軸向柱塞泵設(shè)計

山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 I 頁 目 錄 緒論 1 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 3 軸式軸向柱塞泵工作原理 3 軸式軸向柱塞泵主要性能參數(shù) 4 2 直軸式軸向柱塞泵運動學(xué)及流量品質(zhì)分析 8 塞運動學(xué)分析 8 靴運動分析 10 3 柱塞受力分析與設(shè)計 12 塞受力分析 12 塞設(shè)計 16 4 滑靴受力分析與設(shè)計 22 靴受力分析 22 靴設(shè)計 25 靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè) 計 26 5 配油盤受力分析與設(shè)計 32 油盤受力分析 32 油盤設(shè)計 36 6 缸體受力分析與設(shè)計 39 體的穩(wěn)定性 39 體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 39 7 柱塞回程機(jī)構(gòu)設(shè)計 42 8 斜盤力矩分析 44 塞液壓力矩1M 45 卸荷槽非對稱正重迭型配油盤 45 程盤中心預(yù)壓彈簧力矩3M 46 結(jié)論 47 參考文獻(xiàn) 48 致謝 49 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 1 頁 緒論 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動也越來越廣，而作為液壓傳動系統(tǒng)心臟的液壓泵就顯得更加重要了。在容積式液壓泵中，惟有柱塞泵是實現(xiàn)高壓高速化大流量的一種最理想的結(jié)構(gòu)， 在相同功率情況 下 ，徑向往塞泵的徑向尺寸大、徑向力也大，常用于大扭炬、低轉(zhuǎn)速工況，做為按壓馬達(dá) 使用。而軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑 向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，故轉(zhuǎn)速較高； 另外，軸向柱塞泵易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，流 量大 。由于上述 特點，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機(jī)械、起重運輸、冶金 、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普 遍 用于飛機(jī)液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)中。是飛機(jī)上所用的液壓泵中最主要的一種型式。 本設(shè)計對柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的研究，在柱塞泵中有閥配流軸配流端面配流三種配流方式。這些配流方式被廣泛應(yīng)用于柱塞泵中，并對柱塞泵的高壓高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f沒有這些這些配流方式，就沒有柱塞泵。但是，由于這些配流方式在柱塞 泵中的單一使用，也給柱塞泵帶來了一定的不足。設(shè)計中對軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)中的滑靴作了介紹，滑靴一般分為三種形式；對缸體的尺寸結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計；對柱塞的回程結(jié)構(gòu)也有介紹。 柱塞式液壓泵是靠柱塞在柱塞腔內(nèi)的往復(fù)運動，改變柱塞腔容積實現(xiàn)吸油和排油的。是容積式液壓泵的一種。柱塞式液壓泵由于其主要零件柱塞和缸休均為圓柱形，加工方 便 配合精度高，密封性能好，工作壓力高而得到廣泛的應(yīng)用。 柱 塞式液壓泵種類繁多， 前者柱塞平行于缸體軸線，沿軸向按柱塞運動形式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類運動，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑 向運動。這兩類泵既可做為液壓泵用，也可 做 為液壓馬達(dá)用。 泵的內(nèi)在特性是指包括產(chǎn)品性能、零部件質(zhì)量、整機(jī)裝配質(zhì)量、外觀質(zhì)量等在內(nèi)的產(chǎn)品固有特性，或者簡稱之為品質(zhì)。在這一點上，是目前許多泵生產(chǎn)廠商所關(guān)注的也是努力在提高、改進(jìn)的方面。而實際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測符合發(fā)至使用單位運行后，往往達(dá)不到山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 2 頁 工廠出廠檢測的效果，發(fā)生諸如過載、噪聲增大，使用達(dá)不到要求或壽命降低等等方面的問題；而泵在實際當(dāng)中所處的運行點或運行特征，我們稱之為泵的外在特性或系統(tǒng)特性。 