【正文】 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 44 致謝 本設(shè)計(jì)在金寧老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成。柱塞底部密封容積中的部分壓力油經(jīng)柱塞軸向中心孔和滑靴中心孔進(jìn)入滑靴與斜 盤接觸面間縫隙而形成了一層很薄的油膜，起到靜壓支撐作用，以減小滑靴與斜盤間磨損。 它是利用手直接操作改變斜盤傾角的機(jī)械裝置，稱為手動(dòng)變量控制機(jī)構(gòu)。其缸體的徑向力由轉(zhuǎn)子軸承支撐，另外，為了保證配油機(jī)構(gòu)有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，泵軸出端又不允許以具有徑向力的傳動(dòng)連接方式連接，所以，這種泵的泵軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，受力最簡(jiǎn)單。 作用在缸 體上的作用力 有：質(zhì)量力，包括柱塞組的離心力和缸體的重力；配油盤的附加壓緊彈簧力；徑向支撐力（由軸或缸外徑向軸承產(chǎn)生）；斜盤推力和摩擦力；配油盤的推力和摩擦力。為了使設(shè)計(jì)的滑靴具有一定的可靠性和使用壽命，均須對(duì)這兩者進(jìn)行校核。法向反力 N可分解為沿柱塞徑向方向的分力 T和沿柱塞軸向方向的分力 S。 m in ?? （ 332） 圖 33軸向柱塞泵 Axial Piston Pump 于是，當(dāng)柱塞為偶數(shù)時(shí)的流量脈動(dòng)系數(shù)為 %1002tan%10039。 s i nt a n4 ?? （ 322） 圖 32瞬時(shí)流量及其脈動(dòng) Instantaneous flow and pulse 脈動(dòng)品質(zhì)分析 通常用流量脈動(dòng)系數(shù)來(lái) 衡量瞬時(shí)流量的品質(zhì)。 柱塞因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的徑向（即向心）加速度 ra 為 )/( 22 scmRwar ? （ 35） 滑靴運(yùn)動(dòng)分析 滑靴除了與柱塞一起相對(duì)缸體往復(fù)運(yùn)動(dòng)及隨缸體旋轉(zhuǎn)之外，還與柱塞球頭一起沿斜盤平面做平面運(yùn)動(dòng)。 把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)代入式（ 223）得 ? ? ? ?2/3/22222 ??????? ?????? ???????? ?????? ????fmpxPN ， 符合要求。 間隔角 ?? ?、 及阻尼孔尺寸 為了防止柱塞內(nèi)腔的油液，由高壓到低壓或由低壓到高壓的瞬間接通中，因油液的突然膨脹和壓縮所產(chǎn)生的噪聲和功率損耗，可采用帶減震孔型的配油盤（如圖 24）。 采用這種方法設(shè)計(jì)滑靴后，前端仍要采用一定的阻尼器。通常 Mp 30? 時(shí) ? ?dl ~20? , 取 ???? dl （ cm） （ 26） 圖 22 柱塞的有關(guān)尺寸 Dimensions of the plunger （ 2）高壓比低壓需要較大的留缸長(zhǎng)度，因?yàn)楦邏簳r(shí)側(cè)向彎力大，留缸長(zhǎng)度大，可避免柱塞和缸孔的側(cè)應(yīng)力過大。 液壓泵的功率包括理論輸入功率、理論輸出功率、實(shí)際輸入功率和實(shí)際輸出功率。通常用泄漏系數(shù) L來(lái)表征液壓泵的泄漏程度，其表達(dá)式為 HBpQL ?? （ 12） 式中 Hp —— 泵額定壓力； 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 6 L—— 泵泄漏系數(shù)。 在液壓泵中，常提到的壓力油額定壓力、最高壓力和實(shí)際壓力三種形式。 遼寧工程技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 4） 油箱內(nèi)液體絕對(duì)壓力必須不小于大氣壓力，這是容積式液壓泵能吸液的外部條件。這類泵多用于農(nóng)林機(jī)械、起重運(yùn)輸設(shè)備、工程機(jī)械、船舶甲板機(jī)械、冶金設(shè)備、火炮和空間技術(shù)中。 目前液壓傳動(dòng)的高壓化發(fā)展趨勢(shì) ，使柱塞泵尤其是軸向柱塞泵得到了相應(yīng)的發(fā)展。所以，這種泵又稱為容積式液壓泵。中心彈簧 8 通過外套 10將缸體壓緊于配油盤 1上，起預(yù)密封作用，同時(shí)又是使柱塞回程的加力裝置。理論 流量 BtQ 與工作壓力 p之間關(guān)系曲線如圖 12所示。 液壓泵的總效率 B? 等于容積效率 Bv? 與機(jī)械效率 Bm? 的乘積，即 BmBvB ??? ?? （ 16） 功率 液壓泵是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸出液體壓力能的轉(zhuǎn)換裝置。 