第二章液压动力元件 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 系作 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，是一种能写 液压泵的薇述 液压系的工作原理及特点 1.液压泵的工作原理 图3 液 液压泵都是依靠密封容 工作 理图 一般称为容积式液压泵。 图3- 所示的 是用结压 理图」 在偏心轮1上。原动机取动偏心轮1旋转使柱寒2作往复运动， 小发生周期性的交替变化。当a有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸 油管顶开单向阀6讲入油箱a而实现吸油：反之，当a由大弯小时，a隙中吸满的油液将顶开单白 阀5流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动 偏心轮不晰旋转，液压泵就不衔地吸油和压油。 2.液压系的特点 甲在 液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点： 时间 这是容系流量与气的容积变化量和单位 对压力 等于或大 容积式液 泵能够吸入油液的外 3)具有相应的配流机构， 将吸油腔和排液 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。 加图3-1中的单向阀5、6就是配油机构 容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为压油腔。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。 容积式液压泉排油的理论流量取决于液压泉的有关儿何尺寸和转速，而与排油压力无关。但其 油压力会影 河泵的内泄露和油液的压缩量，从而彩响泵的实际输出流量，所以液压泵的实际输出流 油压 为齿轮式 斤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 液压泵的主性能 三大类 1.压力 ()工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的 大小和排油管路上的压力损失， 而与液压泵的流量无关。 (2)额定压力。液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额 定压力。 (③)最高允许压力。在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高 压力值，称 为 的最高允许压力。 2.排量和流量
第二章 液压动力元件 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。 第一节 液压泵的概述 一、液压泵的工作原理及特点 1.液压泵的工作原理 图 3—1 液压泵工作原理图 液压泵都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，图 3-1 所示的 是一单柱塞液压泵的工作原理图，图中柱塞 2 装在缸体 3 中形成一个密封容积 a，柱塞在弹簧 4 的 作用下始终压紧在偏心轮 1 上。原动机驱动偏心轮 1 旋转使柱塞 2 作往复运动，使密封容积 a 的大 小发生周期性的交替变化。当 a 有小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸 油管顶开单向阀 6 进入油箱 a 而实现吸油；反之，当 a 由大变小时，a 腔中吸满的油液将顶开单向 阀 5 流入系统而实现压油。这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动 偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。 2.液压泵的特点 单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点： (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)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入油液的外 部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。 (3)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。如图 3-1 中的单向阀 5、6 就是配油机构。 容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为压油腔。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。 二、液压泵的主要性能参数 1.压力 (1)工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的 大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的流量无关。 (2)额定压力。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额 定压力。 (3)最高允许压力。在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高 压力值,称为液压泵的最高允许压力。 2.排量和流量
()排量V。液压泵每转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵 的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵：排量为常数的液压泵则称为定量泵。 (②)理论流量4。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下，在单位时间内所排出的液 体体积的平均值。显然，如果液压泵的排量为V,其主轴转速为，则该液压泵的理论流量4：为： a=Vn 液压泵在某一具体工况下，单位时间内所出的被体积称为实际流量，它等于 q=q.-△g (4④)额定流量4。液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须 保证的流量。 3.功率和效率 (1)液压系的功率损失。液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分： 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，它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量q:之比即： %=9=4-9=1-9 9 9 (3-3) 因此液压泵的实际输出流量q为 9=9.=m. (3-4) 式中：V为液压泵的排量(m/r):n为液压泵的转速(r/s)。 液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随液压泵的结构类型不同而异，但恒 小于 指液压 上的损失没作 转矩 是大于 因村 失以及液体的粘性而引起的摩擦损失】 液家的机损失用机城效表示它等于液压泵的理论转 矩T,与实际输入转矩T。之比，设转矩损失为△T,则液压泵的机械效率为： 1*47 T (2)压泵的功 D输入功率P,。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩为T。,角 速度为。时，有： P,=To 3-6) ②输出功率P。液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差△p和输出 流量q的乘积，即： p=△pg (3-7)
(1)排量 V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵 的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵;排量为常数的液压泵则称为定量泵。 (2)理论流量 qi。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液 体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为 V,其主轴转速为 n,则该液压泵的理论流量 qi 为： i q Vn = (3-1) (3)实际流量 q。液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量,它等于 理论流量 qi 减去泄漏流量 Δq,即： i q q q = − (3-2) (4)额定流量 qn。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须 保证的流量。 3.功率和效率 (1)液压泵的功率损失。液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分: 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,它等于液压泵的实际输出流量 q 与其理论流量 qi 之比即： i i i i i q q q q q q q = − − = = 1 (3-3) 因此液压泵的实际输出流量 q 为 i v v q q Vn = = (3-4) 式中：V 为液压泵的排量(m3 /r)；n 为液压泵的转速(r/s)。 液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小,且随液压泵的结构类型不同而异,但恒 小于 1。 ②机械损失。机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩 T0 总是大于理论上 所需要的转矩 Ti,其主要原因是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损 失以及液体的粘性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示,它等于液压泵的理论转 矩 Ti 与实际输入转矩 T0 之比,设转矩损失为 ΔT,则液压泵的机械效率为： l i m T T T T + = = 1 1 0 (2)液压泵的功率。 ①输入功率 Pi。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为 T0，角 速度为 ω 时,有： i 0 p T = (3-6) ②输出功率 Po。液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差 Δp 和输出 流量 q 的乘积,即： p pq = (3-7)