正如科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域 中交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科越來越豐富，跨學(xué)科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機(jī)結(jié)構(gòu)開始，單局限于泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決泵的噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機(jī)風(fēng)葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機(jī)內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護(hù)、過載保護(hù)等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機(jī)、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機(jī)電一體化綜合水平。 柱塞式液壓 泵的顯著缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件制造精度高，成本也高，對油 液 污染敏感。這些給生產(chǎn)、使用和維護(hù)帶來一定的困難。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 3 頁 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 1 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理 直軸式軸向柱塞泵 主要結(jié)構(gòu)如圖 塞的頭部安裝有滑靴，滑靴底面始終貼著斜盤平面運動。當(dāng)缸體帶動柱塞旋轉(zhuǎn)時， 由于斜盤平面相對缸體平面（ ） 存在一傾斜角 ， 迫使柱塞在 柱 塞腔內(nèi)作直線往復(fù)運動。如果缸體按圖示 n 方向旋 轉(zhuǎn)， 在 180 360 范 圍 內(nèi)，柱塞由下死點 (對應(yīng) 180 位置 )開始不斷伸出，柱塞腔容積不斷增大，直至上死點 (對應(yīng) 0 位置 )止。在這過程中，柱塞腔剛好與配油盤吸油 窗 相通， 油 液被吸人 柱 塞腔內(nèi)，這是吸油過程。隨著缸體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在 0 180 范圍內(nèi)，柱塞在斜盤約束下由上死點開始不 斷進(jìn)入腔內(nèi)， 柱 塞腔容積不斷減小，直至下孔點止。在這過程中， 柱 塞腔剛好與配油盤排油窗相通，油液通過排油窗排出。這就是排油過程。由此可見，缸體每轉(zhuǎn)一跳各個往塞有半周吸油、半 周排 油。如果缸體不斷旋轉(zhuǎn)，泵 便 連續(xù)地吸油和 排 油。 圖 軸式軸向柱塞泵工作原理 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 4 頁 軸式軸向柱塞泵主要性能參數(shù) 給定設(shè)計參數(shù) 最大工作壓力 m 0P M 定流量 Q =100L/大流量 m a x 2 0 0 / m i 定轉(zhuǎn)速 n=1500r/大轉(zhuǎn)速 m a x 3 0 0 0 / m i 排量流量與容積效率 軸向柱塞泵排量部柱塞腔所排出油液的容積，即 2m a x m a s Z d s Z= 2( 1 9 . 5 0 . 2 ) ( 1 9 . 5 0 . 2 2 ) 94p 創(chuàng) 創(chuàng) 創(chuàng) ) 不計容積損失時，泵的理論流量2 m a b b x bQ q n d s Z n =1500 =1260(L) 式中 柱塞橫截面積； 柱塞外徑； 柱塞最大行程； Z 柱塞數(shù)； 傳動軸轉(zhuǎn)速。 泵的理論排量 q 為 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 7 0 . 2. 1 5 0 0 0 . 9 5n h = = =（ ml/r） 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 5 頁 為了避免氣蝕現(xiàn)象，在計算理論 排 量時應(yīng)按下式作校核計算： 13pn q C133000 7 0 . 2 2 0 660 式中進(jìn)口無預(yù)壓力的 油泵400；對進(jìn)口壓力為 5100，這里取100 故符合要求。 排量是液壓泵的主要性能參數(shù)之一，是泵幾何參數(shù)的特征量。