0142-軸向柱塞泵設(shè)計(jì)

0142-軸向柱塞泵設(shè)計(jì),軸向,柱塞,設(shè)計(jì) 摘要 Ⅰ 軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 摘要 Ⅰ 摘要 液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動(dòng)力元件,它是每個(gè)液壓 系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對(duì)于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng) 的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要 本設(shè)計(jì)對(duì)軸向柱塞泵進(jìn)行了分析,主要分析了軸向柱塞泵的分類(lèi),對(duì)其中的結(jié) 構(gòu),例如,柱塞的結(jié)構(gòu)型式﹑滑靴結(jié)構(gòu)型式﹑配油盤(pán)結(jié)構(gòu)型式等進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),還 包括它們的受力分析與計(jì)算.還有對(duì)缸體的材料選用以及校核很關(guān)鍵;最后對(duì)變量 機(jī)構(gòu)分類(lèi)型式也進(jìn)行了詳細(xì)的分析,比較了它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).該設(shè)計(jì)最后對(duì)軸向 柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了整體的分析,對(duì)今后的發(fā)展也進(jìn)行了展望. 關(guān)鍵詞: 柱塞泵,液壓系統(tǒng),結(jié)構(gòu)型式,今后發(fā)展. Abstract Ⅱ Abstract Liquid's pressing a pump is the motive component of oil liquid which presses system to provide certain discharge and pressure toward the liquid, it is each core component that the liquid presses the indispensability in the system, reasonable of choice liquid's pressing a pump can consume a ﹑ exaltation the efficiency ﹑ of the system to lower a Zao voice ﹑ an improvement work function and assurance system for liquid pressing system of of dependable work all very important This design filled a pump to carry on toward the pillar to the stalk analytical, mainly analyzed stalk to fill the classification of pump toward the pillar, as to it's win of structure, for example, the pillar fill of the ﹑ slippery Xue structure pattern ﹑ of the structure pattern went together with the oil dish structure pattern's etc. to carry on analysis and design, also include their is analyze by dint with calculation.The material which still has a body to the urn chooses in order to and school pit very key;Finally measure an organization classification towards change, the pattern also carried on detailed analysis and compared their advantage and weakness.That design end filled the merit and shortcoming of pump to carry on whole analysis toward the pillar to the stalk and also carried on an outlook to aftertime's development. Keyword: The pillar fills a pump, the liquid presses system, structure pattern, will develop from now on. 目錄 - 1 - 目錄 - 2 - 目 錄 摘 要…………………………………………………………………………………………… Ⅰ ABSTRACT ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????Ⅱ 緒論……………………………………………………………………………………………4 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù)……………………………………………… 6 1.1 直軸式軸向柱塞泵工作原理……………………………………………………………… 6 1.2 直軸式軸向柱塞泵主要性能參數(shù)………………………………………………………… 6 1.2.3 排量﹑流量與容積效率……………………………………………………………… 7 1.2.2 扭矩與機(jī)械效率 .8 1.2.3 功率與效率…………………………………………………………………………… 9 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析………………………………………… 10 2.1 柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析…………………………………………………………………………10 2.1.1 柱塞行程 S…………………………………………………………………………… 11 2.1.2 柱塞運(yùn)動(dòng)速度分析 v………………………………………………………………… 12 2.1.3 柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a…………………………………………………………………… 13 2.2 滑靴運(yùn)動(dòng)分析…………………………………………………………………………… 14 2.3 瞬時(shí)流量及脈動(dòng)品質(zhì)分析……………………………………………………………… 15 2.3.1 脈動(dòng)頻率…………………………………………………………………… 15 2.3.2 脈動(dòng)率…………………………………………………………………………………16 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………17 3.1 柱塞受力分析……………………………………………………………………………17 3.1.1 柱塞底部的液壓力 …………………………………………………………………17bP 3.1.2 柱塞慣性力……………………………………………………………………………18 3.1.3 離心反力 ……………………………………………………………………………18t 3.1.4 斜盤(pán)反力 N…………………………………………………………………………… 19 3.1.5 