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1、第三節(jié) 葉片泵與葉片馬達,葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、噪聲低、排量可以變化等優(yōu)點；但其對油液的污染比較敏感、自吸能力不強、結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜、對材質(zhì)的要求較高。葉片泵常用于工程機械對運動精度要求較高的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、加工精度高的機床液壓系統(tǒng)等。,葉片泵按排量能否改變，分為定量葉片泵和變量葉片泵兩類。定量葉片泵在工作時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，任意相鄰兩葉片所形成的工作容腔吸、排油各兩次，因而又稱雙作用葉片泵；變量葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周，相鄰兩葉片所形成的工作容腔吸、排油只一次，所以又稱單作用葉片泵。,一、雙作用葉片泵,（一） 組成與工作原理 如圖3-14所示為雙作用葉片泵的工作原理圖。定子2的內(nèi)

2、表面由兩段大半徑的圓弧面、兩段小半徑圓弧面以及四段過渡曲面組成；轉(zhuǎn)子3與定子同心，轉(zhuǎn)子上銑有葉片槽，槽內(nèi)裝有葉片4；定子與轉(zhuǎn)子兩側(cè)有配流盤，配流盤與定子通過定位銷定位于泵體上，配流盤上開設(shè)兩個相對的進油窗口和兩個相對的排油窗口，泵殼體上的進、排油口通過兩對配流窗口與葉片的工作腔連通。,,圖3-14 雙作用葉片泵工作原理 1-殼體，2-定子，3-轉(zhuǎn)子，4-葉片,,,雙作用葉片泵工作原理.avi,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，葉片隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，在離心力和根部高壓油液壓力的作用下貼緊定子內(nèi)表面，并在內(nèi)表面上滑動，于是葉片將定子、轉(zhuǎn)子和配流盤所圍成的空間分割成許多密封工作容腔。當葉片從小半徑圓弧經(jīng)過度曲線向大半經(jīng)圓

3、弧運動過程，葉片不斷向外伸出，兩相鄰葉片所形成的工作容腔容積不斷增大，產(chǎn)生一定的真空度，液壓油箱內(nèi)的油通過配流窗口進入此容腔，實現(xiàn)吸油；,當兩相鄰葉片同時進入大半經(jīng)圓弧區(qū)時，工作容腔脫離吸油窗口而又未與排油窗口相通，容腔容積最大，吸油過程結(jié)束；葉片繼續(xù)轉(zhuǎn)動便進入過渡區(qū)向小半徑圓弧滑動，由于定子的強制作用葉片向槽內(nèi)縮回，兩相鄰葉片所形成的工作容腔容積不斷變小，液壓油被強迫通過排油配流窗口、排油口進入液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)排油；,當兩相鄰葉片同時進入小半經(jīng)圓弧區(qū)時，工作容腔脫離排油窗口而又與排油窗口不相通，容腔容積最小，排油過程結(jié)束；葉片再繼續(xù)轉(zhuǎn)動到一周處又會完成一次吸油和一次排油。由此看出，任意兩相鄰葉

4、片每轉(zhuǎn)動一周即實現(xiàn)兩次吸油和兩次排油，因而稱其為雙作用葉片泵。,（二） 雙作用葉片泵的排量和流量,從葉片泵的工作原理可知，當葉片每伸縮一次時，每兩葉片間油液的排出量等于大半經(jīng)R圓弧段的容積與小半徑r圓弧段的容積差；又因葉片間的容積在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周中都要變化兩次，若葉片個數(shù)為z，則雙作用葉片泵的單轉(zhuǎn)排量應(yīng)等于上述容積差的兩倍。假設(shè)葉片的寬度為b，當忽略葉片本身所占的體積時，,雙作用葉片泵的排量即為大、小半經(jīng)圓所圍環(huán)形容積的兩倍，表達式為：,葉片泵的排量公式：,,（3-21）,實際上葉片占有一定的容積空間，并且沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個角度，其所占空間的容積變化并不起吸排油作用，因此葉片泵的排量要小于上