相同結(jié)構(gòu)型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。因此，對液壓元件型號命名的標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定用排量作為主參數(shù)來區(qū)別同一系列不同規(guī)格型號的產(chǎn)品。 從泵的排量公式 24b x fq d D Z 中可以看出，柱塞直徑布圓直徑塞數(shù) 且當(dāng)原動機(jī)確定之后傳動軸轉(zhuǎn)速要想改變泵輸出流量的方向和大小，可以通過改變斜盤傾斜角 來實現(xiàn)。對于直軸式軸向柱塞泵，斜盤最大傾斜角5 20 ，該設(shè)計是通軸泵，受機(jī)構(gòu)限制，取下限，即 15g O= 。 泵實際輸出流量gb tb QV=1007（ ml/ 式中 軸向柱塞泵的泄漏流量主要由缸體底面與配油盤之間 滑靴與斜盤平面之間及柱塞與柱塞腔之間的油液泄漏產(chǎn)生的。此外，泵吸油不足 柱塞腔底部無效容積也造成容積損失。 泵容積效率義為實際輸出流量 = 97 97%100=軸向柱塞泵容積效率一般為b=符合要求。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 6 頁 不計摩擦損失時，泵的理論扭矩2 V= 6 61 2 0 . 8 4 1 0 1 . 6 1 0 ( . )2 ?式中排油腔壓力差。 考慮摩擦損失際輸出扭矩g b tb MV= 6661 . 6 1 0 0 . 2 1 0 1 . 8 1 0 ( . )? 軸向柱塞泵的摩擦損失主要由缸體底面與配油盤之間滑靴與斜盤平面之間柱塞與柱塞腔之間的摩擦副的相對運動以及軸承運動而產(chǎn)生的。 泵的機(jī)械效率定義為理論扭矩 661 1 . 6 1 0 8 8 . 9 %1 . 8 1 01t b t b t b = = = = =+?+ 功率與效率 不計 各種損失時，泵的理論功率b tb b g bN p Q n MV = 615002 1 . 8 1 0 2 8 3 ( )60 ? 泵實際的輸入功率122b r b g b b t b n M n M =61 5 0 0 12 1 . 6 1 0 2 8 2 ( )6 0 0 . 8 8 9 創(chuàng) = 泵實際的輸出功率山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 7 頁 b c b g b b t b bN p Q p Q 63 1 . 6 1 0 9 5 4 2 6 7 ( ) 定義泵的總 效率 為輸出功率 12b t b b m h hp h= = =V=0 . 8 8 9 0 . 9 7 0 . 8 6? 上式表明，泵總效率為容積效率與機(jī)械效率之積。對于軸向柱塞泵，總效率一般為式滿足要求。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 8 頁 2 直軸式軸向柱塞泵運動學(xué)及流量品質(zhì)分析 泵在一定斜盤 傾角下工作時，柱塞一方面與缸體一起 旋轉(zhuǎn)，沿缸體平面做圓周運動，另一方面又相對缸體做往復(fù)直線運動。這兩個運動的合成，使柱塞軸線上任一點的運動軌跡是 一個橢圓。此外，柱塞還可能有由于摩擦而產(chǎn)生的相對缸體繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)運動，此運動使柱塞的磨損和潤滑趨于均勻，是有利的。 柱塞運動學(xué)分析，主要是研究柱塞相對缸體的往復(fù)直線運動。 即分析柱塞與缸體做相對運動時的行程速度和加速度，這種分 析是研究泵流量品質(zhì)和主要零件受力狀況的基礎(chǔ)。 圖 若斜盤傾斜角為 ， 柱塞分布圓半徑為缸體或柱塞旋轉(zhuǎn)角為 a，并以柱塞腔容積最大時的上死點位置為 0 ，則對應(yīng)于任一旋轉(zhuǎn)角 a 時， 圖 塞運動分析 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 9 頁 c o R a= 為 1 ( 1 c o s )s h t g R t = 80a O= 時，可得最大行程m a x 2 3 9 1 8 0 3 9 ( )t m 柱塞運動速度分析 v 將式1 (1 c o s )s h 對時間微分可得柱塞運動速度 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d du w g= = = 當(dāng) 90a 及 270 時， a ，可得最大運動速度 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR t g t g m m su w g p O= 創(chuàng) =式中 w 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， 塞運動加速度 a 將 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d d 對時間微分可得柱塞運動加速度 a 為 2. c o sa ft a td d t g ad d d 當(dāng) 0a 及 180 時， , 可得最大運動加速度2m a 9 2 1 2 9 ( / )60 t g m sw g = 創(chuàng) = 桫柱塞運動的行程 s速度 v加速度 a 與缸體轉(zhuǎn)角 a 的關(guān)系如圖 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 10 頁 示。 