第六章 液压泵、液压马达和液压缸在液压系统中,液压泵,液压马达和液压缸都是能量转换装置 。 图
6-1为用液压图形符号表示的泵,马达和缸三者的作用与关系 。
图 6-1 液压泵、液压马达和液压缸的作用
1－液压泵 2－液压缸 3－液压马达 4－电动机第一节 液 压 泵一,液压泵的基本原理图 6-2是单柱塞液压泵的结构示意图,可以通过它说明液压泵的基本原理 。
液压泵是通过密封容积的变化来实现吸油和压油的 。
常用的液压泵有齿轮式,叶片式和柱塞式三种 。
图 6-2 液压泵的基本原理
1－偏心轮 2－柱塞 3－泵体
4－弹簧 5,6－单向阀二,齿轮泵
（ 一 ） 工作原理齿轮泵的工作原理如图 6-3所示 。
齿轮泵由于密封容积变化范围不能改变,故流量不可调,是定量泵 。
图 6-3 齿轮泵的工作原理
（ 二 ） 优缺点
1.优点齿轮泵结构简单,易于制造,价格便宜,工作可靠,维护方便 。
2,缺点
1) 工作中存在流量脉动和压力脉动,并产生振动和噪声 。
2) 容积效率 (指泵的实际流量与理论流量的比值 )较低；
3) 所受的径向液压力不平衡 。
由于存在上述缺点,齿轮泵一般只能用于低压轻载系统 。 但工程实际中也有用于高压的齿轮泵 。
三,叶片泵
1,双作用式叶片泵
(1) 工作原理 见图 6-4。 双作用式叶片泵的流量不可调,是定量泵 。
(2) 优缺点 优点是输油量均匀,压力脉动较小,容积效率较高,工作压力较高 （ 一般为中压,也有用于高压的 ） ；缺点是结构比较复杂,零件较难加工,叶片容易被油中的脏物卡死 。
(3) 双联叶片泵和双级叶片泵 原理示意见图 6-5。
图 6-4 双作用式叶片泵的工作原理
1－定子 2－转子 3－叶片 4－泵体图 6-5 双联叶片泵和双级叶片泵的符号示意
a) 双联叶片泵 b) 双级叶片泵图 6-6 单作用式叶片泵的工作原理
1－定子 2－转子 3－叶片
2,单作用式叶片泵
(1) 基本工作原理 见图 6-6。单作用式叶片泵的流量可调,
是变量泵。
图 6-7 限压式变量叶片泵的工作原理
1－最大流量调节螺钉 2－柱塞 3－转子 4－定子
5－限压弹簧 6－限定压力调节螺钉
(2) 限压式变量叶片泵的工作原理与特性曲线 见图 6-7、
图 6-8。
图 6-8 限压式变量叶片泵的特性曲线图 6-9 轴向柱塞泵的工作原理
1－配流盘 2－缸体 3－柱塞 4－斜盘四,柱塞泵
（ 1）轴向柱塞泵的工作原理和滑履结构 见图 6-9、图 6-10。
(2) 优缺点 优点是结构紧凑，径向尺寸小，能在高压和高转速下工作，并具有较高的容积效率；缺点是结构复杂，价格昂贵。
图 6-10 滑履结构
1－缸体 2－柱塞 3－滑履 4－斜盘五,泵用电动机功率的计算
（ 1) 泵的输出功率 (见图 6-11)
假设系统的能量损失很小可以忽略不计,则得泵的输出功率：
Po=F? =pA?
因 A? = q
故 Po = pq
图 6-11 液压泵输出功率的计算
(2) 泵的配套电动机功率
P = Po /? = pq /?
