第三章 液压油泵
- 3.1 油泵概述
- （1）工作原理
油泵是液压系统的动力元件，
它的工作原理如图3-1所示。
图3-1 油泵工作原理简图
- 油泵正常工作需要满足如下基本要求：
- ①、密封油腔a的容积变化是油泵实现吸油和压油的根本原因。油泵一般都称为容积式泵。油泵的理论流量只决定于其结构参数和转速，而与压力无关。
- ②、在吸油过程中，必须使油箱与大气相通，这是吸油的必要条件。在压油过程中，油压的高低决定于输出油路中所遇到的阻力，即决定于外载，这是形成油压的条件。
- ③、单向阀2、4是油泵的配油装置，配油装置是油泵正常工作不可缺少的部分。
- （2）分类
- 容积式油泵，按其流量是否可以改变而分为定量油泵和变量油泵。
- 变量油泵的几何尺寸（即密封容积的变化的大小）是可以改变的，在不改变转速的情况下就能改变流量。
- 定量油泵的几何尺寸是固定的，只有改变转速才能改变流量（但改变转速的方法实际上几乎不使用）。
- 容积式泵按其结构不同，可分为齿轮泵（代号“CB”）、叶片泵（代号“YB”）、柱塞泵（代号“ZB”）和螺杆泵（代号“RB”）四种。
- 齿轮泵和螺杆泵是定量泵，叶片泵和柱塞泵可制成定量泵。
- （3）油泵的性能参数
- 1）压力p（单位为Pa）：
- 额定压力――在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力；
- 工作压力――泵实际工作的压力。实际工作，泵的压力是随负载而决定的；
- 吸入压力――泵进口处的压力；
- 最高允许压力――按标准，超过额定压力所允许的短暂运行的最高压力。
- 2）排量和流量：
- 排量V――油泵每旋转一弧度，由其几何尺寸计算得到的排出液体的体积；(m3/rad)
- 理论流量q t――在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内排出的液体体积（m3/s），
- q t＝ωV＝ （ω、n为泵的角速度和转速，V每转排出的体积）
- 实际流量q――泵工作时实际排出
的流量(q = q t – Δq )，Δq为损失
流量；
- 额定流量q n――泵在额定压力和
额定转速下输出的实际流量（m3/s）。
（油泵的流量q与工作压力p的关系，
如图3－2所示）
- 3）功率和效率:
- ① 功率：
- 有理论输入功率P r t、实际输入功率P r，理论输出功率P t、实际输出功率P。
理论输入功率P r t(或理论输出功率P t)：
P r t＝P t＝q t Δp（N?m/s）；
- 实际输入功率P r：P r＝ωT= （N?m/s）；
- 实际输出功率P ：P＝q Δp（N?m/s）。
- ② 效率：有容积效率η v、机械效率η m、总效率η。
- A. 容积效率ηv(主要与泄漏有关)：ηv＝P/Pt=q/qt=1-Δq/qt；
- B. 机械效率ηm(主要与机械摩擦有关)：ηm＝Pt/Pr= q t?Δp/Pr；
- C. 总效率η(泵的实际输出功率与实际输入功率之比)：η＝P/Pr = ηvηm
- 效率η、流量q、功率P、压力p之间的关系，如力图3-3示。
- 3.2 齿轮泵
- （1）、工作原理
- 如图5-24所示。
- 当齿轮泵旋转时，轮齿脱离啮合的一侧，轮齿退出齿间，其密封容积变大，经吸油管路被吸入该腔的齿间，完成吸油过程；
- 而另一侧，轮齿进入啮合，占据齿间，使密封容积减小，油液受到压缩，并从压油管路挤出去，完成压油过程。
- 因此，齿轮泵中，轮齿脱离啮合的一腔是吸油腔，轮齿进入啮合的一腔是压油腔。当齿轮不断旋转，吸油腔就不断从油箱吸油，而压油腔不断将压力油挤出去。
