第一章液压泵和液压马达 本章提要 本章主要内容为：①液压泵和液压马达的基本原理与性能参数：②齿轮式、叶片式、柱塞式液压黎 ⑧高速液压马达及低速大扭矩马达.通过本章的学习，要求掌握这几种泵和马达的工作原理（泵是如何吸油 压油和配流的，马达怎样产生转速、转矩)、结构及主要性能特点：掌握各种泵和马达的流量、排量、功率、 效率、转矩等参数的计算方法，理解其内在联系；了解不同类型的泵和马达之间的性能差异及适用范围， 为日后正确洗用奠定基础 基本概念：液压泵和马达的性能参数 Nio=pqp m=aT,=2mT,↑ 刀ms92 Nis =pqM D.qp 9a. 二、填空题 1.一部完整的机器一般由三部分组成，即 (答案：原动机、传动机构、工作机) 2.液力传动主要是利用 能的液体传动 (答案：液体动能】 3.传动机构通常分 (答案：机械传动、电气传动、流体传动》 4.液压传动由五部分组成，即 (答案：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质) 5.液压传动主要利用 的液体传动。 (答案：液体压力能 6液体传动是以液体为工作介质的流体传动。包括」 和 (答案：液压传动、液力传动) 7液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为_ 一，是液压传动系统中的动力元件。 (答案：压力能) 8液压传动中所用的液压泵都是靠密封的工作容积发生变化而进行工作的，所以都属于 (答案：容积式液压泵) 9泵每转一弧度，由其几何尺寸计算而得到的排出液体的体积，称为 (答案：每弧度排量或角排量) 10在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出的液体体积称为泵的 (答案：理论流最) 11泵在额定压力和额定转速下输出的流量称为泵的 (答案：额定流量) 12.齿轮泵的泄漏一般有三个渠道： 。其中以最为严重。 (答案：端面间隙、齿轮啮合间隙、径向间隙。端面间隙。)
1 第一章 液压泵和液压马达 本 章 提 要 本章主要内容为：①液压泵和液压马达的基本原理与性能参数；②齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵； ⑧高速液压马达及低速大扭矩马达。通过本章的学习，要求掌握这几种泵和马达的工作原理(泵是如何吸油、 压油和配流的，马达怎样产生转速、转矩)、结构及主要性能特点；掌握各种泵和马达的流量、排量、功率、 效率、转矩等参数的计算方法，理解其内在联系；了解不同类型的泵和马达之间的性能差异及适用范围， 为日后正确选用奠定基础。 一、基本概念：液压泵和马达的性能参数 二、填空题 1.一部完整的机器一般由三部分组成，即_、_、_。 （答案：原动机、传动机构、工作机） 2.液力传动主要是利用_能的液体传动。 （答案：液体动能） 3.传动机构通常分_、_、_。 （答案：机械传动、电气传动、流体传动） 4.液压传动由五部分组成，即_、_、_、_、_。 （答案：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质） 5.液压传动主要利用_的液体传动。 （答案：液体压力能） 6.液体传动是以液体为工作介质的流体传动。包括_和_。 （答案：液压传动、液力传动） 7.液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为_，是液压传动系统中的动力元件。 （答案：压力能） 8.液压传动中所用的液压泵都是靠密封的工作容积发生变化而进行工作的，所以都属于 _。 （答案：容积式液压泵） 9.泵每转一弧度，由其几何尺寸计算而得到的排出液体的体积，称为_。 （答案：每弧度排量或角排量） 10.在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出的液体体积称为泵的_。 （答案：理论流量） 11.泵在额定压力和额定转速下输出的流量称为泵的_。 （答案：额定流量） 12.齿轮泵的泄漏一般有三个渠道：_、_、_。其中以_最为严重。 （答案：端面间隙、齿轮啮合间隙、径向间隙。端面间隙。）