式中 P —— 配套电动机的功率 (W)；
Po—— 液压泵的工作压力 (Pa)；
q —— 液压泵的流量 (m3/s)；
—— 液压泵的总效率 。 通常,各种泵的值皆可由实验给出：齿轮泵? ＝ 0.6～ 0.8；叶片泵? ＝ 0.75～ 0.85；柱塞泵
＝ 0.75～ 0.9O。
第二节 液压马达
1.液压马达的类型有齿轮式,叶片式和柱塞式三种 。
2,叶片式液压马达的工作原理与优缺点
(1) 工作原理 见图 6-12
(2) 优缺点 优点是体积较小,动作灵敏；缺点是泄漏较大,
效率较低 。
图 6-12 叶片式液压马达的工作原理
2,液压马达的排量液压马达的每转排油量称为排量 。
排量不可调的马达为定量马达；排量可调的马达为变量马达 。
3,液压马达的转速与转矩
n = q /V
T = pV/2π
式中 n —— 液压马达的输出转速 (r/s)；
q —— 液压马达的输入流量 (m3/s)；
V—— 液压马达的排量 (m3/r)；
T—— 液压马达的输出转矩 (N·m)；
p —— 液压马达的工作压力 (Pa )。
4,摆动液压马达屬于另一种叶片式液压马达,其输出是往复摆动 。 摆动液压马的结构原理和符号如图 6-13所示 。
图 6-13 摆动液压马达
1－缸体 2－隔板
3－轴 4－叶片第三节 液 压 缸液压缸能将液压能转换成直线运动形式的机械能,输出速度和推力 。 液压缸有两种基本型式,即活塞式液压缸和柱塞式液压缸 。
一,双杆活塞式液压缸
1,缸体固定式双杆活塞液压缸 （ 其工作原理及应用见图 6-2） 。
2,缸体移动式双杆活塞液压缸 （ 其结构与工作原理见图 6-14） 。
图 6-14 缸体移动式双杆活塞液压缸二,单杆活塞式液压缸
1.单杆液压缸油路的正常连接 （ 见图 6-15）
往复运动速度与推力分析说明如下：
设活塞与活塞杆的直径分别为 D和 d 。
当无杆腔进油,工作台向左运动时,速度,推力分别为
v1 = q /A1 =4q /π D 2
F1 =pA1 = pπ D 2 /4
当有杆腔进油、工作台向右运动时，速度、推力分别为
v2 = q /A2 =4q /π( D 2-d 2 )
F2 =pA2 = pπ( D 2 -d 2 ) /4
比较上述各式，因 A1＞ A2,所以 v1＜ v2,F1＞ F2 。这个特点常用于实现机床的工作进给和快速退回 。
图 6-15 单杆活塞式液压缸的工作原理
2.单杆液压缸油路的差动连接 (见图 6-16)
液压缸两腔同时接通压力油,有
q总 = q + q回因为 q总 = A1v3
q回 = A2 v3
所以 A1v3= q + A2 v3
整理后得 v3 = q /(A1-A2) = q /A3
F3 = F1- F 2 = p(A1-A2) = pA3
式中,A3为活塞两端有效作用面积之差,即活塞杆的截面积,
A3 = A1-A2 =π d 2 /4
由于 A3＜ A1,所以 v3＞ v1,得到快速运动；但 F3＜ F1,
推力减小 。
图 6-16 单杆液压缸的差动连接在机床液压系统中，常通过控制阀来改变单杆缸的油路连接，从而获得快进 (差动连接 )— 工进 (无杆腔进油 )— 快退 (有杆腔进油 )的进给工作循环。
图 6-17 柱塞式液压缸三、柱塞式液压缸工作原理见图 6-17、图 6-18。
图 6-18 柱塞缸成对使用图 6-19 伸缩缸四、组合式液压缸
1．伸缩缸其结构原理见图 6-19。
图 6-20 齿条活塞缸
1－齿条杆 2－小齿轮