149 图3-2液压泵的特性曲线 式中：△p为液压泵吸、压油口之间的压力差(/m):q为液压泵的实际输出流量(m/s):D为液压泵 的输出功率·/s或) 在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力p代入。 (③)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值，即： P,Too 10 (3-8) 其中 也可写成： P=429 (3-9) 液压泵的各个参数和压力之间的关系如图3-2所示。 第二节齿轮泵 齿轮泵是液压系统中广泛采用的 一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外喊 合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而以外啮合齿轮泵应用最广。下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵。 2.1齿轮泵的工作原理和结构 齿轮泵的工作原理如图3-3所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖4,8和泵体7，泵体7 内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮6，这对齿轮与两端盖和系体形成一密 封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定 在由滚针轴承支承的主动轴12和从动轴15上，主动轴由电动机带动旋转
图 3-2 液压泵的特性曲线 式中：Δp 为液压泵吸、压油口之间的压力差(N/m2 );q 为液压泵的实际输出流量(m3 /s);p 为液压泵 的输出功率(N·m/s 或 W)。 在实际的计算中,若油箱通大气,液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力 p 代入。 (3)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,即： v m m i i v i T pq T pq p p = = = = 0 (3-8) 其中Δpqi／ω为理论输入转矩 Ti。 由式(3-8)可知，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： i pq P = (3-9) 液压泵的各个参数和压力之间的关系如图 3-2 所示。 第二节 齿轮泵 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵,它一般做成定量泵,按结构不同,齿轮泵分为外啮 合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵。 2.1 齿轮泵的工作原理和结构 齿轮泵的工作原理如图 3-3 所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖 4，8 和泵体 7，泵体 7 内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮 6，这对齿轮与两端盖和泵体形成一密 封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定 在由滚针轴承支承的主动轴 12 和从动轴 15 上，主动轴由电动机带动旋转
图3-3外啮合型齿轮泵工作原理 CB一B齿轮泵的结构如图3-4所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸 油腔)齿轮脱开嘻合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外 界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另 侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿 轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分 定配油作用 齿 由两个定位 图3- 个轮面和用9有诺紧狗保对能吴地动为时保 17 又要保证泄 大流量泵为0.04^0.06m。齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速 度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问愿是：当齿轮受 到不平衡的径向力后，应避免齿项和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.130.16 为了防止压力油从泵体和泵盖间澄露到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开 有油封卸荷槽16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将 世露到轴承满部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针油承
图 3-3 外啮合型齿轮泵工作原理 CB—B 齿轮泵的结构如图 3-4 所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸 油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外 界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一 侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿 轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿 轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿 进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。泵的前后盖和泵体 由两个定位销 17 定位，用 6 只螺钉固紧如图 3-3。为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄露 最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为 0.025~0.04mm， 大流量泵为 0.04~0.06mm。齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速 度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问题是：当齿轮受 到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取 0.13~0.16mm。 为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开 有油封卸荷槽 16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将 泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承
吸油 -A 图3-4CB—B齿轮泵的结构 2.2齿轮泵存在的问题 1、1、齿轮泵的困油问题 齿轮泵要能连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数：大于1，也就是当一对齿轮尚未脱开喊 合时，另一对齿轮已进入啮合，这样，就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间，在两对齿轮的齿向啮合线 回形成了 个封闭容积， 二部分油液也就被困在这一封闭容积中〔见图3-5(a),齿轮连 旋转的 封闭容利 见图 一闲子中传天生大格大的 没有油液补充，因此形成局部真空，使原来溶解于油液中的空气分离出来，形成了气泡，油液中产 气泡后，会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象极为开 重地影响者泵的工作平稳性和使用寿命。 为消油现在型 图35齿轮泵的困油现 油卸荷四植，其几何关系如图36所 吸油腔互通。 按上述对称开的卸荷槽，当困油封闭腔由大变至最小时（图3-6），由于油液不易从即将关闭的缝 隙中挤出，故封闭油压仍将高于压油腔压力：齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间，高压油 又突然和吸油腔的低压油相接触，会引起冲击和噪声。于是CB一B型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向 吸油腔侧平移了一个距离。这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开，油压没有突变，封闭
图 3-4 CB—B 齿轮泵的结构 1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体 8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔 15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销 2.2 齿轮泵存在的问题 1、 1、 齿轮泵的困油问题 齿轮泵要能连续地供油,就要求齿轮啮合的重叠系数 ε 大于 1,也就是当一对齿轮尚未脱开啮 合时,另一对齿轮已进入啮合,这样,就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间,在两对齿轮的齿向啮合线 之间形成了一个封闭容积,一部分油液也就被困在这一封闭容积中〔见图 3-5(a)〕,齿轮连续旋转时, 这一封闭容积便逐渐减小,到两啮合点处于节点两侧的对称位置时〔见图 3-5(b) 〕,封闭容积为 最小,齿轮再继续转动时,封闭容积又逐渐增大,直到图 3-5(c)所示位置时,容积又变为最大。在封闭 容积减小时,被困油液受到挤压,压力急剧上升,使轴承上突然受到很大的冲击载荷,使泵剧烈振动, 这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热等。当封闭容积增大时,由于 没有油液补充,因此形成局部真空,使原来溶解于油液中的空气分离出来,形成了气泡,油液中产生 气泡后,会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象极为严 重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。 图 3-5 齿轮泵的困油现象 为了消除困油现象,在 CB—B 型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽,其几何关系如图 3-6 所 示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时,能通过卸荷槽与压油腔相通,而当困油腔由小变大时, 能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离为 a,必须保证在任何时候都不能使压油腔和 吸油腔互通。 按上述对称开的卸荷槽,当困油封闭腔由大变至最小时(图 3-6),由于油液不易从即将关闭的缝 隙中挤出,故封闭油压仍将高于压油腔压力;齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间,高压油 又突然和吸油腔的低压油相接触,会引起冲击和噪声。于是 CB—B 型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向 吸油腔侧平移了一个距离。这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开,油压没有突变,封闭