齿轮泵和齿轮马达
(完整版)《液压传动》习题及答案
第一章绪论1－1 液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。
1－2 液压传动装置由（）、（）、（）和（）四部分组成，其中（）和（）为能量转换装置。
1—3 设有一液压千斤顶，如图1—3所示。
小活塞3直径d＝10mm，行程h=20mm，大活塞8直径D=40mm，重物w＝50000N，杠杆l＝25mm，L＝500mm。
求：①顶起重物w时，在杠杆端所施加的力F；②此时密闭容积中的液体压力p；⑧杠杆上下动作一次，重物的上升量H；④如果小活塞上有摩擦力f l＝200N，大活塞上有摩擦力f2＝1000 N, 杠杆每上下动作一次，密闭容积中液体外泄0.2cm3至油箱，重新完成①、②、③。
图题1—3第二章液压油液2－1 什么是液体的粘性？2－2 粘度的表式方法有几种？动力粘度及运动粘度的法定计量单位是什么？2－3 压力和温度对粘度的影响如何？2—4 我国油液牌号与50℃时的平均粘度有关系，如油的密度ρ＝900kg／m3，试回答以下几个问题：1) 30号机油的平均运动粘度为( )m2／s；2）30号机油的平均动力粘度为( )Pa ．s；３) 在液体静止时，40号机油与30号机油所呈现的粘性哪个大？2—5 20℃时水的运动粘度为l ×10—6m2／s，密度ρ＝1000kg／m3；20℃时空气的运动粘度为15×10—6m2／s，密度ρ＝1.2kg／m3；试比较水和空气的粘度( )(A)水的粘性比空气大；(B)空气的粘性比水大。
2—6 粘度指数高的油，表示该油 ( )(A) 粘度较大； (B) 粘度因压力变化而改变较大；(C) 粘度因温度变化而改变较小； (D) 粘度因温度变化而改变较大。
2—7 图示液压缸直径D=12cm，活塞直径d＝11．96cm，活塞宽度L＝14cm，间隙中充以动力粘度η= 0．065Pa·s 的油液，活塞回程要求的稳定速度为v＝0．5 m／s，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F等于多少?图题２－7第三章液压流体力学基础§ 3－1 静止流体力学3—1什么是液体的静压力？压力的表示方法有几种？压力的单位是什么？3—2在图示各盛水圆筒活塞上的作用力F＝3000 N。
液压传动与控制技术(泵和马达)
液压传动与控制
一转内密封容积变化两个循环。所以密封容积每转内吸油、 压油两次，称为双作用泵。 双作用使流量增加一倍，流量也相应增加。 排量和流量:
q 2 ( R — r ) B
2 2
Q 2 ( R — r ) Bn V
2 2
无流量脉动：理论分析可知，流量脉动率在叶片数为4的整 数倍、且大于8时最小。故双作用叶片泵的叶片数通常取为12 。
液压传动与控制
3. 功率与效率 能量损失包括两部分： 容积损失——由于泵和马达本身的泄漏所引起的能量损失。 机械损失——由于泵和马达机械副之间的磨擦所引起的能量 损失。
液压传动与控制
1）液压泵 如无能量损失，泵的理论机械功率应 等于理论液压功率，即：
2 nT t pQ t pqn
Tt pq 2
液压传动与控制
§2- 1 概述
液压泵和液压马达是一种能量转换装置。 液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机 械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流。 液压马达则是液压系统的执行元件，它把输入油液的压力能 转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功 。 液压泵和液压马达从原理上讲是可逆的，当用电动机带动其 转动时为液压泵；当通入压力油时为液压马达。 液压泵和液压马达的结构基本相同，但功能不同，它们的实 际结构有差别。
Py pQ pqn V 5 10 20 10
5 —6