圖 塞運動特征圖 靴運動分析 研究滑靴的運動，主要是分析它相對斜盤平面的運動規(guī)律，即滑靴中心在斜盤平面 ? 內(nèi)的運動規(guī)律（如圖 其運動軌跡是一個橢圓。橢圓的長短軸分 別為 長軸 2 392 4 0 . 4 ( )c o s c o s 1 5m = = =短軸 2 2 3 9 ( ) m m=設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點坐標(biāo)為 a山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 11 頁 如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2 2 2 2 21 c o x y R t g a 極角 ( c o s c o s )a r c tg a 滑靴在斜盤平面 內(nèi)的運動角速度h為 2 2 2c o sc o s c o s s i nh a aq g= + 由上式可見，滑靴在斜盤平面內(nèi)是不等角速度運動，當(dāng)2a 32時，h最大（在短軸位置）為 m a x c o g=1500 260 1 6 2 ( / )c o s 1 5 r a d 當(dāng) 0a 時，h最?。ㄔ陂L軸位置）為 m i n 1500c o s 2 c o s 1 5 1 5 2 ( / )60h r a d sw w g p O= 創(chuàng) =由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 o 點旋轉(zhuǎn)一周（ 2 ）的時間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周的時間。因此， 其平均旋轉(zhuǎn)角速度等 于缸體角速度，即 1500 2 1 5 7 ( / )60ap r a d sw w p= = ?山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 12 頁 3 柱塞受力分析與設(shè)計 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。單個柱塞隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時，半周吸油 一周排油。柱塞在吸油過程與在排油過程中的受力情況是不一樣的。下面主要討論柱塞在排油過程中的受力分析，而柱塞在吸油過程中的受力情況 在回程盤設(shè)計中討論。 圖 圖 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 13 頁 塞底部的液壓力用于柱塞底部的軸向液壓力2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44d p = 創(chuàng)創(chuàng) =式中大工作 壓力。 塞慣性力對缸體往復(fù)直線 運動時，有直線加速度 a，則柱塞軸向慣性力2 c o s 1 0 1 ( )zB z m a R t g a Ng - = - = 慣性力加速度 缸體旋轉(zhuǎn)角 律變化。當(dāng) 0a 和 180 時，慣性力最大值為 223m a x 0 . 6 1 5 0 01 9 . 5 1 0 2 1 5 2 4 3 ( )1 0 6 0P R t g t g Ng w g = 創(chuàng)創(chuàng) ? 桫 心反力向心加速度生的離心反力徑向力。其值為 2 243 9 0 7 ( )15Zt z t m a R Ng t = = = =盤反力 N 斜 盤反力通過柱塞球頭中心垂直于斜盤平面 ，可以分解為軸向力 P 及徑向力0山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 14 頁 c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s i n 1 2 5 6 0 s i n 1 5 3 2 5 0 ( )P N = ?= = ?軸向力 P 與作用于柱塞底部的液壓力它軸向力相平衡。而徑向力 T 則對主軸形成負(fù)載扭矩，使柱塞受到彎矩作用，產(chǎn)生接觸應(yīng)力，并使缸體產(chǎn)生傾倒力矩。 塞與柱塞腔壁之間的 接觸應(yīng)力1慮到柱塞與柱塞腔的徑向間隙遠(yuǎn)小于柱塞直徑 及柱塞腔內(nèi)的接觸長度。 因此，由垂直于柱塞腔的徑向力 擦 力112( ) ( 2 0 1 0 0 5 8 2 3 ) 0 . 1 2 5 9 2 . 3 ( ) p f N= + = + ?式中 f 為摩擦系數(shù)，常取 f =里取 分析柱塞受力，應(yīng)取柱塞在柱塞腔中具有最小接觸長度，即柱塞處于上死點時的位置。