液压传动Part4液压泵及其分类

1、液压泵的工作原理和特点

液压泵是液压传动系统中的能量转换元件。一般由原动机（电动机、内燃机等）驱动，把输入的机械能转换为液压能，以液体的压力和流量的形式输送到系统中去。

液压泵的基本特点：

（1）具有周期性变化的密闭工作腔；

（2）具有相应的配流机构（单向阀等）；

为了保证液压泵在最高转速下能正常吸油，泵的吸油口存在一个最低吸入压力，如果吸油压力低于吸入压力会产生气蚀现象。

2、液压泵的分类

按照结构形式分为齿轮泵（外啮合、内啮合-渐开线内啮合/摆线内啮合）、叶片泵（单作用、双作用）、柱塞泵（径向、轴向-斜盘式/斜轴式）及螺杆泵等。

按照液压泵在单位时间内输出和输入油液体积是否可以调节分为定量式（齿轮泵、双作用叶片泵等）和变量式（柱塞泵、单作用叶片泵等）两种；

3、液压泵的性能参数与特性曲线

（1）工作压力p：液压泵实际工作时的压力称为压油泵的工作压力；在工作过程中液压泵的工作压力取决于负载，与液压泵的流量无关；

（2）额定压力pn：液压泵在正常工作条件下按照试验标准规定能连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力；实际工作中液压泵的工作压力p应小于或等于额定压力pn。

（3）最高允许压力pmax：按照试验标准规定，超过额定压力pn允许短暂运行的最高压力称为液压泵的最高允许压力。它由泵组成零件的结构强度和密封决定，随着液压泵工作压力的升高泄漏量会加大泵的效率会降低。

（4）流量q：单位时间内排出液压泵的油液体积；

（5）排量Vp：液压泵轴旋转一周，按照其密封容腔几何尺寸计算得出的排除油液的体积；

（6）理论流量qtp：根据液压泵的几何尺寸计算得到的流量，为平均理论流量；qtp=Vpnp；

（7）实际流量qp：液压泵工作时实际排出的流量，等于理论流量减去因泄露、液体压缩等原因损失的流量；实际流量会随着工作压力的升高略微降低；

（8）额定流量qn：正常工作条件下，按照试验标准规定（如额定压力及额定转速下）液压泵必须保证的输出流量；

（9）理论功率Ptp：液压泵的进出口压差乘以理论流量；

（10）输入功率Pip：实际驱动液压泵轴的机械功率；

（11）输出功率Pop：实际液压泵的输出液压功率；

（12）容积损失：因油液的泄露、压缩等损失的流量成为容积损失；

（13）容积效率ηvp：容积效率是实际流量与理论流量之比；容积效率表示液压泵抵抗泄露的能力，它与工作压力、液压泵工作容腔中摩擦副间隙大小、油液粘度、转速等因素有关；

（14）机械损失：因运动部件之间或运动部件与流体之间摩擦损失的能量称为机械损失；

（15）机械效率ηmp：是理论转矩与实际转矩之比；

（16）总效率ηp：机械效率与容积效率的乘积；

（17）特性曲线：反映了液压泵的容积效率ηvp、机械效率ηmp、总效率ηp、实际输入功率Pip、工作压力p之间的关系；是液压泵在某种工作液体在一定转速和一定油温等条件下通过试验得出的曲线。

4、外啮合齿轮泵

（1）装在泵体中的一对参数相同的渐开线齿轮互相啮合，齿轮与前后端盖及泵体之间行程密封工作腔，齿轮啮合线分隔吸、排油腔，起到配油作用；

（2）油液泄露途径：齿轮断面与端盖之间的轴向间隙（占总泄漏量的75-80%）；齿轮外圆与泵体内表面之间的径向间隙（占总泄漏量的15-20%）；齿轮啮合处的间隙，通常泄漏量不大；

解决方法：轴向间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加补偿零件如浮动轴套、浮动侧板等；

（3）困油现象：为保证齿轮运行的平稳齿轮啮合时重叠系数必须大于1，因此有一部分油液会困在齿轮啮合时形成的封闭油腔内，且这个密闭容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油现象；