- （2）、困油现象
- 在齿轮泵中，齿轮的啮合系数要大于1（一般ε=1.4）才能保证齿轮正常工作。在啮合过程中，这种出现在一小段时间内两对轮齿同时处于啮合状态的情况，如图5-25所示。
- 由同时啮合的两种轮齿的表面和前后端盖所构成的密封容积，称为困油区。
- 当困油区由大变小时，其中的油液受到挤压，油压急剧升高；当困油区由小变大时，区内会形成部分真空。这种现象称为困油现象。
- 消除困油现象的方法是：在前后端盖上开卸荷槽，如图5-25中的虚线所示。
- 原理为：当闭死容积由大变小时，始终通过右边的卸荷槽与压油腔相通，以便将闭死容积内的油液排到压油腔；当闭死容积由小变大时，始终通过左边的卸荷槽与吸油腔相通，避免出现真空。
- （3）齿轮泵流量的近似计算 （P59）
- 齿轮泵旋转的理论排油量q为：
（m3/r）
- (q即为主动齿轮顶圆与基圆之间的环形圆形柱的体积，一周等于2π弧度)
D——齿轮的节圆直径（D=mZ）；
h——轮齿的有效工作高度（h=2m）；
b——齿宽； Z——齿轮齿数； m——齿轮模数。
- 齿轮每秒钟的流量Q为：
（m3/r）
ηv——油泵的容积效率； n——油泵转速（r/min）。
- （4）齿轮油泵的特点及应用
- 齿轮油泵的主要优点是：结构简单、价格便宜、工作可靠、对杂质的敏感性不高；
- 其缺点是：径向液压力不平衡，容积效率不高，流量的脉动较大，零件的互换性较差；轮齿泵宜用于环境较差、转动精度要求不高的场合，在冶金、铸造设备上应用广泛。
- （5）齿轮油泵的泄漏及防泄漏措施
- 效率是衡量齿轮泵工作经济性的重要指标之一，泄漏直接影响齿轮泵的容积效率。
- 其泄漏有三种途径(图3-6)：
- ①.端面间隙的泄漏(占75~80%);
- ②.径向间隙的泄漏(占15~20%);
- ③ .齿面啮合处间隙的泄漏(通常
很少，一般不考虑)。
- 1）端面间隙的自动补偿
- ① 浮动轴套（或浮动侧板）
式补偿装置（图3－7）
- A. 工作原理：(图3-7)
- 两个互相啮合的齿轮支承
在前、后轴套的轴承里，轴
套可在壳体作轴向浮动。从
压油腔引至轴套外端面的油
液，产生作用于Fl=A1pg，
此力把轴套压向齿轮端面，
减小端面间隙。
齿轮端面产生的反推力：Ff =A2pm。
泵起动时，浮动轴套在弹性元件(橡胶密封圈或弹簧)的弹力Ft作用下，贴紧齿轮端面以保证密封。
一般，Fl+Ft = (1~1.2) Ff
- B. 典型结构
- i). 补偿面为“8”字形的浮动轴套(图3-8)。在“8”字形面积A1上作用着由孔B引入的压力油；空载时，O形密封圈使浮动轴套自动紧贴在齿轮端面上，A孔可把内泄油引入吸油腔。
- ii). 补偿面为偏心“8”字形的浮动轴套(图3-9)。偏心的作用是：使合力的作用线偏向压油腔一侧，从而使压紧力的作用线与反推力的作用线重合，避免产生力偶。
- iii). 分区压力补偿的“8”字形浮动侧板。
(详见，P64，图3-10)
- ②弹性侧板（或称挠性侧板）式补偿装置（图3－11）
- 弹性侧板的
补偿原理与
浮动轴套的
相同。只是
侧板在压力
油的作用下
产生弹性变
形，减少间隙。
- 2）径向间隙的自动补偿（图3－15）
- 在工作压力pg的作用下，使补偿板上的压紧力(F=pgA)与补偿侧板下面的反推力平衡使间隙最小。
- 3）外啮合齿轮泵的径向力及减少径向力的措施
- ①.径向力分布：
- ②.减小径向力的措施：
齿轮泵的工作压力越高，径向力越大，会降低轴寿命、使变形加大甚至出现齿顶刮壳现象。为此，除了提高轴承的承载能力外，还应尽量减小径向力，具体措施为：