此時， N10y 12s i n 0tN p p p 0001202 21 0 2 12c o s 03 3 202f p f p p l l p l f p p - - - =驏 驏- - + - - - 桫桫+ - =式中 0l 柱塞 最小接觸長度 ，根據(jù)經(jīng)驗0l= ()d: ，這里取0l=2d =78 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 15 頁 l 柱塞名義長度 ，根據(jù)經(jīng)驗 l = (.7)d: ，這里取0l=3d =117 柱塞重心至球心距離 ，l 2 7 8 5 7 . 6 2 0 . 4l m - =以上雖有三個方程，但其中2要增加一個方程才能求解。 根據(jù)相似原理有 1 m 02 m p l 又有 1 1 m a x 0 21 ()2p p l l2 m a x 212 p l d所以 2021 222() 將式 2021 222() 代入 12s i n 0tN p p p 求解接觸長度 2l 。為簡化計算，力矩方程中離心力 2 20 0 0206 4 3 6 7 8 1 1 7 4 7 8 3 0 . 1 3 9 7 85 7 . 6 ( )1 2 6 6 1 2 1 1 7 6 0 . 1 3 9 6 7 8l l f d ll m ml f d -? 創(chuàng) ?= = =- - ? 創(chuàng) -?將式 2021 222() 代入12c o s 0f p f p p p 可得 1 20221( s i n ) 1() 1 + +犏 犏臌3 1( 5 7 1 0 s i n 1 5 1 2 2 . 5 ) 1 2 0 . 1 ( )2 . 5 5 7 = 創(chuàng) + ? = 桫 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 16 頁 32 22022s i n 5 7 1 0 s i n 1 5 1 2 2 . 5 5 8 2 3 ( )( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117+ 創(chuàng) += = =1 0 2 1 2 03 3 2 2zz l d dp l l p l f p f p p - - + - - - + - = 桫桫可得 1 2 5 6 0 1 0 1 0 . 1 1 . 7 8 1 2 2 . 55 7 ( )c o s s i n c o s 1 5 0 . 1 1 . 7 8 s i n 1 5b B f Nf jg j g + 創(chuàng)= = =- - ?式中 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 2 202222022() ( 7 8 5 7 . 6 )11117 1 . 7 8( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117+= = =塞設(shè)計 塞結(jié)構(gòu)型式 軸向柱塞泵均采用圓柱形柱塞。根據(jù)柱塞頭部結(jié)構(gòu)，可有以下三種形式： 點接觸式柱塞 ，如圖 a）所示。這種柱塞頭部為一球面，與斜盤為點接觸，其零件簡單，加工方便 。但由于接觸應(yīng)力大，柱塞頭部容易磨損剝落和邊緣掉塊，不能承受過高 的工作壓力，壽命較低。這種點接觸式柱塞在早期泵中可見，現(xiàn)在很少有應(yīng)用。 線接觸式柱塞，如圖 b）所示。柱塞頭部安裝有擺動頭，擺動頭下部可繞柱塞球窩中心擺動。擺動頭上部是球面或平面與斜盤或面接觸，以降低接觸應(yīng)力，提高泵工作壓。擺動頭與斜盤的接觸面之間靠殼體腔的油液潤滑，相當(dāng)于普通滑動軸承，其 必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 帶滑靴的柱塞，如圖 c）所示。柱塞頭部同樣裝有一個擺動頭，稱滑 靴，可以繞柱塞球頭中心擺動?；ヅc斜盤間為面接觸，接觸應(yīng)力小，能承受較高的工作壓力。高壓油液還可以通過柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持與斜盤之間有一層油膜潤滑，從而減少了摩山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 17 頁 擦和磨損，使壽命大大提高。目前大多采用這種軸向柱塞泵。 （ a） ( b ) ( c ) 圖 柱塞結(jié)構(gòu)型式 圖 閉薄壁柱塞 從圖 見，三種型式的柱塞大多做成空心結(jié)構(gòu)，以減輕 柱塞重量，減小柱塞運動時的慣性力。采用空心結(jié)構(gòu)還可以利用柱塞底部高壓油液使柱塞局部擴(kuò)張變形補(bǔ)償柱塞與柱塞腔之間的間隙，取得良好的密封效果?？招闹麅?nèi)還可以安放回程彈簧，使柱塞在吸油區(qū)復(fù)位。 但空心結(jié)構(gòu)無疑增加了柱塞在吸排油過程中的剩余無效容積。在高壓泵中，由于液體可壓縮性能的影響，無效容積會降低泵容積效率，增加泵的壓力脈動，影響調(diào)節(jié)過程的動態(tài)品質(zhì)。 因此，采用何種型式的柱塞要從工況條件 性能要求整體結(jié)構(gòu)等多方面權(quán)衡利弊，合理選擇。 