為擴(kuò)大 0? ，油窗孔的中點(diǎn)半徑 0R 應(yīng)取大些 ；從限制窗口處的圓周速度00 602 Rnu ??不要太大的角度出發(fā)，又希望 0R 小些；因此尺寸較小的泵，一般取 cmRR ?? ?；ズ托北P之間間隙近似為零，泄漏量接近為零，剩余壓緊力有輔助支撐面 積承受。 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 14 最終輔助支撐設(shè)計(jì)完成后，要滑靴進(jìn)行校核 ，具體見第四章。 配油孔的內(nèi)外半徑為 32 RR、 ，其平均半徑 2 32 RR? 處的圓周速度 pu 應(yīng)滿足下式 ? ? ? ?pp unRRu ???? ? 232 1060? (221) 式中 ??pu —— 最大允許圓周速度， ??pu =58（ m/s） 代入數(shù)據(jù)后得 ? ? ? ?pp uu ?????? ? 2?， 符合要求。當(dāng)缸體轉(zhuǎn)過任一角度 ? 時(shí)，柱塞球頭中心轉(zhuǎn)至點(diǎn) B，此時(shí)柱塞球頭中心的坐標(biāo)為： ? ??????????????????s i nc o sc o st a nt a nc o sRzRyRRx （ 31） 圖 31斜盤式軸向柱塞泵的運(yùn)動(dòng)分析 Swashplate axial piston pump of the Motion Analysis 由此坐標(biāo)方程可以看出，沿 x正向、即沿缸體軸線方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是缸體轉(zhuǎn)角 ? 的余弦函數(shù) ；而在 oyz平面內(nèi)，點(diǎn) B的運(yùn)動(dòng)軌跡，由其牽連運(yùn)動(dòng)（缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)）可以知道是一個(gè)圓。 ??? （ 321） 式中 d —— 柱塞的直徑。 對(duì)于式（ 322），若令 ???ki iA 1 sin?，則 ? ? ?????? ?????????? ???????? ??? ZkZZA ??????? 21s i n22s i n2s i ns i n 1111 ? （ 328） 式中 1? —— 排油區(qū)距最高點(diǎn)位置 A最近的柱塞位置角； Z?2 —— 相鄰兩柱塞間夾角。 1 離心力 1F 21 RwmF z? （ 41） 式中 zm —— 柱塞組的質(zhì)量。實(shí)際的壓緊力較大于上述計(jì)算值要求，這是因?yàn)橹麘T性力和回程 彈簧力均是將滑靴壓向斜盤的力，稱這個(gè)力附加壓緊力。該型液壓泵的主要環(huán)節(jié)之一是配油盤，從運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，希望各滑動(dòng)表面之間不發(fā)生金屬直接接觸，其間形成油膜。 泵軸 泵軸的理論轉(zhuǎn)矩與理論輸入功率 理論轉(zhuǎn)矩是 ZTM ，是指不計(jì)摩擦的驅(qū)動(dòng)泵軸、缸體等勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，也就是說，為克服柱塞工作壓力的轉(zhuǎn)矩 ?ZiM 所需的力矩， 即 ?? ZiZT MM （ 424） 通過一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得 知，一個(gè)柱塞的液體壓力 P對(duì)缸體的 Z軸的轉(zhuǎn)矩將為 ?????? ??? iZPRM Zi ?? 2s intan 將式（ 47）代入上式，得 ?????? ??? iZpRdM Zi ??? 2s i nt a n4 2 （ 425） 將（ 464）與（ 453）、（ 454）比較一下，再聯(lián)系（ 463），便得 當(dāng) Z????0 時(shí)， ? ?022s i n82c o stan ppZZRdMMsZiZT ??????? ???? ???? （ 426） 當(dāng) ZZ 2??? ?? 時(shí)， ? ?022s i n823c o stanppZZRdMMsZiZT ??????? ???? ???? （ 427） 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 38 這樣平均理論轉(zhuǎn)矩 ZTmeanM 便可按下式確定 ? ?osBosBZ T m e an ppqppqM ???? )?（ （ 428） 式中 Bq —— 液壓泵的排量，（ mL/r） ； os pp、 分別為壓排側(cè)與吸入側(cè)的壓力， Mpa。 變量機(jī)構(gòu) 選擇 本設(shè)計(jì)選擇機(jī)械變量機(jī)構(gòu)。 遼寧工程技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 43 7 結(jié)論 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)的應(yīng)用也越來(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。