柱塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力 和 ………………………………………… 201p2 3.1.6 摩擦力 和 ………………………………………………………………………201fP2f 3.2 柱塞設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………… 21 3.2.1 柱塞結(jié)構(gòu)型式…………………………………………………………………………22 3.2.2 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)……………………………………………………………………23 3.2.3 柱塞摩擦副比壓 P﹑比功 驗(yàn)算……………………………………………………23vP 目錄 - 3 - 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………25 4.1 滑靴受力分析…………………………………………………………………………… 25 4.1.1 分離力…………………………………………………………………………………26 4.1.2 壓緊 力 ………………………………………………………………………………27yp 4.1.3 力平衡方程式…………………………………………………………………………27 4.2 滑靴設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………… 28 4.2.1 剩余壓緊力法…………………………………………………………………………28 4.3 滑靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)…………………………………………………………29 4.3.1 滑靴結(jié)構(gòu)型式…………………………………………………………………………29 4.3.2 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 31 5 配油盤(pán)受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 32 5.1 配油盤(pán)受力分析………………………………………………………………………… 32 5.1.1 壓緊 力 ………………………………………………………………………………33yp 5.1.2 分離力 …………………………………………………………………………… 34fp 5.2 配油盤(pán)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………… 35 5.2.1 過(guò)渡區(qū)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………35 5.2.2 配油盤(pán)主要尺寸確定…………………………………………………………………37 5.2.3 驗(yàn)算比壓 p﹑比功 pv………………………………………………………………… 38 6 缸體受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………40 6.1 缸體的穩(wěn)定性……………………………………………………………………………40 6.2 缸體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定………………………………………………………………40 6.2.1 通油孔分布圓半徑 和面積 F…………………………………………………… 40fR? 6.2.2 缸體內(nèi)﹑外直徑 ﹑ 的確定…………………………………………………… 421D2 6.2.3 缸體高度 H…………………………………………………………………………… 43 7 柱塞回程機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………44 8 斜盤(pán)力矩分析……………………………………………………………………………… 46 8.1 柱塞液壓力矩 ……………………………………………………………………… 461M 8.2 過(guò)渡區(qū)閉死液壓力矩……………………………………………………………………46 8.2.1 具有對(duì)稱(chēng)正重迭型配油盤(pán)……………………………………………………………46 8.2.2 零重迭型配油盤(pán)………………………………………………………………………47 8.2.3 帶卸荷槽非對(duì)稱(chēng)正重迭型配油盤(pán)……………………………………………………47 8.3 回程盤(pán)中心預(yù)壓彈簧力矩 ………………………………………………………… 483 目錄 - 4 - 8.4 滑靴偏轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩 …………………………………………………………… 484M 8.5 柱塞慣性力矩 ……………………………………………………………………… 485 8.6 柱塞與柱塞腔的摩擦力矩 …………………………………………………………496 8.7 斜盤(pán)支承摩擦力矩 …………………………………………………………………497 8.8 斜盤(pán)與回程盤(pán)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩 ………………………………………………508 8.9 斜盤(pán)自重力矩 ………………………………………………………………………509 9 變量機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………………………51 9.1 手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………………51 9.2 手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)………………………………………………………………………53 9.3 恒功率變量機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………55 9.4 恒流量變量機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………56 結(jié)論…………………………………………………………………………………………… 57 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………58 致謝…………………………………………………………………………………………… 59 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 5 緒論 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)也越來(lái)越廣，而作為液壓傳動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點(diǎn)，軸向柱塞 泵被廣泛使用于工程機(jī)械、起重運(yùn)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(dòng)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(jì)對(duì)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(duì)柱塞泵的 高壓﹑高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f(shuō)沒(méi)有這些這些配流方式，就沒(méi)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(lái)了 一定的不足。