第三節(jié)葉片泵與葉片馬達(dá)第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

葉片泵和葉片馬達(dá)具有流量均勻、噪聲低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；葉片泵的缺點(diǎn)是：對(duì)油液的污染較敏感，因受葉片甩出力、吸油速度和磨損等因素的影響，泵的轉(zhuǎn)速范圍受到一定的限制，一般在600～2000r/min中使用。中低壓葉片泵的壓力一般為8MPa，高壓葉片泵的壓力可達(dá)32MPa。通常將葉片泵分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩大類。單作用葉片泵是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周任意相鄰兩葉片所形成的密封工作容腔吸、排由各一次；雙作用葉片泵是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周任意相鄰兩葉片所形成的密封工作容腔吸、排由各兩次。

第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一、葉片泵的工作原理

單作用葉片泵的工作原理

雙作用葉片泵的工作原理

第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）單作用葉片泵的工作原理

第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖所示的單作用葉片泵工作原理圖由輸入軸1、轉(zhuǎn)子2、定子3、葉片4、配流盤（圖中虛線表示其配流窗口）、端蓋等零件組成。葉片可在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)靈活的滑動(dòng)。葉片多為奇數(shù)，以使流量均勻。定子為圓形，其中心相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心存在著偏心矩e。單作用葉片泵通常通過調(diào)整定子改變定子與轉(zhuǎn)子之間的偏心矩，改變泵的排量，從而成為變量泵。

第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子、定子和配流盤所形成的密封空間，當(dāng)輸入軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力的作用下從葉片槽內(nèi)滑出，其頂部緊貼在定子內(nèi)表面上滑動(dòng)，于是葉片把密封空間分割為許多的密封工作容腔（有幾個(gè)葉片就有幾個(gè)密封工作容腔）。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照?qǐng)D示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于轉(zhuǎn)子右側(cè)的葉片在離心力的作用之下向外伸出，因而處于右半側(cè)的葉片所形成的密封工作腔增大，產(chǎn)生真空，油箱中的液體在大氣壓力的推動(dòng)之下，經(jīng)過吸油管路和配流盤右側(cè)的配流窗口填補(bǔ)真空。這就是單作用葉片泵的吸油過程。

第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月在右半側(cè)密封工作腔吸油的同時(shí)，處于轉(zhuǎn)子左半側(cè)的葉片在定子的強(qiáng)制作用下向葉片槽內(nèi)縮回，因而處于左半側(cè)葉片所形成的密封工作腔收縮，迫使其內(nèi)的部分液體經(jīng)排油口進(jìn)入液壓系統(tǒng)。這就是單作用葉片泵的排油過程。由于葉片在轉(zhuǎn)子上是均部的，故在任意瞬時(shí)吸油腔和排油腔都有葉片所形成的密封工作腔存在，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸、排有腔的容積變化也是連續(xù)的，泵也就連續(xù)的吸入和排出液體了。

第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）雙作用葉片泵的工作原理

第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)輸入軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力和葉片底部高壓油的作用下，緊貼在定子內(nèi)表面上滑動(dòng)。于是葉片把由轉(zhuǎn)子、定子和配流盤（分前、后配流盤）形成的密封容積分割為多個(gè)密封工作腔。葉片在離心力和底部高壓油的作用下，由短半徑圓弧通過過渡曲線向長半徑圓弧過渡時(shí)，向外伸出。于是對(duì)應(yīng)于此位置由葉片、轉(zhuǎn)子、定子所包容的工作腔增大（此工作腔時(shí)刻在運(yùn)動(dòng)中），形成真空，油箱中的液體在大氣壓力的推動(dòng)之下，經(jīng)吸油管路和配流盤上的配流窗口進(jìn)入密封工作腔。葉片由長半徑圓弧向短半徑圓弧過渡時(shí)，在定子的強(qiáng)制作用下向葉片槽內(nèi)縮回，于是對(duì)應(yīng)于此位置由葉片、轉(zhuǎn)子、定子所包容的密封工作腔收縮，部分液體被強(qiáng)迫排入液壓系統(tǒng)。

第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由工作原理圖可見轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，葉片伸縮兩次，任意兩葉片所形成的密封工作腔進(jìn)行了兩次吸油和兩次排油，為此這種葉片泵被稱為雙作用葉片泵。由于葉片在轉(zhuǎn)子上均布，所以任意瞬時(shí)在排油區(qū)和吸油區(qū)均有葉片形成的工作腔存在，于是當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，排油區(qū)容積在連續(xù)的收縮，吸油區(qū)容積在連續(xù)的膨脹，泵可以連續(xù)的吸油和排油。

