认识液压动力元件

液压动力元件起着向系统提供动力的作用，是系统中不可缺少的核心元件。液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，它将原动机（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。

1.液压泵原理分析及参数的认识

（1）液压泵的工作原理

液压系统的动力元件通常为液压泵，其可为液压系统提供具有一定压力和流量的液压油。

动画9　齿轮泵

图2－3所示为单柱塞液压泵的工作原理图。图中柱塞2安装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧4的作用下始终紧贴在偏心轮1上。当发动机驱动偏心轮1旋转时，柱塞2将做往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化，当a由小变大时就形成部分真空，油箱中油液在大气压的作用下经吸油管顶开单向阀5进入油腔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6流入系统而实现压油。发动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，这样液压泵就将发动机输入的机械能转换成液体的压力能输出。

以上是以单柱塞液压泵来分析液压泵的工作原理的，代表了液压泵的共同性质。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。

（2）液压泵的主要性能参数

①工作压力和额定压力。

a.工作压力：液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载。

b.额定压力：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

c.最高允许压力：在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力称为液压泵的最高允许压力。超过这个压力液压泵很容易损坏。

②排量和流量。

a.排量V：一般情况下，泵轴旋转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量，简称排量（m3／r）。

图2－3　单柱塞液压泵工作原理图

1—偏心轮；2—柱塞；3—缸体；4—弹簧；5，6—单向阀

b.理论流量qt：在不考虑液压泵泄漏流量的情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值。显然，如果液压泵的排量为V，其主轴转速为n，则该液压泵的理论流量qt为

c.实际流量q：液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量，它等于理论流量qt减去泄漏流量ql，即

d.额定流量qn：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。

③功率和效率。

a.液压泵的功率损失。

•容积损失：容积损失是指液压泵流量上的损失。液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量，其主要原因是液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液黏度大和液压泵转速高等而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示，它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qt之比，即

因此，液压泵的实际输出流量q为

式中：V——液压泵的排量（m3／r）；

　　　n——液压泵的转速（r／s）。

液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随液压泵的结构类型不同而异，但恒小于1。

•机械损失：机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩Ti总是大于理论上所需要的转矩Tt，其主要原因是液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损失，以及液体的黏性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示，它等于液压泵的理论转矩Tt与实际输入转矩Ti之比，设转矩损失为ΔT，则液压泵的机械效率为

b.液压泵的功率。

•输入功率Pi：液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率，当输入转矩为Ti、角速度为ω时，有

•输出功率P：液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积，即

式中：Δp——液压泵吸、压油口之间的压力差（MPa）；

　　　q——液压泵的实际输出流量（m3／s）；

　　　P——液压泵的输出功率（W）。

在工程实际中，液压泵吸、压油的压力差的计量单位常用MPa表示，输出流量q用L／min表示，则液压泵的输出功率P（kW）可表示为

在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力p代入。

c.液压泵的总效率：液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值，即

由式（2－9）可知，液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，所以液压泵的输入功率也可写成

液压泵的各个参数和压力之间的关系如图2－4所示。

2.外啮合齿轮泵的结构分析

（1）齿轮泵的工作原理

齿轮泵是一种常用液压泵，其主要优点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性能好、对油液污染不敏感、工作可靠；其主要缺点是流量和压力的脉动大、噪声大、排量不可调。

外啮合齿轮泵主要由泵体、一对啮合的齿轮、泵轴和前后泵盖组成。

图2－4　液压泵的特性曲线

在图2－5中，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起到配油作用。

为了防止压力油从泵体和泵盖间泄漏到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开有油封卸荷槽，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。在泵盖和从动轴上的小孔的作用是将泄漏到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承。

图2－5　外啮合型齿轮泵工作原理

（2）齿轮泵的结构特点

①齿轮泵的困油问题。

齿轮泵要连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数ε大于1，也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时，另一对齿轮已进入啮合，这样就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间，在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积，一部分油液也就被困在这一封闭容积中［见图2－6（a）］，齿轮连续旋转时，这一封闭容积便逐渐减小，到两啮合点处于节点两侧的对称位置时［见图2－6（b）］，封闭容积为最小，齿轮再继续转动时，封闭容积又逐渐增大，直到如图2－6（c）所示位置时，容积变为最大。在封闭容积减小时，被困油液受到挤压，压力急剧上升，使轴承突然受到很大的冲击载荷，泵剧烈振动，这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，使油液发热等。当封闭容积增大时，由于没有油液补充，因此形成局部真空，使原来溶解于油液中的空气分离出来，形成了气泡，油液中产生气泡后会引起噪声、气蚀等现象。以上情况就是齿轮泵的困油现象，这种困油现象严重地影响了泵的工作平稳性和使用寿命。