1450 / 60 0 . 95 2296 W
泵的输出功率
Pm = Py η = 2296 0 .9 = 2551 W
液压传动与控制
例：某液压马达排量为25mL/r，进口的压力8Mpa，回 油背压为1Mpa，泵的容积效率为0.92，总效率为0.9，当 输入流量为25L/min。求马达的输出转矩和转速？ 解：输出转矩
液压传动：齿轮液压马达
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《液压传动》
6
任务三：液压执行机构
齿轮液压马达
《液压传动》
1
一、齿轮液压马达工作原理
齿轮式液压马达
《液压传动》
一、齿轮液压马达工作原理
C
pBa
低 压
高 压
a
A
高
区
区
ED
压 区
b
B
pB
b
在两个齿轮上都有一个使它们产生转矩的作用力pB(h-a)和pB(h-b) ， 在上述作用力下，两齿轮按图示方向旋转，并将油液带回低压腔排出。
《液压传动》
三、齿轮液压马达应用特点
齿轮液压马达由于密封 性较差，容积效率较低，所 以输入的油压不能过高，因 而不能产生较大转矩，并且 它的转速和转矩都是随着齿 轮的啮合情况而脉动的。因 此，齿轮液压马达一般多用 于高转速、低转矩的情况。
《液压传动》
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《液压传动》
二、齿轮液压马达VS齿轮泵
低
高
压
压
区
区
齿轮马达
双向定量马达
高
低
压
压
区
区
齿轮泵
《液压传动》习题与答案解析
第一章绪论1－1 液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。
1－2 液压传动装置由（）、（）、（）和（）四部分组成，其中（）和（）为能量转换装置。
1—3 设有一液压千斤顶，如图1—3所示。
小活塞3直径d＝10mm，行程h=20mm，大活塞8直径D=40mm，重物w＝50000N，杠杆l＝25mm，L＝500mm。
求：①顶起重物w时，在杠杆端所施加的力F；②此时密闭容积中的液体压力p；⑧杠杆上下动作一次，重物的上升量H；④如果小活塞上有摩擦力f l＝200N，大活塞上有摩擦力f2＝1000 N, 杠杆每上下动作一次，密闭容积中液体外泄0.2cm3至油箱，重新完成①、②、③。
图题1—3第二章液压油液2－1 什么是液体的粘性？2－2 粘度的表式方法有几种？动力粘度及运动粘度的法定计量单位是什么？2－3 压力和温度对粘度的影响如何？2—4 我国油液牌号与50℃时的平均粘度有关系，如油的密度ρ＝900kg／m3，试回答以下几个问题：1) 30号机油的平均运动粘度为( )m2／s；2）30号机油的平均动力粘度为( )Pa ．s；３) 在液体静止时，40号机油与30号机油所呈现的粘性哪个大？2—5 20℃时水的运动粘度为l ×10—6m2／s，密度ρ＝1000kg／m3；20℃时空气的运动粘度为15×10—6m2／s，密度ρ＝1.2kg／m3；试比较水和空气的粘度( )(A)水的粘性比空气大；(B)空气的粘性比水大。
2—6 粘度指数高的油，表示该油 ( )(A) 粘度较大； (B) 粘度因压力变化而改变较大；(C) 粘度因温度变化而改变较小； (D) 粘度因温度变化而改变较大。
2—7 图示液压缸直径D=12cm，活塞直径d＝11．96cm，活塞宽度L＝14cm，间隙中充以动力粘度η= 0．065Pa·s 的油液，活塞回程要求的稳定速度为v＝0．5 m／s，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F等于多少?图题２－7第三章液压流体力学基础§ 3－1 静止流体力学3—1什么是液体的静压力？压力的表示方法有几种？压力的单位是什么？3—2在图示各盛水圆筒活塞上的作用力F＝3000 N。
齿轮马达的工作原理
当高压油泵输入时，高压腔内各轮齿均受高压作用；由于各齿廊面在两个方向的受压面积不同而对输出轴形成力矩。
