【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 afttdt?????當(dāng) =0176。或 180176。時(shí)， ,可得最大運(yùn)動(dòng)加速度 為?cos1?max ?????????????柱塞運(yùn)動(dòng)的行程 s、速度 v、加速度 a 與缸體轉(zhuǎn)角的關(guān)系如圖 3—2 所示。圖 3—2 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(pán)平面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即滑靴中心在斜盤(pán)平面 xoy 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖 3—3 所示。 圖 3—3 滑靴運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析圖其運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。橢圓的長(zhǎng)，短軸分別為 長(zhǎng)軸 ???? 短軸 0fa設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為 sinfxR? coy?如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2221coshfxytg???極角 ??50faRm滑靴在斜盤(pán)平面 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)角速度 為o? h? 22csinhtd?????由上式可見(jiàn)，滑靴在斜盤(pán)平面內(nèi)是不等角速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng) 或 時(shí)， 最大2???3h?（在短軸位置）為 ??max150267/cosh rads???????當(dāng) 或 時(shí)， 最?。ㄔ陂L(zhǎng)軸位置）為0??h ???由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周的時(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 ??15027/6h rads????? 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(xiě)成 sintizfQFRtg???式中 為柱塞橫截面積, 。z 24zd?泵柱塞數(shù)為 7，柱塞角距為 ，位于排油區(qū)的柱塞數(shù)為 ，???0Z與排油的各柱塞瞬時(shí)流量為 1sintZfQFRtg??????2zq???3sin2tzfQFRtgq???? ? ? ? ? ??01tZftz????????泵的瞬時(shí)流量為 127tttt??? ? ??01sinZzftFRgi?????????? co224i4zf??????????由以上可以看出，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)。圖 3—4 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 。0Z當(dāng) 時(shí)，取 ,由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為02???0172Z???cos2intzf zQFRtg???????????當(dāng) 時(shí)，流量脈動(dòng)取 ,同樣由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為2???01Z?3cos2intzf zQFRtg???????????當(dāng) 、 、 、 時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最小值為0??2??3min11024tZfQFRtgc??????而當(dāng) 、 、 、 時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最大值為4???35? 3maxcstzft????油泵的平均流量 可按下式計(jì)算：tvg23104tafQndRZtg?????級(jí)數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量規(guī)律見(jiàn)圖 3—4我們常用脈動(dòng)率 和脈動(dòng)頻率 f 來(lái)表示瞬時(shí)流量脈動(dòng)品質(zhì)。定義脈動(dòng)率 ?maxinttvg??這樣，就可以進(jìn)行動(dòng)品質(zhì)分析。 脈動(dòng)頻率當(dāng) Z=7，即為奇數(shù)時(shí) ??1502736fnZHz??? 脈動(dòng)率當(dāng) Z=7，即為奇數(shù)時(shí) ????????????