航空液壓泵通常采用圖 式的封閉壁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅有足夠的山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 18 頁 剛度，而且 重量減輕 10% 20%。剩余無效容積也沒有增加。但這種結(jié)構(gòu)工藝比較復(fù)雜，需要用電子束焊接。 柱塞直徑柱塞分布塞直徑 都是互相關(guān)聯(lián)的。根據(jù)統(tǒng)計資料，在缸體上各柱塞孔直徑分布圓周長 75%，即 由此可得 9 3 . 8 20 . 7 5 0 . 7 5md ? =式中 m 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 m 隨柱塞數(shù) 于軸向柱塞泵，其 m 值如表 Z 7 9 11 m 泵的理論流量據(jù)流量公式可得柱塞直徑3 4 2 0 . 3z n 由上式計算出的應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑 ,應(yīng)選取20柱塞直徑從滿足流量的要求而確定柱塞分布圓直徑 24 1 . 9 5 3 9d m md t g Z = = 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 19 頁 柱塞名義長度 l 由于柱塞圓球中心作用有很大的徑向力 T， ，為使柱塞不致被卡死以及保持有足夠的密封長度，應(yīng)保證有最小留孔長度0l，一般?。?20 (1 . 4 1 . 8 ):30 ( 2 2 :因此，柱塞名義長度 l 應(yīng)滿足： 0 m a x m i nl l s l?+式中 柱塞最大行程； 柱塞最小外伸長度，一般取m i n 0 . 2 7 . 8zl d m m=。 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，柱塞名義長度常?。?20 2 :30 3 :這里取 3 1 1 7l d m m= 柱塞球頭直徑1 0 :，如圖 示。 圖 柱塞尺寸圖 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 20 頁 為使柱塞在排油結(jié)束時圓柱面能完全進(jìn)入柱塞腔，應(yīng)使柱塞球頭中心至圓柱面保持一定的距離般取 ( 0 . 4 0 . 5 5 ):，這里取0 . 5 1 9 . 5d m m= 。 柱塞均壓槽 高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開有環(huán)行均壓槽，起均衡側(cè)向力改善潤滑條件和存儲贓物的作用。均壓槽的尺寸常?。荷?h=距t=2 10際上，由于柱塞受到的徑向力很大， 均壓槽的作用并不明顯，還容易滑傷缸體上柱塞孔壁面。因此，目前許多高壓柱塞泵中的柱塞不開設(shè)均壓槽。 比功對于柱塞與缸體這一對摩擦副， 過大的接觸應(yīng)力不僅 會增加摩擦副之間的磨損，而且有可能壓傷柱塞或缸體。其比壓應(yīng)控制在 摩擦副材料允許的范圍 內(nèi)。取柱塞伸出最長時的最大接觸應(yīng)力作為計算比壓值，則 31m a x 312 2 2 0 . 1 1 0 2 1 3 03 9 1 0 2 0 . 4 p a p M p 創(chuàng)= = = =創(chuàng)柱塞相對缸體的最大運動速度 3m a x 1 9 . 5 1 0 4 . 6 6 1 5 1 0 0 . 5 5 / 8 / t g t g m s v m -= 創(chuàng) ? = 由此可得柱塞缸體摩擦副最大比功 1m a x m a 1 0 . 5 5 1 1 . 5 5 . / 6 0 . /v R t g M p a m s p v M p a m = ? = 上式中的許用比壓 p 許用速度 v 許用比功 值，視摩擦副材料而定，可參考表 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 21 頁 材料牌號 許用比壓 p （ 許用滑動 速度 v （ m/s） 許用比功 （ m/s） 4 30 8 60 1 15 3 20 球 磨鑄鐵 10 5 18 表 材料性能 柱塞與缸體這一對摩擦副，不宜選用熱變形相差很大的材料，這對于油溫高的泵更重要。 同時在鋼表面噴鍍適當(dāng)厚度的軟金屬來減少摩擦阻力，不選用銅材料還可以避免高溫時油液對銅材料的腐蝕作用。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 22 頁 4 滑靴受力分析與 設(shè)計 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)?；ゲ粌H增大了與斜盤的接觸面減少了 接觸應(yīng)力，而且柱塞底部的高壓油液，經(jīng)柱塞中心孔0d和滑靴中心孔0d，再經(jīng)滑靴封油帶泄露到泵殼體腔中。 由于油液在封油帶環(huán)縫中的流動，使滑靴與斜盤之間形成一層薄油膜，大大減少了相對運動件間的摩擦損失，提高了機(jī)械效率。