图2－6　齿轮泵的困油现象

为了消除困油现象，在CB－B型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽，其几何关系如图2－7（a）所示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时，能通过卸荷槽与压油腔相通，而当困油腔由小变大时，能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离为a，必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。

按上述对称开的卸荷槽，当困油封闭腔由大变至最小时，由于油液不易从即将关闭的缝隙中挤出，故封闭油压仍将高于压油腔压力；齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间，高压油又突然和吸油腔的低压油相接触，会引起冲击和噪声。于是CB－B型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向吸油腔侧平移了一个距离。这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开，油压没有突变，封闭腔和吸油腔接通时，封闭腔不会出现真空，也没有压力冲击，这样改进后使齿轮泵的振动和噪声得到了改善。

②齿轮泵的径向不平衡力。

齿轮泵工作时，齿轮和轴承承受径向液压力的作用。如图2－7（b）所示，泵的右侧为吸油腔，左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上，沿着齿顶的泄漏油具有大小不等的压力，即齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高，这个不平衡力就越大，其不仅加速了轴承的磨损、降低了轴承的寿命，甚至使轴变形，造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题，在有些齿轮泵上开有压力平衡槽，以消除径向不平衡力，但这将使泄漏增多、容积效率降低等。CB－B型齿轮泵则采用缩小压油腔，以减小液压力对齿顶部分作用面积的方法来减小径向不平衡力，所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。

图2－7　齿轮泵的困油卸荷槽图及径向不平衡力

③齿轮泵的泄漏。

在液压泵中，运动件之间是靠微小间隙密封的，这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，而高压腔的油液通过间隙向低压腔泄漏是不可避免的。齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔：一是通过齿轮啮合线处的间隙（齿侧间隙）；二是通过体定子环内孔和齿顶间隙的径向间隙（齿顶间隙）；三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙（端面间隙）。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油液就越多，因此为了实现齿轮泵的高压化，以及提高齿轮泵的压力和容积效率，需要从结构上来采取措施，对端面间隙进行自动补偿。

（3）CB－B齿轮泵拆装训练

①齿轮泵的拆卸。

拆卸步骤：

第一步：拆卸螺栓，取出右端盖；

第二步：取出右端盖密封圈；

第三步：取出泵体；

第四步：取出被动齿轮和轴及主动齿轮和轴；

第五步：取出左端盖上的密封圈。

②主要零件分析。

轻轻取出泵体，观察卸荷槽，消除困油槽及吸、压油腔等结构，弄清楚其作用。

a.泵体：泵体的两端面开有压力卸荷槽c，由侧面泄漏的油液经卸荷槽流回吸油腔，这样可以降低泵体与端盖接合面间泄漏油的压力。从图2－8所示端盖剖切图中可以看到，左端进油口m通过孔d进入泵体的吸油腔，右端的排油腔通过孔e通到排油口n。

b.端盖：左右端盖都铣有槽a和b，使轴向泄漏的油液经通道a和b流回吸油腔。端盖内侧还开有卸荷槽f和g，用来消除困油。端盖上吸油口大、压油口小，以减小作用在轴和轴承上的径向不平衡力。

微课5　外啮合齿轮泵的拆装

c.油泵齿轮：两个齿轮的齿数和模数都相等，轴向间隙直接由齿轮和泵体厚薄的公差来决定，齿轮与端盖间轴向间隙为0.03～0.04 mm。

d.齿轮泵轴承：齿轮泵被动轴承（短轴）承受着压油腔的液压力和两齿轮的啮合力，主动齿轮轴承（长轴）也承受着同样大小的两个力，但因被动齿轮所受两力的夹角小于主动齿轮，所以被动齿轮轴承比主动齿轮轴承容易磨损。

