【導(dǎo)讀】軸向柱塞泵作為應(yīng)用廣泛的一類柱塞泵，它的柱塞軸線與缸體軸線相互平行。較高的工作壓力以及較高的容積效率。軸向柱塞泵在機(jī)械工業(yè)，特別是在液壓系統(tǒng)中有著。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對斜軸式軸向柱塞泵進(jìn)行的設(shè)計(jì)，其主要性能參數(shù)為額定壓。力Pn=32MPa，理論排量v=28ml/r，轉(zhuǎn)速n=1450r/min。狀況、應(yīng)用現(xiàn)狀、軸向柱塞泵的研究現(xiàn)狀以及工作原理進(jìn)行一定的闡述。著重進(jìn)行連桿柱塞組、配流盤的受力。分析，軸承的選擇與校核，平鍵的強(qiáng)度校核。根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)參數(shù)繪制三維零件圖以

　　

【正文】 tan abyya? ?? (64) 式中： ay? 連桿 A 點(diǎn)在 y 軸上的坐標(biāo)值； by? 連桿 B 點(diǎn)在 y 軸上的坐標(biāo)值； a? 連桿 AB 在 22OO? 軸上的投影長度。 2122coscos cosabyRyRa l y??????? 代入式 (64)得 2122c o s c o s c o sta n RRly? ? ?? ??? 23 212222c os [ c os ]c osRRlyyly???????? 在直角 ? ABC 中， BC=y， AC= 22ly? ，則 ]tanar ct an [co s ??? ?? ??? s inta nta n FFF h ?? 39。lF 有可分解為平行于 Z 軸、 Y 軸、 X 軸的三個力： aF 主軸盤的軸向力 aF 、主軸盤的垂直力 vF 及主軸盤的水平力 hF ，如圖 所示。 圖 受力圖 39。l a v hF F F F? ? ? ( c o s sin ta n c o s ) [ ]aF F KN? ? ? ??? (65) ( sin c o s ta n c o s ) [ ]vF F KN? ? ? ??? (66) ta n ta n sin [ ]hF F F KN? ? ??? (67) 主軸上的轉(zhuǎn)矩 如圖 所示，單個柱塞的瞬時轉(zhuǎn)矩： ? ?1 1 1s in c o s s in s in ( 1 c o s ) s in c o s ta nvhM F R F R F R? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 24 總的瞬時轉(zhuǎn)矩： ? ?1211si n si n ( 1 c os ) si n c os t a nZi i iiM FR ? ? ? ? ? ???? ? ??? 平均轉(zhuǎn)矩： 2 3 2 631 ( 1 6 1 0 )s in 7 3 2 1 0 2 5 1 0 s in 2 5 1 5 1 . 544a v g dM z p R N m?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? (68) 軸承的選擇與校核 壽命計(jì)算公式 軸向柱塞泵在工作中往往要求具有較高的轉(zhuǎn)速，并且能夠承受較大的壓力。由于在工作過程中軸承需承受較大的載荷，所以導(dǎo)致軸承會較早地出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致軸承的壽命降低。為了能夠在軸承出現(xiàn)損壞之前更換軸承以避免整個泵體的損壞，所以需要建立一套能夠預(yù)測軸承壽命的計(jì)算方法。目前，在計(jì)算軸向柱塞泵的軸承的壽命時，世界上通用的計(jì)算方法是計(jì)算由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）提出的軸承的 B10 壽命。所謂的 B10 壽命是 指一批相同的軸承，在一定的轉(zhuǎn)速下，其中 90%的軸承出現(xiàn)疲勞剝落前能達(dá)到或超過的工作小時數(shù)。 根據(jù) B10 壽命計(jì)算的軸承， 10%可能在早期就會出現(xiàn)疲勞損壞，而有 50%的軸承的實(shí)際壽命可以達(dá)到計(jì)算壽命的五倍。 