13.我国液压油的牌号是以C0时的粘度的值来表示的。 (答安.40云动，中心) 14液压泵的实际流量是考虑 下的输出流量 (答案：泄漏) 15.设液压马达的排量为cmk,液压马达轴的转速为r/min,则其理论输入流量为L/min。 如果实际输入流量9，则该马达的容积效率为 (答案：Vnx10'·nx10 16.为减轻和消除齿轮液压泵的困油现象，在两泵盖内侧开设的困油卸荷槽，应保证被密封的容积由大 到小变化时， 连通：被密封的容积由小到大变化时 连通。 (答案：压油腔吸油腔) 17,液压传动系统中油液的作用有两个： 一 ； 一是 (答案：传递能量：润滑和冷却运动零件) 18根据结构形式的不同。液压泵主要分为 式 式 式三种类型。 (答案：齿轮、叶片、柱塞) 19.液压系统原理图通常采用 符号来绘制： (答案：齿轮模数) 21.液压缸容积效率的表达式为 ,液压马达的机械效率的表达式为 液压泵的容积效 率表达式为 (答案： ATM9卫) An+△g'T'9m 22.所学几类液压泵中，效率最高的是 (答案：柱塞泵) 23.液压泵最高工作压力受 和 限制 (答案：结构强度，密封性能) 24.柱塞泵为奇数时的脉动 而为偶数时的脉动率 (答案：小，大) 三、选择题 1选择液压油时，主要考虑油液的。（密度，成份，粘度 (答：粘度 1液压系统的工作压力取决于 。(泵的额定压力，溢流阀的调定压力，负载) 答：负载) 3.在 工作的液压系统容易发生气蚀。（洼地，高原，平地） (答：高原) 4液压系统利用液体的来传递动力。（位能，动能，压力能，热能） (答：压力能 5.高压系统宜采用 。(齿轮泵，叶片泵，柱塞泵) (答：柱塞泵) 6液压系统的故障大多数是由 引起的。（油液粘度不对，油温过高，油液污染） (答：油液污染)
2 13.我国液压油的牌号是以_C0 时的_粘度的_值来表示的。 （答案：40,运动，中心） 14.液压泵的实际流量是考虑_下的输出流量。 （答案：泄漏） 15.设液压马达的排量为 VMcm 3 /r，液压马达轴的转速为 nMr/min，则其理论输入流量为_L/min。 如果实际输入流量 q，则该马达的容积效率为_。 （答案：V·n×10-3, q V n 3 10− • × ） 16.为减轻和消除齿轮液压泵的困油现象，在两泵盖内侧开设的困油卸荷槽，应保证被密封的容积由大 到小变化时，_连通；被密封的容积由小到大变化时_连通。 （答案：压油腔,吸油腔） 17.液压传动系统中油液的作用有两个：一是_；二是_。 (答案：传递能量；润滑和冷却运动零件） 18.根据结构形式的不同，液压泵主要分为_式、_式、_式三种类型。 (答案：齿轮、叶片、柱塞） 19.液压系统原理图通常采用_符号来绘制。 (答案：图形） 20.增大外啮合齿轮泵的流量最有效的措施是增大_。 (答案：齿轮模数） 21.液压缸容积效率的表达式为_，液压马达的机械效率的表达式为_,液压泵的容积效 率表达式为_。 (答案： Av q Av + Δ , Mt M T T , pt p q q ） 22.所学几类液压泵中，效率最高的是_。 (答案：柱塞泵） 23.液压泵最高工作压力受_和_限制。 (答案：结构强度，密封性能） 24.柱塞泵为奇数时的脉动率_而为偶数时的脉动率_。 (答案：小，大） 三、选择题 1.选择液压油时，主要考虑油液的_。（密度，成份，粘度） （答：粘度） 1.液压系统的工作压力取决于_。（泵的额定压力，溢流阀的调定压力，负载） （答：负载） 3.在_工作的液压系统容易发生气蚀。（洼地，高原，平地） （答：高原） 4.液压系统利用液体的_来传递动力。（位能，动能，压力能，热能） （答：压力能） 5.高压系统宜采用_。（齿轮泵，叶片泵，柱塞泵） （答：柱塞泵） 6.液压系统的故障大多数是由_引起的。（油液粘度不对，油温过高，油液污染） （答：油液污染）
7.野外工作的液压系统，拟选用粘度较的液压油。（高，低） (答：低) 8限制齿轮系压力提高的主要因素是 (流最脉动，困油现象，泄漏，径向不平衡力) 泄漏 9.叶片泵的数量增多后，双作用式叶片泵输出流量 ,单作用式叶片泵输出流量 。(增大， 减小，不变) (交，减小。不恋) 10.根据外反馈限压式单作用叶片变量泵的工作原理，试分析调整以下环节后，下述参数将发生什么变 化： 1)流量调节螺钉向内伸：空载流量9 ,限定压力p。,最大压力P 2)压力调节螺钉向外旋出，减小弹簧压缩量：空载流量g0,限定压力P。,最大压力P BC曲线斜率 3)更换原有弹簧，放置刚性系数较小的弹簧，装拆后其它条件（弹簧压缩量、流量和压力调节螺钉位 大压力 B线剑率 11.下列几种泵在结构上不可作成变量系的是 。(齿轮泵单作用叶片泵径向柱塞泵轴向柱 塞泵) (答：齿轮泵) 四、简答题 1液压油粘度的选择与系统工作压力、环境温度及工作部件的运动速度有何关系？ 答：当系统压力较高时，应选择粘度较大的液压油，以减少泄漏：当液压系统工作部件运动速度较高 时，因选用粘度较小的液压油，以减轻液流的摩擦损失：当环境温度较高时，应选用粘度较大的液压油。 2.轴向柱塞泵的柱寒数为什么都取单数？ 答：为了减小流量脉动。 3.确定双作用叶片泵的叶片数应满足什么条件？通常采用的叶片数为多少 答：双作用叶片泵的叶片数影响输出流量的脉动。故其叶片数应利于减小流量脉动，即应使同时位于 过渡曲线内的叶片数是4的整数倍。常采用叶片数为12和16。 4.为什么柱塞泵一般比齿轮泵或叶片泵能达到更高的压力？ 答：油泵的泄漏量随压力的提高而增加。柱塞泵的工作腔是规则的圆柱面配合，密封好，泄漏少，因 而即使在高压下工作也可获得较高的效率 5.何为油泵的困油？