【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力 T 和離心力引 起的接觸 應(yīng)力和可以看成是連續(xù)直線分布的應(yīng)力 6 摩擦力和 柱塞與柱塞腔壁之間的摩擦力為 26 式中 為摩擦系數(shù)常取 005～ 012 這里取 01 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、和可以通過如下方程組求得 27 式中 柱塞最小接觸長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 這里取 44mm 柱塞名義長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 這里取 189mm 柱塞重心至球心距 離 以上雖有三個(gè)方程但其中也是未知數(shù)需要增加一個(gè)方程才能求解 根據(jù)相似原理有 28 又有 所以 將式代入求解接觸長(zhǎng)度為簡(jiǎn)化計(jì)算力矩方程中離心力相對(duì)很小可以忽略得 29 將式代入可得 210 將以上兩式代入可得 211 式中為結(jié)構(gòu)參數(shù)且 212 22 滑靴受力分析 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)滑靴不僅增大了與斜盤的接觸面、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)縫中的流動(dòng)使滑靴與斜盤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 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液壓力圖把滑靴壓向斜盤稱為壓緊力另一是由滑靴面直徑為的油池產(chǎn)生的靜壓 力與滑靴封油帶上油液泄漏時(shí)油膜反力二者力圖使滑靴與斜盤分離開稱為分離當(dāng)壓緊力與分離力相平衡時(shí)封油帶上將保持一層穩(wěn)定的油膜形成靜壓油墊 柱塞滑靴組件的受力分析 1 柱塞的回程輔助泵供油強(qiáng)制回程分散彈簧回程 集中中心彈簧回程定間隙強(qiáng)迫回程 為了使滑靴以一定大小的力緊貼斜盤回程中心回程彈簧必須克服以下諸力 a 柱塞滑靴組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力 b 吸油真空造成吸油區(qū)柱塞脫離斜盤的力在正常工作時(shí)工作容腔內(nèi)的吸油真空可取 005MPa c 柱塞外伸運(yùn)動(dòng)的摩擦力 e 還需要保持一定的剩余壓緊力使滑靴緊貼斜盤缸體緊貼配流盤以免在吸油過程中這兩對(duì)摩擦副的密封漏氣 通常中心彈簧的剩余壓緊力使這兩對(duì)摩擦副的接觸比壓保持在 01MPa 滑靴的受力確定集中彈簧力 如圖 22 所示滑靴除承受來自柱塞球頭中心的壓力彈簧力和斜盤的垂直反力外還要承受離心力和摩擦力 離心力摩擦力和所需要的 壓緊彈簧力 b 滑靴氣密所需要的彈簧力 4 柱塞滑靴組的受力分析 離心力 液壓力 軸向慣性力 摩擦力 斜盤的垂直反力 下面對(duì)分離力 和 分離力進(jìn)行分析 1 分離力 圖 23 滑靴結(jié)構(gòu)及分離力分布 圖 23 為滑靴結(jié)構(gòu)與分離力根據(jù)流體學(xué)平面圓盤放射流動(dòng)可知油液經(jīng)滑 靴封油帶環(huán)縫流動(dòng)的泄漏量 q 的表達(dá)式為 213 若則 214 式中為封油帶油膜厚度 封油帶上半徑為的任儀點(diǎn)壓力分布式為 215 若則 216 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積分求得如圖 44 取微環(huán)面則封油帶分離力為 217 油池靜壓分離力為 總分離力為 218 2 分離力 滑靴所受壓緊力主要由柱塞底部液壓力引起的即 219 3 力平衡方程式 當(dāng)滑靴受力平衡時(shí)應(yīng)滿足下列力平衡方程式 即 220 將上式代入式中得泄漏量為 3 Lmin 526 除了上述主要力之外滑靴上還作用有其他的力如滑靴與斜盤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)該在滑靴結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)中予以注意 23 配流盤受力分析 不同類型的軸向柱塞泵使用的配流盤是有差別的但是功用和基本構(gòu)造則相同圖 24 是常用的配流盤簡(jiǎn)圖 液壓泵工作時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的缸體與配流盤之間作用有一對(duì)方向相反的力即缸體因柱塞腔中高壓油液作用而產(chǎn)生的壓緊力配油窗口和封油帶油膜對(duì)缸體的分離力 圖 24 配流盤基本構(gòu)造 1輔助支撐面 2外封油帶 3內(nèi)封油帶 4吸油窗 5過渡區(qū) 6減震槽 7排油窗 1 壓緊力 壓緊力是由于處在排油區(qū)是柱塞腔中高壓油液作用在柱塞腔底部臺(tái)階上使缸體受到軸向作用力并通過缸體作用 到配流盤上 對(duì)于奇數(shù)柱塞泵當(dāng)有個(gè)柱塞處于排油區(qū)時(shí)壓緊力為 221 當(dāng)有個(gè)柱塞處于排油區(qū)時(shí)壓緊力為 222 平均壓緊力為 2 分離力 分離力由三部分組成即外封油帶分離力內(nèi)封油帶分離力排油窗高壓油對(duì)缸體的分離力 對(duì)于奇數(shù)泵在缸體旋轉(zhuǎn)過程中每一瞬時(shí)參加排油的柱塞數(shù)量和位置不同封油帶的包角是變化的實(shí)際包角比配流盤油窗包角有所擴(kuò)大如圖 25 所示 圖 25 封油帶實(shí)際包角的變化 當(dāng)有個(gè)柱塞排油時(shí)封油帶實(shí)際包角為 當(dāng)有個(gè)柱塞排油時(shí)封油帶實(shí)際包角為 平均有個(gè)柱塞排油時(shí)平均包角為 式中 柱塞間距角 柱塞腔通油孔包角這里取 1 外封油帶分離力 