图2－8　CB－B齿轮泵的零件图

1—左端盖；2—泵体；3—右端盖；4—滚针轴承；5—密封环；6—密封座；7—键；8—主动齿轮；9—长轴；10—短轴；11—被动齿轮

③齿轮泵的清洗。

液压元件在拆卸完成后或装配前，必须进行彻底清洗，以除去零部件表面黏附的防锈油、锈迹、铁屑、油泥等污物。不同零部件可以根据具体情况采取不同的清洗方法。比如，对于泵体等外部较粗糙的部件表面可以用钢丝刷、毛刷等工具进行刷洗，以去除黏附的铁锈、油泥等污物；对于啮合齿轮可以使用棉纱、抹布等进行擦洗；对于形状复杂的零件或者黏附的污垢比较顽固、难以用以上方法除去的零件，可采用浸洗的方法，即把零件先放在清洗液中浸泡一段时间后再进行清洗。

常用清洗液主要有汽油、煤油、柴油及氢氧化钠溶液等，因柴油不易挥发、成本低廉，故选用柴油作为清洗液。

清洗顺序：

第一步：清洗一对相互啮合的齿轮；

第二步：清洗齿轮轴；

第三步：清洗密封圈和轴承；

第四步：清洗泵体、泵盖和螺栓等。

④齿轮泵的装配。

装配步骤：

第一步：将主动齿轮（含轴）和从动齿轮（含轴）啮合后装入泵体内；

第二步：装左、右端盖的密封圈；

第三步：用螺栓将左端盖、泵体和右端盖拧紧；

第四步：用堵头将泵进、出油口密封（必须做这一步）。

拆装注意事项：

a.拆装中应用铜棒敲打零部件，以免损坏零部件和轴承。

b.拆卸过程中，遇到元件卡住的情况时，不要乱敲硬砸。

c.装配时，遵循先拆的部件后安装、后拆的零部件先安装的原则，正确合理地进行安装，脏的零部件应用柴油清洗后才可安装，安装完毕后应使泵转动灵活、平稳，没有阻滞和卡死现象。

d.装配齿轮泵时，先将齿轮、轴装在后泵盖的滚针轴承内，轻轻装上泵体和前泵盖，打紧定位销，拧紧螺栓，注意使其受力均匀。

3.内啮合齿轮泵及螺杆泵结构原理分析

（1）螺杆泵

螺杆泵实质上是一种外啮合的摆线齿轮泵，它的主要工作部件是偏心螺旋体的凸螺杆（转子）和内表面呈双线螺旋面的凹螺杆（定子），螺杆可以有两个，也可以有三个。

图2－9所示为三螺杆泵的工作原理。三个互相啮合的双头螺杆泵装在壳体内，主动螺杆3为凸螺杆，从动螺杆1为两个凹螺杆，三个螺杆的啮合线把主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分隔成多个相互独立的密封工作腔。这些螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。密封腔形成时容积逐渐增大，从吸油口2处进行吸油；密封腔消失时容积逐渐缩小，将油从压油口4处压入下一个密封工作腔，依次传递，最后挤出泵体。螺杆泵的排量大小由密封工作腔的容积决定，螺杆直径越大，螺旋槽越深，排量就越大；螺杆越长，密封工作腔的个数就越多，密封性就越好，泵的额定压力就越高。

动画10　螺杆泵

图2－9　螺杆泵

1—从动螺杆；2—吸油口；3—主动螺杆；4—压油口

螺杆泵是一种新型的液压动力元件，具有结构简单、紧凑，运转平稳，出液连续均匀，噪声小，工作安全可靠的优点，特别适用于对压力和流量稳定性要求较高的精密机械。此外，螺杆泵容许采用高转速，其容积效率高（可达90%～95%）、流量大，螺杆泵内的油液从吸油腔到压油腔为无搅动的提升，对油液的污染不敏感，因此常用来输送黏度较大的液体。

螺杆泵的主要缺点是齿形的加工工艺复杂，加工精度要求高，需要专门的加工设备，成本较高，故应用受到一定的限制。

（2）内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵的工作原理也是利用齿间密封容积的变化来实现吸、压油的。内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种，如图2－10所示。