并说明困油引起的后果 答：油系正常工作时变化着的密封容积应该与配油装置的相应吸排腔相通。而由于泵结构上的原因形 成：“闭死容积”（不与吸排油腔相通）叫困油现象。 “困油”将导致液体受挤压使压力升高，或产生局部真空造成气蚀。其后果是功率损失增加，油温升高、 引起噪声、振动，影响泵工作的平稳性和寿命 6液压传动的优缺点？ 答：1)与机械传动、电气传动相比，液压传动只有以下优点： ()液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置： (2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快： (3操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）： (4)可自动实现过载保护 (⑤)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可行润滑使用寿命长： (6)很容易实现直线运动： ()容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过而且可 3
3 7.野外工作的液压系统，拟选用粘度较_的液压油。（高，低） （答：低） 8.限制齿轮泵压力提高的主要因素是_。（流量脉动，困油现象，泄漏，径向不平衡力） （答：泄漏） 9.叶片泵的数量增多后，双作用式叶片泵输出流量_，单作用式叶片泵输出流量_。（增大， 减小，不变） （答：减小，不变） 10.根据外反馈限压式单作用叶片变量泵的工作原理，试分析调整以下环节后，下述参数将发生什么变 化： 1)流量调节螺钉向内伸：空载流量 q0_，限定压力 pc_，最大压力 pmax_。 2)压力调节螺钉向外旋出，减小弹簧压缩量：空载流量 q0_，限定压力 pc_，最大压力 pmax_， BC 曲线斜率_。 3)更换原有弹簧，放置刚性系数较小的弹簧，装拆后其它条件（弹簧压缩量、流量和压力调节螺钉位 置）均不变：空载流量 q0_，限定压力 pc_，最大压力 pmax_，BC 曲线斜率_。 （答：1）减小，增大，不变；2)不变，减小，减小，不变；3)不变，减小，减小，增大。） 11.下列几种泵在结构上不可作成变量泵的是_。(齿轮泵,单作用叶片泵,径向柱塞泵,轴向柱 塞泵) （答：齿轮泵） 四、简答题 1.液压油粘度的选择与系统工作压力、环境温度及工作部件的运动速度有何关系？ 答：当系统压力较高时，应选择粘度较大的液压油，以减少泄漏；当液压系统工作部件运动速度较高 时，因选用粘度较小的液压油，以减轻液流的摩擦损失；当环境温度较高时，应选用粘度较大的液压油。 2.轴向柱塞泵的柱塞数为什么都取单数？ 答：为了减小流量脉动。 3.确定双作用叶片泵的叶片数应满足什么条件？通常采用的叶片数为多少？ 答：双作用叶片泵的叶片数影响输出流量的脉动。故其叶片数应利于减小流量脉动，即应使同时位于 过渡曲线内的叶片数是 4 的整数倍。常采用叶片数为 12 和 16。 4.为什么柱塞泵一般比齿轮泵或叶片泵能达到更高的压力？ 答：油泵的泄漏量随压力的提高而增加。柱塞泵的工作腔是规则的圆柱面配合，密封好，泄漏少，因 而即使在高压下工作也可获得较高的效率。 5.何为油泵的困油？并说明困油引起的后果。 答：油泵正常工作时变化着的密封容积应该与配油装置的相应吸排腔相通。而由于泵结构上的原因形 成：“闭死容积”（不与吸排油腔相通）叫困油现象。 “困油”将导致液体受挤压使压力升高，或产生局部真空造成气蚀。其后果是功率损失增加，油温升高、 引起噪声、振动，影响泵工作的平稳性和寿命。 6.液压传动的优缺点? 答：1)与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点： (1)液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置； (2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快； (3)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达 2000：1)； (4)可自动实现过载保护。 (5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可行润滑使用寿命长； (6)很容易实现直线运动； (7)容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过而且可
