【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作用葉片泵的基本結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)中的葉片泵為單級(jí)葉片泵，是由轉(zhuǎn)子、葉片、定子、配流盤(pán)、傳動(dòng)軸及殼體等主要零件組成。它分為單級(jí)圓形葉片泵和單級(jí)方形葉片泵兩種類(lèi)型。 [4] 圓形葉片泵 圓形葉片泵的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和存在的問(wèn)題： 1)采用固定側(cè)板，轉(zhuǎn)子側(cè)面與側(cè)板之間的間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，高壓時(shí)泄漏嚴(yán)重。只能工作在 、低壓。 2）進(jìn)、出油道都鑄造在泵體內(nèi) （ 稱為暗油道），鑄造清沙困難。而且油道狹窄，高轉(zhuǎn)速時(shí)由于流速過(guò)快，流動(dòng)阻力大，容易出現(xiàn)吸空和氣蝕。 3）側(cè)板與轉(zhuǎn)子均帶耳軸，雖然支承定心較好，但毛坯費(fèi)料，加工不方便。這種結(jié)構(gòu)裝配時(shí)對(duì)后泵蓋聯(lián)接螺釘擰緊扭矩的均勻性要求很?chē)?yán)，否則容易導(dǎo)致側(cè)板和轉(zhuǎn)子的傾側(cè)，使側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的軸向間隙不均勻，造成局部磨損。 方形葉片泵 與圓形葉片泵相比，方形葉片泵主要有以下改進(jìn)： 1）簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，在同等排量的情況下，外形尺寸和重量比圓形泵大大減小。 2）取梢轉(zhuǎn)子和側(cè)板的耳軸，改善了加工工藝性，而且可節(jié)省毛坯材料。裝配時(shí)即使泵蓋四個(gè)螺栓的擰緊力矩不很均勻，也不致影響側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的均勻密合。 3）采用浮動(dòng)壓力側(cè)板，提高了容積效率和工作壓力。 4）進(jìn)油道設(shè)在泵體，排油道設(shè)在泵蓋，均為開(kāi)式油道，不僅鑄造方便，而且油道通暢，即使高轉(zhuǎn)速工作時(shí)流動(dòng)阻力也較小． 5）傳動(dòng) 軸 輸入端一側(cè)的支承較強(qiáng)，能夠承受徑向載荷，允許用皮帶或齒輪直 接驅(qū)動(dòng)，有一定的耐沖擊和振動(dòng)能力。 7 方案選定 綜上所述，方形葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能夠適應(yīng)高轉(zhuǎn)速和較高壓力工作，耐沖擊、振動(dòng)能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，因此特別適用于工程車(chē)輛液壓系統(tǒng)。加之其加工工藝性也比圓形泵優(yōu)越得多，所以在一般工業(yè)機(jī)械上也獲得廣泛應(yīng)用，已逐步取代圓形泵。 因此選定方形葉片泵作為雙作用葉片泵的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型。但與前述方形葉片泵略有不同，主要改進(jìn)在于： 1）泵的外殼由左泵體和右泵體兩部分組成。 2）仍保留兩個(gè)配流盤(pán)，其中左配流盤(pán)是固定側(cè)板，而右配流盤(pán)是浮動(dòng)壓力側(cè)板，但沒(méi)有設(shè)置預(yù)緊彈簧。 3）由兩個(gè)配流盤(pán)、轉(zhuǎn)子、葉片和定子構(gòu)成的泵芯用兩個(gè)螺釘聯(lián)接成預(yù)緊組合件，然后裝入右泵體內(nèi)。 4）支承傳動(dòng)軸的兩個(gè)滾動(dòng)軸承分別裝在預(yù)裝組件兩側(cè)的左、右泵體上。 5）在右泵體的右端面裝有端蓋，端蓋與傳動(dòng)軸之間設(shè)置兩個(gè)背對(duì)背的唇形密封圈，以防油液外漏和空氣 、 灰塵進(jìn)入。 