【導(dǎo)讀】柱塞泵是一種供油裝置，常用于機(jī)器的潤(rùn)滑系統(tǒng)中。它的工作原理是：靠凸輪旋轉(zhuǎn)，由凸?；臀氡们?，并排到潤(rùn)滑系統(tǒng)中。柱塞泵分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩種。柱塞沿圓周徑向分布的。柱塞沿傳動(dòng)軸方向分布的是軸向柱塞泵。有結(jié)構(gòu)緊湊，工作壓力高，容易實(shí)現(xiàn)變量，體積比徑向柱塞泵要小等優(yōu)點(diǎn)。要進(jìn)行柱塞泵的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和基于Pro/E軟件的實(shí)體仿真設(shè)計(jì)。Pro/E軟件是迄今為止功能最。強(qiáng)的全參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。分析問(wèn)題，從而達(dá)到最優(yōu)化最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目的。本文詳細(xì)講解了整個(gè)柱塞泵的建模過(guò)程，動(dòng)仿真，從而對(duì)柱塞泵的工作原理有了更清晰的認(rèn)識(shí)。1軸向柱塞泵概述······························································································1. 2直軸式軸向柱塞泵主要零部件設(shè)計(jì)··········&

　　

【正文】 理論功率 tbN 2tb b tb b gbN p Q n M?? ? ? （ 36） = 615002 1 . 8 1 0 2 8 3 ( )60 kw? ? ? ? ? 泵實(shí)際的輸入功率 brN 為 122b r b g b b tb mbN n M n M?? ??? （ 37） = 61 5 0 0 12 1 . 6 1 0 2 8 2 ( )6 0 0 . 8 8 9 kw? ? ? ? ? ? 泵實(shí)際的輸出功率 bcN 為 b c b g b b t b bN p Q p Q??? ? ? ?= 63 1. 6 10 95 42 67 ( )kw? ? ? ? （ 38） 定義泵的總 效率 ?為輸出功率 bcN 與輸入功率 brN 之比，即 12 b tb bbcb b m bbrtbmbpQNN M???? ? ?? ??? ? ? = ?? 上式表明，泵總效率為容積效率與機(jī)械效率之積。 對(duì)于軸向柱塞泵，總效率一般為 bh =～ ,經(jīng)校核，滿足要求。 ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 24 4 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 泵在一定斜盤(pán)傾角下工作時(shí)，柱塞一方面與缸體一起旋轉(zhuǎn)，沿缸體平面做圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面又相對(duì) 缸體做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成，使柱塞軸線上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓。此外，柱塞還可能有由于摩擦而產(chǎn)生的相對(duì)缸體繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)使柱塞的磨損和潤(rùn)滑趨于均勻，是有利的。 柱塞運(yùn)動(dòng)分析 柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，主要研究柱塞相對(duì)缸體的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。即分析柱塞與缸體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的行程﹑速度和加速度，這種分析是研究泵流量品質(zhì)和主要零件受力狀況的基礎(chǔ)。 S 圖 41 為一般帶滑靴的軸向柱塞運(yùn)動(dòng)分析圖。若斜盤(pán)傾斜角為 r，柱塞分布圓半徑為fR ，缸體或柱塞旋轉(zhuǎn)角 1 為 a ，并以柱塞腔容積最大時(shí)的上死點(diǎn)位置為 0? ，則對(duì)應(yīng)于任一旋轉(zhuǎn)角 a 時(shí)， 圖 41 柱塞運(yùn)動(dòng)分析 如圖： cosffh R R a= ，所以柱塞行程 S 為 1( 1 c os)s htg R tg??? ? ? （ 41） 當(dāng) 180a O= 時(shí)，可得最大行程 maxs 為 ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 25 m a x 2 ffs R tg D tg????＝ 3 9 1 8 0 3 9 ( )tg m m??? （ 42） 將式 1 (1 c os)s htg R tg??? ? ?對(duì)時(shí)間微分可得柱塞運(yùn)動(dòng)速度 u 為 . s i ns s aft a td d d R t g ad d d? ? ?? ? ? （ 43） 當(dāng) 90? ?? 及 270? 時(shí)， sin 1??? ，可得最大運(yùn)動(dòng)速度 max? 為 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR tg tg m m s? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 44） 式中 w 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， 且 atw= 。 將 . s i ns s aft a td d d R tg ad d d? ? ?? ? ?對(duì)時(shí)間微分可得柱塞運(yùn)動(dòng)加速度 a 為 2. c o saft a td d da R t gd d d?? ? ? ?? ? ? （ 45） 當(dāng) 0? ?? 及 180? 時(shí)， cos 1,??? 