5、述計算。葉片所占容積：,,,如果不考慮葉片厚度，理論上講雙作用葉片泵無流量脈動。這是因為在壓油區(qū)位于壓油窗口的葉片前后兩個工作腔通過配流窗口已連通，形成了一個組合密封工作腔。隨著轉(zhuǎn)子的勻速轉(zhuǎn)動，位于大、小半經(jīng)圓弧處的葉片均在圓弧上滑動，因此組合密封工作容腔的容積變化率是均勻的。實際上由于存在加工誤差，兩圓弧有不圓度，也不可能完全同心；又因葉片有一定厚度，根部又通入高壓油，這也會造成密封容積瞬時變化率不同，引起少量流量脈動。,（三） 雙作用葉片泵主要零件的特點,1、定子的過渡曲線 定子的內(nèi)表面的曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線組成的。理想的過渡曲線不僅使葉片在槽內(nèi)滑動時的徑向速度和加速度變化均勻，

6、而且使葉片在過渡曲線與圓弧的交接點處的徑向速度無突變、徑向加速度無大的突變。,如果徑向速度有突變，則徑向加速度為無窮大，徑向慣性力也會無窮大，這樣便發(fā)生“硬沖”或脫空現(xiàn)象；如果徑向加速度突變不大，則徑向力也會發(fā)生突變但不大，這種情況稱為“軟沖”。 目前生產(chǎn)的雙作用葉片泵廣泛應(yīng)用綜合性能較好等加速等減速曲線。所謂等加速等減速是指當轉(zhuǎn)子速度恒定時，葉片在兩段曲線上作徑向運動的加速度或減速度值恒定，即徑向慣性力恒定。,曲線分為兩部分，前半部分為等加速曲線，后半部分為等減速曲線。這種曲線允許選用較大的R/r值，故在同樣的體積下可獲得較大的排量。當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在該曲線上滑動的葉片數(shù)為偶數(shù)時，可得到均勻的瞬

7、時流量。這種曲線的缺點是在過渡曲線與圓弧的連接點及過渡曲線的中點加速度有突變，而發(fā)生“軟沖現(xiàn)象”。泵工作時間較長后會在三個軟沖點有三道清晰的痕跡。,2、葉片的安放角 當葉片在壓油腔工作時，葉片從過渡曲線上由大半徑R圓弧向小半徑r圓弧滑動，定子的內(nèi)表面強行將葉片壓入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。若葉片在轉(zhuǎn)子內(nèi)徑向安放，定子內(nèi)表面對葉片的反作用力F的方向與葉片成一夾角（即壓力角），如圖3-18所示 。這個力可以分解成兩個力，一是使葉片徑向運動的分力Fn，另一個是與葉片垂直的分力Ft。,,圖3-18 雙作用葉片泵的安放角,分力Fn克服葉片底部的液壓力和滑動摩擦力使葉片縮回，而Ft則會使葉片產(chǎn)生彎曲，同時使葉片壓緊在葉片

8、槽的壁面上，增大了葉片縮回時的摩擦力，使葉片運動不靈活。壓力角越大Ft也越大，當Ft達到一定程度，會造成葉片在槽內(nèi)運動困難甚至卡死。為了避免壓力角過大對葉片運動產(chǎn)生的不利影響，一般將葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個角度，使實際壓力角（-）減小，以減小切向分力對葉片運動的影響，一般取=13。,由于葉片是沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個角度安放，所以對已經(jīng)裝配完畢的葉片泵不能反方向旋轉(zhuǎn)。 現(xiàn)代又從理論上分析了上述推論存在缺陷，從實踐上也證明了當葉片徑向放置時葉片泵仍能正常工作。由于沿襲了以前的結(jié)構(gòu)，目前中低壓葉片泵多數(shù)還是采用葉片槽前傾布置。,3、徑向液壓力 由于雙作用葉片泵的吸、壓油窗口對稱布置，作用在轉(zhuǎn)子以及