处于低压腔的各齿也产生液压力矩，但是和高压区产生的力矩方向相反。
二者综合即齿轮液压马达的输出力矩。
输出力矩克服负载力矩而向图示方向旋转。
随着齿轮的旋转，油液从低压腔排出。
二．曲轴连杆式径向柱塞马达图中仅画出马达的一个柱塞缸。
它相当于一个曲柄连杆机构。
通压力油的柱塞缸受液压力的作用，在柱塞上产生推力P。
此力通过连杆作用在偏心轮中心，使输出轴旋转，同时配流轴随着一起转动。
当柱塞所处位置超过下止点时，柱塞缸便由配流轴接通总回游口，柱塞便由偏心轮往上推，作功后的油泵通过配流轴返回油箱。
各柱塞缸依次接通高、低压油，各柱塞对输出轴中心所产生的驱动力矩同向相加，就使马达输出轴获得连续而平稳的回转扭矩。
当改变油流方向时，便可以改变马达的旋转方向。
如将配流轴转180°装配，也可实现马达的反转。
如果将曲轴固定，进、出油直接通到配流轴中，就可实现外壳旋转。
壳转马达可用来驱动车轮和绞车卷筒等。
三．内曲线径向柱塞马达图为内曲线马达的常用结构——横梁传力型的工作原理图。
它由缸体、导轨塞组（包括柱塞、横梁、滚轮等所组成的组件）、配油器、传力轴和外壳等组成。
图示为具有10个柱塞和6作用次数的马达。
所谓作用次数，即每个柱塞随转子转一转往复的次数，也即导轨所具有的曲线凹凸数。
配油器8的作用好似一次将高压油分配给各柱塞，并将低压油从各柱塞依次通过配油器排除。
柱塞7在高压油推动下，带动横梁6沿径向往外运动。
在横梁的两端轴颈上装有滚轮5，它与导轨曲线3接触。
滚轮余导轨曲线的相互作用如图所示。
柱塞所产生的液压力P是沿着柱塞轴线的。
该力分为二个力N与F，N力与导轨曲线相垂直并与导轨曲线的方向平衡，分力F即为推动缸体旋转的切向力。
切向力F于径向ρ(ρ为滚轮中心至马达旋转中心的距离)的乘积即为柱塞所产生的扭矩。
各作功柱塞产生的扭距之和即为液压马达在该瞬时的输出扭矩。
齿轮泵与齿轮马达
齿轮马达的优缺点
要点一
结构紧凑
齿轮马达体积小、重量轻，便于集成到各种机械设备中。
要点二
响应速度快
由于其简单的机械结构，齿轮马达的响应速度较快。
齿轮马达的优缺点
• 维护方便：齿轮马达的结构简单，维护起来相对 方便。
齿轮马达的优缺点
效率较低
与其它类型的马达相比， 齿轮马达的效率可能较低。
输出扭矩有限
其他领域
除了工业和汽车领域，齿 轮马达还应用于医疗器械、 航空航天、船舶等工作原理比较
齿轮泵工作原理
齿轮泵依靠主动轴和从动轴上的齿轮相互啮合，使密封容积发生变化，从而吸入和排出 液体。
齿轮马达工作原理
齿轮马达在输入力矩作用下，通过齿轮传动将液体压力能转换为机械能，实现旋转运动。
由于其结构限制，齿轮马 达的输出扭矩相对较小。
对油品要求高
为了保证正常运行，齿轮 马达对所使用的油品有较 高的要求。
06
齿轮泵与齿轮马达的发展 趋势和未来展望
技术发展趋势
高压化
随着工业领域对高压力、高效率 的需求增加，齿轮泵与齿轮马达 在高压化方面取得了显著进展，
提高了输出压力和效率。
智能化
随着物联网、传感器等技术的快 速发展，齿轮泵与齿轮马达正朝 着智能化方向发展，实现远程监 控、故障诊断和自动控制等功能。
性能比较
齿轮泵性能
齿轮泵具有结构简单、紧凑、成本低等优点，适用于中高压、大流量、高粘度液体的输送。但齿轮泵的泄漏较大， 效率相对较低。
齿轮马达性能
齿轮马达具有效率高、寿命长、可靠性高等优点，适用于高压、高转速、大扭矩的场合。但齿轮马达的结构较为 复杂，制造成本较高。
应用场合比较
齿轮泵应用场合
齿轮泵(马达)的故障分析
压力不足 或压力建立
不起来
泊姆克（天津）液压有限公司
4
1.1.1 泵吸不上油或流量不足
旋向接反
泵吸不上油 或流量不足
吸油不足
进出油口接反
油箱液面过低
转速太低
油液粘度过高/低 滤芯堵塞
吸油管堵塞 吸油管漏气
吸油管通径过小
泊姆克（天津）液压有限公司
5
1.1.２ 压力不足或压力建立不起来
泵吸不上油 或流量不足
泊姆克（天津）液压有限公司
58
如何用好液压泵?