- i).合理选择齿宽B和齿顶圆直径De：
因为，当工作压力Δp和排量V一定时，齿轮轴所受的径向力与De成反比、与B0.5成正比。故减小B、增大De可以减小径向力。
- ii).缩小压油腔尺寸：压油腔的包角越小、径向力越小。
- iii).将压油腔扩大到接近吸油腔侧：使对称区域的径向力得到平衡，减少径向力。（图3－14）
- iv).将吸油腔扩大到接近压油腔侧：只留1~2个齿起密封作用。这种结构既可减少径向、又可提高容积效率（图3－15）。
- v).液压平衡法：在过渡区开设两个平衡油槽，分别与低、高压腔相通。（图3－16）
- （6）其它形式的齿轮泵
- 1）渐开线内啮合齿轮泵
- i. 工作原理：图3－17
- 相互啮合的小齿轮1和内齿
环3之间有月牙板2，将吸
油腔4和压油腔5隔开。当
小齿轮按图示方向旋转时，
内齿环也以相同方向旋转。
图中上半部轮齿脱开处，
齿间容积扩大，形成真空，
为吸油腔；下部轮齿进入啮
合处，齿间容积缩小，为压
油区。
- ii. 内啮合齿轮泵结构：
- 如图3－18所示为带溢流阀的内啮合齿轮泵。当泵的出口压力达到或超过由弹簧10所设定的压力时，高压油克服弹簧力、顶开锥阀芯溢流(进入吸油腔)。
- iii. 排量及流量计算：
- “内啮合齿轮泵”与“外啮合齿轮泵”的工作原理相同，其排量及流量计算的方法也相同。
- 排量V：
(m3/rad)
- 流量q：
(m3/s)
- iv. 内啮合齿轮泵的特点：
- 流量、压力的脉动小；
- 噪声低，无困油现象；
- 轮齿接触应力小，磨损小，寿命长；
- 零件加工困难，成本高，价格贵。
- 2）内外转子式摆线齿轮泵 （P71~73，图3－19、图3－20）
齿形曲线采用摆线，故称摆线泵。
- i. 工作原理：图3－19
一对偏心啮合的内外转子，其偏心为e；外转子的齿数比内转子的齿数多一个。图(a)所示位置时的A腔容积最小，图(d)所示位置的A腔容积最大；由(a)至(d)吸油，而由(d)至(a)压油。
- ii. 内外转子式摆线齿轮泵结构：图3－20
- 结构特点：
- (1) 三片式结构，内、外转子安装在泵体2内，两个定位圆柱销3用以保证泵体与前后的偏心距。
- (2) 在后盖上有月牙形进、出油槽(图中的虚线所示)分别与进、出油口相通；前盖上设有与后盖相对称的平衡油槽，用来平衡泵内的轴向压力。
- (3) 在轴13和后盖4上设有泄漏油孔(至油箱)。在泵体的两端面上开有环形的平面卸荷槽19和油孔，可将泵的接合面处泄漏的油液引入后盖上的泄漏孔。
- iii). 计算及特点：
- 排量V及流量q的计算公式，详见教材P73页。
- 该泵的优点是：结构小巧、零件数少、工作容积大；
- 缺点是：流量不均匀、脉动量大，啮合处间隙泄漏大。通常用作低压系统的补油、润滑等辅助泵。
(习题：练习3-6、3-7)
- 3-3 螺杆泵（P73~74，图3－21）
- (1) 特点：具有结构紧揍、体积小、重量轻，流量压力无脉动、噪声低、运转平稳，自吸能力强、允许高速转动，对油液污染不敏感、使用寿命长等优点；但加工精度较高、制造成本及价格较昂贵。广泛用于国防、航空等要求较高的机械行业。
- (2) 分类：按螺杆的根数分类为：单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、四螺杆泵、五螺杆泵；按螺杆的横截面齿形分类为：摆线齿形螺杆泵、摆线-渐开线齿形螺杆泵、圆形齿形螺杆泵。
- (3) 典型结构：LB型三螺杆泵的结构如图3-21所示。
1、后盖；2、壳体；3、主动螺杆(凸螺杆)；4、从动螺杆(凹螺杆)；5、前盖