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 本設(shè)計(jì)從選擇方案開始即考慮了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性?？芍^舉步勝舉。 在壓力 p 的作用下，筒內(nèi)壁任一點(diǎn)的最大切向拉應(yīng)力為 ? ? 74022 221m a x ????? pdD dDq ?? （ bar） （ 418） 最大徑向壓應(yīng) 力為 pjn ??? 3?? （ bar） （ 419） 當(dāng)缸體采用塑性材料時(shí)，用第四強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 36 ? ??? ???? m a x22 443 pdD dD （ bar） （ 420） 對(duì)鋁鐵青銅（經(jīng)鍛打）， ? ? 850~700?? (bar)。 若計(jì)算所得的比功值越大，則克服摩擦副的摩擦而消耗的功就越大，從而引起摩擦部位發(fā)熱以及滑靴式斜盤的磨損迅速。 驗(yàn)算如下： ? ? os/ 22 22 ???? ?? ?q? 符合強(qiáng)度要求。 表 31 不同柱塞時(shí)的流量脈動(dòng)表 at the time of the different flow pulsation plunger Table Z 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 %/? 由表 31可以看出，當(dāng)柱塞為奇數(shù)時(shí)，比相鄰的偶數(shù)時(shí)的流量脈動(dòng)系數(shù)小得多；并且柱塞數(shù)愈多，流量脈動(dòng)系數(shù)就愈小。 每個(gè)柱塞的排量為 ??? tan24 2239。39。 ?? 壓盤最大外徑 pD 如下 cmdRD wP 96176, os os 2 4m a x ???????????? ? （ 227） 式中 4? —— 接觸余量，可取 ?? 。 圖 24 配油窗孔的間隔角 with the interval angle of oil window 柱塞設(shè)計(jì)完成后，可以容易得到 30 2cmV ? ，則由（ 214）得 3220 cmRdVV ??????? ??? 把數(shù)據(jù)代入（ 215）可得 ? ? ?????? ?????? ?????? tan2121a rc c os2 001 RdVE pp ?? ?? 221102 32021a rc c os 24 ??????? ?????? ? ?????? ? 王迪：軸向柱塞泵設(shè)計(jì) 16 同理代入式（ 216） 得 ? ? ?? 320241a rc c ostan41a rc c os 242 002 ??????? ?? ?????????? ????? ??? RdE ppV 在wdt ???時(shí)間內(nèi)，由阻尼孔引入的液體體積為 ,2V? 且 ? ????????????????504010212822ppldQEppVVwQkkKK??? (217) 由上式得 504 10128 ???? ?? ?E wVldkk (218) 式中 KQ —— 從阻尼孔流入的流量 scm/2 ； w —— 缸體的角速度 ? ?srad/ ； V—— 上死點(diǎn) ? ?0?? 處柱塞腔的容積 ? ?3cm ； ? —— 工作液體的動(dòng)力黏度 ? ?2/mSN? ； kd —— 阻尼孔直徑 （ cm）； kl —— 阻尼孔長(zhǎng)度 （ cm） 。通常引油孔德直徑可取 2mm 左右。一種是全靜壓平衡型滑靴設(shè)計(jì)，而另外一 種是“剩余壓緊力法”。 上述符號(hào)含義和單位 適用 本節(jié)始末。液壓泵的效率包括容積效率（記為 BV? ）和機(jī)械效率（記為 Bm? ）。 遼寧工程技術(shù) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 排量和流量 液壓泵的排量是指液壓泵在沒有泄漏情況下，傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出的液體體積 ，通常用 Bq 表示，其單位為 L/r 或 mL/r。 當(dāng)傳動(dòng)軸從軸端看，沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞 5 自下向上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)，既要隨轉(zhuǎn)動(dòng)缸體作圓周運(yùn)動(dòng)，又要逐漸往外伸出，使柱塞底部的密封容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，低壓油經(jīng)泵吸油口、配油盤吸油窗孔吸入泵內(nèi)。其中通軸泵的泵軸需要有足夠的支承剛度