9、軸承上的徑向液壓力時平衡的，因此，雙作用葉片泵又稱卸荷式或平衡式葉片泵。,4、端面間隙的自動補償 雙作用葉片泵靠排油腔側(cè)的配流盤的背面始終通高壓油，使配流盤在液壓推力的作用下壓向定子，泵的工作壓力越高，配流盤越會貼緊定子。并且，當配流盤與定子發(fā)生磨損時，可自動補償轉(zhuǎn)子的端面間隙。,（四）雙作用葉片泵的典型結(jié)構(gòu),1、YB-AB-FL系列葉片泵 YB-AB-FL系列葉片泵額定壓力一般在7MPa左右，排量從6到36中間有6種規(guī)格。 YB A B F L 代表單級葉片泵；系列號，A-50系列，B-150系列，C-250系列；代表排量；壓力分級，B-28MPa；安裝方式，F(xiàn)-法蘭安裝式，J-腳架安

10、裝式；油口連接形式，F(xiàn)-法蘭連接，L-螺紋連接。,,圖3-19 YB-AB-FL系列葉片泵 1、11-軸承，2、6-左右前配流盤，3-后泵蓋，4-葉片，5-定子，7-泵體，8-端蓋，9-傳動軸，10-密封圈，12-螺釘，13-轉(zhuǎn)子,如圖3-19所示。前、后配流盤與轉(zhuǎn)子通過定位銷定位于泵體上，一般在泵體和前、后配流盤上有兩個夾90角的定位孔，而定子上加工一個定位銷孔，生產(chǎn)廠家在組裝時可根據(jù)需要來裝配兩種轉(zhuǎn)向的泵。該泵若需反方向旋轉(zhuǎn)，可將定子旋轉(zhuǎn)90，變換定位銷的位置，再將轉(zhuǎn)子連同葉片翻轉(zhuǎn)過來組裝。,葉片沿旋轉(zhuǎn)方向前傾安放，葉片外端背面加工有倒角，可以減少雜質(zhì)的影響并能使葉片與定子內(nèi)曲面有良好的接

11、觸。前、后配流盤上都對稱加工著吸、排油窗口，分別與泵體、泵蓋上的吸、排油口連通。高壓油可以通過后配流盤上的軸向通孔和環(huán)形槽通至各葉片的根部，推動葉片外伸。,2、YB1型葉片泵 YB1型葉片泵是YB型葉片泵的改進產(chǎn)品，兩種泵的零件結(jié)構(gòu)基本相同，只有少數(shù)零件作了變動，提高了泵的密封性能和使用壽命。如圖3-20所示，其主要由前泵體1、后泵體2、前后配流盤3和6、定子4、轉(zhuǎn)子5、葉片7等零件組成。為了便于裝配，配流盤、定子、轉(zhuǎn)子和葉片組裝在一起，用兩個長螺釘固定，螺釘端部作為定位銷插入泵體的定位孔內(nèi)定位。,圖3-20 YB1型葉片泵 1-前泵體，2-后泵體，3-前配流盤，4-定子，5-轉(zhuǎn)子，6-后配流

12、盤，7-葉片,,圖3-21 雙作用葉片泵的配流盤,配流盤上對應(yīng)于葉片根部位置，開有環(huán)形槽c，在環(huán)形槽內(nèi)鉆有通孔d與配流盤背面的高壓油相通，保證葉片根部始終通高壓油。配流盤上的兩個缺口b為吸油窗口，兩個腰形槽a為壓油窗口，壓油窗口上的三角槽e的主要作用是減少液壓沖擊。配流盤采用突緣式，小徑部分深入前泵體內(nèi)，在合理位置設(shè)置了O形密封圈，這樣當配流盤右側(cè)受到液壓力作用而貼緊定子，來自動補償轉(zhuǎn)子的端面間隙，并在配流盤和前泵體一定范圍內(nèi)分開時，仍能保證可靠密封。,（五）高壓葉片泵的特點,隨著葉片泵的結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面的不斷改進和完善，葉片泵的壓力在不斷地提高?，F(xiàn)在生產(chǎn)的雙作用葉片泵的額定壓力可達14