B10 壽命計(jì)算的基本公式是： ???????? FCnLh 60106 (69) 式中： hL — 軸承的壽命（ h）； N— 軸承的轉(zhuǎn)速（ r/min）； C— 額定動載荷（ KN）； F— 當(dāng)量動載荷（ KN）； ?— 壽命指數(shù)，對球軸承 3?? ，對滾子軸承 310?? 。 軸承的平均負(fù)荷 柱塞泵在工作過程中，由于缸體一直處于轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，所以 工作在吸油區(qū)和排油區(qū)的柱塞數(shù)是不同的，這也就直接導(dǎo)致了柱塞作用在主軸盤上的力是不斷變化的。所以軸承上一直在受到交變載荷的作用，為了方便計(jì)算，所以通常需要求出交變載荷的平均值。當(dāng)泵的柱塞數(shù) Z 為奇數(shù)時，在 T/2 時間內(nèi)高壓區(qū)作用的柱塞數(shù)為（ Z+1） /2，而另外 T/2 時間內(nèi) 25 的柱塞數(shù)為（ Z1） /2。假設(shè)每個柱塞的作用力為 P0，則軸承上所受的負(fù)荷如圖 所示。平均合力計(jì)算公式為： ? ?3 203 3030 322/2 12/2 1 ????????? ????????? ?? zzPTTPzTTPzP m (610) )37(7 3 2 ?????KN 圖 軸向泵軸承平均負(fù)荷計(jì)算圖 圖 為 A2F 斜軸式軸向柱塞泵的軸承布置， A 點(diǎn)為兩個壓力角 ? =40? 的串聯(lián)的角接觸球軸承的作用力中點(diǎn)，對 于 Z=7 的 A2F 型斜軸泵，其平均合力由（ 610）得 Pm=。根據(jù)表 查出柱塞數(shù)為 3 和柱塞數(shù)為 4 時的偏心距 a 與柱塞分布圓半徑 R 之間的關(guān)系。計(jì)算得： Ra 2 ?? = 26= (611) 26 表 受偏載推力軸承等效載荷分析計(jì)算值 泵的柱塞數(shù) 高壓區(qū)柱塞數(shù)為偶數(shù) 高壓區(qū)柱塞數(shù)為奇數(shù) 高壓區(qū)柱塞數(shù) a/R 高壓區(qū)柱塞數(shù) a/R 5 6 7 8 9 10 2 2 4 4 4 4 3 3 3 3 5 5 圖 斜軸泵的軸承配置 圖 為軸承的受力分析圖， ?cosma PP ? =cos25? = ?sinmr PP ? =sin25? = 軸承 A 所受到的徑向載荷為： 222102101 ??????? ???????? ???????????????????? ?? arAr FlaFl llF KN 27 軸向載荷為： aAa FF ? = 圖 斜軸泵軸承的受力分析 ?raFF= 查 [9]表 817，取 X=， Y= 軸承 A 所受的當(dāng)量動載荷為： ar YFXFP ?? =+(612) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得成對安裝（串聯(lián)）的角接觸球軸承 7307B/DT 的基本載荷為： KNCKNC rr , 0 ?? 則由式 (69)軸承 A 的壽命為： 106010 366 ????????????????? ?PCnL h h 同樣，軸承 B 的徑向載荷為： 22210210 ??????? ???????? ???????????????????? arBr FlaFllF KN 軸向載荷 BaF =0 故軸承 B 的當(dāng)量載荷為： BrFP? = (613) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得深溝球軸承 6307 的基本載荷為： 28 KNCKNC rr , 0 ?? 則由式 (69)軸承 B 的壽命為： 106010 366 ????????????????? ?PCnL h h 對于柱塞泵而言，軸承的設(shè)計(jì)壽命一般為 2021~5000h。由上述軸承的計(jì)算壽命可知角接觸球軸承的計(jì)算壽命滿足設(shè)計(jì)要求，而深溝球軸承的計(jì)算壽命也十分接近設(shè)計(jì)要求。所以軸承的壽命滿足要求。而根據(jù) B10 軸承壽命計(jì)算可知，有 10%的軸承可能出現(xiàn)早期疲勞破壞，而 50%的軸承的實(shí)際壽命可以達(dá)到計(jì)算壽命的五倍，即深溝球軸承實(shí)際壽命可達(dá)9815h，角接觸球軸承的實(shí)際壽命可達(dá) 24874h。