【導(dǎo)讀】外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，經(jīng)過吸收和再創(chuàng)新兩個過程來實現(xiàn)液壓馬達(dá)的設(shè)計與制造。因此本課題主要通過三維制圖軟。件solidworks對斜軸式高壓液壓馬達(dá)進(jìn)行仿真模擬設(shè)計，并對原理進(jìn)行相應(yīng)的研究和主要零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。計算，最后完成斜軸式高壓液壓液壓馬達(dá)的設(shè)計制造總圖。

　　

【正文】 s in c o siiidvaRdt ? ? ???22 si n42V d zS d zR?? ??? 共 37 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 如果斜軸泵的柱塞數(shù)為 z ，則兩相鄰柱塞間的夾角為 （ 39） 假如在排油 區(qū)中離上死點最近的一個柱塞的轉(zhuǎn)角是 1? （ z?? 20 ?? ），共有 m 個柱塞處于排油區(qū)，則以下幾個柱塞距上死點的轉(zhuǎn)角分別為 ??? 212 ?? ， ? ， ??? )1(21 ??? ii ， ? ，??? )1(21 ??? mm 。因此 式（ 38） 可寫為 （ 310） 由數(shù)學(xué)推演可知 （ 311） 斜軸式軸向柱塞泵的流量不均勻系數(shù) q? 與柱塞數(shù)的關(guān)系 見表 31。顯然，奇數(shù)柱塞明顯優(yōu)于柱塞數(shù)相近的偶數(shù)柱塞，因此軸向柱塞馬達(dá)的設(shè)計選用奇數(shù)柱塞。從 表 還可以看出，隨著 圖 32 軸向柱塞泵的瞬時流量 a)偶數(shù)柱塞的瞬時流量 b)奇數(shù)柱塞的瞬時流量 柱塞數(shù)的增加，流量不均勻系數(shù) q? 減小。然而，當(dāng)柱塞數(shù)較大時， q? 的減小并不顯著。為了盡量減小結(jié)構(gòu)，選擇 Z=7。 奇數(shù)柱塞的瞬時理論流量 對于柱塞數(shù)為奇數(shù) 的泵，當(dāng) ?? ?? 10 時， ， 可得 （ 312） ? ? ? ?111 s in ( 1 ) s ins in 2 1 s inmi mmi ? ? ??? ?? ??? ? ??????? ?2 11s in s in 2 ( 1 )4 msh iq d R i? ? ? ? ??? ? ??22 z???1 ( 1)2mz??? ? 111c o s( )2sin 2 12 sin 2mii? ??? ???? ? ?????? 共 37 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 313） 此時，斜軸泵的瞬時理論流量為 （ 314） 對于柱塞數(shù)為奇數(shù)的泵，當(dāng) ??? 21 ?? 時， 可得 （ 315） （ 316） 此時，斜軸泵的瞬時理論流量為 （ 317） 最大瞬時流量為 (318) 最小瞬時流量為 (319) 此時的流量不均勻 系數(shù)為 (320) 對于奇數(shù)柱塞的泵而言，流量脈動頻率為 (321) 表 31 軸向柱塞泵流量不均勻系數(shù)與柱塞數(shù)的關(guān)系 ? ? 111sin ( )2c o s 2 12 sin 2mii? ??? ???? ? ??????12 c o s( )2sin4 2 sin2shq d R? ?? ?????1 ( 1)2mz??? ? 1113c o s( )2sin 2 12 sin 2mii? ??? ???? ? ??????? ? 1113sin ( )2c o s 2 12 sin 2mii? ??? ???? ? ??????123c os ( )2sin4 2 sin2shq d R? ?? ?????2m a x sin() 8 sin2shq d R??? ??2m in sin() 4 t a n2shq d R??? ??m a x m i n( ) ( ) ta n24s h s hqtqqq z z??? ???260 30q nz nzf ?? 