【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 為 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR tg tg m m su w g p O== 創(chuàng) = 式中 w 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， atw= 。 柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a 將 . s ins s aft a td d d R tg ad d d? ? ?? ? ?對(duì)時(shí)間微分可得柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a 為 2. c o saft a td d da R tg ad d d?? ??? ? ? 當(dāng) 0a ?? 及 180? 時(shí)， cos 1,?? 可得最大運(yùn)動(dòng)加速度 maxa 為 2m a x 15008 1 9 2 1 2 9 ( / )60fa R tg m sw g p驏 247。231。== 創(chuàng) =231。 247。桫 柱塞運(yùn)動(dòng)的行程 s﹑速度 v﹑加速度 a 與缸體轉(zhuǎn)角 a 的關(guān)系如圖 所示。 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 圖 柱塞運(yùn)動(dòng)特征圖 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)斜盤平面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即滑靴中心在斜盤平面 xoyⅱ ? 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖 ），其運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。橢圓的長(zhǎng)﹑短軸分別為 長(zhǎng)軸 2 392 4 0 .4 ( )c o s c o s 1 5fRb m mg O= = = 短軸 2 2 39( )fa R m m== 設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為 sincosffx R ay R a?? 如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2 2 2 2 21 c oshfR x y R tg a?? ? ? ? 極角 ( c os c os )ar c tg a??? 滑靴在斜盤平面 xoy??? 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)角速度 h? 為 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 2 2 2c o sc o s c o s s inh tdd a aq wgw g== + 由上式可見，滑靴在斜盤平面內(nèi)是不等角速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)2a ??﹑ 32?時(shí)， h? 最大（在短軸位置）為 max cosh ww g==1500 26016 2( / )c os 15 ra d spO180。 = 當(dāng) 0a? ﹑ ? 時(shí)， h? 最?。ㄔ陂L(zhǎng)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(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周（ 2? ）的時(shí)間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)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 ra d sw w p= = ? 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)流量可寫成 2 si nt i z t f tQ F F R tg a? ? ??? 式中 zF 為柱塞橫截面積， 24zzFd?? 。 泵柱塞數(shù)為 9，柱塞角距（相鄰柱塞間夾角）為 22 ??? ???，位于排油區(qū)的柱塞數(shù)為 0Z ，那么參 與排油的各柱塞瞬時(shí)流量為 123sins i n( )s i n( 2 )t z ft z ft z fQ F R tg aQ F R tg aQ F R tg awgw g qw g q==+ …… …… 0sin[ ( 1 ) ]t z fQ F R tg a Z? ? ?? ? ? 泵的瞬時(shí)流量為 1 2 0t t t tzQ Q Q Q? ? ? ? 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 ? ?0100sin ( 1 )1sin sin ( )sinZzftzfF R tg a iZZaZZF R tgZ? ? ?? ??? ??? ? ????? 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 ∏/2 ∏/2 ∏/2 圖 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) 0 a Z??? 時(shí)，取 oZ = 1 9 1 522Z ++==，由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 c os 22 sin 2t z fa ZQ F R tgZ??? ????????? 當(dāng) 2aZZ???? 時(shí)，取0 12ZZ ??，同樣由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 3c os22 sin 2t z fa ZQ F R tgZ??? ????????? 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 當(dāng) a=0﹑Z?﹑ 2Z?﹑……時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最小值為 m in12 s i n 2t z fQ F R tg Z?? ?? 奇數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量規(guī)律見圖 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 m ax m intttpQd = 這樣，就可以進(jìn)行流量脈動(dòng)品質(zhì)分析。 脈動(dòng)頻率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時(shí) 15002 2 9 4 5 0 ( )60f n Z H z== 創(chuàng) = 脈動(dòng)率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時(shí) . ( ) 0 . 0 2 6 %2 4 2 9 4 9tg tgZZp p p pd = = ?創(chuàng) 利用以上兩式計(jì)算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 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) 13Z? 時(shí) ,脈動(dòng)率已小于 1%.因此 ,從泵的 Z ? （ %） 6 8 10 12 14 16 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 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)均不超過額定出口壓力的 10%? 。實(shí)際上 10%? 的指標(biāo)還是偏大，但由于制造工藝上的原因，壓力脈動(dòng)的指標(biāo)還不能定的很嚴(yán)格，但降低泵的壓力脈動(dòng)無疑是今后液壓技術(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) 17 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(jì)中討論。 圖 是帶有滑靴的柱塞受力分析簡(jiǎn)圖 。 圖 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 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 bP 為 2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44bxP d p Npp == 創(chuàng)創(chuàng) = 式中 maxP 為泵最大工作壓力。 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 柱塞慣性力 BP 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 BP 為 2 c o s 1 0 1 ( )zB z fGP m a R tg a Ng wg= = = 式中 zm ﹑ zG 為柱塞和滑靴的總質(zhì)量。 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)律變化。當(dāng)0a ?? 和 180? 時(shí)，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 0ZBf GP R tg tg Ng w g pO驏 247。231。== 創(chuàng)創(chuàng) ?247。231。 247。231。桫 離心反力 tP 柱塞隨缸體繞主軸作等速圓周運(yùn)動(dòng)，有向心加速度 ta ，產(chǎn)生的離心反力 tP 通過柱塞質(zhì)量重心并垂直軸線，是徑向力。其值為 2 243 9 0 7 ( )15Zt z t fGP m a R Ng tgw O= = = = 斜盤反力 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0T 即 c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s in 1 2 5 6 0 s in 1 5 3 2 5 0 ( )P N NT N NggOO= = ?= = ? 軸向力 P 與作用于柱塞底部的液壓力 bP 及其它軸向力相平衡。而徑向力 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。 柱塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力 1p 和 2p 該力是接觸應(yīng)力 1p 和 2p 產(chǎn)生的合力。考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(zhǎng)度。因此，由垂直于柱塞腔的徑向力 T 和離心力fp 引起的接觸應(yīng)力 1p 和 2p 可以看成是連續(xù)直線分布的應(yīng)力。 摩擦力 1fP 和 2fP 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 柱塞與柱塞腔壁之間的摩擦力fp為 12( ) ( 20 10 0 58 23 ) 0. 1 25 92 .3 ( )fP P p f N= + = + ? 式中 f 為摩擦系數(shù)，常取 f =～ ，這里取 。 分析柱塞受力，應(yīng)取柱塞在柱塞腔中具有最小接觸長(zhǎng)度，即柱塞處于上死點(diǎn)時(shí)的位置。此時(shí)， N﹑ 1p 和 2p 可以通過如下方程組求得 0y?? 12sin 0tN p p p? ? ? ? ? 000zM???? 1202 21 0 2 12c os 03 3 202bszzttN fp fp p pll ldp l l p l fpdfp p lg =驏 驏 247。 247。231。 231。 + 247。 247。231。 231。247。 247。231。231。桫桫+ = 式中 0l —— 柱塞最小接觸長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 0l =( 2)d ，這里取 0l =2d =78mm； l—— 柱塞名義長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) l =( )d ，這里取 0l =3d =117mm； tl —— 柱塞重心至球心距離， tl =0l 2 78 m m =