图2－10　内啮合齿轮泵的工作原理图

1—吸油腔；2—压油腔；3—隔板；4，5—配油窗口

在渐开线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间安装有一块月牙形的隔板3，以便把吸油腔1和压油腔2隔开［见图2－10（a）］。摆线形内啮合齿轮是由配油盘（前、后盖）、外转子（从动轮）和偏心安置在泵体内的内转子（主动轮）等组成。内、外转子相差一齿，如图2－10（b）所示，内转子为六齿，外转子为七齿，由于内、外转子是多齿啮合，这就形成了若干密封容积。当内转子围绕中心旋转时，带动外转子绕外转子中心做同向旋转，这时由内转子齿顶和外转子齿谷间形成的密封容积随着转子的转动逐渐扩大，于是就形成局部真空，油液从配油窗口4被吸入密封腔，当转子继续旋转时，充满油液的密封容积便逐渐减小，油液受挤压，于是通过另一配油窗口5将油排出，内转子每转一周，由内转子齿顶和外转子齿谷所构成的密封容积完成吸、压油各一次，当内转子连续转动时，即完成了液压泵的吸、压油工作。

内啮合齿轮泵的外转子齿形是圆弧状，内转子齿形为短幅外摆线的等距线，故又称为内啮合摆线齿轮泵，也叫转子泵。

内啮合齿轮泵有许多优点，如结构紧凑、体积小、零件少、转速高（可达10 000 r／min）、运动平稳、噪声低、容积效率较高等；缺点是流量脉动大，转子的制造工艺复杂等，目前已采用粉末冶金压制成形。随着工业技术的发展，内啮合齿轮泵的应用将会越来越广泛。

4.叶片泵的结构原理分析

叶片泵的结构较齿轮泵复杂，但其工作压力较高，且流量脉动小、工作平稳、噪声较小、寿命较长，所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低液压系统中。但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。

动画11　单作用叶片泵工作原理

根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵。单作用叶片泵多为变量泵，工作压力最大为7.0 MPa；双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力也为7.0 MPa。此外，结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达16.0～21.0 MPa。

（1）单作用叶片泵的组成及工作原理

①单作用叶片泵的组成。

单作用叶片泵由转子、定子、叶片、壳体及端盖等主要零件组成。

②单作用叶片泵的工作原理。

图2－11　单作用叶片泵的工作原理

1—转子；2—定子；3—叶片

如图2－11所示，转子由传动轴带动绕自身中心旋转，定子是固定不动的，其中心在转子中心的正上方，二者偏心距为e。当转子旋转时叶片在离心力或在叶片底部通有的压力油的作用下，使叶片紧靠在定子内表面，并在转子叶片槽内做往复运动。这样在定子内表面、转子外表面和端盖的空间内，每两个相邻叶片间形成密封的工作容积，如果转子逆时针方向旋转，在转子、定子中心连线的右半部，密封的工作容积（吸油腔）逐渐增大，形成局部真空，油箱中的液压油在大气压力的作用下被压入吸油腔，这就是叶片泵的吸油过程。同时在左半部，工作容积逐渐减小而压出液压油，这就是叶片泵的压油过程。转子旋转一周，叶片泵完成一次吸油和压油动作。因单作用叶片泵径向受力不平衡，所以又称为非平衡式叶片泵。

（2）双作用叶片泵的组成及工作原理(www.xing528.com)

①双作用叶片泵的组成。

图2－12所示为双作用叶片泵的工作原理及结构，在泵体内安装有定子、转子以及左右配油盘。转子上开有12条倾斜的槽，叶片安装在槽内。转子由传动轴带动，传动轴间用两个油封密封，以防止漏油和空气进入。

②双作用叶片泵的工作原理。

转子和定子是同心的，定子的内表面由两段大圆弧、两段小圆弧以及它们之间的四段过渡曲线所组成。当转子逆时针旋转时，叶片在离心力或叶片底部压力油的作用下紧靠在定子内表面。当叶片由短半径向长半径转动时，工作容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的液压油在大气压力的作用下被压入吸油腔，这就是叶片泵的吸油过程。当叶片由长半径向短半径转动时，工作容积逐渐减小而排出液体，这就是叶片泵的压油过程。当转子旋转一周时，叶片泵完成两次吸油和压油动作。因双作用叶片泵径向受力平衡，所以又称为平衡式叶片泵。

（3）限压式变量叶片泵的工作原理

图2－12　双作用叶片泵的工作原理及结构

（a）双作用叶片泵的工作原理图；1—定子；2—转子；3—叶片；
（b）双作用叶片泵的主体结构图；1—螺钉；2—转子；3，10—径向轴承；4—左配油盘；5—左泵体；6—定子；7—压油口；8—右泵体；9—盖板；11—油封；12—传动轴；13—右配油盘