設(shè)計(jì)中對(duì)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(duì)缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計(jì)；對(duì)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(yùn)動(dòng)，改變柱塞腔容積實(shí)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(lèi)繁多，前者柱塞平行于缸體軸線，沿軸向按柱塞運(yùn)動(dòng)形 式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類(lèi)運(yùn)動(dòng)，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑 向運(yùn)動(dòng)。這兩類(lèi)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(jiǎn)稱(chēng)之為品質(zhì)。在這一點(diǎn)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(shí)際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許 多的產(chǎn)品在工廠檢測(cè)符合發(fā)至使用單位運(yùn)行后，往往達(dá)不到工廠出廠檢測(cè)的效 果，發(fā)生諸如過(guò)載、噪聲增大，使用達(dá)不到要求或壽命降低等等方面的問(wèn)題； 而泵在實(shí)際當(dāng)中所處的運(yùn)行點(diǎn)或運(yùn)行特征，我們稱(chēng)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(lái)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。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論 6 以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問(wèn)題，必須從電機(jī)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，單局限于泵本身 是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的；解決泵的噪聲問(wèn)題，除解決泵的流態(tài)和振動(dòng)外，同時(shí)需要 解決電機(jī)風(fēng)葉的噪聲和電磁場(chǎng)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(guò)載保護(hù)等措施；提高泵的運(yùn)行效率，須借助于控制技 術(shù)的運(yùn)用等等。這些無(wú)一不說(shuō)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(shí)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件制造精度高，成本也高， 對(duì)油液污染敏感。這些給生產(chǎn)、使用和維護(hù)帶來(lái)一定的困難。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 7 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 1.1 所示。柱塞的頭部安裝有滑靴，滑靴底 面始終貼著斜盤(pán)平面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)缸體帶動(dòng)柱塞旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于斜盤(pán)平面相對(duì)缸體平 面（xoy 面）存在一傾斜角 ，迫使柱塞在柱塞腔內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果缸體? 按圖示 n 方向旋轉(zhuǎn)，在 ～ 范圍內(nèi)，柱塞由下死點(diǎn)(對(duì)應(yīng) 位置)開(kāi)始180?36180? 不斷伸出，柱塞腔容積不斷增大，直至上死點(diǎn)(對(duì)應(yīng) 位置) 止。在這過(guò)程中，0? 柱塞腔剛好與配油盤(pán)吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔內(nèi)，這是吸油過(guò)程。隨著 缸體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在 ～ 范圍內(nèi)，柱塞在斜盤(pán)約束下由上死點(diǎn)開(kāi)始不斷進(jìn)入? 腔內(nèi)，柱塞腔容積不斷減小，直至下孔點(diǎn)止。在這過(guò)程中，柱塞腔剛好與配油 盤(pán)排油窗相通，油液通過(guò)排油窗排出。這就是排油過(guò)程。由此可見(jiàn)，缸體每轉(zhuǎn) 一跳各個(gè)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 1.1 直軸式軸向柱塞泵工作原理 1.2 直軸式軸向柱塞泵主要性能參數(shù) 給定設(shè)計(jì)參數(shù) 最大工作壓力 max40PM? 額定流量 =100L/minQ 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 8 最大流量 max20/inQL? 額定轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 最大轉(zhuǎn)速 ax3/inr 1.2.1 排量﹑流量與容積效率 軸向柱塞泵排量 是指缸體旋轉(zhuǎn)一周，全部柱塞腔所排出油液的容積，即bq 2maxmax4bXFsZds?? = (19.50)(19.502)9p′′′ ≈0.84(L) 不計(jì)容積損失時(shí)，泵的理論流量 為tbQ2max4tbbqndsZn?? =0.84×1500 =1260(L) 式中 —柱塞橫截面積；xF —柱塞外徑；d —柱塞最大行程；maxs Z—柱塞數(shù)； —傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。bn 泵的理論排量 q 為 （ml/r）10107.2.5.9vQnh′== 為了避免氣蝕現(xiàn)象，在計(jì)算理論排量時(shí)應(yīng)按下式作校核計(jì)算： 13max.pqC￡ 07.2066p′= 式中 是常數(shù)，對(duì)進(jìn)口無(wú)預(yù)壓力的油泵 =5400；對(duì)進(jìn)口壓力為 5kgf/cm 的油pC 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 9 泵 =9100，這里取 =9100 故符合要求。pCpC 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(duì)液壓元件型號(hào)命名的標(biāo) 準(zhǔn)中明確規(guī)定用排量作為主參數(shù)來(lái)區(qū)別同一系列不同規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品。 從泵的排量公式 中可以看出，柱塞直徑 ﹑分布圓直徑24bxfqdDZtg???zd ﹑柱塞數(shù) Z 都是泵的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且當(dāng)原動(dòng)機(jī)確定之后傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 也fD bn 是不變的量。