這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)高壓力和高轉(zhuǎn)速的需要。 靴受力分析 液壓泵 工作時，作用于滑靴上有一組方向相反的力。一是柱塞底部液壓力圖把滑靴壓向斜盤，稱為壓緊力一是由滑靴面直徑為1者力圖使滑靴與斜盤分離開，稱為分離壓緊力與分離力相平衡時，封油帶上將保持一層 穩(wěn)定的油膜，形成靜壓油墊。下面對這組力進(jìn)行分析。 離力 11 為柱塞結(jié)構(gòu)與分離力分布圖。根據(jù)流體學(xué)平面圓盤放射流動可知，油液經(jīng)滑靴封油帶環(huán)縫流動的泄漏量 q 的表達(dá)式為 31221()6 若 0，則 31216式中 為封油帶油膜厚度。 封油帶上半徑為 r 的任儀點壓力分布式為 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 23 頁 21 2 221p p 若 0，則 2121 從上式可以看出， 封油帶上壓力隨半徑增大而呈對數(shù)規(guī)律下降。封油帶上總的分離力 圖 滑靴結(jié)構(gòu)及分離力分布 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 24 頁 如圖 微環(huán)面 2則封油帶分離力22 2 2 212 2 1 1 11212 ( )2 l r p d R R P 油池靜壓分離力121 1 1 p總分離力22 25211 2 121() (1 4 1 1 ) 2 0 . 1 6 1 0 ( )142 l n2 l f p p p K = + = = ? ? 緊力 2 12560 1 3 ( )c o s 4 c o s c o s 1 5d K = = = =平衡方程式 當(dāng) 滑靴受力平衡時，應(yīng)滿足下列力平衡方程式 2221121()4 c o s 2 l 即 2 2112221 ) c o R 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 25 頁 將上式代入式 31216中，得泄漏量為 32 3 3 3 22 2 7 2 2 6210 . 0 0 1 2 0 . 1 1 0 ( 3 9 1 0 ) 3 ( / m i n )1 2 ( ) c o s 1 2 2 1 0 ( 1 4 1 1 ) 1 0 c o s 1 5 = =- 創(chuàng) ? 創(chuàng)除了上述主要力之外，滑靴上還作用有其他的力。如滑靴與斜盤間的摩擦力，由滑靴質(zhì)量引起的離心力，球鉸摩擦力，帶動滑靴沿斜盤旋轉(zhuǎn)的切向力等。這些力有的使滑靴產(chǎn)生自轉(zhuǎn)， 有利于均勻摩擦； 有的可能使滑靴傾倒而產(chǎn)生偏磨，并破壞了滑靴的密封，應(yīng)該在滑靴結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計中予以注意。 靴設(shè)計 滑靴設(shè)計常用剩余壓緊力法。 余壓緊力法 剩余壓緊力法 的主要特點是：滑靴工作時，始終保持壓緊力稍大于分離力，使滑靴緊貼斜盤表面。 此時無論柱塞中心孔0d還是滑靴中心孔0d，均不起節(jié)流作用。靜壓油池壓力1 1p=112221 ) c o R 中，可得滑靴分離力為 22 2 2 621121() (1 4 1 1 ) 1 0 1 2 5 6 0 3 . 1 ( )142 l n2 l p 設(shè)剩余壓緊力y y fp p p ，則壓緊系數(shù) 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 26 頁 0 . 0 5 0 . 1 5 :，這里取 滑靴力平衡方程式即為 ( 1 ) ( 1 0 . 1 ) 3 . 1 2 . 7 9 ( )p N 用剩余壓緊力法設(shè)計的滑靴，油膜厚度較薄，一般為 右。滑靴泄漏量少，容積效率教高。但摩擦功率較大，機(jī)械效率會降低。若選擇適當(dāng)?shù)膲壕o系數(shù) ，剩余壓緊力產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也不會大，仍有較高的總效率和較長的壽命。剩余壓緊力法簡單適用，目前大多數(shù)滑靴都采用這種方法設(shè)計。 靴結(jié)構(gòu)型式 滑靴結(jié)構(gòu)有如圖 示的幾種型式。圖中（ a）所示為簡單型，靜壓油池較大，只有封油帶而無輔助支承面。結(jié)構(gòu)簡單，是目前常用的一種型式。 圖 a） 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 27 頁 圖中 （ b）所式滑靴增加了內(nèi)外輔助支承面。減小了由剩余壓緊力產(chǎn)生的比壓，同時可 以克服滑靴傾倒產(chǎn)生的偏磨使封油帶被破壞的情況。 圖 b） 圖中（ c）所示的滑靴在支承面上開設(shè)了阻尼形螺旋槽與縫隙阻尼共同形成液阻。從而實現(xiàn)滑靴油膜的靜壓支承。 圖 c） 滑靴結(jié)構(gòu)型式 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 28 頁 構(gòu)尺寸設(shè)計 下面以簡單型滑靴為例，介紹主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇和計算。 