限压式变量叶片泵是单作用叶片泵，根据前面介绍的单作用叶片泵的工作原理，改变定子和转子间的偏心距e就能改变泵的输出流量。限压式变量叶片泵能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小，以改变输出流量。当压力低于某一可调节的限定压力时，泵的输出流量最大；当压力高于限定压力时，随着压力增加，泵的输出流量线性地减少，其工作原理如图2－13所示。泵的出口经通道7与活塞腔6相通。在泵未运转时，定子2在调压弹簧9的作用下紧靠活塞4，并使活塞4靠在螺钉5上。这时定子和转子有一偏心量e0，调节螺钉5的位置便可改变e0。当泵的出口压力p较低时，则作用在活塞4上的液压力也较小，若此液压力小于上端的弹簧作用力，则当活塞的面积为A、调压弹簧的刚度为ks、预压缩量为x0时，有

图2－13　限压式变量叶片泵的工作原理

1—转子；2—定子；3—吸油窗口；4—活塞；5—螺钉；6—活塞腔；7—通道；8—压油窗口；9—调压弹簧；10—调压螺钉

此时，定子相对于转子的偏心量最大，输出流量最大。随着外负载的增大，液压泵的出口压力p也将随之提高，当压力升至与弹簧力相平衡的控制压力pB时，有

当压力进一步升高，pA＞ksx0时，若不考虑定子移动时的摩擦力，液压作用力就要克服弹簧力推动定子向上移动，随之泵的偏心量减小，泵的输出流量也减小。pB称为泵的限定压力，即泵处于最大流量时所能达到的最高压力，调节调压螺钉10可改变弹簧的预压缩量x0，即可改变pB的大小。

设定子的最大偏心量为e0，偏心量减小时，弹簧的附加压缩量为x，则定子移动后的偏心量e为

这时，定子上的受力平衡方程式为

将式（2－12）、式（2－14）代入式（2－13）可得

式（2－15）表示了泵的工作压力与偏心量的关系，由式（2－15）可以看出，泵的工作压力越高，偏心量就越小，泵的输出流量也就越小，且当p＝ks（e0＋x0）／A时，泵的输出流量为零，控制定子移动的作用力是将液压泵出口的压力油引到柱塞上，然后再加到定子上去，这种控制方式称为外反馈式。

（4）限压式变量叶片泵与双作用叶片泵的区别

①在限压式变量叶片泵中，当叶片处于压油区时，叶片底部通压力油，而当叶片处于吸油区时，叶片底部通吸油腔，这样叶片的顶部和底部的液压力基本平衡，即避免了定量叶片泵在吸油区定子内表面严重磨损的问题。如果在吸油腔叶片底部仍通压力油，叶片顶部就会给定子内表面以较大的摩擦力，以致减弱了压力反馈的作用。

②叶片也有倾角，但倾斜方向正好与双作用叶片泵相反，这是因为限压式变量叶片泵的叶片上、下压力是平衡的，叶片在吸油区向外运动主要依靠其旋转时的离心惯性作用。根据力学分析，这样的倾斜方向更有利于叶片在离心惯性作用下向外伸出。

③限压式变量叶片泵结构复杂，轮廓尺寸大，相对运动的机件多，泄漏量较大，轴上承受不平衡的径向液压力，噪声较大，容积效率和机械效率都没有定量叶片泵高，但是它能按负载压力自动调节流量，在功率使用上较为合理，可减少油液发热的现象。

（5）叶片泵拆装训练

①叶片泵拆卸。

拆卸步骤：

第一步：卸下螺栓，拆开泵体；

第二步：取出右配油盘；

第三步：取出转子和叶片；

第四步：取出定子，取出左配油盘。

②主要零件分析，如图2－14所示。

a.定子和转子：定子内表面曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成，过渡曲线可保证叶片紧贴在定子内表面上，并保证叶片在转子槽中运动时速度和加速度均匀变化，以减少叶片对定子内表面的冲击。转子的外表面是圆柱面，转子中心固定，开有沟槽以安置叶片。