要想改變泵輸出流量的方向和大小，可以通過(guò)改變斜盤(pán)傾斜角 來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于直軸式軸向柱塞泵，斜盤(pán)最大傾斜角 ～ ，該設(shè)計(jì)? max15???20? 是通軸泵，受機(jī)構(gòu)限制，取下限，即 。15gO= 泵實(shí)際輸出流量 為gbQ =100-3=97（ml/min）tb??: 式中 為柱塞泵泄漏流量。b: 軸向柱塞泵的泄漏流量主要由缸體底面與配油盤(pán)之間﹑滑靴與斜盤(pán)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(wú) 效容積也造成容積損失。 泵容積效率 定義為實(shí)際輸出流量 與理論流量 之比，即 VB?gbQtb =gbt?97%10 軸向柱塞泵容積效率一般為 =0.94～0.98，故符合要求。b?? 1.2.2 扭矩與機(jī)械效率 不計(jì)摩擦損失時(shí)，泵的理論扭矩 為tbM =2btpq??:6610.841.0(.)Nm′=′ 式中 為泵吸﹑排油腔壓力差。bp: 考慮摩擦損失 時(shí)，實(shí)際輸出扭矩 為bMgbM =gtb??:6661.0.21.80(.)Nm′+′=′ 軸向柱塞泵的摩擦損失主要由缸體底面與配油盤(pán)之間﹑滑靴與斜盤(pán)平面之 間﹑柱塞與柱塞腔之間的摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及軸承運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。 泵的機(jī)械效率定義為理論扭矩 與實(shí)際輸出扭矩 之比，即tbgb 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 10 61.08.9%tbtbm bg fMMh′===+: 1.2.3 功率與效率 不計(jì)各種損失時(shí)，泵的理論功率 tbN =2tbtgpQnM??:6150.823()kwp′′= 泵實(shí)際的輸入功率 為r =12brbgbtmNn?61502.28()0.9kwp′′ 泵實(shí)際的輸出功率 為bc =3gbtbNpQgh=:631.095427()kw′′= 定義泵的總 效率 為輸出功率 與輸入功率 之比，即?bcbrN = 12tbcbmrtbpNMghh=:0.89.70.86′ 上式表明，泵總效率為容積效率與機(jī)械效率之積。對(duì)于軸向柱塞泵，總效 率一般為 =0.85～0.9,上式滿足要求。bh 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 11 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 泵在一定斜盤(pán)傾角下工作時(shí)，柱塞一方面與缸體一起旋轉(zhuǎn)，沿缸體平面做 圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面又相對(duì)缸體做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成，使柱塞 軸線上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。此外，柱塞還可能有由于摩擦而產(chǎn)生的 相對(duì)缸體繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)使柱塞的磨損和潤(rùn)滑趨于均勻，是 有利的。 2.1 柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，主要是研究柱塞相對(duì)缸體的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。即分析柱 塞與缸體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)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)。 2.1.1 柱塞行程 S 圖 2.1 為一般帶滑靴的軸向柱塞運(yùn)動(dòng)分析圖。若斜盤(pán)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(shí)的上死點(diǎn)fR 位置為 ，則對(duì)應(yīng)于任一旋轉(zhuǎn)角 a 時(shí)，0? 圖 2.1 柱塞運(yùn)動(dòng)分析 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 12 cosffhRa=- 所以柱塞行程 S 為 1(s)stgtg- 當(dāng) 時(shí)，可得最大行程 為180aO=max ax2ffsRtDt=3918039()tmO′= 2.1.2 柱塞運(yùn)動(dòng)速度分析 v 將式 對(duì)時(shí)間微分可得柱塞運(yùn)動(dòng)速度 v 為1(cos)shtgRtg???? .sinsafttdRtgauw= 當(dāng) 及 時(shí)， ，可得最大運(yùn)動(dòng)速度 為90a??27in1??max? max509.2.189(/)6fRtgtgsupO′= 式中 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， 。watw= 2.1.3 柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a 將 對(duì)時(shí)間微分可得柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a 為.sinsafttdRtg???? 2.cosafttdRtga???? 當(dāng) 及 時(shí)， 可得最大運(yùn)動(dòng)加速度 為0a??18cos1,?max 2max15089219(/)6fRtgswp??÷?=′=è? 柱塞運(yùn)動(dòng)的行程 s﹑速度 v﹑加速度 與缸體轉(zhuǎn)角 a 的關(guān)系如圖 2.2 所示。a 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 13 圖 2.2 柱塞運(yùn)動(dòng)特征圖 2.2 滑靴運(yùn)動(dòng)分析 研究滑靴的運(yùn)動(dòng)，主要是分析它相對(duì)斜盤(pán)平面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即滑靴中心在 斜盤(pán)平面 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖 2.3） ，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。橢圓的長(zhǎng)﹑xoy￠ 短軸分別為 長(zhǎng)軸 23940.()cos15fRbmgO== 短軸 ()fa 設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為 sincofxRy? 如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2221coshfxtga??? 極角 (cos)artga?? 滑靴在斜盤(pán)平面 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)角速度 為xoy? h? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 14 22cosinhtdaaqwg=+ 由上式可見(jiàn)，滑靴在斜盤(pán)平面內(nèi)是不等角速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng) ﹑ 時(shí)， 最2??3h? 大（在短軸位置）為 maxcoshwg=15026(/)radspO′= 當(dāng) ﹑ 時(shí)， 最?。