液压传动课件

弧度所排出（吸入）液体的体积，也称角排量。
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
理论流量 theoretical flow rate qt ：无内外泄漏时，单位时间 内泵（马达）排出（吸入）液体的体积。泵、马达的流量为其 转速与排量的乘积，即: qt Vd V n 泵的实际流量 actual flow rate q ：泵工作时实际出口的流量。
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）、结构特点及主要性 能特点；了解不同类型的泵马达之间的性能差异及适用范围， 为正确选用奠定基础。
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本章教学内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 液压泵和马达概述 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 液压马达 液压泵马达图形符号 本章小结 习题
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2.1 液压泵和马达概述
Introduction of Hydraulic Pumps and Motors
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2.1.1 容积式泵和马达工作原理
Basic Principles of Hydraulic Pumps and Motors 泵工作原理： 曲柄连杆带动活塞(Piston) 做直线往复运动。活塞右移， 封闭容腔C的容积增大，形成真 空；在大气压的作用下，油从 O 单向阀(Check Valve)A被吸入C 腔，此时单向阀B断路。当活塞 左移时，封闭容腔C的容积减小， 单向阀A断路，C腔中的油从单 向阀B排出。 马达工作原理： 用外控方法打开单向阀B输 入压力油，C腔中的压力油推动 活塞右移，使曲柄连杆输出转矩。 在惯性作用下，活塞左移，外控 打开单向阀A，C腔中的无压油 从阀A排出。
应的外负载。 额定压力 rated pressure：泵（马达）在额定工况条件下按 试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。
每转排量 displacement per revolution V ：无内外泄漏时， 泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积。 每弧度排量 displacement per radian Vd ：泵（马达）每转一
m Tm
J
p Tp
机械输入 液压马达
机械输出
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2.1.1 容积式泵和马达工作原理
根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同 特点，因而这种泵又称为容积泵。 液压泵按其在内所能输出油液体积能否调节而分为定量泵 (Fixed displacement pumps)和变量泵(Variable displacement pumps)两类； 按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。液 压马达也具有相同的形式。 从工作过程可以看出，在不考虑漏油的情况下，液压泵 在每一工作周期中吸入或排出的油液体积只取决于工作构件 的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。
q
v
qt
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
马达容积损失 理想马达
p qt Tt
Tt p Vd Vd 马达的弧度排量
qt / Vd
q
v
qt
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
机械损失——摩擦而造成的转矩上的损失 液压泵的机械损失： 泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，设转 矩损失为Tf，理论转矩为Tt，则泵实际输入转矩为T=Tt+Tf， 用机械效率m (mechanical efficiency)来表征泵的机械损失 Tt=Tm，则
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
The Performance of Hydraulic Pumps and Motors
液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流 量、功率和效率等。 工作压力 operating pressure：泵（马达）实际工作时的压 力。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相
图2.3 外啮合齿轮泵的工作原理 1—泵体(Housing);2 —主动齿轮(Driver Gear);3 —从动齿轮 (Driven gear)
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2.2.1 外啮合齿轮泵的结构及工作原理
结构及工作原理
当齿轮按图示方向旋转 时，右侧吸油腔内的轮齿脱 离啮合，密封腔容积不断增 大，构成吸油并被旋转的轮 齿带入左侧的压油腔。
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
实际液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失，输出 功率小于输入功率。 功率损失=容积损失+机械损失
容积损失(volumetric loss)是因泄漏 、气穴和油液在高压下 压缩等造成的流量损失。 机械损失(mechanical loss)是指因摩擦而造成的转矩上的损 失。
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
泵的容积损失——用容积效率(volumetric efficiency) v 表征。
q qt v
对液压泵来说， 输出压力增大时， 泵实际输出的流量 q减小。设泵的流 量损失ql为，则 qt=q+ql。
ql q qt ql v 1 qt qt qt
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2.1.1 容积式泵和马达工作原理
液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲， 向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达， 即容积式泵都可作液压马达使用。 但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况 下，液压泵和液压马达不能互换。
液压输入 液压泵
Q p
液压输出
Q
Q p
泵的总效率(overall efficiency of pumps)
T
m
Tt
液压泵的总效率(overall efficiency)等于其容积效率和机械 效率的乘积： v m （2.6）
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q qt v
理想马达: P×qt Tt× Tt P×(Vd ) qt /(Vd ) Vd 马达的弧度排量
式中：
N t pqt Tt 2 πTt n
(2.1)*
Tt— 液压泵、马达的理论转矩(theoretical torque) (N· m)； n, — 液压泵、马达的转速(rev/s), 角速度(rad/s)； p, qt — 液压泵、马达的压力和理论流量。 * 式（2.1）可详细见教材p7。
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B
C
泵排出
A
泵吸入

Q
2.1.1 容积式泵和马达工作原理
6
5
4
3
2
1
图 2. 1 液压泵的工作 原理 图2.1 液压泵的工作原理
由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。 凸轮(Cam)1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大， 产生真空，油液便通过吸油阀5吸入； 柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过 压油阀6排到系统中去。
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2.1.1 容积式泵和马达工作原理 液压泵和液压马达工作的必要条件：
（1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积； （2）必须有配流动作，即 封闭容积加大时吸入低压油 液压泵 封闭容积减小时排出高压油 封闭容积加大时充入高压油 液压马达 封闭容积减小时排出低压油 （3）高低压油不得连通。
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2.1.1 容积式泵和马达工作原理
记泵的泄漏流量(leakage flow rate)为ql，有: q= qt ql
额定流量 rated flow rate qn ：在额定转速和额定压力下泵输
出（马达输入）的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量。 由于泵和马达存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和 理论流量是不同的。
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2.1.2 液压泵和马达的基本性能参数
液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。 液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压 力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统 的动力源。
液压输入 液压泵
Q p
液压输出
Q
Q p
m Tm
J
p Tp
机械输入
液压马达
机械输出
液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转动 的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。
功率(power)和效率(efficiency)：液压泵由原动机驱动，输 入量是转矩(torque)T和角速度 (angular speed)，输出量是液体
的压力p和流量q；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中 的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率 (theoretical power )Nt ：
左侧压油腔内的轮齿不 断进入啮合，使密封腔容积 减小，油液受到挤压被排往 系统，这就是齿轮泵的吸油 和压油过程。
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2.2.2 齿轮泵的流量和脉动率(Pulsating Rate)
外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容 积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数 (Number of Teeth)为z ，模数(Modulus of Gear)为m，节圆直径 (Pitch Diameter )为d，有效齿高(Effective Height)为h，齿宽 (Width of Teeth)为b时，根据齿轮参数计算公式有d=mz，h=2m， 齿轮泵的排量近似为 V=dhb=2zm2b （2.7） 实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误 差越大，因此,在实际计算中用3.33~3.50来代替上式中值，齿 数少时取大值。 V=(6.66~7)zm2b （2.8） 由此得齿轮泵的输出流量(The Output Flow Rate)为 V=(6.66~7)zm2bnv （2.9）
用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。
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2.2.1 外啮合齿轮泵的结构及工作原理