13、21MPa，甚至更高。由前述YB系列葉片泵可知，為保證葉片與定子內(nèi)表面的緊密接觸，葉片根部與高壓油相通。在高壓區(qū)由于葉片頂部也受高壓油的作用，葉片兩端的液壓力可以平衡掉一部分。,而在吸油區(qū)，只有葉片根部受高壓油的作用，這一作用力使葉片壓向定子，并且隨工作壓力的提高壓向定子內(nèi)表面的力也在增大，在高速運轉(zhuǎn)下加速了葉片和定子內(nèi)表面的磨損，降低了泵的壽命，因此這一問題是影響葉片泵壓力提高的主要因素。為了提高葉片泵的壓力，除了對有關(guān)零件的材料選用和熱處理等方面采取措施外，在葉片的結(jié)構(gòu)上也采取了多種卸荷形式。常見高壓葉片泵的葉片有以下幾種形式：,1、雙葉片結(jié)構(gòu) 如圖3-22所示，在轉(zhuǎn)子的每一槽內(nèi)裝有兩個葉

14、片，葉片的頂端及兩側(cè)邊加工有倒角，倒角相對形成V形通道，葉片根部的壓力油經(jīng)V形通道進入頂部，使葉片頂部和根部的液壓力基本相等。,圖3-22 雙葉片結(jié)構(gòu) 1-葉片，2-轉(zhuǎn)子，3-定子,合理設(shè)計葉片頂部倒棱的寬度，使葉片頂部的承壓面積小于根部的承壓面積，達到既可保證葉片與定子內(nèi)表面貼緊，又不產(chǎn)生過大的壓緊力，避免了泵在高壓下運轉(zhuǎn)而造成定子內(nèi)表面的過度磨損。,2、子母葉片結(jié)構(gòu) 子母葉片又稱復(fù)合葉片，如圖3-23所示。,圖3-23 子母葉片結(jié)構(gòu) 1-母葉片，2-轉(zhuǎn)子，3-頂子，4-子葉片,母葉片的根部L腔經(jīng)轉(zhuǎn)子2上虛線所示的油孔始終和頂部油腔相通，而子葉片4和母葉片間的小腔C通過配流盤經(jīng)K槽總與壓力油

15、接通。在吸油區(qū)工作時，母葉片頂部和根部L腔均為低壓油，推動母葉片壓向定子3的力僅為小腔C的液壓力，由于C腔的面積較小，故壓緊力也不大，但能保證葉片與定子間的密封。,3、柱銷式葉片結(jié)構(gòu) 如圖3-24a所示為空心柱銷式葉片結(jié)構(gòu)。,圖3-24 柱銷式葉片結(jié)構(gòu)（a-空心柱銷，b-實心柱銷） 1-定子，2-葉片，3-葉片小孔，4-阻尼孔，5-葉片底部容腔，6-柱銷，7-環(huán)狀油室，8-轉(zhuǎn)子,葉片2頂部加工成弧槽，弧槽內(nèi)鉆有兩個小孔3通入葉片根部，使葉片頂部與底部容腔5始終相通，在低壓區(qū)基本不產(chǎn)生壓緊力。柱銷6沿轉(zhuǎn)子8的半徑線方向安裝，上端頂在葉片底部，下部嵌在轉(zhuǎn)子的柱銷孔內(nèi)可以相對滑動。柱銷下端轉(zhuǎn)子的環(huán)狀