ㄔ陂L(zhǎng)軸位置）為0a??h? min150cs2cos152(/)6radspO′ 由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周（ ）的時(shí)間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周o?? 的時(shí)間。因此，其平均旋轉(zhuǎn)角速度等于缸體角速度，即 7(/)0ap radsw=′= 2.3 瞬時(shí)流量及脈動(dòng)品質(zhì)分析 柱塞運(yùn)動(dòng)速度確定之后，單個(gè)柱塞的瞬時(shí)流量可寫(xiě)成 2sintiztftQFRtga???? 式中 為柱塞橫截面積， 。zF4zzd? 泵柱塞數(shù)為 9，柱塞角距（相鄰柱塞間夾角）為 ，位于20.79Z???? 排油區(qū)的柱塞數(shù)為 ，那么參與排油的各柱塞瞬時(shí)流量為0Z 123sin()i2tzftzfQFRtgatwq=+ …… …… 0sin[(1)]tzfQFRtgaZ?????? 泵的瞬時(shí)流量為 120ttttzQ? ? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 15 ??0100sin(1)siZzftzfFRgaiZt?????????? 由上式可以看出，泵的瞬時(shí)流量與缸體轉(zhuǎn)角 a 有關(guān)，也與柱塞數(shù)有關(guān)。∏/2∏ ∏ ∏ 圖 2.3 奇數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量 對(duì)于奇數(shù)柱塞，排油區(qū)的柱塞數(shù)為 。oZ 當(dāng) 時(shí)，取 = ，由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為0aZ??o1952+= cos2intzfaZQFRtg??????????? 當(dāng) 時(shí)，取 ，同樣由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為2aZ??012Z? 3cos2intzfaZQFRtg??????????? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 16 當(dāng) a=0﹑ ﹑ ﹑……時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最小值為Z?2 min12sintzfQFRtgZ???? 奇數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量規(guī)律見(jiàn)圖 2—3 我們常用脈動(dòng)率 和脈動(dòng)頻率 f 表示瞬時(shí)流量脈動(dòng)品質(zhì)。? 定義脈動(dòng)率 maxinttpQd-= 這樣，就可以進(jìn)行流量脈動(dòng)品質(zhì)分析。 2.3.1 脈動(dòng)頻率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時(shí) 150294()6fnZHz=′= 2.3.2 脈動(dòng)率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時(shí) .()0.26%2494tgtgZppd=′= 利用以上兩式計(jì)算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 2.1 柱塞泵流量脈動(dòng)率 由以上分析可知： （1） 隨著柱塞數(shù)的增加，流量脈動(dòng)率下降。 （2） 相鄰柱塞數(shù)想比，奇數(shù)柱塞泵的脈動(dòng)率遠(yuǎn)小于偶數(shù)柱塞泵的脈動(dòng)率。這 就是軸向柱塞泵采用奇數(shù)柱塞的根本原因。 從中還可以看出，奇數(shù)柱塞中，當(dāng) 時(shí),脈動(dòng)率已小于 1%.因此,從泵13Z? Z （%）? 6 13.40 8 7.61 10 4.89 12 3.41 14 2.61 16 1.92 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 17 的結(jié)構(gòu)考慮,軸向柱塞泵的柱塞數(shù)常取 Z=7﹑9﹑11. 泵瞬時(shí)流量是一周期脈動(dòng)函數(shù).由于泵內(nèi)部或系統(tǒng)管路中不可避免地存在 有液阻,流量的脈動(dòng)必然要引起壓力脈動(dòng).這些脈動(dòng)嚴(yán)重影響了輸出流量品質(zhì),使 系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,當(dāng)泵的脈動(dòng)頻率與液壓油柱及管路的固有頻率相當(dāng),就產(chǎn)生了 諧振的條件,諧振時(shí)壓力脈動(dòng)可能很高,這時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)件有極大的潛在破壞性.在 一些極端情況下,幾分鐘之內(nèi)管路或附件即可達(dá)到疲勞破壞極限.液壓油的流量 ﹑壓力脈動(dòng)在管路或附件中激勵(lì)起高頻率的機(jī)械震動(dòng)將引起導(dǎo)致管路﹑附件及 安裝構(gòu)件的應(yīng)力.液壓泵的供壓管路,一般是最容易受到破壞的部位.以上,對(duì)飛 機(jī)液壓系統(tǒng)尤其重要. 在設(shè)計(jì)液壓泵和液壓系統(tǒng)時(shí)，要考慮采取措施抑制或吸收壓力脈動(dòng)，避免 引起諧振。對(duì)于壓力脈動(dòng)的幅值，在航空液壓標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格的規(guī)定，例如航標(biāo) 《變量泵通用技術(shù)條件》 （HB5839—83）中規(guī)定：在任何情況下，壓力脈動(dòng)均不 超過(guò)額定出口壓力的 。實(shí)際上 的指標(biāo)還是偏大，但由于制造工藝上10%?10? 的原因，壓力脈動(dòng)的指標(biāo)還不能定的很?chē)?yán)格，但降低泵的壓力脈動(dòng)無(wú)疑是今后 液壓技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 18 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。單個(gè)柱塞隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，半周吸 油﹑一周排油。柱塞在吸油過(guò)程與在排油過(guò)程中的受力情況是不一樣的。下 面主要討論柱塞在排油過(guò)程中的受力分析，而柱塞在吸油過(guò)程中的受力情況 在回程盤(pán)設(shè)計(jì)中討論。 3.1 柱塞受力分析 圖 3.1 是帶有滑靴的柱塞受力分析簡(jiǎn)圖。 圖 3.1 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 3.1.1 柱塞底部的液壓力 bP 柱塞位于排油區(qū)時(shí)，作用于柱塞底部的軸向液壓力 為bP 236max(01)40125()4bdp N-=′′= 式中 為泵最大工作壓力。maxP 3.1.2 柱塞慣性力 B 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 19 柱塞相對(duì)缸體往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有直線加速度 a，則柱塞軸向慣性力 為BP 2cos10()zBzfGPmaRtgNw=- =- 式中 ﹑ 為柱塞和滑靴的總質(zhì)量。zmG 慣性力 方向與加速度 a 的方向相反，隨缸體旋轉(zhuǎn)角 a 按余弦規(guī)律變化。當(dāng)B 和 時(shí)，慣性力最大值為0a??18 223max0.6150191543()6ZBfGPRtgtgNwp- O??