困油现象的危害：随着封闭容积空间大小的变化，油液的压力会急剧上升，使轴承受

到很大的附加载荷进而产生功率损失及液体发热等不良现象，还会产生气蚀现象引起振动和噪声；

解决方案：在齿轮泵的前后端盖火花浮动轴套等零件上开卸荷槽。使封闭油腔在容积减小时与亚右侧相通，容积增大时与吸油腔相通；

（4）径向不平衡力问题：齿轮泵在工作时，齿轮所承受的圆周液体压力所产生对策径向作用力；工作压力越高径向不平衡力越大，不仅会加速轴承的磨损，且会使轴发生形变造成齿顶与泵体内表面的摩擦缩短齿轮泵的使用寿命；

解决方案：减小压油口尺寸；减小齿轮的齿数；适当增大径向间隙；增加压力平衡槽；

5、内啮合齿轮泵

5.1内啮合渐开线齿轮泵

（1）工作原理：相互啮合的内转子和外转子之间有月牙形隔板，月牙板作为配油机构将吸油腔和排油腔分隔开，内外转子同方向转动形成密闭变化的工作容腔；

（2）内啮合渐开线齿轮泵特点：

优点：流量脉动小、结构紧凑、重量轻、转速高、运动平稳、噪声低、效率高、没有困油现象；

缺点：齿型复杂、不易加工；

5.2内啮合摆线转子泵

（1）工作原理：摆线转子泵是以摆线成形，外转子比内转子多一个齿的内啮合齿轮泵；当泵工作时，所有的内转子的齿都进入啮合，相邻两齿的啮合线与泵体和前后端盖形成密封容腔；内外转子存在偏心，内转子转动带动外转子同向旋转，端盖上加工有相应的配有窗口；

（2）内啮合摆线转子泵特点：

优点：结构紧凑、体积小、零件数少、转速高、运动平稳、噪声低等；

缺点：啮合处间隙泄露大、容积效率低、转子的制造工艺复杂等；

6、单作用叶片泵

（1）单作用叶片泵的转子每旋转一周每个密封工作腔完成一次吸油和排油；

（3）单作用叶片泵由转子、定子、叶片、配油盘和端盖等组成；定子具有圆柱形内表面，定子和转子之间有偏心距，叶片安装在转子的叶片槽中，当转子转动时叶片靠离心力作用紧靠在定子内表面，定子、转子、叶片和两端配油盘行程若干密闭工作油腔；配油盘上有腰形吸油窗口和排油窗口，在吸油腔和排油腔之间有一段封油区；

（4）单作用叶片泵结构特点：结构复杂、轮廓尺寸大、相对运动的零件多、泄漏量大、噪声大；轴上承受不平衡的径向液压力，会导致轴与轴承磨损加剧，容积效率和机械效率都偏低；

（5）单作用叶片泵的特点：

改变定子和转子之间的偏心距可以改变排量，能够实现变量供油，当偏心反向时西游排油方向也相反；

（6）变量泵可根据液压系统中执行机构的运动速度提供相匹配的流量，尤其是运动速度变化时避免了能量损失及系统发热，功率利用率高；变量叶片泵的变量形式分为手动变量、压力补偿变量、功率匹配变量及恒流量变量等；