16、油室7始終與壓力油相通，在此液壓力的作用下柱銷頂著葉片貼緊定子內(nèi)表面，一般選擇柱銷截面積為葉片截面積的1/5左右，因此大大減小了葉片在低壓區(qū)對定子的壓緊力，減少了定子內(nèi)表面的磨損。,（六）雙作用葉片泵的檢修,1、拆裝注意事項：拆裝時應(yīng)特別注意保持清潔；應(yīng)使泵的轉(zhuǎn)向符合機械傳動要求，因此應(yīng)注意定位銷與泵體的相對位置；葉片沿旋轉(zhuǎn)方向前傾，葉片倒角向后；葉片應(yīng)裝回原槽內(nèi)，否則應(yīng)選配，避免葉片與槽的間隙過大或過小。 2、葉片泵工作一定時間后，定子低壓過渡區(qū)會發(fā)生磨損，此時可對磨損處進行認真修磨拋光，然后將定子翻轉(zhuǎn)180重新安裝，使定子原來的高低壓過渡區(qū)互換，以利于泵能更好地工作。,二、單作用葉片泵,（

17、一）單作用葉片泵的工作原理,如圖所示，為單作用葉片泵的工作原理。該泵由轉(zhuǎn)2、定子3、葉片4和配流盤等件組成。,單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是一個圓形，轉(zhuǎn)子與定子之間有一個偏心量e，兩端的配流盤上只開設(shè)一個吸油窗口和一個壓油窗口。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周時，每一個葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)往復(fù)運動一次，每相鄰兩葉片間的密封容積發(fā)生一次增大和縮小,的變化，密封容積增大是通過吸油窗口吸油，容積變小時則通過壓油窗口將壓力油排入液壓系統(tǒng)中去。,由于該種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周，每兩個葉片間的吸、壓油作用個一次，故稱單作用葉片泵。又因吸、壓油區(qū)相對，泵的轉(zhuǎn)子所受徑向液壓力不平衡，因而又稱非平衡式葉片泵或非卸荷式葉片泵。因為支撐轉(zhuǎn)子的軸和

18、軸承上承受的徑向液壓力隨工作壓力的提高而增大，所以這種泵壓力的提高受到了限制。,（二）單作用葉片泵的排量與流量,如圖3-26所示，當單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周時，每相鄰葉片間的密封容積的變化量為V1-V2。若近似地把圓弧AB和CD看作是以中心為O1的圓弧，當定子的內(nèi)徑為D時，AB和CD圓弧的半徑分別為(D/2+e)和(D/2-e)。,,,,圖3-26 排量計算,,經(jīng)過整理便可得出單作用葉片泵排量的近似表達式為,,,(3-25),假設(shè)轉(zhuǎn)子的直徑為d，葉片的寬度為b，葉片的個數(shù)為z，每相鄰兩葉片的夾角為(=2/z），則泵的排量q為,改變定子與轉(zhuǎn)子的偏心距e，就可改變泵的排量，故單作用葉片泵常做成

19、變量泵。單作用葉片泵的定子內(nèi)緣和轉(zhuǎn)子的外緣均為圓柱面，并偏心安置，其容積變化是不均勻的，故存在流量脈動。理論分析表明，當葉片數(shù)為奇數(shù)時流量脈動率較小，因此泵的葉片數(shù)一般為13獲15。,（三）單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點,1、通過改變定子與轉(zhuǎn)子的偏心距，單作用葉片泵可做成多種形式的變量泵。 2、為了防止吸、排油腔的溝通，配流盤上吸、壓油窗口間密封夾角稍大于兩相鄰葉片的夾角，當兩相鄰葉片在此夾角區(qū)域運動時，葉片間的容積短時被困且會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生困油現(xiàn)象。但困油現(xiàn)象不太嚴重，通過在配流盤壓油窗口端部開設(shè)三角槽，即可消除困油現(xiàn)象，同時也可減小高、低壓轉(zhuǎn)換時的壓力沖擊。,,雙作用葉片泵的 葉片“后傾”,端