÷?=′′′=è? 3.1.3 離心反力 t 柱塞隨缸體繞主軸作等速圓周運(yùn)動(dòng)，有向心加速度 ，產(chǎn)生的離心反力ta 通過(guò)柱塞質(zhì)量重心并垂直軸線，是徑向力。其值為tP 243907()15ZtztfGPmaRNgtwO== 3.1.4 斜盤(pán)反力 N 斜盤(pán)反力通過(guò)柱塞球頭中心垂直于斜盤(pán)平面，可以分解為軸向力 P 及徑向力 即0T cos12560cos123()inin50PNTNg O=′= 軸向力 P 與作用于柱塞底部的液壓力 及其它軸向力相平衡。而徑向力bP T 則對(duì)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。 3.1.5 柱塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力 和1p2 該力是接觸應(yīng)力 和 產(chǎn)生的合力。考慮到柱塞與柱塞腔的徑向間隙遠(yuǎn)小1p2 于柱塞直徑及柱塞腔內(nèi)的接觸長(zhǎng)度。因此，由垂直于柱塞腔的徑向力 T 和離心 力 引起的接觸應(yīng)力 和 可以看成是連續(xù)直線分布的應(yīng)力。fp12 3.1.6 摩擦力 和1fPf 柱塞與柱塞腔壁之間的摩擦力 為fp 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 20 12()(01582)0.1592.()fPpf N=++′= 式中 為摩擦系數(shù)，常取 =0.05～0.12，這里取 0.1。f 分析柱塞受力，應(yīng)取柱塞在柱塞腔中具有最小接觸長(zhǎng)度，即柱塞處于上死點(diǎn) 時(shí)的位置。此時(shí)，N﹑ 和 可以通過(guò)如下方程組求得1p2 0y??12sin0tNp???? 0 zM?12021 12cos33bszztfplldpl fdflg--=??÷??-+--è?è= 式中 ——柱塞最小接觸長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) = ，這里取0l 0l(.52)d: = =78mm；0l2d ——柱塞名義長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) = ，這里取l l(2.73)d: = =117mm；0l3d ——柱塞重心至球心距離， =tl tl0285.620.4m--= 以上雖有三個(gè)方程，但其中 也是未知數(shù)，需要增加一個(gè)方程才能求解。2l 根據(jù)相似原理有 1max022pl?? 又有 1ax0()l 2m2zzpd? 所以 0122()l? 將式 代入 求解接觸長(zhǎng)度 。為簡(jiǎn)化計(jì)算，012()lp?12sin0tNp???2l 力矩方程中離心力 相對(duì)很小可以忽略，得tP 2 20026436784783.19785.6()11260.zlfdl m-′-′-′′=== 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 21 將式 代入 可得 2012()lp??12cos0bsNfpp???? 1 20(sin)1()1txPplgéùêú=+-??3(570si5.)20.1().57kNO??÷?′′+=è? 322 20in710sin83()()(8.6)txNPlgO+=-- 將以上兩式代入 可得0221 12033zztlldplpffpl??-÷??-+-=è?è 1560.78.57()cosincossinbBtPfN KNjgOO+′==-- 式中 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。? 2202()(785.6)11.78xxllj--++==- 3.2 柱塞設(shè)計(jì) 3.2.1 柱塞結(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： ①點(diǎn)接觸式柱塞，如圖 3.2（a）所示。這種柱塞頭部為一球面，與斜盤(pán)為點(diǎn)接 觸，其零件簡(jiǎn)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(guò)高的工作壓力，壽命較低。這種點(diǎn)接觸式柱塞在早期泵 中可見(jiàn)，現(xiàn)在很少有應(yīng)用。 ② 線接觸式柱塞，如圖 3.2（b）所示。柱塞頭部安裝有擺動(dòng)頭，擺動(dòng)頭下部可 繞柱塞球窩中心擺動(dòng)。擺動(dòng)頭上部是球面或平面與斜盤(pán)或面接觸，以降低接 觸應(yīng)力，提高泵工作壓。擺動(dòng)頭與斜盤(pán)的接觸面之間靠殼體腔的油液潤(rùn)滑， 相當(dāng)于普通滑動(dòng)軸承，其 值必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。??pv 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 22 ③ 帶滑靴的柱塞，如圖 3.2（c）所示。柱塞頭部同樣裝有一個(gè)擺動(dòng)頭，稱(chēng)滑靴， 可以繞柱塞球頭中心擺動(dòng)?；ヅc斜盤(pán)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(guò)柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面 泄漏，保持與斜盤(pán)之間有一層油膜潤(rùn)滑，從而減少了摩擦和磨損，使壽命大 大提高。目前大多采用這種軸向柱塞泵。 （a） ( b ) ( c ) 圖 3.2 柱塞結(jié)構(gòu)型式 圖 3.3 封閉薄壁柱塞 從圖 3.2 可見(jiàn)，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(yùn)動(dòng)時(shí)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(wú)疑增加了柱塞在吸排油過(guò)程中的剩余無(wú)效容積。在高壓泵中， 由于液體可壓縮性能的影響，無(wú)效容積會(huì)降低泵容積效率，增加泵的壓力脈動(dòng)， 影響調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)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 3.3 所式的封閉壁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅有足夠的剛 度，而且重量減輕 10%～20%。剩余無(wú)效容積也沒(méi)有增加。但這種結(jié)構(gòu)工藝比較 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 23 復(fù)雜，需要用電子束焊接。 3.2.2 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) ① 柱塞直徑 及柱塞分布塞直徑ZdfD 柱塞直徑 ﹑柱塞分布塞直徑 和柱塞數(shù) Z 都是互相關(guān)聯(lián)的。根據(jù)統(tǒng)計(jì) 資料，在缸體上各柱塞孔直徑 所占的弧長(zhǎng)約為分布圓周長(zhǎng) 的 75%，即ZdfD? 0.75f?? 由此可得 93.82fxDmdp=?= 式中 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 隨柱塞數(shù) Z 而定。對(duì)于軸向柱塞泵，其 值如表 3.1 所m 示。 Z 7 9 11 m 3.1 3.9 4.5 表 3.1 當(dāng)泵的理論流量 和轉(zhuǎn)速 根據(jù)使用工況條件選定之后，根據(jù)流量公式可得fbQbn 柱塞直徑 為Zd 3420.3tbZQdmzgp=? 