2．齿条活塞缸其结构原理见图 6-20。
五,液压缸的密封常用的密封方法有两种：
1,间隙密封这种密封结构见图 6-21。
2,密封圈密封常用的橡胶密封圈形式见图 6-22。
O形密封圈在液压缸中的应用最为广泛,见图 6-23。
图 6-21 间隙密封图 6-22 常用的橡胶密封圈
a） O型圈 b） Y型圈 c） V型圈
1－支承环 2－密封环 3－压环图 6-23 O型密封圈在液压缸中的应用
α － 动密封 b－ 静密封
1－后盖 2－ 活塞 3－缸体 4－前盖
a
本 章 结 束
6-1为用液压图形符号表示的泵,马达和缸三者的作用与关系 。
图 6-1 液压泵、液压马达和液压缸的作用
1－液压泵 2－液压缸 3－液压马达 4－电动机第一节 液 压 泵一,液压泵的基本原理图 6-2是单柱塞液压泵的结构示意图,可以通过它说明液压泵的基本原理 。
液压泵是通过密封容积的变化来实现吸油和压油的 。
常用的液压泵有齿轮式,叶片式和柱塞式三种 。
图 6-2 液压泵的基本原理
1－偏心轮 2－柱塞 3－泵体
4－弹簧 5,6－单向阀二,齿轮泵
（ 一 ） 工作原理齿轮泵的工作原理如图 6-3所示 。
齿轮泵由于密封容积变化范围不能改变,故流量不可调,是定量泵 。
图 6-3 齿轮泵的工作原理
（ 二 ） 优缺点
1.优点齿轮泵结构简单,易于制造,价格便宜,工作可靠,维护方便 。
2,缺点
1) 工作中存在流量脉动和压力脉动,并产生振动和噪声 。
2) 容积效率 (指泵的实际流量与理论流量的比值 )较低；
3) 所受的径向液压力不平衡 。
由于存在上述缺点,齿轮泵一般只能用于低压轻载系统 。 但工程实际中也有用于高压的齿轮泵 。
三,叶片泵
1,双作用式叶片泵
(1) 工作原理 见图 6-4。 双作用式叶片泵的流量不可调,是定量泵 。
(2) 优缺点 优点是输油量均匀,压力脉动较小,容积效率较高,工作压力较高 （ 一般为中压,也有用于高压的 ） ；缺点是结构比较复杂,零件较难加工,叶片容易被油中的脏物卡死 。
(3) 双联叶片泵和双级叶片泵 原理示意见图 6-5。
图 6-4 双作用式叶片泵的工作原理
1－定子 2－转子 3－叶片 4－泵体图 6-5 双联叶片泵和双级叶片泵的符号示意
a) 双联叶片泵 b) 双级叶片泵图 6-6 单作用式叶片泵的工作原理
1－定子 2－转子 3－叶片
2,单作用式叶片泵
(1) 基本工作原理 见图 6-6。单作用式叶片泵的流量可调,
是变量泵。
图 6-7 限压式变量叶片泵的工作原理
1－最大流量调节螺钉 2－柱塞 3－转子 4－定子
5－限压弹簧 6－限定压力调节螺钉
(2) 限压式变量叶片泵的工作原理与特性曲线 见图 6-7、
图 6-8。
图 6-8 限压式变量叶片泵的特性曲线图 6-9 轴向柱塞泵的工作原理
1－配流盘 2－缸体 3－柱塞 4－斜盘四,柱塞泵
（ 1）轴向柱塞泵的工作原理和滑履结构 见图 6-9、图 6-10。
(2) 优缺点 优点是结构紧凑，径向尺寸小，能在高压和高转速下工作，并具有较高的容积效率；缺点是结构复杂，价格昂贵。
图 6-10 滑履结构
1－缸体 2－柱塞 3－滑履 4－斜盘五,泵用电动机功率的计算
（ 1) 泵的输出功率 (见图 6-11)
假设系统的能量损失很小可以忽略不计,则得泵的输出功率：
Po=F? =pA?
因 A? = q
故 Po = pq
图 6-11 液压泵输出功率的计算
(2) 泵的配套电动机功率
P = Po /? = pq /?
