【文章內(nèi)容簡介】 z fa ZQ F R tgZ??? ????????? (218) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 12 當(dāng) a=0﹑ Z? ﹑ 2Z? ﹑……時，可得瞬時流量的最小值為 m in12 s i n 2t z fQ F R tg Z?? ?? (219) 奇數(shù)柱塞泵瞬時流量規(guī)律見圖 2— 3 我們常用脈動率 ? 和脈動頻率 f 表示瞬時流量脈動品質(zhì)。 定義脈動率 m ax m intttpQd = (220) 這樣，就可以進(jìn)行流量脈動品質(zhì)分析。 脈動頻率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時 )(450960150022 Hznzf ????? (221) 脈動率 當(dāng) Z=9，即為奇數(shù)時 %)94(242 ???? ???? tgzztgzd (222) 利用以上兩式計算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 柱塞泵流量脈動率 由以上分析可知： (1) 隨著柱塞數(shù)的增加，流量脈動率下降。 (1) 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。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 ,脈動率已小于 1%.因此 ,從泵的結(jié)構(gòu)考慮 ,軸向柱塞泵的柱塞數(shù)常取 Z=7﹑ 9﹑ 11. Z ? （ %） 6 8 10 12 14 16 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 13 泵瞬時流量是一周期脈動函數(shù) .由于泵內(nèi)部或系統(tǒng)管路中不 可避免地存在有液阻 ,流量的脈動必然要引起壓力脈動 .這些脈動嚴(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 ,諧振時壓力脈動可能很高 ,這時系統(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﹑壓力脈動在管路或附件中激勵起高頻率的機(jī)械震動將引起導(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 ,對飛機(jī)液壓系統(tǒng)尤其重要 . 在設(shè)計液壓泵和液壓系統(tǒng)時，要考慮采取措施抑制或吸收壓力 脈動，避免引起諧振。對于壓力脈動的幅值，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，壓力脈動均不超過額定出口壓力的 10%? 。實際上 10%? 的指標(biāo)還是偏大，但由于制造工藝上的原因，壓力脈動的指標(biāo)還不能定的很嚴(yán)格，但降低泵的壓力脈動無疑是今后液壓技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 14 第 3 章 柱塞受力分析與設(shè)計 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。單個柱塞 隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時，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)計中討論。 柱塞受力分析 圖 是帶有滑靴的柱塞受力分析簡圖 。 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，作用于 柱塞底部的軸向液壓力 bP 為 ? ? ? ?Npdpxb 125601040102044 33m a x2 ??????? ?? (31) 式中 maxP 為泵最大工作壓力。 柱塞慣性力 BP 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 15 柱塞相對缸體往復(fù)直線運(yùn)動時，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= = = (32) 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，慣性力最大值為 ? ?NtgttgwRp ofgGB z 310 a x 2 ???????? ?? (33) 離心反力 tP 柱塞隨缸體繞主軸作等速圓周運(yùn)動，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= = = = (34) 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 ? ?? ?NNT NNp oo325015s i n12560s i n 1213215c os12560c oso ???? ???? ?? (35) 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?？紤]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。 分析柱塞受力，應(yīng)取柱塞在柱塞腔中具有最小接觸長度，即柱塞處于上死點時的位置。此時， N﹑ 1p 和 2p 可以通過如下方程組求得 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 16 0y?? 12sin 0tN p p p? ? ? ? ? 000zM???? 02202121c os????????ttzzsblpdfpdfpppfpfpN ? (36) 式中 0l —— 柱塞最小接觸長度，根據(jù)經(jīng)驗 0l =? ?d2~ ,這里取 0l =2d =78mm； l—— 柱塞名義長度，根據(jù)經(jīng)驗 l =? ?~ ，這里取 0l =3d =117mm； tl —— 柱塞重心至球心距離， tl =0l 2 78 m m = = 以上雖有三個方程，但其中 2l 也是未知數(shù)，需要增加一個方程才能求解。 