第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二.雙作用葉片泵的流量計(jì)算瞬時(shí)流量計(jì)算平均流量計(jì)算第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.瞬時(shí)流量計(jì)算由雙作用葉片泵的工作原理圖可知：假如葉片無限薄，當(dāng)葉片在dt時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過dφ（dφ=ωdt）角度后，葉片泵排出的液體體積為葉片在大半徑圓弧掃過的體積和葉片在小半徑圓弧掃過的體積之差，即然而實(shí)際上葉片是有厚度的。在排油區(qū)，葉片上下兩端均為高壓，它的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生吸、排油作用；在吸油區(qū)，葉片的頭部為吸油壓力，葉片的底部的高壓油要用來推動(dòng)葉片的伸出，所以泵的排油量應(yīng)減第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月去這部分體積。因此葉片泵在dt時(shí)間內(nèi)排出的液體體積（圖3-3-3所示）為第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月vi—葉片在吸油區(qū)過渡曲線上的徑向速度，

雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量為：

第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可知，只要使

為常數(shù)，則雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量在理論上恒定不變。是否為常數(shù)由定子過渡曲線和葉片的個(gè)數(shù)決定。適當(dāng)?shù)娜~片數(shù)與相應(yīng)的定子過渡曲線的配合才能保證葉片泵的瞬時(shí)流量在理論上為常值。第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雙作用葉片泵的平均流量計(jì)算

1）排量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周任意相鄰兩葉片所形成的工作腔均進(jìn)行了兩次吸油和兩次排油，把它們排列起來剛好為大半徑圓弧和小半徑圓弧所圍的環(huán)形圓柱體的體積的兩倍?？紤]吸油區(qū)葉片所占有的容積沒有參加工作，雙作用葉片泵的排量為

第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2）雙作用葉片泵的平均流量第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月三.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月四.雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)分析

定子低壓區(qū)的磨損問題

葉片的安放角

定子過渡曲線第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）定子低壓區(qū)的磨損問題

在工作中的雙作用葉片泵的葉片，當(dāng)他處在高壓區(qū)時(shí)，其頂部受高壓油壓力的作用。為了防止葉片在高壓區(qū)脫離定子內(nèi)表面，保證葉片和定子內(nèi)表面緊密接觸，葉片的底部往往與排油腔相通（圖3-3-4的槽c為配流盤上開設(shè)的環(huán)槽，它與排油腔相通，高壓油通過配流盤配流窗口→c引入葉片底部）。當(dāng)葉片處在吸油區(qū)時(shí)，葉片的底部仍然與排油腔相通，而頂部卻與吸油腔相通，于是底部和頂部出現(xiàn)了很大的壓力差，這一壓差使葉片和定子之間產(chǎn)生較大的相互作

第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月用力，加速了定子低壓區(qū)的磨損，影響了泵的使用壽命。隨著泵的工作壓力的提高著一問題更加突出。為此高壓葉片泵采取了各種各樣的措施，減小葉片對(duì)定子的壓緊力，減緩定子低壓區(qū)的磨損。常用措施有：

1.雙葉片結(jié)構(gòu)如圖所示，在每個(gè)葉片槽中安裝兩個(gè)葉片，葉片的底部不與排油腔相通。兩葉片的倒角部分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，使作用在葉片底部和頂部的液壓力基本相等。槽內(nèi)兩葉片可以相對(duì)滑動(dòng)，以保證在任何位置兩個(gè)葉片的頭部都和定子內(nèi)表面接觸。第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.子母葉片結(jié)構(gòu)

如圖3-3-6所示，母葉片3和子葉片4之間的油室e始終與排油腔相通，而母葉片底部a腔則經(jīng)轉(zhuǎn)子1上的孔c和所在的油腔相通。這樣當(dāng)葉片處在吸油區(qū)時(shí)，對(duì)定子內(nèi)表面的作用力不會(huì)太大。

第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.階梯葉片結(jié)構(gòu)如圖3-3-7所示

，排油腔始終同階梯葉片和階梯槽之間的油室b相通，葉片底部通過流道c和a與所在油腔相通。因此葉片處在吸油區(qū)時(shí)對(duì)定子內(nèi)表面的作用力也不會(huì)過大。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀較復(fù)雜，加工工藝性較差。

第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）葉片的安放角葉片底部通高壓油后，保證了葉片與定子內(nèi)表面的緊密接觸，也保證了葉片在低壓區(qū)向外伸出。然而對(duì)于處在排油區(qū)的葉片，其頂部受到定子內(nèi)表面的反作用推力和與滑動(dòng)方向相反的摩擦力的作用，他們的合力可分解為沿葉片槽方向的分力和垂直于葉片的分力。垂直分力在葉片與葉片槽的接觸處產(chǎn)生較大的摩擦力。葉片與定子內(nèi)表面接觸壓力角越大，垂直分力也越大，葉片與葉片槽之間的摩擦力也越大，由于排油區(qū)葉片的底部也受到排油區(qū)壓力的作用，所以葉片的向心運(yùn)動(dòng)僅由定子對(duì)葉片的推力來完成不可靠。

第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月為了避免接觸區(qū)壓力角過大而造成葉片在槽中滑動(dòng)困難或產(chǎn)生摩擦自鎖，葉片槽相對(duì)轉(zhuǎn)子半徑沿旋轉(zhuǎn)方向前傾θ角（圖3-3-8）以減小壓力角，一般取θ=10°～14°，YB形雙作用葉片泵θ=13°。