微课6　单作用叶片泵拆装

b.叶片：该泵共有12个叶片，流量脉动较小。叶片安装倾角为13°，有利于叶片在叶片槽中灵活移动，防止卡死，并可减少磨损。

c.配油盘：油液从吸油口m经过空腔a，从左、右配油盘的吸油窗口b吸入，压力油从压油窗口c经右配油盘中的环形槽d及右泵体中的环形槽e，从压油口n压出。在配油盘断面开有环槽f，与叶片槽底部r相通，右配油盘上的环槽又通过孔h与压油窗口c相通，这样压力油就可以进入到叶片底部。叶片在压力油和离心力的作用下压向定子表面，保证紧密接触以减少泄漏。在配油盘的压油窗口一边开一条小三角卸荷槽（又称眉毛槽）s，使两叶片之间的封闭油液在未进入压油区之前就通过该三角槽与液压油相通，使其压力逐渐上升，因而减缓了流量和压力脉动并降低了噪声。从转子两侧泄漏的油液，通过传动轴与右配油盘空中的间隙从g孔流回吸油腔b。

图2－14　YB1－25型定量叶片泵零件

1—传动轴；2—左泵体；3—定位孔；4—左配油盘；5—转子；6—定子；7—右配油盘；8—叶片；9—螺钉；10—右泵体

③叶片泵的清洗。

第一步：清洗叶片和转子；

第二步：清洗定子；

第三步：清洗配油盘和密封圈；

第四步：清洗轴承；

第五步：清洗泵体、泵盖和螺栓。

④叶片泵的装配。

第一步：将叶片装入转子内（注意叶片的安装方向）；

第二步：将配油盘装入左泵体内，再放进定子；

第三步：将装好的转子放入定子内；

第四步：插入传动轴和配油盘（注意配油盘的方向）；

第五步：装上密封圈和右泵体，用螺栓拧紧。

拆装注意事项：

a.拆解叶片泵时，先用内六方扳手按对称位置松开后泵体上的螺栓后，再取下螺栓，用铜棒轻轻敲打，使花键轴和前泵体及泵盖部分从轴承上脱下，把叶片分成两部分。

b.观察后泵体内定子、转子、叶片、配油盘的安装位置，分析其结构、特点，了解工作过程。

c.取下泵盖，取出花键轴，观察所用的密封元件，理解其特点和作用。

d.当在拆卸过程中遇到元件卡住的情况时，不要乱敲硬砸。

e.装配前，各零件必须仔细清洗干净，不得有切屑磨粒或其他污物。

f.装配时，遵循先拆的部件后安装、后拆的零部件先安装的原则，进行正确合理的安装，注意配油盘、定子、转子、叶片应保持正确装配方向，安装完毕后应使泵转动灵活，没有卡死现象。

g.叶片在转子槽内，配合间隙为0.015～0.025 mm；叶片高度略低于转子的高度，其值为0.005 mm。

动画12　单柱塞泵原理图

动画13　柱塞泵动画

动画14　径向柱塞泵图

5.柱塞泵的结构原理分析

柱塞泵是靠柱塞在缸体中做往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，柱塞泵有以下优点：

①构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作时仍有较高的容积效率。

②只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量。

③柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。

由于柱塞泵压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

（1）径向柱塞泵

径向柱塞泵的工作原理如图2－15所示，柱塞1径向排列装在缸体2中，缸体由原动机带动连同柱塞1一起旋转，所以缸体2一般称为转子，柱塞1在离心力的（或在低压油）作用下抵紧定子4的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套3（衬套3是压紧在转子内，并和转子一起回转）上的油孔从配油轴5和吸油口b吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口c压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次吸、压油，转子连续运转，即完成吸、压油工作。配油轴固定不动，油液从配油轴上半部的两个孔a流入，从下半部两个油孔d压出，为了进行配油，配油轴在和衬套3接触的一段加工出上、下两个缺口，形成吸油口b和压油口c，留下的部分形成封油区。封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔，以防吸油口和压油口相连通，但尺寸也不能大得太多，以免产生困油现象。

图2－15　径向柱塞泵的工作原理

1—柱塞；2—缸体；3—衬套；4—定子；5—配油轴；a—孔；b—吸油口；c—压油口

（2）轴向柱塞泵

轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式，直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式）。图2－16所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理，这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度，柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上（图中为弹簧），配油盘2和斜盘4固定不转，当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内做往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图2－16所示回转方向，当缸体转角为π～2π时，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油；在0～π范围内，柱塞被斜盘推入缸体，使缸孔容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜盘倾角大小，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量，改变斜盘倾角方向就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。

