【文章內(nèi)容簡介】 作用葉片泵的基本結(jié)構(gòu) 本設(shè)計中的葉片泵為單級葉片泵，是由轉(zhuǎn)子、葉片、定子、配流盤、傳動軸及殼體等主要零件組成。它分為單級圓形葉片泵和單級方形葉片泵兩種類型。 [4] 圓形葉片泵 圓形葉片泵的主要結(jié)構(gòu)特點和存在的問題： 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補償，高壓時泄漏嚴重。只能工作在 、低壓。 2）進、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)速時由于流速過快，流動阻力大，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，但毛坯費料，加工不方便。這種結(jié)構(gòu)裝配時對后泵蓋聯(lián)接螺釘擰緊扭矩的均勻性要求很嚴，否則容易導致側(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： 1）簡化了結(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。裝配時即使泵蓋四個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）采用浮動壓力側(cè)板，提高了容積效率和工作壓力。 4）進油道設(shè)在泵體，排油道設(shè)在泵蓋，均為開式油道，不僅鑄造方便，而且油道通暢，即使高轉(zhuǎn)速工作時流動阻力也較?。? 5）傳動 軸 輸入端一側(cè)的支承較強，能夠承受徑向載荷，允許用皮帶或齒輪直 接驅(qū)動，有一定的耐沖擊和振動能力。 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、振動能力較強等特點，因此特別適用于工程車輛液壓系統(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)類型。但與前述方形葉片泵略有不同，主要改進在于： 1）泵的外殼由左泵體和右泵體兩部分組成。 2）仍保留兩個配流盤，其中左配流盤是固定側(cè)板，而右配流盤是浮動壓力側(cè)板，但沒有設(shè)置預緊彈簧。 3）由兩個配流盤、轉(zhuǎn)子、葉片和定子構(gòu)成的泵芯用兩個螺釘聯(lián)接成預緊組合件，然后裝入右泵體內(nèi)。 4）支承傳動軸的兩個滾動軸承分別裝在預裝組件兩側(cè)的左、右泵體上。 5）在右泵體的右端面裝有端蓋，端蓋與傳動軸之間設(shè)置兩個背對背的唇形密封圈，以防油液外漏和空氣 、 灰塵進入。 定子曲線 雙作用葉片泵對定子曲線的要求 1）使輸出流量脈動小 泵輸出流量的均勻性取決于處在一個區(qū)段的定子曲線范圍內(nèi)各葉片徑向速度之和是否變化，或者說取決于定子曲線相應(yīng)各點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 脈動就為零。 2）使葉片不脫離定子 雖然葉片進入工作狀態(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，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的加速度做徑向加速運動所克服的慣性力。即對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的加速度。這樣，在根部無油壓的作用時，吸油區(qū)葉片徑向運動才能跟上定子曲線矢徑的增長，并對定子有適當?shù)慕佑|壓力。值得注意的是定子 長短半徑的差值對加速度值的影響很大，如果差值太大，則徑向運動的速度和加速度將很大，有可能會出現(xiàn)離心力不足以克服加速外伸運動的慣性力，以致跟不上定子 8 曲線矢徑的增長而脫離定子的現(xiàn)象。 3）葉片無沖擊振動，低噪聲 如果定子曲線在某些點上的徑向速度發(fā)生突變，則曲線上該點的徑向加速度在理論上等于無窮大。為正無窮的時候，葉片將在該點出現(xiàn)瞬間脫離定子的現(xiàn)象，為負無窮的時候，葉片對定子產(chǎn)生很大的沖擊力。二者均會引起撞擊噪聲和嚴重磨損。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使葉片對定子的壓緊力發(fā)生變化，這是引起葉片振動沖擊產(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”。無沖擊、低噪聲對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，沒有突變。 4）使葉片的受力狀態(tài)良好 定子曲線某點矢徑 )(?? 與曲線該點的法線之夾角 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 當葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置時，定子曲線的壓力角 ψ也就是葉片與定子接觸的壓力角。壓力角過大會使定子對葉片的作用力與葉片方向之間的夾角 ? 增大，導致橫向分力 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，液壓力產(chǎn)生的彎曲力矩越大，葉片及轉(zhuǎn)子的受 力惡化，強度下降。其次，為保證葉片不脫空，應(yīng)使過渡曲線的加速度最大值較小。定子曲線 )( rR? 的值越大，則過渡曲線的加速度值越大，對防止葉片脫空不利。 定子曲線應(yīng)具備的特性 綜上所述，對定子曲線的速度、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?。