【正文】 優(yōu)劣。 21 容積效率 26 柱塞瞬時流量及脈動品質(zhì)分析 30 柱塞受力分析 36 6 軸向柱塞泵的仿真運動 7 結(jié)論 48 1 軸向柱塞泵概述 軸向柱塞泵簡介 軸向柱塞泵由于 具有 柱塞結(jié)構(gòu)緊湊、工作壓力高、效率高、容易實現(xiàn)變量等，被廣泛應(yīng)用于工作壓力高，流量大而又需要調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng)中。由于軸向泵結(jié)構(gòu)上的特點，軸配流配向柱塞泵耐沖擊、壽命長、控制精度高。 我國從 80 年代末 90 年代初有很多科 研機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)廠家開始研究開發(fā)這種產(chǎn)品，但都沒有取得實質(zhì)性進(jìn)展。這些技術(shù)成果的取得，使我國徑向柱塞泵的研制在設(shè)計理論與材料工藝方面取得突破性進(jìn)展。當(dāng)今社會，可進(jìn)發(fā)展日新月異，人們在以環(huán)保、電子等領(lǐng)域高科技發(fā)展及世界可持續(xù)發(fā)展為主所產(chǎn)生的巨大需求的大背景下，對于包括泵行業(yè) 在內(nèi)的許多行業(yè)或領(lǐng)域都帶來了技術(shù)的飛速變革和發(fā)展。它的多元性主要體現(xiàn)在： （ 1） 輸送介質(zhì)的多樣性 （ 2） 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的差異性 （ 3） 運行要求的不同性 從輸送介質(zhì)來看，最早泵的輸送對象為單一的水及其它可流動的液體、氣體或漿體到現(xiàn)在可輸送固液混合物、氣液混合物、固液氣混合物，直至輸送活 的物體如土豆、魚等等。 基于可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的總體背景，泵的運行環(huán)境對泵的設(shè)計又提出了眾多的要求，如泄漏減少、噪聲振動降低、可調(diào)性增加、壽命延長等等均對泵的設(shè)計提出了不同的側(cè)重點或幾個著重點并行均需考慮，也必然形成泵的多元化形式。下面以直軸式軸向柱塞泵為例來說明軸向柱塞泵的工作原理。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?？梢?，缸體每轉(zhuǎn)一圈，各個柱塞有半周吸油、半周排油。 1斜盤 2回程盤 3滑靴 4柱塞 5缸體 6配油盤 7傳動軸 圖 11 直軸式軸向柱塞泵工作原理 安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 4 2 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 給定數(shù)據(jù) 最大工作壓力 max 35P MPa? 額定流量 Q=100L /min 額定轉(zhuǎn)速 n=1450r/min 柱塞設(shè)計 （ 1）柱塞結(jié)構(gòu)型式的選擇 軸向柱塞泵均采用圓柱形柱塞。 2）線接觸式柱塞 如圖 21（ 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。滑靴與斜盤間為面接觸，接觸應(yīng)力小，能承受較高的工作壓力。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。 綜上，本設(shè)計選用圖 21（ c）所示的型式。對于軸向柱塞泵，其 m 值如表 21所示。 圖 22 柱塞尺寸圖 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安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 7 定的距離 dl ，一般取 (0. 4 0. 55 )dzld?? ，這里取 10dzl d mm==。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 53 9 1 0 2 0 . 4zpp M p a p M p adl ???? ? ? ? ? （ 23） 柱塞相對缸體的最大運動速度 maxv 應(yīng)在摩擦副材料允許范圍內(nèi)，即 3m a x 1 9 . 5 1 0 4 . 6 6 1 5 1 0fv R tg tg?? ??? ? ? ? ? （ 24） [ ]0 .5 5 / 8 /m s v m s= = 由此可得柱塞缸體摩擦副最大比功 max maxpv 為 1m a x m a x 12 2 1 0 . 5 5fzpp v R tgdl ??? ? ? （ 25） [ ]1 1 . 5 5 . / 6 0 . /M p a m s p v M p a m s= = 上式中的許用比壓 ??p ﹑許用速度 ??v ﹑許用比功 ? ?pv 的值，視摩擦副材料而定，可參考表 21?；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。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?；バ孤┝可?，容積效率教高。 （ 1）滑靴的結(jié)構(gòu)型式的選擇 滑靴結(jié)構(gòu)有如圖 23 所示的 3 種型式。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。 （ 2）滑靴結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 圖 24 滑靴外徑的確定 滑靴在斜盤上的布局，應(yīng)使傾角 0?? 時，互相之間仍有一定的間隙 s，如圖 24 所示。它設(shè)計的好壞直接影響泵的效率和壽命。這種高低壓交替的沖擊壓力嚴(yán)重降低流量脈動品質(zhì)，產(chǎn)生噪音和功率消耗以及周期性的沖擊載荷。 式中 tbQ — 泵理論流量； 2F — 配油窗面積， 2202 2 3()2F R R???； ??0? — 許用吸入流速， ??0? =2～ 3m/s。