第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)定子過渡曲線

常見的定子過渡曲線油以下幾種：a.修正的阿基米德螺線；b.等加速率等減速率曲線；c.高次曲線。第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.阿基米德螺線阿基米德螺線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為ρ=r+Cφ根據(jù)邊界條件：當(dāng)φ=α?xí)r，ρ=R得積分常數(shù)C為C=(R－r)/α故第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可推得

由于dφ=ωdt，所以葉片的徑向速度可見葉片在阿基米德螺線上滑動(dòng)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子得角速度ω為常值時(shí)，葉片的徑向速度為常值，為此這種曲線又稱為等速運(yùn)動(dòng)曲線。第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由雙作用葉片泵的瞬時(shí)流量公式可知，過渡曲線采用阿基米德螺線，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要在低壓區(qū)的葉片個(gè)數(shù)為常值，則泵的瞬時(shí)流量理論上為常值。即當(dāng)葉片數(shù)Z為式中n——自然數(shù)（1、2、3……）。此時(shí)葉片泵的瞬時(shí)理論流量為常值。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月阿基米德螺線的缺陷：由于葉片在阿基米德螺線上滑動(dòng)時(shí)的徑向速度為常數(shù)，在圓弧曲線上滑動(dòng)時(shí)的徑向速度為0，所以在過渡曲線與圓弧的連接點(diǎn)上葉片的徑向速度發(fā)生了突變（或者說過渡曲線與圓弧沒有公切線），葉片與定子發(fā)生硬性沖擊。為此，必須在阿基米德螺線與圓弧曲線的連接點(diǎn)附近對(duì)曲線進(jìn)行修正。阿基米德螺線近年來應(yīng)用已經(jīng)較少了。第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.等加速率等減速率曲線為了防止過渡曲線與圓弧曲線在連接點(diǎn)上的硬性沖擊，可以采用等加速率等減速率曲線。等加速率等減速率曲線由兩部分組成，前半部分為等價(jià)速率后半部分為等減速率，且加速度的絕對(duì)值相等，這樣可保證與長、短半徑圓弧都有公切線。等加速率等減速率曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為當(dāng)0≤φ≤α/2第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)α/2≤φ≤α?xí)r

第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月等加速率等減速率區(qū)縣的特點(diǎn)：1）等加速率等減速率曲線是應(yīng)用較廣泛的一種曲線，它的優(yōu)點(diǎn)是在葉片不“脫空”的條件下（不脫空的條件r－L/2＞(d2ρ/dφ2)，式中L是葉片的徑向長度，即使離心力大于葉片伸出運(yùn)動(dòng)的慣性力），可以得到最大的R/r值，這樣采用此種曲線在體積相同時(shí)可具有較大的排量

2）只要在低壓區(qū)的葉片個(gè)數(shù)為偶常數(shù)就可以組合成

的情形，可使葉片泵的瞬時(shí)流量為常值。因?yàn)槎ㄗ舆^渡曲線上的葉片數(shù)為偶常數(shù)，則在加速區(qū)段和減速區(qū)段都有不變且相等的葉片個(gè)數(shù)第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月存在，于是加、減速度抵消，其合速度為常值。為達(dá)此目的葉片數(shù)應(yīng)為Z=4(2n+1)）式中n——自然數(shù)（n=1、2、3……）3）等加速率等減速率曲線的缺點(diǎn)是最大壓力較偏大。4）由圖3-3-9可知加速度在φ=0、φ=α/2和φ=α三點(diǎn)發(fā)生了突變，造成慣性力的突變，通常這三處有三條清晰的磨痕這種現(xiàn)象稱為“軟沖現(xiàn)象”。

第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.高次曲線采用等加速率鄧建速率的雙作用葉片泵的噪聲主要來源于葉片和定子內(nèi)表面的機(jī)械噪聲。其原因是葉片按定子曲線給出的軌道進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度的變化將引起慣性力的變化。從震動(dòng)角度看，這是一種外界作用于葉片的沖擊力。此力正比于三階導(dǎo)數(shù)d3ρ/dt3(當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度ω=常數(shù)時(shí)，d3ρ/dt3與d3ρ/dφ3成正比)，反映了運(yùn)動(dòng)的助振情況。等加速率等減速率曲線在與圓弧的兩個(gè)連接點(diǎn)和過渡曲線的中點(diǎn)位置，加速度d2ρ/dt2均發(fā)生了突變，d3ρ/dt3為無窮大，發(fā)生激振。

第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月此時(shí)葉片運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性受到破壞，葉片和定子內(nèi)表面發(fā)生撞擊振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。為此希望定子曲線的三階導(dǎo)數(shù)的變化小，同時(shí)也滿足對(duì)一階導(dǎo)數(shù)（dρ/dt）和二階導(dǎo)數(shù)（d2ρ/dt2）的要求。采用高次方程曲線可對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足一定的邊界條件，又滿足三階導(dǎo)數(shù)特性及兼顧一、二階導(dǎo)數(shù)的變化。適用于低噪聲葉片泵定子曲線的高次方程有兩種一種為對(duì)稱形，相應(yīng)的方程式為

ρ=C3θ3+C4θ4+C