2 2 2 2 2 2 2 Tmax Tmax 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) / (2 ) /2 Q cos 4(2 ) 4( 1) 60 2 n n Q Q Q n Q r x r y B B Rh h f R h f f K f Rh h z nZ Z = − + − = + − = = = = + + = = T T max Tmin Q Q Q —节圆半径； —齿定高。 f （ -Q ）/Q K 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 衡量流量波动性亦即流量品质的指标: 流量波动系数: To=(QTmax-QTmin)/Q Tmax E cos a 对常用的外啮合齿轮泵:04(2Rh+1)4(=+1) 流量波动频率 nz Zo K 由以上讨论可知,齿轮泵的流量品质只要决定 与齿数,齿数越多则系数越小而频率越大,也即是 流量品质越好。为轻型化,齿数少,波动大
第三章 液压泵和液压马达 衡量流量波动性亦即流量品质的指标: 流量波动系数: 对常用的外啮合齿轮泵: 流量波动频率: 由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质只要决定 与齿数，齿数越多则系数越小而频率越大，也即是 流量品质越好。为轻型化 ，齿数少，波动大。 60 2 nZ Z KQ = = Q =（QTmax Tmax Tmin -Q ）/Q 2 2 2 2 2 cos 4(2 ) 4( 1) n Q f Rh h z = = + +
第三章液压泵和液压马达 三、齿轮泵结构上的问题 (一)困油现象及消除措施 1.产生的原因及现象为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密 封,必须使重合系数大于1,一般1.05-1.2。当前一对齿没有脱开啮 合时,后一对齿已进入啮合,便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭 容积,切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。 当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大(下图a),随着A、B两点 的移动,困油区逐渐减小,当A、B两点对称地分布于节点两侧时困油 区容积最小。 挤压空穴 图齿轮泵困油现象原理图 图齿轮系困油密封 容积变化曲线
三、齿轮泵结构上的问题 （一）困油现象及消除措施 1. 产生的原因及现象 为了保证齿轮泵流量连续及高低压腔严格密 封，必须使重合系数大于1，一般1.05-1.2。当前一对齿没有脱开啮 合时，后一对齿已进入啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭 容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。 当后一对齿刚进入啮合时困油区容积最大（下图a）,随着A、B两点 的移动，困油区逐渐减小，当A、B两点对称地分布于节点两侧时困油 区容积最小。 3-3 3-4 第三章 液压泵和液压马达
第三章液压泵和液压马达 2.危害 困油区由大到小:产生很大的压力,这个力在齿轮转一转时 重复出现的次数等于齿数,产生冲击 困油区由小到大:困油区真空度增加,容易产生气蚀并增加 噪音。 3.解决办法:开卸荷槽。卸荷槽的形式多种多样,而卸荷原 理基本相同,即当封闭容积有大边小时,通过一个卸荷槽使其与 压油腔相通;而当封闭容积由小变大时,通过另一个卸荷槽使其 与吸油腔相通 注意:两卸荷槽的配置必须保证在任何时候都不能使压油腔与吸 油腔通过困油区而相互沟通,同时要有效地卸荷。 图1-3为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽,对称布置, 图1-3c为长方形卸荷槽非对称布置(偏向吸油腔一侧),适应于 齿侧间隙较小的情况
2. 危害 困油区由大到小：产生很大的压力，这个力在齿轮转一转时 重复出现的次数等于齿数，产生冲击 困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加 噪音。 3. 解决办法：开卸荷槽。卸荷槽的形式多种多样，而卸荷原 理基本相同，即当封闭容积有大边小时，通过一个卸荷槽使其与 压油腔相通；而当封闭容积由小变大时，通过另一个卸荷槽使其 与吸油腔相通。 注意：两卸荷槽的配置必须保证在任何时候都不能使压油腔与吸 油腔通过困油区而相互沟通，同时要有效地卸荷。 图1-3为齿轮端面的轴承座圈上开长方形卸荷槽，对称布置， 图1-3c为长方形卸荷槽非对称布置（偏向吸油腔一侧），适应于 齿侧间隙较小的情况。 第三章 液压泵和液压马达