配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度，但不能相差太大，否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽，以减小冲击和噪声。

斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角，传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相连接，当传动轴转动时，通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动，并迫使柱塞在缸体中做往复运动，借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大，泵的强度较高，但和上述直轴式相比，其结构较复杂，外形尺寸和重量均较大。

图2－16　直轴式轴向柱塞泵的工作原理

1—缸体；2—配油盘；3—柱塞；4—斜盘；5—传动轴；6—弹簧

轴向柱塞泵的优点是：结构紧凑、径向尺寸小、惯性小、容积效率高，目前最高压力可达40.0 MPa，甚至更高，一般用于工程机械、压力机等高压系统中，但其轴向尺寸较大，轴向作用力也较大，结构比较复杂。

图2－17所示为10SCY14－1B型轴向柱塞泵结构，该泵斜盘部分带有手动变量机构，通过调整斜盘倾角γ即可改变其排量，γ角越大，排量越大，因此也是一种变量泵。

图2－17　10SCY14－1B型轴向柱塞泵结构

1—变量机构壳体；2—刻度盘；3—轴销；4—端盖；5，12—柱塞；6—螺杆；7—锁紧螺母；8—调节手轮；9—滑靴；10—内套；11—定心弹簧；13—泵体；14—外套；15—右泵盖；16—传动轴；17—吸油口；18—配油盘；19—缸体；20—缸套；21—滚柱轴承；22—压盘；23—钢球；24—斜盘；25—耳轴

泵的右边为主体部分，泵体内有缸体和配有盘等。缸体的7个轴向孔中各装有一个柱塞，柱塞球状头部装有一个滑靴，紧贴在斜盘上，柱塞头部和滑靴用球面配合，配合面间可以相对转动。为减少滑靴端面和斜盘间的滑动磨损，在柱塞和滑靴的中心加工有直径1 mm的小孔，缸中的压力油可经过小孔通到柱塞与滑靴及滑靴和斜盘的相对滑动表面间，起到静压支承的作用。定心弹簧装在内套和外套中，在弹簧力的作用下，一方面内套通过钢球和压盘将滑靴压向斜盘，使得柱塞在吸油位置时具有自吸能力，同时弹簧力又使得外套压在缸体的左端面上，和缸内的压力油作用力一起，使缸体和配油盘接触良好，减少泄漏。缸体用铝青铜制成，外面镶有缸套，并装在滚柱轴承上，以支承斜盘作用在缸体上的径向分力。当传动轴带动缸体回转时，柱塞就在缸内做往复运动，缸底部的弧形孔经配油盘上的吸、压配油窗口配油，以完成吸油和压油过程。

泵的左边为手动变量机构。斜盘两侧有两个耳轴支承在变量壳体前后相应的圆柱面上，故斜盘能在变量壳体内摆动。通过转动调节手轮可使螺杆转动，从而带动柱塞做上下轴向运动，同时通过轴销使斜盘摆动，并通过装在柱塞上的销子和拨叉带动左端的刻度盘旋转，这样就可以观察柱塞上下的移动量，从而知道所调解流量的大小。调解好流量后，用锁紧螺母锁紧。

（3）柱塞泵的拆卸装

①拆卸步骤。

第一步：拆卸螺栓，取下左泵盖及其密封圈；

第二步：取出配油盘；

第三步：拆卸螺栓，取下右泵盖；

第四步：取出斜盘；

第五步：取出柱塞、滑靴和压盘；

第六步：从左端盖左侧将传动轴上的卡环取出，即可卸下传动轴。

②主要零部件分析。

a.缸体：缸体用铝青铜制成，它上面有7个与柱塞相配合的圆柱孔，加工精度很高，以保证既能相对滑动，又有良好的密封性能。缸体中心开有花键孔与传动轴相配合。缸体右端面与配油盘相配合。缸体外表面镶有钢套并装在滚动轴承上。