式中 P —— 配套电动机的功率 (W)；
Po—— 液压泵的工作压力 (Pa)；
q —— 液压泵的流量 (m3/s)；
—— 液压泵的总效率 。 通常,各种泵的值皆可由实验给出：齿轮泵? ＝ 0.6～ 0.8；叶片泵? ＝ 0.75～ 0.85；柱塞泵
＝ 0.75～ 0.9O。
第二节 液压马达
1.液压马达的类型有齿轮式,叶片式和柱塞式三种 。
2,叶片式液压马达的工作原理与优缺点
(1) 工作原理 见图 6-12
(2) 优缺点 优点是体积较小,动作灵敏；缺点是泄漏较大,
效率较低 。
图 6-12 叶片式液压马达的工作原理
2,液压马达的排量液压马达的每转排油量称为排量 。
排量不可调的马达为定量马达；排量可调的马达为变量马达 。
3,液压马达的转速与转矩
n = q /V
T = pV/2π
式中 n —— 液压马达的输出转速 (r/s)；
q —— 液压马达的输入流量 (m3/s)；
V—— 液压马达的排量 (m3/r)；
T—— 液压马达的输出转矩 (N·m)；
p —— 液压马达的工作压力 (Pa )。
4,摆动液压马达屬于另一种叶片式液压马达,其输出是往复摆动 。 摆动液压马的结构原理和符号如图 6-13所示 。
图 6-13 摆动液压马达
1－缸体 2－隔板
3－轴 4－叶片第三节 液 压 缸液压缸能将液压能转换成直线运动形式的机械能,输出速度和推力 。 液压缸有两种基本型式,即活塞式液压缸和柱塞式液压缸 。
一,双杆活塞式液压缸
1,缸体固定式双杆活塞液压缸 （ 其工作原理及应用见图 6-2） 。
2,缸体移动式双杆活塞液压缸 （ 其结构与工作原理见图 6-14） 。
图 6-14 缸体移动式双杆活塞液压缸二,单杆活塞式液压缸
1.单杆液压缸油路的正常连接 （ 见图 6-15）
往复运动速度与推力分析说明如下：
设活塞与活塞杆的直径分别为 D和 d 。
当无杆腔进油,工作台向左运动时,速度,推力分别为
v1 = q /A1 =4q /π D 2
F1 =pA1 = pπ D 2 /4
当有杆腔进油、工作台向右运动时，速度、推力分别为
v2 = q /A2 =4q /π( D 2-d 2 )
F2 =pA2 = pπ( D 2 -d 2 ) /4
比较上述各式，因 A1＞ A2,所以 v1＜ v2,F1＞ F2 。这个特点常用于实现机床的工作进给和快速退回 。
图 6-15 单杆活塞式液压缸的工作原理
2.单杆液压缸油路的差动连接 (见图 6-16)
液压缸两腔同时接通压力油,有
q总 = q + q回因为 q总 = A1v3
q回 = A2 v3
所以 A1v3= q + A2 v3
整理后得 v3 = q /(A1-A2) = q /A3
F3 = F1- F 2 = p(A1-A2) = pA3
式中,A3为活塞两端有效作用面积之差,即活塞杆的截面积,
A3 = A1-A2 =π d 2 /4
由于 A3＜ A1,所以 v3＞ v1,得到快速运动；但 F3＜ F1,
推力减小 。
图 6-16 单杆液压缸的差动连接在机床液压系统中，常通过控制阀来改变单杆缸的油路连接，从而获得快进 (差动连接 )— 工进 (无杆腔进油 )— 快退 (有杆腔进油 )的进给工作循环。
图 6-17 柱塞式液压缸三、柱塞式液压缸工作原理见图 6-17、图 6-18。
图 6-18 柱塞缸成对使用图 6-19 伸缩缸四、组合式液压缸
1．伸缩缸其结构原理见图 6-19。
图 6-20 齿条活塞缸
1－齿条杆 2－小齿轮
2．齿条活塞缸其结构原理见图 6-20。
五,液压缸的密封常用的密封方法有两种：
1,间隙密封这种密封结构见图 6-21。
2,密封圈密封常用的橡胶密封圈形式见图 6-22。
O形密封圈在液压缸中的应用最为广泛,见图 6-23。
图 6-21 间隙密封图 6-22 常用的橡胶密封圈
a） O型圈 b） Y型圈 c） V型圈
1－支承环 2－密封环 3－压环图 6-23 O型密封圈在液压缸中的应用
α － 动密封 b－ 静密封
1－后盖 2－ 活塞 3－缸体 4－前盖
a
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