計(jì)算軸承壽命的意義在于可以根據(jù)軸承的工作時間來對軸承進(jìn)行一定的處理。 為了保證柱塞泵能夠正常地工作，通常在柱塞泵堅(jiān)持工作 1500～ 2021h 小時后將柱塞泵拆卸下來進(jìn)行一次沖洗，當(dāng)累計(jì)工作時間達(dá)到 8000h 后便要更換柱塞泵的軸承。 平鍵的強(qiáng)度校核 鍵材料采用抗拉強(qiáng)度不低于 590MPa 的鍵用鋼，通常為 45 鋼。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度要求選用平鍵 840。 強(qiáng)度校核按以下公式： ][2 pp dklT ?? ?? 式中： p— 鍵連接工作表面強(qiáng)度， MPa； T— 轉(zhuǎn)矩 (N)； d— 軸的直徑 (mm)； l— 鍵的工作長度 (mm)， A 型， 32840 ????? bll mm； k— 鍵與輪轂接觸高度 (mm)，平鍵 ???? hk mm； [ p? ]— 許用壓強(qiáng) (MPa)， [ p? ]=120~150MPa。 則 ： 3 ??? ???? dk lTp?MPa[ p? ] (614) 故鍵的強(qiáng)度滿足條件。 配流盤受力分析 液壓泵工作時，缸體相對于配流盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生兩個作用力：即壓緊力 Py 和分離力 Pf。 29 壓緊力 Py 壓緊力的主要作用是將缸體壓緊到配流盤上， 而壓緊力產(chǎn)生的主要原因是柱塞孔與通油孔的交界處形成一個截面，而在排油過程中，部分的油液會作用在這個截面上，從而形成一個壓緊力。 對于柱塞為奇數(shù)的柱塞泵： 當(dāng)在排油區(qū)工作柱塞數(shù)為 )1(21 ?Z時，壓緊力 Py1為 1 221 ???????? ?? bzy pdZP N 當(dāng)在排油區(qū)工作柱塞數(shù)為 )1(21 ?Z 時 ，壓緊力 Py2為 1 221 ???????? ?? bzy pdZP N 平均壓緊力 Py 為 )(21 21 yyy PPP ?? =（ +） /2= (615) 分離力 Pf 分離力有三部分組成，即外封油帶分離力 Pf1，內(nèi)封油帶分離力 Pf2，排油窗高壓油對缸體的分離力 Pf3。對于柱塞數(shù)為奇數(shù)的柱塞泵來講，封油帶的實(shí)際包角 要大于配流盤窗口的包角。 當(dāng)在排油區(qū)工作柱塞數(shù)為 )1(21 ?Z 時，實(shí)際包角 1? 為 787272621)1(21 01 ?????? ???????? Z 當(dāng)在排油區(qū)工作柱塞數(shù)為 )1(21 ?Z 時，實(shí)際包角 2? 為 767272421)3(21 01 ?????? ???????? Z 當(dāng)在排油區(qū)工作的柱塞數(shù)為 Z21 時，平均包角 p? 為 ?????? ?????? )7678(21)(2121p (616) 式中： ? — 柱塞間距角， Z?? 2? ； 0? — 柱塞腔通油包角。 (1) 外封油帶分離力 Pf1 對封油帶任意半徑上的壓力 rP 從 R2到 R1積分，并以 p? 代替 2? ，可得到外封油帶上的分離力 Pf1為 30 2325ln4)2325(2ln4)( 222222122211 ?????????? ????bbbpf pRpRRRRP N 外封油帶泄漏量 q1為 2 5 5 22325ln12325ln1232131 ?????? ????RRpq bp ml （ 2） 內(nèi)封油帶分離力 Pf2為 826532132321113ln4)1311(2ln4)( 222234324231 ??????????? ????bbbpf pRpRRRRP N 內(nèi)封油帶泄漏量 q2為 2 6 51113ln12325ln1234331 ?????? ????RRpq bp ml （ 3） 排油窗分離力 Pf3 )1323(2)(2 2223223 ??????? ?? bpf pRRP N （ 4） 配流盤總分離力 Pf 321 ffff PPPP ??? =+8265+=