定子曲線 雙作用葉片泵對(duì)定子曲線的要求 1）使輸出流量脈動(dòng)小 泵輸出流量的均勻性取決于處在一個(gè)區(qū)段的定子曲線范圍內(nèi)各葉片徑向速度之和是否變化，或者說(shuō)取決于定子曲線相應(yīng)各點(diǎn)的矢徑變化速度之和是否能保持為常數(shù)。若為常數(shù)，流量的 脈動(dòng)就為零。 2）使葉片不脫離定子 雖然葉片進(jìn)入工作狀態(tài)后主要靠根部壓力油的作用將葉片頂出與定子保持接觸，但在泵啟動(dòng)之初由于根部壓力尚未建立，只能靠離心力使葉片伸出。在不考慮液壓力和摩擦力且葉片徑向放置時(shí)，葉片不脫離定子的條件是葉片所受的離心力應(yīng)大于葉片以定子曲線矢徑增長(zhǎng)的加速度做徑向加速運(yùn)動(dòng)所克服的慣性力。即對(duì)定子曲線的徑向加速度加以限制，以保證葉片的離心加速度大于定子曲線矢徑增長(zhǎng)的加速度。這樣，在根部無(wú)油壓的作用時(shí)，吸油區(qū)葉片徑向運(yùn)動(dòng)才能跟上定子曲線矢徑的增長(zhǎng)，并對(duì)定子有適當(dāng)?shù)慕佑|壓力。值得注意的是定子 長(zhǎng)短半徑的差值對(duì)加速度值的影響很大，如果差值太大，則徑向運(yùn)動(dòng)的速度和加速度將很大，有可能會(huì)出現(xiàn)離心力不足以克服加速外伸運(yùn)動(dòng)的慣性力，以致跟不上定子 8 曲線矢徑的增長(zhǎng)而脫離定子的現(xiàn)象。 3）葉片無(wú)沖擊振動(dòng)，低噪聲 如果定子曲線在某些點(diǎn)上的徑向速度發(fā)生突變，則曲線上該點(diǎn)的徑向加速度在理論上等于無(wú)窮大。為正無(wú)窮的時(shí)候，葉片將在該點(diǎn)出現(xiàn)瞬間脫離定子的現(xiàn)象，為負(fù)無(wú)窮的時(shí)候，葉片對(duì)定子產(chǎn)生很大的沖擊力。二者均會(huì)引起撞擊噪聲和嚴(yán)重磨損。這種現(xiàn)象為“硬沖”，是葉片泵正常工作所不允許的。為了消除徑向加速度的突變，要求定子曲線處 處光滑連續(xù)，與大、小圓弧的連接點(diǎn)處有公切線。定子曲線加速度的急劇變化和加速度變化率的突變也會(huì)使葉片對(duì)定子的壓緊力發(fā)生變化，這是引起葉片振動(dòng)沖擊產(chǎn)生噪聲的重要原因，這種因加速度突變而引起的沖擊稱為 “ 軟沖”。無(wú)沖擊、低噪聲對(duì)定子曲線的要求是曲線的速度、加速度和加速度的變化率都連續(xù)光滑變化，沒(méi)有突變。 4）使葉片的受力狀態(tài)良好 定子曲線某點(diǎn)矢徑 )(?? 與曲線該點(diǎn)的法線之夾角 ψ稱為定于曲線的壓力角，如圖 31所示。 ??? ??? dd )( )(tan ? （ 31） 式中 ： ψ —— 定子曲線的壓力角。 圖 31 定子曲線的壓力角 Pressure angle of the stator curves 當(dāng)葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置時(shí)，定子曲線的壓力角 ψ也就是葉片與定子接觸的壓力角。壓力角過(guò)大會(huì)使定子對(duì)葉片的作用力與葉片方向之間的夾角 ? 增大，導(dǎo)致橫向分力 Ft的增大，使葉片受力狀態(tài)惡化，影響泵的 壽命和效率。 9 由式（ 31）可知，??? ?? dd )( )(越大，相應(yīng)的 )(?? 越小，則 ψ越大。因此，為了不使壓力角過(guò)大，應(yīng)限制定子曲線徑向速度的最大值。 5）獲得盡可能大的理論排量 增大 )( rR? 的值可增加泵的排量。但是，增大 )( rR? 的值受到兩個(gè)條件的限制。首先，)( rR? 的值越大，即葉片伸出轉(zhuǎn)子體的部分越長(zhǎng)，液壓力產(chǎn)生的彎曲力矩越大，葉片及轉(zhuǎn)子的受 力惡化，強(qiáng)度下降。其次，為保證葉片不脫空，應(yīng)使過(guò)渡曲線的加速度最大值較小。定子曲線 )( rR? 的值越大，則過(guò)渡曲線的加速度值越大，對(duì)防止葉片脫空不利。 