滑靴外徑2使傾角 0 時，互相之間仍有一定的間隙 s，如圖 示。 滑靴外徑22 s i n 3 9 s i n 0 . 2 4 ( )9 s m 一般取 s=1，這里取 油池直徑1設(shè)定120 : ，這里取 120 . 8 0 . 8 4 3 . 2D D m m 中心孔0d0d及長度0心孔0以不起節(jié)流作用。為改善加工工藝性能，取 0d（或0d） = 如果采用靜壓支承或最小功率損失法設(shè)計滑靴，則要求中心孔 0d（或0d）對油液有較大的阻尼作用，并選擇最佳油膜厚度0 0 . 0 1 0 . 0 2 :。節(jié)流器有以下兩種型式： 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 29 頁 /圖 滑靴外徑2（ a） 節(jié)流器采用節(jié)流管時，常以柱塞中心孔0d作為節(jié)流裝置，如圖 示。根據(jù)流體力學(xué)細(xì)長孔流量 q 為 4010()128 bd p 式中 0d0l 細(xì)長管直徑長度； K 修正系數(shù)； 001 64l 16011 2 . 6 2 01 0 5山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 30 頁 01 0 5把上式代入滑靴泄漏量公式 31216可得 4 301 1201()128 6 l p p 整理后可得節(jié)流管尺寸為 4 3020112816 l n a 代入數(shù)據(jù)可以求得0d=1 0 8l 中 a 為 壓降系數(shù)，1p 。當(dāng) 2 0 73a 時，油膜具有最大剛度，承載能力最強(qiáng)。為不使封油帶過寬及阻尼管過長，推薦壓降系數(shù) a =里取 （ b） 節(jié)流器采用節(jié)流孔時，常以滑靴中心孔0圖 據(jù)流體力學(xué)薄壁孔流量 q 為 2012 ()4 bd p 式中 般取 C= 把上式代入 31216中，有 2 30 11212 ()4 6 l p 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 31 頁 整理后可得節(jié)流孔尺寸 3202121. . l n r 代入數(shù)據(jù)可以求得 0 1d 上提供了 設(shè)計節(jié)流器的方法。從上 兩 式中可以看出，采用節(jié)流管的柱塞 滑靴組合，公式中無粘度系數(shù) ，說明油溫對節(jié)流效果影響較小，但細(xì)長孔的加工工藝性較差，實現(xiàn)起來有困難。 采用滑靴 中心孔為薄壁孔節(jié)流，受粘度系數(shù) 的影響，油溫對節(jié)流效果影響較大，油膜穩(wěn)定性也要差些。但薄壁孔加工工藝性較好。 為防止油液中污粒堵塞節(jié)流器，節(jié)流器孔徑應(yīng) 。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 32 頁 5 配油盤受力分析與設(shè)計 配油盤 是軸向柱塞泵主要零件之一，用以隔離和分配吸排油油液以及承受由高速旋轉(zhuǎn)的缸體傳來的軸向載荷。 它設(shè)計的好壞直接影響泵的效率和壽命。 油盤受力分析 不同類型的軸向柱塞泵使用的配油盤是有差別的 ， 但是功用和基本構(gòu)造則相同。圖 常用的 配油盤 簡圖。 液壓泵工作時，高速旋轉(zhuǎn)的缸體與配油盤之間作用有一對方向相反的力；即缸體因柱塞腔中高壓油液作用而產(chǎn)生的壓緊力油窗口和封油帶油膜對缸體的分離力 1 吸油窗 2 排油窗 3 過度區(qū) 4 減振槽 5 內(nèi)封油帶 6 外封油帶 7 輔助支承面 圖 配油盤基本構(gòu)造 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 33 頁 緊力由于處在排油區(qū)是柱塞腔中高壓油液作用在柱塞腔底部臺階上，使缸體受到軸向作用力，并通過缸體作用到配油盤上。 對于奇數(shù)柱塞泵，當(dāng)有 1( 1)2 Z個柱塞處于排油區(qū)時，壓緊力12 2 61 m a 1. 3 9 1 0 1 2 5 6 0 2 4 1 5 0 ( )2 4 2 4y z b d p p N 當(dāng)有 1( 1)2 Z個柱塞處于排油區(qū)時，壓緊力22 2 62 m i 1. 3 9 1 0 1 2 5 6 0 1 9 3 2 0 ( )2 4 2 4y z b d p p N 平均壓緊力1211( ) ( 2 4 1 5 0 1 9 3 2 0 ) 2 1 7 3 5 ( )22y y yp p p N 離力外封油帶分離力1封油帶分離力2油窗高壓油對缸體的分離力。 對于奇數(shù)泵，在缸體旋轉(zhuǎn)過程中，每一瞬時參加排油的柱塞數(shù)量和位置不同。封油帶的包角是變化的。實際包角比配油盤油窗包角0有所擴(kuò)大，如圖 示。 當(dāng)有 1( 1)2 Z個柱塞排油時，封油帶實際包角1為 101 1 2 2 2( 1 ) ( 9 1 )2 2 9 9 3Z a a 當(dāng)有 1( 1)2 Z個柱塞排油時，封油帶實際包角2