由上式計(jì)算出的 數(shù)值要圓整化，并應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑,應(yīng)選取 20mm.Z 柱塞直徑 確定后，應(yīng)從滿足流量的要求而確定柱塞分布圓直徑 ，即xd fD 241.953tbfxDdmdgZnp== ② 柱塞名義長(zhǎng)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(zhǎng)度，應(yīng)保證有最小留孔長(zhǎng)度 ，一般?。?l 20bpMa?(1.48)zd?: 3?025zl 因此，柱塞名義長(zhǎng)度 應(yīng)滿足：l 0maxinlsl3+ 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 24 式中 ——柱塞最大行程；maxs ——柱塞最小外伸長(zhǎng)度，一般取 。inl min0.27.8zld= 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，柱塞名義長(zhǎng)度常?。?20bpMa￡(.35)zl?: 3?24zd 這里取 317ldm= ③ 柱塞球頭直徑 按經(jīng)驗(yàn)常取 ，如圖 3.4 所示。1(0.8)zd?: 圖 3.4 柱塞尺寸圖 為使柱塞在排油結(jié)束時(shí)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 ，一般取 ，這里取 。dl(0.45)dzld=:0.519.dzlm= ④ 柱塞均壓槽 高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開(kāi)有環(huán)行均壓槽，起均衡側(cè)向力﹑改善潤(rùn)滑 條件和存儲(chǔ)贓物的作用。均壓槽的尺寸常取：深 h=0.3～0.7mm；間距 t=2～10mm 實(shí)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(kāi)設(shè)均壓槽。 3.2.3 柱塞摩擦副比壓 P﹑比功 驗(yàn)算vP 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì) 25 對(duì)于柱塞與缸體這一對(duì)摩擦副，過(guò)大的接觸應(yīng)力不僅會(huì)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(zhǎng)時(shí)的最大接觸應(yīng)力作為計(jì)算比壓值，則 [] 31max20.123094zpMpapadl-′== 柱塞相對(duì)缸體的最大運(yùn)動(dòng)速度 應(yīng)在摩擦副材料允許范圍內(nèi)，即axv []3max19.504.6150.5/8/fvRtgtgmsvswO-=′′== 由此可得柱塞缸體摩擦副最大比功 為maxpv []1max220.51/60./fzpvRtgMspvasdl=′== 上式中的許用比壓 ﹑許用速度 ﹑許用比功 的值，視摩擦副材料而????v?? 定，可參考表 3.2。 材料牌號(hào) 許用比壓 ??p （Mpa ） 許用滑動(dòng)速度 ??v （ m/s） 許用比功 ??pv （Mpa.m/s） ZQAL9—4 30 8 60 ZQSn10—1 15 3 20 球磨鑄鐵 10 5 18 表 3.2 材料性能 柱塞與缸體這一對(duì)摩擦副，不宜選用熱變形相差很大的材料，這對(duì)于油溫 高的泵更重要。同時(shí)在鋼表面噴鍍適當(dāng)厚度的軟金屬來(lái)減少摩擦阻力，不選用 銅材料還可以避免高溫時(shí)油液對(duì)銅材料的腐蝕作用。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 26 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)。滑靴不僅增大了與斜盤(pán)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 和滑靴中0d? 心孔 ，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(dòng)，0d 使滑靴與斜盤(pán)之間形成一層薄油膜，大大減少了相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。 4.1 滑靴受力分析 液壓泵工作時(shí)，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(pán)，稱(chēng)為壓緊力 ；另一是由滑靴面直徑為 的油池產(chǎn)生的靜壓yp1D 力 與滑靴封油帶上油液泄漏時(shí)油膜反力 ，二者力圖使滑靴與斜盤(pán)分離開(kāi)，1fp 2fp 稱(chēng)為分離 。當(dāng)壓緊力與分離力相平衡時(shí)，封油帶上將保持一層穩(wěn)定的油膜，f 形成靜壓油墊。下面對(duì)這組力進(jìn)行分析。 4.1.1 分離力 f 圖 1—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(pán)放射流動(dòng)可知， 油液經(jīng)滑靴封油帶環(huán)縫流動(dòng)的泄漏量 q 的表達(dá)式為 312()6pqRln????? 若 ，則0zp? 3126pqRln???? 式中 為封油帶油膜厚度。? 封油帶上半徑為 的任儀點(diǎn)壓力分布式為r211ln()rRrpP??? 若 ，則0zp? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 27 21lnrRp? 從上式可以看出，封油帶上壓力隨半徑增大而呈對(duì)數(shù)規(guī)律下降。封油帶上總的 分離力 可通過(guò)積分求得。fp 圖 4.1 滑靴結(jié)構(gòu)及分離力分布 如圖 4.1，取微環(huán)面 ，則封油帶分離力 為2rd?2fp 2 221111()lnRfrpdRP????? 油池靜壓分離力 為1fp 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 28 211fpR?? 總分離力 為fp 225112()(41)0.61()lnlnfffRpKN--=+=′=′ 4.1.2 壓緊力 yp 滑靴所受壓緊力主要由柱塞底部液壓力 引起的，即bp 215603()cos4cosbyzdKNgO== 4.1.3 力平衡方程式 當(dāng)滑靴受力平衡時(shí)，應(yīng)滿足下列力平衡方程式 yfp? 221()4coslnbzRdP??? 即 211l()coszbpR??? 將上式代入式 中，得泄漏量為 3126qln??? 32333272610.1.0(91)(/min)()cos(4)cos5bzpdq LR pmg-- O′′===- ′ 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(pán)間的摩擦力， 由滑靴質(zhì)量引起的離心力，球鉸摩擦力，帶動(dòng)滑靴沿斜盤(pán)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(jì)中予以注意。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 29 4.2 滑靴設(shè)計(jì) 滑靴設(shè)計(jì)常用剩余壓緊力法。 4.2.1 剩余壓緊力法 剩余壓緊力法的主要特點(diǎn)是：滑靴工作時(shí)，始終保持壓緊力稍大于分離力， 使滑靴緊貼斜盤(pán)表面。此時(shí)無(wú)論柱塞中心孔 還是滑靴中心孔 ，均不起節(jié)流0d? 0d 作用。靜壓油池壓力 與柱塞底部壓力 相等，即1pbp = b 將上式代入式 中，可得滑靴分離力為 211ln()coszbRdp??? 22611(41)01253.()lnlnbpNR?????? 設(shè)剩余壓緊力 ，則壓緊系數(shù)yfp??? ，這里取 0.1。