當(dāng) Z 為偶數(shù)時(shí) tz?利用以上兩式計(jì)算值，可以得到以下內(nèi)容：表 3—1 脈動(dòng)率的計(jì)算值Z 5 6 7 8 9 10 11 （％）? 由以上分析可知：，流量脈動(dòng)率下降。，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。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)管路中不可避免的存在有液阻，流量的脈動(dòng)必然要引起壓力脈動(dòng)。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。4 柱塞泵主要部件的設(shè)計(jì)與受力分析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(guò)程與在排油過(guò)程中的受力情況是不一樣的。下面主要討論柱塞在排油過(guò)程中的受力分析，而柱塞在吸油過(guò)程中的受力情況在回程盤(pán)設(shè)計(jì)中討論。 柱塞設(shè)計(jì)與受力分析 柱塞結(jié)構(gòu)形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)，可以有以下三種形式：?點(diǎn)接觸式柱塞，這種柱塞頭部為一球面，與斜盤(pán)為點(diǎn)接觸，其零件簡(jiǎn)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(guò)高的工作壓力，壽命較低。?線(xiàn)接觸式柱塞，柱塞頭部安裝有擺動(dòng)頭，擺動(dòng)頭下部可繞柱塞窩中心擺動(dòng)。擺動(dòng)頭上部是球面或平面或面接觸，已降低接觸應(yīng)力，提高泵工作壓力。?帶滑靴的柱塞，柱塞頭部同樣裝有一個(gè)擺動(dòng)頭，稱(chēng)為滑靴，可以繞柱塞球頭部中心擺動(dòng)?；ヅc斜盤(pán)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(guò)柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄露，保持與斜盤(pán)之間有一層油膜潤(rùn)滑，從而減少了摩擦和磨損，使壽命大大提高。本設(shè)計(jì)即采用帶滑靴的柱塞形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（1）柱塞直徑 及柱塞分部圓半徑dfR在 中我們已經(jīng)求出：柱塞直徑 16m?柱塞分部圓半徑 25fR(2) 柱塞名義長(zhǎng)度 L 如圖 4—1 所示，應(yīng)選定下列主要參數(shù)：——柱塞行程（cm）h——柱塞最小外伸長(zhǎng)度（cm）minl——柱塞最小接觸長(zhǎng)度（cm）0——柱塞名義長(zhǎng)度（cm）l值在結(jié)構(gòu)計(jì)算中以確定，一般在 范圍內(nèi)，而 及 值一般可按經(jīng)驗(yàn)h ??1~.5hd?minl數(shù)據(jù)來(lái)?。? ? 取??15~??而 ???這里取 348d(3) 柱塞球頭直徑 1按經(jīng)驗(yàn)常取 ?為使柱塞在排油結(jié)束時(shí)圓柱面能完全進(jìn)入柱塞腔，應(yīng)使柱塞球頭中心至圓柱面保持一定的距離 ，(4) 柱塞均壓槽高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開(kāi)有環(huán)形均壓槽，起均衡側(cè)壓力、改善潤(rùn)滑條件和存儲(chǔ)贓物的作用。均壓槽的尺寸常?。荷?間距 ~7hm?2~10tm?實(shí)際上，由于柱塞受到的徑向力很大，均壓槽的作用并不明顯，還容易滑傷缸體上柱塞孔壁面。因此，目前許多高壓柱塞泵中的柱塞不開(kāi)設(shè)均壓槽。 柱塞受力分析圖 4—1 是帶有滑靴的柱塞受力簡(jiǎn)圖。圖 4—1 柱塞受力簡(jiǎn)圖作用在柱塞上的力有：(1) 柱塞底部的液壓力 PF柱塞位于排油區(qū)時(shí)，作用于柱塞底部的軸向液壓力 為pF ??????????式中 為泵的最大工作壓力。maxP(2) 斜盤(pán)對(duì)柱塞的法向力 N法向力 N 可分為柱塞的側(cè)向分離 T 及柱塞的軸向分力 F, ??sinT??? coF(3) 缸孔對(duì)柱塞的正壓力為 與??1F2如忽略柱塞的離心力、慣性力、滑履與斜盤(pán)間的摩擦力和柱塞與缸孔的配合間隙，并假定柱塞與缸孔間的比壓按直線(xiàn)分布，則可列出下列四個(gè)力的平衡方程式： —摩擦系數(shù)，可取 。f ? ?。?，0yF?12sinNF???ⅱ） ，xco0Pf?ⅲ) , M021 12033lldfFf???????????????ⅳ）由相似原理 。??2022lF??解上列方程式可得： 20226431lfdl m??????令 ??2021ll??? ????????則 cosinpFNf?? ???????? ??1 20inFl????????? ??1 ??????????? ??220nNFl?? ??????