液压泵是液压系统中的“心脏”，因此当液压系统出现问题时，
首先注意到的是液压泵，有时往往大家都会将原因归咎于泵本身。
如果泵的结构设计正确，零件的制造质量、材质、热处理等均
达到设计要求，经出厂试验为测试合格的产品。用于液压系统而引
起泵损坏的，是由于泵本身缺失所引起的现象是很少见的。确切地
齿轮泵失效
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56
6、解决办法
根据以上分析，我公司要求主机厂控制 好油液的清洁度，保证各液压元件和管道的 密封，并要求设备操作者不能私自调高液压 系统的使用压力。
泊姆克（天津）液压有限公司
57
7、故障处理效果
主机厂在采纳了我公司的建议之后，使 用情况良好，类似现象再也没有发生过。
油液温度过高
油液粘度过低
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21
c) 骨架油封漏油
窜油导致油封唇口损坏
泊姆克（天津）液压有限公司
22
c) 骨架油封漏油
径 向 受 力 产 生 泄 漏
泊姆克（天津）液压有限公司
23
d) 片间渗漏
压力超高
螺栓拉伸变形
第三章：液压动力元件
第三章液压动力元件教学内容：本章首先介绍液压泵和马达的工作原理，接着介绍了齿轮泵及齿轮马达、叶片泵及叶片马达、柱塞泵及柱塞马达的基本结构与工作原理，最后简介几种泵和马达的工作特点。
教学重点：1．对容积式泵和马达工作原理进行阐述，对容积式泵和马达的效率进行计算；2．介绍几种泵和马达：齿轮泵及齿轮马达、叶片泵及叶片马达、柱塞泵及柱塞马达的基本结构、工作原理与效率；3．简介几种泵和马达的工作特点、优缺点与应用领域。
教学难点：1．泵马达的基本原理及效率计算；2．柱塞泵及柱塞马达基本结构与工作原理；3．分析马达产生输出扭矩的方法。
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。
§3-1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。
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第5讲齿轮泵和齿轮马达
一、外啮合齿轮泵的工作原理
【分离三片式的组成】前、后泵盖，泵体，一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮装在泵体内，将其分为吸油腔和压油腔两部分。
【工作原理】∵容积式泵，∴满足三句话十八个字
1、V
密
形成：齿轮的齿槽、泵体内表面、前后泵盖等围成。
2、V
密变化：齿轮脱开啮合，V
密
↑，产生真空，吸油；齿轮进入啮合，V
密
↓，油被迫压出压油
3、吸压油口隔开：两齿轮啮合线及泵盖。
【小结】齿轮泵的优点；结构简单，制造方便，造价低；自吸性能好；对油液污染不敏感；工作可靠，允许转速高。
齿轮泵的缺点：流量脉动大；噪声大；排量不可变；有困油现象。
二、齿轮泵的流量计算
∵齿轮啮合时，啮合点位置瞬间变化，其工作容积变化率不等
∴瞬时流量不均匀——即脉动，计算瞬时流量时须积分计算才精确，比较麻烦，一般用近似计算法。
1、排量
假设：V
齿槽=V
轮齿
排量V=2V
齿槽
=V
齿槽
+V
轮齿
即相当于有效齿高和齿宽所构成的平面所扫过的环形体积，则 V=πDhB（∵D=mz，h=2m）=2πZm2B
实际上：∵V
齿槽>V
轮齿
，∴V=6.66zm2B
2、流量
1）理论流量：q
t
=Vn=6.66zm2Bn
实际流量：q=q
t η
v
=6.66zm2Bnη
v
【结论】（1）∵容积式泵，∴流量与出口压力无关
（2）∵z、m、B、n = Const，q = Const，∴齿轮泵是定量泵
瞬时流量：∵每一对轮齿啮合时，啮合点位置变化，∴瞬时流量也变化：从最小变最大，又从最大变最小，∴出现流量脉动