以实现灌控)。 2)液压传动的主要缺点 流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仍污染场地而 且还可能引起火灾和燥炸事故。 (2)工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 (3)液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 (4)由于液体介质的泄湿及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动。 5)液压传动出故障时不易找出原因：使用和维修要求有较高的技术水平 7.试述液压泵工作的必要条件 答：(1)吸油腔和压油腔垫互相隔开，并且有良好的密封性。 (2)由吸油腔容积扩大吸入液体；靠压油腔容积缩小排出（相同体积的）液体。 (3)吸油腔容积扩大到极限位置后，先要与吸油腔切断，然后再转移到压油腔中来：压油腔容积缩 小到极限位置后，先要与压油腔切断，然后再转移到吸油腔中来。 8试述内合齿轮泵的特点。 答：)流量、压力的脉动小。 2)噪声小。 3)轮齿接触应力小，磨损小，因而寿命长。 4)主要零件的加工难度大，成本高，价格比外啮合齿轮泵高。 9,叶片能否实现正、反转？请说出理由并进行分析 答：叶片泵不能否实现正、反转。因为叶片的安装角度是沿转子旋转方向向前倾斜一角度0，通常日 =10°一14°。其目的是为了减小叶片的压力角，保证叶片能够顺利地从叶片槽中滑出，以防叶片被卡死或 折断。单作用叶片泵为沿转子旋转方向向后倾斜，而双作用叶片泵却沿转子旋转方向向前倾斜，如果叶片 泵反向旋转。将使叶片损坏，无法实现吸油和压油。 10.要提高齿轮泵的压力需解决哪些关键问题？通常都采用哪些措施？ 答：要提高齿轮泵的压力需解决的关键问题是端面泄漏。通常采用能自动补偿端面间隙的装置，如浮 动轴套和弹性侧板。 1根据图说明内反馈限压式变量叶片泵的工作原理，并根据其压力—流量特性曲线说明如何按需要 对泵的参数进行调整。 变量原理 变量特性曲线 】一最大花量限定螺钉：？一变量压力设定调节螺钉 3一叶片：4一转子5一定子 答：内反馈式变量泵的操纵力来自泵本身的排油压力，内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的 布置如图2。由于存在偏角0，排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线o01的分力F及与之平 行的调节分力F2,调节分力2与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。 定子相对于转子的偏心距及由此决定的泵的挂量大小可由力的相对平衡来决定，其变量特性曲线如图2所
4 以实现灌控)。 2)液压传动的主要缺点 (1)由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仍污染场地而 且还可能引起火灾和爆炸事故。 (2)工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 (3)液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 (4)由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动。 (5)液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。 7.试述液压泵工作的必要条件。 答：(1)吸油腔和压油腔要互相隔开，并且有良好的密封性。 (2)由吸油腔容积扩大吸入液体；靠压油腔容积缩小排出(相同体积的)液体。 (3)吸油腔容积扩大到极限位置后，先要与吸油腔切断，然后再转移到压油腔中来；压油腔容积缩 小到极限位置后，先要与压油腔切断,然后再转移到吸油腔中来。 8.试述内啮合齿轮泵的特点。 答：1)流量、压力的脉动小。 2)噪声小。 3)轮齿接触应力小，磨损小，因而寿命长。 4)主要零件的加工难度大，成本高，价格比外啮合齿轮泵高。 9.叶片泵能否实现正、反转?请说出理由并进行分析。 答：叶片泵不能否实现正、反转。因为叶片的安装角度是沿转子旋转方向向前倾斜一角度 θ，通常 θ ＝100 ～140 。其目的是为了减小叶片的压力角，保证叶片能够顺利地从叶片槽中滑出，以防叶片被卡死或 折断。单作用叶片泵为沿转子旋转方向向后倾斜，而双作用叶片泵却沿转子旋转方向向前倾斜，如果叶片 泵反向旋转，将使叶片损坏，无法实现吸油和压油。 10.要提高齿轮泵的压力需解决哪些关键问题?通常都采用哪些措施? 答：要提高齿轮泵的压力需解决的关键问题是端面泄漏。通常采用能自动补偿端面间隙的装置，如浮 动轴套和弹性侧板。 11.根据图说明内反馈限压式变量叶片泵的工作原理，并根据其压力——流量特性曲线说明如何按需要 对泵的参数进行调整。 答：内反馈式变量泵的操纵力来自泵本身的排油压力，内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的 布置如图 2。由于存在偏角 θ，排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线 oo1的分力 F1 及与之平 行的调节分力 F2，调节分力 F2 与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。 定子相对于转子的偏心距及由此决定的泵的排量大小可由力的相对平衡来决定，其变量特性曲线如图 2 所