共 37 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ z 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (%)q? 斜軸式軸向柱塞泵的受力分析 由于斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)和斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)不同，所以受力情況也不完全一樣。在斜盤式軸向柱 塞泵中，柱塞受到很大的徑向力，此徑向力造成缸體和柱塞間的磨損。為減少磨損，斜盤式軸向柱塞泵的斜盤傾角 ? 一般不超過 20? 。而在斜軸式軸向柱塞泵中，柱塞與缸體之間的徑向力由兩部分組成：其一，為了驅(qū)動缸體以克服摩擦力，柱塞傳給缸腔的切向力（僅驅(qū)動柱塞有此力）；其二，由于柱塞軸線與缸腔軸線存在夾角 1? ，液壓力產(chǎn)生徑向分力12 tan)4( ?? pdF ?? 。假如驅(qū)動柱塞在高壓區(qū) ，上述兩個力同時存在，柱塞對缸體的正壓力為兩者的合力。為了減小液壓力的徑向分力 F? ，必須減小 1? 。 1? 的最大值為柱塞的半錐角 ? ，一般 ?? 4~2?? ，所以 F? 并不大，且缸體轉(zhuǎn)動所需克服的摩擦力矩也不大，因此斜軸泵中柱塞與缸腔間的徑向作用力比斜盤泵小得多。 斜軸式軸向柱塞 泵中的傳動軸法蘭起著斜盤式軸向柱塞泵中斜盤的作用。由于柱塞與缸腔之間的傾角 ?? 4~21 ???? ，可以近似認(rèn)為傳動軸法蘭盤上受到柱塞球頭的作用力與缸體軸線平行。這樣，傳動軸法蘭盤上的手里情況與斜盤泵中的斜盤相同。與斜盤式軸向柱塞泵不一樣的是傳動軸法蘭盤必須繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。因此，法蘭盤上柱塞作用力的軸向分力的合力由傳動軸上的圓錐滾子軸承來承受， ?? c o s)4( 2 pdzF ax ?? 。式中 z? 為處于高壓區(qū)的柱塞數(shù)。偶數(shù)柱塞時， 2zz ?? ；奇數(shù)柱塞時， 2)1( ??? zz 。計算傳動軸上的止推軸承時，為了安全起見，可取 2)1( ??? zz 。 各個柱塞對法蘭盤的作用力在傳動軸上的徑向分力為 ?? s in)4( 2 pdzF rad ?? 。傳動軸上的徑向力也由傳動軸上的圓錐滾子軸承承受。 隨著傾角 ? 的增加，法蘭盤上的軸向分力 azF 減小，徑向分力 radF 增加。但對于斜軸式軸向柱塞泵來說，承受軸向分力的軸承負(fù)荷較重，設(shè)計較困難；承受徑向分力的軸承負(fù)荷相對較輕，較易選用。因此，增加傾角 ? 并不會造成軸承設(shè)計、選擇的困難。 主要零部件的設(shè)計計算 高壓馬達(dá)的性能和壽命在很大程度上取決于主要零部件的材質(zhì)、熱處理方法和加工質(zhì)量，其中尤其以選用合理的摩擦副材料最為重要。隨著表明處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，液壓馬達(dá)的用材出現(xiàn)了多元化的趨勢。 已知馬達(dá)工作參數(shù)：最高工作壓力 ，最大流量 120 minL ，馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)rpm5500 ，彎軸角 ?? 25~7?? 。馬達(dá)最大排量 maxV 可由下式算得 (322) m a xm a xm a x1 2 0 m in 2 1 . 6 25500q LV m L rn r p m? ? ? 共 37 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 柱塞結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及選材 A6VM高壓馬達(dá)采用圓錐型柱塞（錐角 ?? 4~2?? ），其頭部結(jié)構(gòu)為球頭形式，并使用回程板與傳動軸法蘭盤進(jìn)行面接觸，因而接觸應(yīng)力小，能承受較高的工作壓力。