根據(jù)相似原理有 1max 0 02max 2p l lpl?? 又有 1 1m ax 0 21 ()2p p l l?? 2 max 212 zzp p l d? 所以 2021222()llppl?? (37) 將式 2021222()llppl??代入 12sin 0tN p p p? ? ? ? ?求解接觸長度 2l 。為簡化計算，力矩方程中離心力 tP 相對很小可以忽略，得 )( 346222 mmlfdl lfdllll oz ozoo ??????? ??????????? ???(38) 將式 2021222()llppl??代入12c os 0bsN fp fp p p? ? ? ? ? ?可得 ? ? ? ?11s in2221????xotlllpNp ? ? ? ? ?No i n1057 3 ?????? ? ? ? ? ? ?NlllpNp oxot 5 8 2 31117 i n57s i n222222 ????????? ? (39) 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 17 摩擦力 1fP 和 2fP 柱塞與柱塞腔壁之間的摩擦力 fp 為 ? ? ? ? ? ?Nfppp f ?????? (310) 式中 f 為摩擦系數(shù)，常取 f =～ ，這里取 。 將以上兩式代入 02221 ??? ttzz lpdfpdfp可得 ? ?KNfj f j pppN ootBb 5715s i os i nc os ???? ?????? ??? ??(311) 式中 ? 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 2 202222022() ( 78 )1 1117 ( ) ( 78 ) 11117xxllllllj + += = = (312) 柱塞設(shè)計 柱塞結(jié)構(gòu)型式 軸向柱塞泵均采用圓柱形柱塞。根據(jù)柱塞頭部結(jié)構(gòu)，可有以下三種形式： ① 點接觸式柱塞，如圖 （ a）所示。這種柱塞頭部 為一球面，與斜盤為點接觸，其零件簡單，加工方便。但由于接觸應(yīng)力大，柱塞頭部容易磨損﹑剝落和邊緣掉塊，不能承受過高的工作壓力，壽命較低。這種點接觸式柱塞在早期泵中可見，現(xiàn)在很少有應(yīng)用 ② 線接觸式柱塞，如圖 （ 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。擺動頭上部是球面或平面與斜盤或面接觸，以降低接觸應(yīng)力，提高泵工作壓。擺動頭與斜盤的接觸面之間靠殼體腔的油液潤滑，相當(dāng)于普通滑動軸承，其 ? ?pv 值必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 ③ 帶滑靴的柱塞，如圖 （ c）所示。柱塞頭部同樣裝有一個擺動頭，稱滑靴，可以繞柱塞球頭中心擺動?；ヅc斜盤間為面接觸，接觸應(yīng)力小，能承受較高的工作壓力。高壓油液還可以通過柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持與斜盤之間有一層油膜潤滑，從而減少了摩擦和磨損，使壽命大大提高。目前大多采用這種軸向柱塞泵。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 18 （ a） ( b ) ( c ) 圖 柱塞結(jié)構(gòu)型式 圖 封閉薄壁柱塞 從圖 可見，三種型式的柱塞大多做成空心結(jié)構(gòu)，以減輕柱塞重量，減小柱塞運(yùn)動時的慣性力。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?？招闹麅?nèi)還可以安放回程彈簧，使柱塞在吸油區(qū)復(fù)位。 但空心結(jié)構(gòu)無疑增加了柱塞在吸排油過程中的剩余無效容積。在高壓泵中，由于液體可壓縮性能的影響，無效容積會降低泵容積效率，增加泵的壓力脈動，影響調(diào)節(jié)過程的動態(tài)品質(zhì)。 因此，采用何種型式的柱塞要從工況條件﹑性能要求﹑整體結(jié)構(gòu)等多方面權(quán)衡利弊，合理選擇。 航空液壓泵通常采用圖 所式的封閉壁結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅有足夠的剛度，而且重量減輕 10%～ 20%。剩余無效容積也沒有增加。但這種結(jié)構(gòu)工藝比較復(fù)雜，需要用電子束焊接。 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 ① 柱塞直徑 Zd 及柱塞分布塞直徑 fD 柱塞直徑 Zd ﹑ 柱塞分布塞直徑 fD 和柱塞數(shù) Z 都是互相關(guān)聯(lián)的。根據(jù)統(tǒng)計資河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 19 料，在缸體上各柱塞孔直徑 Zd 所占的弧長約為分布圓周長 fD? 的 75%，即 ZfZdD? ? (313) 由此可得 9 3 . 8 20 . 7 5 0 . 7 5fxD Zm d pp= ? = 式中 m 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 m 隨柱塞數(shù) Z 而定。對于軸向柱塞泵，其 m 值如表 所示。 表 Z 7 9 11 m 當(dāng)泵的理論流量 fbQ 和轉(zhuǎn)速 bn 根據(jù)使用工況條件選定之后，根據(jù)流量公式可得柱塞直徑 Zd 為 3 4 2 0 . 3tbZbQd m zn tgpg=? (314) 由上式計算出的 Zd 數(shù)值要圓整化，并應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑 ,應(yīng)選取 20mm. 柱塞直徑 xd 確定后，應(yīng)從滿足流量的要求而確定柱塞分布圓直徑 fD ，即 24 1 .9 5 3 9tbf xbQD d m md tg Znpg= = = (315) ② 柱塞