笙噜忛g隔為葉片間隔角的 任意點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，沒有突變 ， 不出現(xiàn)加速度為無窮大的點。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，沒有突變，不出現(xiàn) J值為無窮大的點。 )(?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，稱為低噪聲曲線。不但限制 J值連續(xù)變化的大小，而且在曲線端點上也不出現(xiàn) J值突變的曲線能消除激振作用，更好地實現(xiàn)葉片無沖擊的徑向運動，稱為無沖擊低噪聲曲線。 4）升程 當定子長半徑 R一定時，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 的要求同時也限制了允許的最大升程。由于不同類型曲線的 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，允許的最大升程（即允許的長、短半徑之差 ） 也不同。 值得注意的是，上述對 Jaν 、 特性的要求也應(yīng)包括定子曲線與長、短徑圓弧的連接點在內(nèi)，當定子曲線在端點上不能按上述特性要求與圓弧段光滑連接時，在連接處應(yīng)設(shè)一小段經(jīng)修正的連接過渡曲線。 對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渡曲線時，則過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時，不會產(chǎn)生剛性沖擊和柔性沖擊，葉片不會產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，但葉片在圓弧和阿基米德螺線的連接點處，葉片徑向速度發(fā)生突變，徑向加速度為無窮大，葉片產(chǎn)生剛 性沖擊，因此連接點易磨損。 2）等加速等減速曲線 采用等加速等減速曲線作為過渡曲線時，在連接點處，葉片有較小的柔性沖擊，其葉片加速度的最大值相對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，并且適當選擇葉片數(shù)可以保證泵的瞬時流量均勻，不會產(chǎn)生剛性沖擊，但是在過渡曲線與圓弧的連接點及過渡曲線的中點加速度發(fā)生突變而造成“軟沖”現(xiàn)象，通常在三個軟沖點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渡曲線時， 在過渡區(qū)，葉片的徑向加速度按正弦規(guī)律變化，葉片不會產(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渡曲線時，在過渡曲線和圓弧連接點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定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化率等項特性的要求，尤其在控制葉片振動、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式為： nnini i aaaaa ?????? ?????? ?? ?22100)( （ 32） 11 為了使 )(?? 的三階導數(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 n=5時，矢徑的三階導數(shù)為 254333 60246 ???? aaadd ??? ，是一個二次多項式，還可以進一步求解兩次導數(shù)。因此矢徑的三階導數(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源于葉片和定子內(nèi)表面的機械噪聲，其原因是葉片按定子曲線給定的軌道徑向運動時加速度的變化引起慣性力的變化，從振動的角度看，這是一種外界作用與葉片 的沖擊力。高次型曲線通過對參數(shù)的調(diào)整可滿足瞬時流量均勻性和減少振動的要求。國內(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種過渡曲線，雖然基本上都能較好地滿足輸出流量脈動小、限制壓力角和葉片不脫離定子的要求，但是它們的力學特性和振動特性卻不甚理想。 因此，本設(shè)計選擇非對稱 6次曲線 （ 即 n=6） 。 這種曲線用于壓油區(qū)，當葉片從 R?? 處開始進入徑向變速運動時， J值 能連續(xù)平緩的開始變化，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，不過這時葉片徑向運動速度已回復為零，不致產(chǎn)生波及整個區(qū)間的振動。因此這種曲線也被稱為無沖擊低噪聲曲線。 葉片布置 葉片傾角對葉片受力的影響 如圖 33所示。定子對葉片作用的合力 F可以分解為兩個分力，即沿葉片伸縮滑動方向作用的分力 Fp和垂直于葉片滑動方向的分力 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為葉片的長度； l為葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的長度。 ?????2211 TfF TfFvv (35) 式中： fv為轉(zhuǎn)子槽與葉片摩擦系數(shù)。 定子對葉片頂部產(chǎn)生的反作用合力 F可以分解為 Fp和 Ft兩個分力（如圖 33），其中橫向分力 F