示。 当泵的工作压力所形成的调节分力F,小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值 不随工作压力的变化而变化，由于滑漏 ,泵的实际输出流最随其压力增加而稍有下降 如图2中AB:当 的工作压力 超过P值后， 古分力大于弹簧预紧力，随工作压力的增加，力增加，使定 不向减 小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降。当工作压力到达时，与定子环的偏心量对应的泵的理论流量 等于它的泄漏量，泵的实际排出流量为零，此时泵的输出压力为最大。 改变调节弹簧的预紧力可以改变泵的特性曲线，增加调节弹簧的预紧力使P阳点向右移，BC线则平行 右移。更换调节弹簧，改变其弹簧刚度，可改变BC段的斜率。调节弹簧刚度增加，BC线变平坦，调节 弹簧刚度减弱，BC线变陡。调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线A点在纵坐标上的位置。 13.根据下图所示，简述齿轮液压泵的困油现象的产生和消除措施。 答：分析过程见教材。 五、计算题 1设泵的输出压力为n A.=p,Ng,Wmm=Pao}o2） -Px10Nmx10(w)-2g(kw) 60 (s】60 60 2.某液压泵的输出油压P。=100MPa,转速m。=1450min,排量'。=46.2mL/k,容积效率vp=0.95, 液压泵输出的实际流量为 9p=9.1r='",1r=46.2×10-3×1450×0.95L/min=63.64L1min 液压泵的输出功率为 P.=P,9=10x10x63.64x10w=10.64w 60 2)求电动机的功率 电动机功率即泵的输入功率
5 示。 当泵的工作压力所形成的调节分力 F2 小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值， 不随工作压力的变化而变化，由于泄漏，泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降，如图 2 中 AB；当 泵的工作压力超过 pB值后，调节分力 F2 大于弹簧预紧力，随工作压力的增加，力 F2 增加，使定子环向减 小偏心距的方向移动，泵的排量开始下降。当工作压力到达 pC时，与定子环的偏心量对应的泵的理论流量 等于它的泄漏量，泵的实际排出流量为零，此时泵的输出压力为最大。 改变调节弹簧的预紧力可以改变泵的特性曲线，增加调节弹簧的预紧力使 pB点向右移，BC 线则平行 右移。更换调节弹簧，改变其弹簧刚度，可改变 BC 段的斜率。调节弹簧刚度增加，BC 线变平坦，调节 弹簧刚度减弱，BC 线变陡。调节最大流量调节螺钉，可以调节曲线 A 点在纵坐标上的位置。 13.根据下图所示，简述齿轮液压泵的困油现象的产生和消除措施。 答：分析过程见教材。 五、计算题 1.设泵的输出压力为 pp（MPa）、流量为 qp（L/min），试求泵的输出功率的表达式。 解：泵的输出液压功率为 (kW) 60 10 (W) s 60 N m 10 60 60s 10 m m N (MPa) (L/min) 10 3 3 3 3 2 6 p p p p p p po p p p p p q p q p q P p q p q ⎟ = × = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ • = × ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟× ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = × = − 2.某液压泵的输出油压 pp＝100MPa，转速 np＝1450r/min，排量 Vp＝46.2mL/r，容积效率 ηVp＝0.95， 总效率 ηp＝0.9。求液压泵的输出功率和驱动泵的电动机功率各为多大？ 解：1)求液压泵的输出功率 液压泵输出的实际流量为 46.2 10 1450 0.95 / min 63.64 / min 3 qp = qpt pV = Vp np pV = × × × L = L − η η 液压泵的输出功率为 W 10 64kW 60 10 10 63 64 10 6 3 . . P pp qp o p = × × × = = − 2)求电动机的功率 电动机功率即泵的输入功率