外封油帶上泄漏流量是源流流動(dòng)對(duì)封油帶任儀半徑上的壓力從到積分并以代替可得外封油帶上的分離力為 223 2 內(nèi)封油帶分離力 內(nèi)封油帶上泄漏流量是匯流流動(dòng)同理可得內(nèi)封油帶分離力為 224 3 排油窗分離力 225 配流盤總分離力 24 缸體的受力分析 1 斜盤對(duì)缸體的作用力斜盤對(duì)滑靴的摩擦力通過柱塞傳遞到缸體上此外斜盤對(duì)柱塞的垂直反力中包括了側(cè)向力和由離心力引起的摩擦力返回彈簧力和油壓力等在斜盤上引起的反力為簡(jiǎn)化問題現(xiàn)只考慮油壓所引起的斜盤反力對(duì)缸體的作用力與 力矩 2 配流盤與缸體間流場(chǎng)的作用力可分為兩部分一部分為從腰形進(jìn)出油孔滲入兩者縫隙中的油壓反推力另一部分為配流盤表面的輔助支撐力一般把兩者接觸面內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)與類似油壓推力的計(jì)算也不考慮 3 斜盤對(duì)柱塞的作用力軸向力由液壓力平衡側(cè)向力造成缸體傾斜缸體與配流盤之間出現(xiàn)楔形縫隙泄漏增大加劇缸體與配流盤之間的磨損側(cè)向力還造成柱塞與缸體之間的磨損 3 斜盤式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計(jì) 31 主要零件的材料與技術(shù)要求 一柱塞與缸體 柱塞與缸體有兩種方案一種是柱塞為硬的缸體為軟的另一種則采用軟柱塞硬缸體在高壓大流量泵中多采 用第一種方案 硬的柱塞材料通常為 18CrMnTiA20Cr12CrNi40CrGCr159SiCrCrWMnT7AT8A 及氮化鋼 38CrMoAlA 等 前三種表面滲碳深度要達(dá) 08～ 12毫米淬火硬度須達(dá)到 HRC56～ 63其它鋼種熱處理硬度也要達(dá)到 HRC60 左右 CrWMn 和 9SiCr 工具鋼具有熱處理變形小金相組織穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn) GCr15 熱處理后對(duì)應(yīng)力集中敏感曾發(fā)生過柱塞折斷的現(xiàn)象盡量少用 或者在上述材料的表面噴涂或熔敷各種陶瓷層如 ZrO2Al2O3Cr2O3 及其它陶瓷粉末 缸體的材料通常為 ZQSn101 或 ZQAlFe94 此外也可用耐磨鑄鐵或球墨鑄鐵等為了節(jié)省銅常用 20Cr12CrNi3A 或 GCr15 作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套 柱塞與孔的配合間隙以漏損和摩擦損失的總和最小為宜在時(shí)一般取為0010015mm 轉(zhuǎn)速提高或壓力降低至 10MPa 以下可酌情稍許加大 柱塞插入部分要開設(shè)深 0305mm寬 0307mm間距 310mm的均壓環(huán)槽保持銳邊以免楔帶污物并有利于消除污物顆粒 柱塞粗糙度 0401 不圓度錐度允差＜徑向間隙 00020215mm 的 14 孔的粗糙度一般 0804 不圓度錐度允差與柱塞相同 配流盤 配流盤 的材料要與缸體對(duì)應(yīng)選取要配對(duì)選取材料其中以 ZQSn101 與Cr12MoV 有最好的抗咬合能力 配流盤淬火 或氮化鋼氮化 以后為了穩(wěn)定金相組織還通常進(jìn)行冷處理和時(shí)效處理 青銅的缸體端面有時(shí)為了改善其跑合性和耐腐蝕性要鍍一層鉛或銦 配流盤表面粗糙度為 0401 左右配流盤表面不平度允差約 0005 毫米且只 許內(nèi)凹不許外凸 三斜盤與壓盤 斜盤多用 GCr15 淬火后硬度 HRC5862 其支承軸瓦通常用 ZQAl94 壓盤一般多用 18CrMnTi滲碳淬火 HRC6065為了避免壓盤孔割削滑靴應(yīng)將孔邊倒圓 給定設(shè)計(jì) 參數(shù) 最大工作壓力 額定流量 100Lmin 最大流量 額定轉(zhuǎn)速 n 1500rmin 最大轉(zhuǎn)速 32 柱塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析參考《液壓元件》 滑靴在旋轉(zhuǎn)過程中由于離心力的作用滑靴對(duì)于斜盤產(chǎn)生的壓緊力將偏離滑靴的軸線在此力所引起的摩擦力的作用下滑靴柱塞在運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢取決于旋轉(zhuǎn)摩擦力的大小但這一自旋可以改善滑靴底部的潤(rùn)滑對(duì)減小摩擦改善磨損和提高效率均有利 1 柱塞結(jié)構(gòu)型式的選擇 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(diǎn)接觸式柱塞 如圖 31a 所示這種柱塞頭部為一球面與斜盤為點(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高的 工作壓力壽命較低這種點(diǎn)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 31b 所示柱塞頭部安裝有擺動(dòng)頭擺動(dòng)頭下部可繞柱塞球窩中心擺動(dòng)擺動(dòng)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(dòng)頭與斜盤的接觸面之間靠殼體腔的油液潤(rùn)滑相當(dāng)于普通滑動(dòng)軸承其值必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi) 3 帶滑靴的柱塞 如圖 31c 所示柱塞頭部同樣裝有一個(gè)擺 動(dòng)頭稱滑靴可以繞柱塞球頭中 心擺動(dòng)滑靴與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(rùn)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 圖 31 柱塞結(jié)構(gòu)型式 可見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(dòng)時(shí)的慣性力采用空心