輔助支承面上開有寬度為 B的通油槽，起卸荷作用。 缸體設(shè)計 下面通過計算確定缸體主要結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1）通油孔分布圓 fR 和面積 F 安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 13 圖 26 柱塞腔通油孔尺寸 為減小油液流動損失，通常取通油孔分布圓半徑 fR 與配油窗口分布 圓半徑 fr 相等。壁厚初值可 由結(jié)構(gòu)尺寸確定。 （ 3）缸體高度 H 安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 15 從圖 27 中可確定缸體高度 H 為 0 m a x 3 45 7 3 9 7 0 . 5 3 9 1 2 2 . 5 ( )H l S l l m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中 0l — 柱塞最短留孔長度； maxS — 柱塞最大行程； 3l — 為便于研磨加工，留有的退刀槽長度，盡量取短； 4l — 缸體厚度，一般 4l =（ ～ ） zd ，這里取 zd 。當(dāng)滑靴下表面與回程盤貼緊時，應(yīng)保證滑靴上表面與斜盤墊板 3 之間有一固定間隙，并可調(diào) 。下面主要研究這兩個尺寸的確定方法。這樣安裝孔的直徑為 m a x 2 8 22 2 1 33 ( )hd d e J m m? ? ? ? ? ? ? ? 式中 d— 滑靴頸部直徑； J — 間隙，一般取 J =～ 1mm。按照性能參數(shù)還可分為恒功率式、恒壓式、恒流量式等。再如圖 29(c)中，用帶有電磁閥的外液壓源控制，可成為遠(yuǎn)程液控變量式；如果用伺服閥控制變量缸，并使 泵出口壓力為恒值，可成為恒壓變量型式。變量時用手安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 18 輪轉(zhuǎn)動絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠上的螺母直線運動帶動斜盤改變傾斜角實現(xiàn)變量。 （ 2） 手動伺服變量機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)用機(jī)械方式通過伺服閥帶動變量缸 改變斜盤傾角實現(xiàn)變量。當(dāng)控制閥處于中位時，斜盤穩(wěn)定在一定的位置上。 安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 19 反之，控制閥向右移動時，油路 2 和 3 連通，變量缸 B 腔與回油路接通，變量活塞在A 腔液壓力作用下向左移動，使斜盤傾角增大，流量也增大。如用外液壓源可實現(xiàn)遠(yuǎn)程無級變量。圖中恒功率變量機(jī)構(gòu)仍由雙邊控制閥和差動變量缸組成。 為使泵功率為一恒值，理論上，泵出口壓力與輸出流量應(yīng)保持雙曲線關(guān)系，如圖 54所示。 （ 4）恒流量變量機(jī)構(gòu) 恒流量變量機(jī)構(gòu)是根據(jù)裝于泵出口主油路中的節(jié)流閥兩側(cè)的壓力差調(diào)節(jié)輸出流量，保持流量為一恒值。 安慶師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 proe 直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計 20 當(dāng)泵轉(zhuǎn)速增加時，輸出流量也相 應(yīng)增加。類似的分析可知，斜盤傾角會增加，流量也隨之增加，仍保持為一恒定值。 綜合比較以上幾種變量機(jī)構(gòu)，本設(shè)計選擇 手動伺服變量機(jī)構(gòu)。相同結(jié)構(gòu)型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。對于直軸式軸向柱塞泵，斜盤最大傾斜角 max 15? ??～ 20? ，該設(shè)計是通軸泵，受機(jī)構(gòu)限制，取下限，即 15g O= 。 泵容積效率 VB? 定義為實際輸出流量 gbQ 與理論流量 tbQ 之比，即 gbVB tb? ? = 97 97%100= 軸向柱塞泵容積效率一般為 b?? =～ ，經(jīng)校核，符合要求 。 對于軸向柱塞泵，總效率一般為 bh =～ ,經(jīng)校核，滿足要求。 柱塞運動分析 柱塞運動學(xué)分析，主要研究柱塞相對缸體的往復(fù)直線運動。 將 . s i ns s aft a td d d R tg ad d d? ? ?? ? ?對時間微分可得柱塞運動加速度 a 為 2. c o saft a td d da R t gd d d?? ? ? ?? ? ? （ 45） 當(dāng) 0? ?? 及 180? 時， cos 1,??? 可得最大運動加速度 maxa 為 2m a x 15008 1 9 2 1 2 9 ( / )60fa R tg m s? ? ???? ? ? ? ????? （ 46） 柱塞運動的行程 s﹑速度 v﹑加速度 a 與缸體轉(zhuǎn)角 ? 的關(guān)系如圖 42所示： ****本科畢 業(yè)設(shè)計（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運動學(xué)及脈動品質(zhì)分析 26 圖 42 柱塞運動特征圖 滑靴運動分析 分析滑靴的運動，主要是研究它相對斜盤平面的運動規(guī)律，即滑靴中心在斜盤平面xoyⅱ ? 內(nèi)的運動規(guī)律，其運動軌跡是一個橢圓。 對于奇數(shù)柱塞，排油區(qū)的柱塞數(shù)為 oZ 。 （ 2） 相鄰柱塞數(shù)想比，奇數(shù)柱塞泵的脈動率遠(yuǎn)小于偶數(shù)柱塞泵的脈動率。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。 慣性力 BP 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