(4) 缸孔與柱塞間的摩擦力為 與1fF2 ??2673?(5) 柱塞慣性力 B柱塞相對(duì)缸體往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，有直線(xiàn)加速度 ，則柱塞軸向慣性力 為aBF 2cosfGFmaRtg????式中 m 、 G 為柱塞和滑靴的總質(zhì)量。慣性力方向與加速度的方向相反，隨缸體旋轉(zhuǎn)角 a 按余弦規(guī)律變化。當(dāng) 和0oa?時(shí)，慣性力最大值為180o ?? oBfGFmaRtgtgN?????????????(6) 柱塞與缸孔間比壓 P、平均比功 驗(yàn)算??avgp對(duì)于柱塞與缸體這一對(duì)摩擦副，過(guò)大的接觸應(yīng)力不僅會(huì)增加摩擦副之間的磨損，而且有可能壓傷柱塞活缸體。其比壓控制在摩擦副材料允許的范圍內(nèi)。去柱塞伸出最長(zhǎng)時(shí)的最大接觸應(yīng)力作為計(jì)算比壓值，則 ????1max2FPpMalD?? ?????柱塞相對(duì)缸體的最大運(yùn)動(dòng)速度 應(yīng)在摩擦副材料允許方位內(nèi)，即maxv ??????????平均比功可按下式計(jì)算： ?? ????????上式中的許用比壓 、許用速度 、許用比功 的值，以摩擦副材料而定，????v可參考表 4—1表 4—1材料牌號(hào) 許用比壓 ??p??Ma許用滑動(dòng)速度 ??v??/ms平均許用比功 ??pv??/Mams? 1ZQA94?30 8 600nS15 3 20耐磨鑄鐵 10 5 18 柱塞與缸體這一對(duì)摩擦副，不宜選用熱變形相差很大的材料，這對(duì)于油溫高的泵更重要。同時(shí)在鋼表面噴鍍適當(dāng)厚度的軟金屬來(lái)減少摩擦阻力，不選用銅材料還可以避免高溫時(shí)油液對(duì)銅材料的腐蝕作用。 滑靴受力分析與設(shè)計(jì) 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)?；ゲ粌H增大了與斜盤(pán)得接觸面、減少了接觸應(yīng)力，而且柱塞底部的高壓油液，經(jīng)柱塞中心孔 和滑靴中心孔 ，再0d?0d經(jīng)滑靴封油帶泄露到泵殼體腔中。由于油液在封油帶環(huán)縫中德流動(dòng)，使滑靴與斜盤(pán)之間形成一層薄油膜，大大減少了相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間的摩擦損失，提高了機(jī)械效率。這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)高壓力和高轉(zhuǎn)速的需要。 滑靴受力分析 液壓泵工作時(shí)，作用于滑靴上有一組方向相反的力。一是柱塞底部壓力圖把滑靴壓向斜盤(pán)，稱(chēng)為壓緊力 ；另一是由滑靴面直徑為 的油池產(chǎn)生的靜壓力 與滑yp1D1fP靴封油帶上油液泄露時(shí)油膜反力 ，二者力圖使滑靴與斜盤(pán)分離開(kāi)，稱(chēng)為分離 。2f p當(dāng)壓緊力與分離想平衡時(shí)，封油帶上將保持一層穩(wěn)定的油膜，形成靜壓油墊。下面對(duì)這組力進(jìn)行分析。(1) 分離力 圖 4—2 為柱塞結(jié)構(gòu)與分離力分布圖。根據(jù)流體學(xué)平面圓盤(pán)放射流動(dòng)可知，油液經(jīng)滑靴封油帶環(huán)縫流動(dòng)的泄露量 q 的表達(dá)式為??2136lnRF?????若 ，則20F 2136lnRFq????式中 為封油帶油膜厚度。? 封油帶上半徑為 r 的任一點(diǎn)壓力分布式為 ??211lnrrPFR???若 ，則20F 21lnrPFR?從上式可以看出，封油帶上壓力隨半徑增大而呈對(duì)數(shù)規(guī)律下降。封油帶上總的分離力 可通過(guò)積分求得。fP圖 4—2 滑靴結(jié)構(gòu)及分離力分布如圖 4—2，取微環(huán)面 。則封油帶分離力 為2rd?2fp ??21 2111lnRfrFpPR????油池靜壓分離力 為1f 21f?總分離力 為fP??????221 612 ????????(2) 壓緊力 y滑靴所受壓緊力主要由柱塞底部液壓力 引起的，即p??????(3) 力平衡方程式 當(dāng)滑靴受力平衡時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足下列力平衡方程式 yfp ??2124coslnbzRdP????即 ??211lcoszPdR???將上式帶入式 ，得泄漏量為3126lnpq?????????3 3202 ???????? ?除了上述主要力之外，滑靴上海作用有其他的里。如滑靴與斜盤(pán)間的摩擦力，由滑靴質(zhì)量引起的離心力，球鉸摩擦力，帶動(dòng)滑靴沿斜盤(pán)旋轉(zhuǎn)的切向力等。這些力有的使滑靴產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，有利于均勻摩擦；有的可能使滑靴傾倒而產(chǎn)生偏磨，并破壞了滑靴的密封，應(yīng)該在滑靴