b.柱塞与滑靴：柱塞的球头与滑履铰接。柱塞在缸体内做往复运动，并随缸体一起转动。滑靴随柱塞做轴向运动，并在斜盘的作用下绕柱塞球头中心摆动，使滑靴平面与斜盘斜面贴合。柱塞和滑靴中心开有直径1 mm的小孔，缸中的压力油可进入柱塞和滑靴及滑靴和斜盘间的相对滑动表面，形成油膜，起静压支承作用，以减小这些零件的磨损。

c.定心弹簧机构：定心弹簧通过内套、钢球和压盘将滑履压向斜盘，使柱塞得到回程运动，从而使泵具有较好的自吸能力。同时，弹簧又通过外套使缸体紧贴配油盘，以保证泵启动时基本无泄漏。

d.配油盘：如图2－18所示，配油盘上开有两条月牙形配流窗口a、b。外圈的环形槽f是卸荷槽，与回油相通，使直径超过卸荷槽的配油盘端面上的压力降低到零，保证配油盘端面可靠贴合。两个通孔c（相当于叶片泵配油盘上的三角槽）起到减少冲击和降低噪声的作用。4个小盲孔起储油润滑作用。配油盘下端的缺口用来与右泵盖准确定位。

图2－18　10SCY14－1B型轴向柱塞泵零件

1，5，21—柱塞；2，9—耳轴；3—斜盘；4—压盘；6—传动轴；7—定心弹簧；8—内套；10—刻度盘；11—拨叉；12—轴销；13—外套；14—滑靴；15—钢球；16—右泵盖；17—吸油口；18—配油盘；19—缸体；20—销子

e.滚动轴承：用来承受斜盘作用在缸体上的径向力。

f.变量机构：变量柱塞装在变量壳体内，并与螺杆相连。斜盘前后有两根耳轴支承在变量壳体上，并可绕耳轴中心线摆动。斜盘中部装有销轴，其左侧球头插入变量柱塞的孔内。转动调节手轮，螺杆带动变量柱塞上下移动，通过销轴使斜盘摆动，从而改变了斜盘倾角γ，达到变量的目的。

③柱塞泵的清洗。

第一步：清洗柱塞、滑靴和回转缸体；

第二步：清洗变量机构阀芯（变量泵）；

第三步：清洗斜盘、压板和密封圈；

第四步：清洗轴承；

第五步：清洗泵体、泵盖和螺栓。

④柱塞泵的装配。

第一步：将柱塞装入压板内，并装入内套，再装入回转缸体内；

第二步：将传动轴装入左泵盖，再安装配油盘和密封圈；

第三步：装泵体后，拧紧螺栓，再装入回转缸体；

第四步：安装斜盘；

第五步：在右泵盖装上密封圈后，用螺栓将右泵盖和泵体相连。

拆装注意事项：

a.拆卸轴向柱塞泵时，先拆下变量机构，取出斜盘、柱塞、压盘、套筒、弹簧、钢球，注意不要损伤元件，观察、分析其结构特点，弄清各自的作用。

b.轻轻敲打泵体，取出缸体，拆卸螺栓，分开泵体为中间泵体和前泵体，注意观察、分析其结构特点，弄清楚各自的作用，尤其注意配油盘的结构和作用。

c.在拆卸过程中，遇到元件卡住的情况时不要乱敲硬砸。

d.装配时，先装中间泵体和前泵体，注意装好配油盘，之后装上弹簧、套筒、钢球、压盘、柱塞；在变量机构上装好斜盘，最后用螺栓把泵体和变量机构连接为一体。

e.装配中，注意不能最后把花键轴装入缸体的花键槽中，更不能猛烈敲打花键轴，避免花键轴推动钢球顶坏压盘。

f.安装时，遵循先拆的部件后安装、后拆的零部件先安装的原则，安装完毕后应使花键轴带动缸体转动灵活，没有卡死现象。

6.液压泵的选用

液压泵是液压系统提供一定流量和压力的油液动力元件，它是每个液压系统不可缺少的核心元件，合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。

选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。

一般来说，由于各类液压泵各自突出的特点，其结构、功用和动转方式各不相同，因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中，往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵；而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵；在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵，比如汽车空调压缩机和柴油高压油泵采用的就是柱塞泵。

表2－1列出了液压系统中常用液压泵的主要性能比较及应用。

表2－1　各类常用液压泵的性能比较及应用

动画15　单杆活塞缸

动画16　柱塞缸

动画17　多级缸