定子曲線應(yīng)具備的特性 綜上所述，對(duì)定子曲線的速度、加速度和加速度變化率等特性和曲線升程的具體要求歸納如下： 1）速度特性 )(?? 要求速度特性曲線連續(xù)光滑，沒(méi)有突變。最大速度值受葉片與定子接觸壓力角合理值的限制。 為保證泵的輸出流量脈動(dòng)?。笙噜忛g隔為葉片間隔角的 任意點(diǎn)之速度組合等于或近于常數(shù)。 2）加速度特性 )(?a 要求加速度特性曲線連續(xù)光滑，沒(méi)有突變 ， 不出現(xiàn)加速度為無(wú)窮大的點(diǎn)。最大加速度值受葉片不脫離定子條件的限制。 3）加速度變化率 )(?J 要求 )(?J 曲線連續(xù)光滑，沒(méi)有突變，不出現(xiàn) J值為無(wú)窮大的點(diǎn)。 )(?J 的最大值受低噪聲性能要求的限制。 J值在較小范圍內(nèi)變化且保持連續(xù)的定子曲線能在一定程 度上控制葉片的振動(dòng)，稱為低噪聲曲線。不但限制 J值連續(xù)變化的大小，而且在曲線端點(diǎn)上也不出現(xiàn) J值突變的曲線能消除激振作用，更好地實(shí)現(xiàn)葉片無(wú)沖擊的徑向運(yùn)動(dòng)，稱為無(wú)沖擊低噪聲曲線。 4）升程 當(dāng)定子長(zhǎng)半徑 R一定時(shí)，增大升程 )( rR? 可以不增大泵的外形尺寸而獲得較大的排量。但無(wú)論何定子曲線，其 maxν 、 maxa 、 maxJ 均與 )( rR? 成正比，故前述有關(guān)限制 maxν 、 maxa 、maxJ 值 的要求同時(shí)也限制了允許的最大升程。由于不同類(lèi)型曲線的 maxν 、 maxa 、 maxJ 值與 10 )( rR? 之間的比例系數(shù)不同，所以采取不同的定子曲線時(shí)，允許的最大升程（即允許的長(zhǎng)、短半徑之差 ） 也不同。 值得注意的是，上述對(duì) Jaν 、 特性的要求也應(yīng)包括定子曲線與長(zhǎng)、短徑圓弧的連接點(diǎn)在內(nèi)，當(dāng)定子曲線在端點(diǎn)上不能按上述特性要求與圓弧段光滑連接時(shí)，在連接處應(yīng)設(shè)一小段經(jīng)修正的連接過(guò)渡曲線。 對(duì)幾種定子曲線的分析比較 1）修正的阿基米德螺線 采用阿基米德螺線作為過(guò)渡曲線時(shí)，則過(guò)渡曲線的徑向升程或極半徑按阿基米德螺線規(guī)律變化，葉片在阿基米德螺線上滑動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊和柔性沖擊，葉片不會(huì)產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，但葉片在圓弧和阿基米德螺線的連接點(diǎn)處，葉片徑向速度發(fā)生突變，徑向加速度為無(wú)窮大，葉片產(chǎn)生剛 性沖擊，因此連接點(diǎn)易磨損。 2）等加速等減速曲線 采用等加速等減速曲線作為過(guò)渡曲線時(shí)，在連接點(diǎn)處，葉片有較小的柔性沖擊，其葉片加速度的最大值相對(duì)于其他形式的曲線為最小，因此允許有較大的 )( rR? 值，故在同樣的體積下，可以獲得較大的流量，使泵結(jié)構(gòu)緊湊，并且適當(dāng)選擇葉片數(shù)可以保證泵的瞬時(shí)流量均勻，不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，但是在過(guò)渡曲線與圓弧的連接點(diǎn)及過(guò)渡曲線的中點(diǎn)加速度發(fā)生突變而造成“軟沖”現(xiàn)象，通常在三個(gè)軟沖點(diǎn)處有三道清晰的磨痕。 3）正弦加速曲線 采用正弦加速曲線作為過(guò)渡曲線時(shí)， 在過(guò)渡區(qū)，葉片的徑向加速度按正弦規(guī)律變化，葉片不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊和柔性沖擊，但葉片的最大加速度較大，在過(guò)渡區(qū)葉片容易產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，為了防止脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生，在相同流量的條件下則葉片尺寸較大。 