液壓油還可以通過主柱塞中心 孔及傳動軸中心孔，沿滑平面泄露，從而保證傳動軸與軸承等配合零件之間有一層油膜潤滑，減少摩擦和磨損。柱塞做成錐形結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是簡化了工藝結(jié)構(gòu)、降低了加工成本、并隨之而來地減小了體積和質(zhì)量 圖 33 柱塞 結(jié)構(gòu)及主要尺寸 1．柱塞直徑 d 、柱塞分布圓半徑 R 和柱塞數(shù) z 這三個參數(shù)互相制約、且與結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。在保證性能、強(qiáng)度、剛度的前提下，通常用繪制草圖法，試算出最緊湊 的結(jié)構(gòu)尺寸，并考慮有較好的工藝性。本文所設(shè)計的柱塞馬達(dá)為半軸型，所以取柱塞數(shù) 7?z ，這樣能使馬達(dá)結(jié)構(gòu)較為緊湊，且減小流量脈動。 (1) 柱塞分布圓半徑 (323) 式中 V — 馬達(dá)排量（ mL r? ）； z — 柱塞數(shù)（ 7?z ）； ? — 彎軸角（ ?? 25~7?? ）。 確定 R 后，根據(jù)斜軸馬達(dá)排量公式 (324) 得到柱塞直徑（缸腔直徑） (326) 333 33m a x7 2 1 . 6 2 1 0 2 1 . 3 7 2 21 . 1 2 5 ta n 1 . 1 2 5 3 . 1 4 ta n 2 5zVR m m?? ??? ? ? ?。m a x2 2 2 1 . 6 2 1 4 . 5s in 7 2 2 s in 2 5Vd m mzR? ? ? ?? ? ?? ? ?2 m a x2 s in4V d z R? ??? 共 37 頁 第 23 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 2） 柱塞長度及錐角 通常情況下，柱塞錐角 ?? 4~2?? ，在此取 ?3?? 。 由于柱塞圓球中心作用有很大的徑向力，為使柱塞不致卡死以及保持有足夠的密封長度，應(yīng)保證最小留缸長度 0l 。最小留缸長度 0l 與馬達(dá)的工作壓力有關(guān)，由于馬達(dá)最高工作壓力可達(dá) ，所以按照公式 dl )~(0 ? 。 柱塞長度 L 應(yīng)等于柱塞的最小留缸長度 0l 、最小外伸長度 dl ?? 和最大行程m axm ax sin2 ?RS ? 之和。即 (327) （ 3）柱塞球頭直徑 1d 與 2d 球頭直徑 1d ，依經(jīng)驗取 1 ( ~ ) 16d d m m?? 為使柱塞球頭不遮住傳動軸法蘭上的油孔，取 mmd 42 ? 。 （ 4）活塞環(huán)密封槽 柱塞上開有的槽用來安裝活塞環(huán)密封圈，以防止柱塞錐度可能引起的高壓油及低壓油的泄露。其尺寸為深度 mmh 1? 、寬度 mmb ? 、間距 mmt ? 。 （ 5）柱塞材料的選擇 柱塞的材料選擇需要與缸體組合考慮，在高壓大流量馬達(dá)中多采用柱塞為硬質(zhì)材料，缸體軟質(zhì)材料的組合 目前，缸體多數(shù)是雙金屬缸體。外面是優(yōu)質(zhì)鋼，而與柱塞相配合的孔及與配流盤相配合的球面是銅層，銅層是鑄上的銅合金。因此工藝要求是： （ 1） 鑄造的銅合金要符合設(shè)計的化學(xué)成分和機(jī)械性能； （ 2） 鑄造銅層不能有砂眼、疏松、嚴(yán)重偏析等缺陷； （ 3） 銅層與母材結(jié)合要牢固，不能有起層現(xiàn)象； （ 4） 缸體與柱塞配合的孔的尺寸公差、圓柱度、表面粗糙度以及七孔分布圓直徑公差及等分角度公差等都要達(dá)到設(shè)計要求； （ 5） 與配流盤相 配合的球面其球徑及球面度、跳動、粗糙度等要達(dá)到設(shè)計要求。 綜上選用柱塞材料為 18CrMnTiA。 缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及選材 缸體結(jié)構(gòu) 如圖 34所示： 0 m a x m a x2 sin ( 2 .2 ~ 2 .7 ) 2 sin 5 5L l l R d R m m??? ? ? ? ? ? ? 共 37 頁 第 24 頁