【结论】齿数越少，脉动率越大，最大可达20%以上。
流量脉动是容积式泵的共同弊病：既会引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，又会影响传动的平稳性。
三、齿轮泵结构特性分析
讨论外啮合齿轮泵结构上存在的三大问题
1、困油现象
产生原因：为保证齿轮连续平稳运转，又能使吸压油口隔开，齿轮啮合的ε>1，所以有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，在齿向啮合线间形成一个封闭容积，且大小发生变化。
产生结果：
V
封
↓→p↑→高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。
V
封
↑→p↓→形成局部真空，产生气穴，引起振动噪声、汽蚀等。
总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。
所以，我们希望容积式泵：“围而不困，困而不死。
”
消除困油的原则：①V
封↓，通→压；②V
封
↑，通→吸；③V
封min
，隔开吸压
油口
消除困油现象的方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽，为彻底消除困油，CB—B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好。
2、径向不平衡作用力
径向力的产生：液压力*、啮合力
液体沿圆周分布规律：从高压腔到低压腔，压力沿齿轮圆周逐齿分级降低。
所以齿轮和轴承受到径向不平衡力，p↑，径向不平衡力↑。
结果：加速轴承磨损，降低轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体摩擦加剧，使泵不能正常工作。
改善措施：1）缩小压油口，以减小压力油作用面积。
2）减小泵体内表面和
↓。
齿顶间隙。
3）开压力平衡槽，但△q↑，η
V
3、泄漏途径
1）齿侧泄漏：占齿轮泵总泄漏量的5%
2）径向泄漏：占齿轮泵总泄漏量的20%—25%
3）端面泄漏：占齿轮泵总泄漏量的75%—80%
∵齿轮泵存在间隙，∴p↑→△q↑
【结论】应减小端面泄漏，才能提高齿轮泵的工作压力。
四、中高压齿轮泵的结构特点
妨碍齿轮泵压力升高的首要问题是泄漏，其次是径向力不平衡。
故齿轮泵常用于低压场合，为使其成高压泵，可采用如下方法：1、自动补偿轴向间隙；2、减小径向力；3、增大轴与轴承刚度。
1、浮动轴套式
结构：见教材P45，图3-10CB型中高压齿轮泵结构图
原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。
2、浮动侧板式
原理：将泵出口压力油引至浮动侧板背面，靠油液压力使侧板贴紧于齿轮端面，补偿端面间隙。
3、挠性侧板式
原理：将泵出口压力油引至固定侧板背面，靠侧板自身的挠性变形来补偿端面间隙。
五、内啮合齿轮泵
分类：渐开线齿形、摆线齿形
1、渐开线齿形内啮合齿轮泵
组成：小齿轮、内齿环、月牙形隔板等
工作原理：小齿轮带动内齿环同向异速旋转，左半部分轮齿退出啮合，形成真空，吸油。
右半部分轮齿进入啮合，容积减小，压油。
月牙板同两齿轮将吸压油口隔开。
2、摆线齿形内啮合齿轮泵（摆线转子泵）
组成：内、外转子相差一齿，且有一偏心距。
工作原理：吸油—左半部分，轮齿脱开啮合容积↑
压油—右半部分，轮齿进入啮合，容积↓
特点：结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声小，流量脉动小。
但齿形复杂，加工困难，价格昂贵。
六、齿轮马达的工作原理和结构特点
1、齿轮马达的工作原理
图3-13。
2、齿轮马达的结构特点教材P47～48。