4）余弦加速曲線 采用余弦加速曲線作為過(guò)渡曲線時(shí)，在過(guò)渡曲線和圓弧連接點(diǎn)處有較大的加速度突變，產(chǎn)生較大的柔性沖擊，且不能保證泵的流量均勻。 5）高次型曲線 高次曲線能夠充分滿足葉片泵對(duì)定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化率等項(xiàng)特性的要求，尤其在控制葉片振動(dòng)、降低噪聲方面具有突出的優(yōu)越性。高次型曲線的一般表達(dá)式為： nnini i aaaaa ?????? ?????? ?? ?22100)( （ 32） 11 為了使 )(?? 的三階導(dǎo)數(shù)存在而且連續(xù)光滑變化， 方程 的次數(shù)至少不得低于 5次，即要求 5?n 。 當(dāng) n=5時(shí)，矢徑的三階導(dǎo)數(shù)為 254333 60246 ???? aaadd ??? ，是一個(gè)二次多項(xiàng)式，還可以進(jìn)一步求解兩次導(dǎo)數(shù)。因此矢徑的三階導(dǎo)數(shù)是一條光滑連續(xù)的曲線。若 4?n ，則不能滿足此要求。 但是，隨著方程次數(shù)的增高，矢徑 ? 二階、三階導(dǎo)數(shù)的最大值將增大。因此，為了限制 maxν 和 maxa 值，以保證葉片受力良好，不脫離定子，方程次數(shù)也不宜太高，一股取 8?n 。 方案選定 研究表明，葉片泵的噪聲主要來(lái)源于葉片和定子內(nèi)表面的機(jī)械噪聲，其原因是葉片按定子曲線給定的軌道徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的變化引起慣性力的變化，從振動(dòng)的角度看，這是一種外界作用與葉片 的沖擊力。高次型曲線通過(guò)對(duì)參數(shù)的調(diào)整可滿足瞬時(shí)流量均勻性和減少振動(dòng)的要求。國(guó)內(nèi)外的研究表明，采用高次型曲線的葉片泵的噪聲通常是最小的，為現(xiàn)代高性能低噪聲葉片泵廣泛采用。 修正的阿基米德螺線、等加速等減速曲線、正弦加速曲線、余弦加速曲線等 4種過(guò)渡曲線，雖然基本上都能較好地滿足輸出流量脈動(dòng)小、限制壓力角和葉片不脫離定子的要求，但是它們的力學(xué)特性和振動(dòng)特性卻不甚理想。 因此，本設(shè)計(jì)選擇非對(duì)稱 6次曲線 （ 即 n=6） 。 這種曲線用于壓油區(qū)，當(dāng)葉片從 R?? 處開(kāi)始進(jìn)入徑向變速運(yùn)動(dòng)時(shí)， J值 能連續(xù)平緩的開(kāi)始變化，助振作用比較緩和，消除了激振沖擊。但在與 r圓弧連接的一端仍有 J的突變，不過(guò)這時(shí)葉片徑向運(yùn)動(dòng)速度已回復(fù)為零，不致產(chǎn)生波及整個(gè)區(qū)間的振動(dòng)。因此這種曲線也被稱為無(wú)沖擊低噪聲曲線。 葉片布置 葉片傾角對(duì)葉片受力的影響 如圖 33所示。定子對(duì)葉片作用的合力 F可以分解為兩個(gè)分力，即沿葉片伸縮滑動(dòng)方向作用的分力 Fp和垂直于葉片滑動(dòng)方向的分力 Ft。 ????? ??sincosFF FFtp (33) 式中： ? 為合力 F的作用方向與葉片間的夾角。 12 圖 33 葉片頂端受力分解 Deposition of the force vane tip 如圖 34所示。轉(zhuǎn)子對(duì)葉片的作用力包括轉(zhuǎn)子槽側(cè)面的接觸反力 T T2和摩擦力 F F2。 ???????????????s in)(s in21llLFllLFTlFLlLFTtt (34) 式中： L為葉片的長(zhǎng)度； l為葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的長(zhǎng)度。 ?????2211 TfF TfFvv (35) 式中： fv為轉(zhuǎn)子槽與葉片摩擦系數(shù)。 定子對(duì)葉片頂部產(chǎn)生的反作用合力 F可以分解為 Fp和 Ft兩個(gè)分力（如圖 33），其中橫向分力 F