0.5.1yp?: 滑靴力平衡方程式即為 (1)(.)32.79()fy N???? 用剩余壓緊力法設(shè)計(jì)的滑靴，油膜厚度較薄，一般為 0.008～0.01mm 左右?；?靴泄漏量少，容積效率教高。但摩擦功率較大，機(jī)械效率會(huì)降低。若選擇適當(dāng) 的壓緊系數(shù) ，剩余壓緊力產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也不會(huì)大，仍有較高的總效率和較? 長(zhǎng)的壽命。剩余壓緊力法簡(jiǎn)單適用，目前大多數(shù)滑靴都采用這種方法設(shè)計(jì)。 4.3 滑靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 4.3.1 滑靴結(jié)構(gòu)型式 滑靴結(jié)構(gòu)有如圖 4.2 所示的幾種型式。圖中（a）所示為簡(jiǎn)單型，靜壓油池 較大，只有封油帶而無(wú)輔助支承面。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是目前常用的一種型式。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 30 圖 4.2（a） 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(shí)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 4.2（b） 圖中（c）所示的滑靴在支承面上開(kāi)設(shè)了阻尼形螺旋槽與縫隙阻尼共同形成 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 31 液阻。從而實(shí)現(xiàn)滑靴油膜的靜壓支承。 圖 4.2（c） 滑靴結(jié)構(gòu)型式 4.3.2 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 下面以簡(jiǎn)單型滑靴為例，介紹主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇和計(jì)算。 ① 滑靴外徑 2D 滑靴在斜盤(pán)上的布局，應(yīng)使傾角 時(shí)，互相之間仍有一定的間隙 s，如圖0?? 4.3 所示。 滑靴外徑 為2 2sin39sin0.24()fDmZ??????? 一般取 s=0.2～1，這里取 0.2。 ② 油池直徑 初步計(jì)算時(shí)，可設(shè)定 ，這里取 0.8.120.68: 2.43.2??? ③ 中心孔 ﹑ 及長(zhǎng)度0d?0l 如果用剩余壓緊力法設(shè)計(jì)滑靴，中心孔 和 可以不起節(jié)流作用。為改善0d? 加工工藝性能，取 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 32 （或 ）=0.8～1.5mm 0d0? 如果采用靜壓支承或最小功率損失法設(shè)計(jì)滑靴，則要求中心孔 （或 ）0d0? 對(duì)油液有較大的阻尼作用，并選擇最佳油膜厚度 。節(jié)流器有0.1.2m??: 以下兩種型式： ∏ / 圖 4.3 滑靴外徑 的確定2D （a） 節(jié)流器采用節(jié)流管時(shí)，常以柱塞中心孔 作為節(jié)流裝置，如圖 4.1 所0d? 示。根據(jù)流體力學(xué)細(xì)長(zhǎng)孔流量 q 為 401()28bplK????? 式中 ﹑ ——細(xì)長(zhǎng)管直徑﹑長(zhǎng)度；0dl K——修正系數(shù)； 0164xRdKl???? 1602.xd???????0.65xdR?? .8??0.x?? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 33 把上式代入滑靴泄漏量公式 可得 3126pqRln???? 43012()86lnbdpK??? 整理后可得節(jié)流管尺寸為 代入數(shù)據(jù)可以求得 430216lnbdapRl???? =1 0d?m08l 式中 為壓降系數(shù)， 。當(dāng) 時(shí)，油膜具有最大剛度，承載能力a1bpa?2.673? 最強(qiáng)。為不使封油帶過(guò)寬及阻尼管過(guò)長(zhǎng)，推薦壓降系數(shù) =0.8～0.9，這里取a 0.8。 （b） 節(jié)流器采用節(jié)流孔時(shí)，常以滑靴中心孔 作為節(jié)流裝置，如圖 4.1 所示。0d 根據(jù)流體力學(xué)薄壁孔流量 q 為 201()4bgCpr??? 式中 C 為流量系數(shù)，一般取 C=0.6～0.7。 把上式代入 中，有 3126pqRln???? 2 30 112()46lnbdpgCpRr????? 整理后可得節(jié)流孔尺寸 代入數(shù)據(jù)可以求得 32021.lnbadpRgCr???? 0m 以上提供了設(shè)計(jì)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(wú)粘度系數(shù) ，說(shuō)明油溫對(duì)節(jié)流效果影響較小，但細(xì)長(zhǎng)孔的? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 34 加工工藝性較差，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(duì)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) 。0.4m? 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 配油盤(pán)受力分析與設(shè)計(jì) 35 5 配油盤(pán)受力分析與設(shè)計(jì) 配油盤(pán)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(lái)的軸向載荷。它設(shè)計(jì)的好壞直接影響泵的效率和壽命。 5.1 配油盤(pán)受力分析 不同類(lèi)型的軸向柱塞泵使用的配油盤(pán)是有差別的，但是功用和基本構(gòu)造則相 同。圖 5.1 是常用的配油盤(pán)簡(jiǎn)圖。 液壓泵工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的缸體與配油盤(pán)之間作用有一對(duì)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 ；配油窗口和封油帶油膜對(duì)缸yp 體的分離力 。fp 1—吸油窗 2—排油窗 3—過(guò)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 5.1 配油盤(pán)基本構(gòu)造 5.1.1 壓緊力 yp 壓緊力是由于處在排油區(qū)是柱塞腔中高壓油液作用在柱塞腔底部臺(tái)階上，使 缸體受到軸向作用力，并通過(guò)缸體作用到配油盤(pán)上。 對(duì)于奇數(shù)柱塞泵，當(dāng)有 個(gè)柱塞處于排油區(qū)時(shí)，壓緊力 為1()2Z?1yp 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 配油盤(pán)受力分析與設(shè)計(jì) 36 2 261max91. 301240()44yzbyZpdp N?????????? 當(dāng)有 個(gè)柱塞處于排油區(qū)時(shí)，壓緊力 為()2?yp 2 26min91. 30159320()44yzbypdp?? 平均壓緊力 為 12()(15092)7()yy N????? 5.1.2 分離力 fp 分離力由三部分組成。即外封油帶分離力 ，內(nèi)封油帶分離力 ，排油1fp2fp 窗高壓油對(duì)缸體的分離力。 對(duì)于奇數(shù)泵，在缸體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，每