20、面間隙的自動補償為了提高壓力，減少端面泄漏，將配流盤的外側(cè)與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向轉(zhuǎn)子。,3、在壓油區(qū)葉片根部通高壓油，而吸油區(qū)葉片根部與吸油腔相通。 4、由于葉片頂部與根部所受的液壓力基本平衡，葉片向外運動主要靠旋轉(zhuǎn)時所受到的慣性力。根據(jù)力學(xué)分析，葉片后傾一個角度更有利于葉片在慣性力作用下向外伸出。通常葉片后傾24角。 5、單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，傳動軸和軸承承受負荷較大。,（四）變量葉片泵的典型結(jié)構(gòu),根據(jù)調(diào)節(jié)偏心距的方式變量葉片泵可分為手動式和自動調(diào)節(jié)式兩種。自動調(diào)節(jié)式根據(jù)自動調(diào)節(jié)后壓力和流量的特性又可分為限壓式、恒壓式和恒流式三種，其中以限壓式變量葉片泵

21、應(yīng)用較廣。 限壓式變量葉片泵的排量是利用壓力反饋作用來實現(xiàn)變化的，有內(nèi)反饋和外反饋式，如圖3-27所示為外反饋限壓式變量葉片泵的結(jié)構(gòu)。,圖3-27 外反饋限壓式變量葉片泵 1-轉(zhuǎn)子限位螺釘，2-限壓彈簧，3-定子，4-滑塊支承，5-反饋油缸活塞， 6-調(diào)整螺釘,流量-壓力特性曲線,調(diào)節(jié)限位螺釘，qmax 變; 改變彈簧剛度，pmax變，BC斜率變。 改變彈簧的預(yù)壓縮量，曲線的拐點B變化。,限壓式外反饋變量葉片泵,三、葉片馬達,與葉片泵相似，從原理上講，葉片馬達也可以有單作用的變量馬達和雙作用的定量馬達兩種。但是，由于變量葉片馬達結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對運動部件多，泄漏量大，而且調(diào)節(jié)也不便，所以葉片馬達通

22、常只制成定量的，即常用的葉片馬達都是雙作用葉片馬達。,圖3-29 葉片馬達的工作原理,如圖3-29所示，高壓油進入馬達后（假如回油壓力為零），位于高壓區(qū)和低壓區(qū)之間的葉片 兩面所受液壓力不等，由于大半徑圓弧上的兩葉片比小半徑圓弧上葉片伸出的面積大，在位于大半徑圓弧上葉片產(chǎn)生的相對回轉(zhuǎn)中心的順時針轉(zhuǎn)矩大于小半徑圓弧上葉片產(chǎn)生的逆時針轉(zhuǎn)矩，于是馬達便可通過輸出軸帶動負載沿順時針方向轉(zhuǎn)動。在馬達轉(zhuǎn)動時，高壓區(qū)葉片間的密封容積變大，不斷進油；低壓區(qū)葉片間容積逐漸減小，油液被排回油箱。,與其它類型馬達相比，葉片馬達的特點是轉(zhuǎn)動部分慣量小，因而換向時動作靈敏，允許較高的換向頻率。此外，葉片馬達的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的脈動均較小。其缺點是漏損大，機械特性軟。,葉片馬達的結(jié)構(gòu),葉片馬達的工作原理,YM型葉片馬達的結(jié)構(gòu)特點是： 1、為保證順利起動，葉片底部裝有彈簧，將葉片壓緊在定子內(nèi)表面上，確保初始密封的形成，同時葉片底部還通壓力油，以提高容積效率。 2、為適應(yīng)馬達正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的葉片槽徑向開設(shè)，葉片徑向放置，另外，通往葉片底部的高壓油路上設(shè)置兩個單向閥，以保證馬達換向（高壓油的入口和低壓油的出口互換）時，葉片底部始終通高壓油。,作業(yè),1、雙作用葉片泵的葉片為何前傾？ 2、雙作用葉片泵定子內(nèi)表面的磨損易發(fā)生在哪個區(qū)域，為什么？ 3、單作用葉片泵與雙作用葉片泵相比有何特點？,,,