（7）限压式变量叶片泵：利用泵出口压力控制偏心距来实现变量的叶片泵，也称为压力补偿或压力反馈式叶片泵；根据控油的作用方式分为外反馈式和内反馈式两种；

1-转子2-调压弹簧3-定子4-滑块滚针支撑5-柱塞6-最大流量调节螺钉

1）外反馈限压式变量叶片泵：

?转子中心固定，定子可以左右移动；

?配有盘上的吸油窗口和排油窗口沿定子与转子的中心连线对称布置；

?当转子转动时，转子外表面、定子内表面和叶片形成密闭的工作容腔；

?设计有最大流量调节螺钉和调压螺钉；

2）内反馈限压式变量叶片泵

1-最大流量调节螺钉2-弹簧预压缩量调节螺钉3-叶片4-转子5-定子

?依靠液压力直接作用在定子上来控制变量；

?配油盘的吸排油口相对定子和转子的中心连线不对称，存在偏角θ；

?泵工作时排油腔的压力作用于定子的力也有一个偏角θ，这样会对定子产生水平分力从而通过克服弹簧作用力使定子与转子的偏心距变化调节泵的输出流量；

3）特性曲线

P-工作压力qA-理论输出流量q1-泄漏流量q-实际输出流量PB-限定压力Pc-系统最大压力

7、双作用叶片泵

（1）双作用叶片泵：转子每旋转一周，密封工作腔完成两次吸排油过程；该型泵的两个吸油腔和排油腔对称布置，作用在转子上的液压力相互平衡，因此也称平衡式液压泵；

（2）双作用叶片泵由定子、转子和配流盘组成；定子内表面由两段大圆弧、两段小圆弧和四段连接大小圆弧的过渡曲线组成；叶片数量为双数保证轴受到的径向力平衡；

（3）泵转子叶片槽底部通排油腔，保证叶片时刻与墙体内壁紧贴；叶片处在吸油区对定子内表面的押金里为离心力和液压力之和，当油液的压力未建立，叶片收到的压紧力只有离心力，如果转速过低离心力不够则叶片顶部不能和定子表面贴紧形成有效的密闭容腔，泵就不能正常工作，一般要求在-rpm范围内使用；

（4）配流盘：有两个吸油窗口和两个排油窗口，窗口之间为封油区；叶片从封油区进入压油区的一端揩油一个界面形状为三角形的三角槽；

8、轴向柱塞泵

（1）柱塞泵是利用柱塞在缸体柱塞孔中往复运动，密封容积发生变化而实现吸油和排油来进行工作的；根据柱塞的排列方式不同，柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类；

优点：结构紧凑、单位功率体积小、工作压力高、容积效率高、易于实现变量；

缺点：对油液污染比较敏感、价格贵；

（2）轴向柱塞泵：柱塞的轴线与缸体轴线平行；可分为

斜盘式：斜盘与缸体轴线倾斜一个角度；

斜轴式：传动轴与缸体轴线倾斜一个角度；

轴向柱塞泵由泵体、斜盘、柱塞、缸体、配油盘和传动轴等组成；柱塞安装在缸体上沿着圆周均匀分布的柱塞孔内；斜盘与缸体轴线倾斜一个角度；弹簧将柱塞与斜盘压紧，形成多个密闭的工作容腔；当传动轴带动缸体转动时，在斜盘与弹簧的共同作用下，柱塞在柱塞孔内沿缸体轴线做往复运动，密闭工作容腔变化；

（3）斜盘式轴向柱塞泵

?CY型斜盘式轴向柱塞泵：在柱塞头上增加滑靴，改点接触为面接触；额定工作压力可以到31.5MPa；

?通轴型轴向柱塞泵：

（4）两种轴向柱塞泵的特点：

与斜盘式轴向柱塞泵相比，斜轴式柱塞泵有如下特点：

?斜轴式柱塞泵中的柱塞所受的径向力小，因此允许传动轴与缸体轴线之间的夹角大，泵的排量较大；

?缸体收到的倾覆力矩小，缸体端面与配流盘贴合均匀，泄露损失小，容积效率高，摩擦损失小，机械效率高；

?结构紧固，抗冲击性能好；

?斜轴泵的总效率略高于斜盘泵，运动部件惯性大，动态响应慢；

（5）柱塞泵的变量机构

轴向柱塞泵只要改变配流盘与主轴轴线之间的夹角，即可改变泵的排量与输出流量；

根据变量机构操纵力的形式可以分为手动、机动、电动、液控、电液控等形式；

（6）柱塞泵的伺服变量机构：内控式、外控式；

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