可得最大運(yùn)動(dòng)加速度 maxa 為 2m a x 15008 1 9 2 1 2 9 ( / )60fa R tg m s? ? ???? ? ? ? ????? （ 46） 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 42所示： ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 26 圖 42 柱塞運(yùn)動(dòng)特征圖 滑靴運(yùn)動(dòng)分析 分析滑靴的運(yùn)動(dòng)，主要是研究它相對(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xoyⅱ ? 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，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 2 392 4 0 . 4 ( )c o s c o s 1 5fRb m m? ?? ? ? 短軸 2 2 3 9 ( )fa R m m== 設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為 sincosffx R ay R a?? （ 47） 如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2 2 2 2 21 c o shfR x y R tg a?? ? ? ? （ 48） 極角 ( c o s c o s )a rctg a??? 滑靴在斜盤(pán)平面 xoy??? 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)角速度 h? 為 2 2 2c o sc o s c o s s i nh tdd a a? ??? ??? ? （ 49） 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) 2a ?? ﹑ 32? 時(shí)， h? 最大（在短軸位置）為 max cosh ?? ???1500 2601 6 2 ( / )c o s 1 5 rad s??? ? （ 410） 當(dāng) 0a? ﹑ ? 時(shí)， h? 最?。ㄔ陂L(zhǎng)軸位置）為 m i n 1500c o s 2 c o s 1 5 1 5 2 ( / )60h r a d s? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 411） 由結(jié) 構(gòu)可知，滑靴中心繞 o? 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周（ 2? ）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 1500 2 1 5 7 ( / )60ap r a d s? ? ?? ? ? ? ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 27 柱塞瞬時(shí)流量及脈動(dòng)品質(zhì)分析 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)管路中不可避免地存在有液阻 ,流量的脈動(dòng)必然要引起壓力脈動(dòng) .這些脈動(dòng)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(dòng)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(shí)壓力脈動(dòng)可能很高 ,這時(shí)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(dòng)在管路或附件中激勵(lì)起高頻率的機(jī)械震動(dòng)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 . 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 2 s i nt i z t f tQ F F R t g a? ? ??? （ 412） 式中 zF 為柱塞橫截面積， 24zzFd?? 。 泵柱塞數(shù)為 9，柱塞角距（相鄰柱塞間夾角）為 22 ??? ???，位于排油區(qū)的柱塞數(shù)為 0Z ，那么參與排油的各柱塞瞬時(shí)流量為 123sinsin ( )sin ( 2 )t z ft z ft z fQ F R tg aQ F R tg aQ F R tg awgw g qw g q==+ （ 413） ?? ?? 0s i n [ ( 1 ) ]t z fQ F R tg a Z? ? ?? ? ? 泵的瞬時(shí)流量為 1 2 0t t t tzQ Q Q Q? ? ? ? （ 414） ? ?0100sin ( 1 )1sin sin ( )sinZzftzfF R tg a iZZaZZF R tgZ? ? ?? ??? ??? ? ????? 由上式可以看出，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)。 對(duì)于奇數(shù)柱塞，排油區(qū)的柱塞數(shù)為 oZ 。 ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 28 當(dāng) 0 aZ???時(shí)，取 oZ = 1 9 1 522Z ++==，由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 c o s 22 s i n2t z fa ZQ F R t gZ??? ????????? （ 415） 當(dāng) 2aZZ???? 時(shí)，取0 12ZZ ??，同樣由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 3c o s22 s i n2t z fa ZQ F R t gZ??? ????????? （ 416） 當(dāng) a=0﹑ Z? ﹑ 2Z? ﹑??時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最小值為 m in12 sin 2t z fQ F R tg Z?? ?? （ 417） 奇數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量規(guī)律見(jiàn)圖 43 圖 43 奇數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量 我們常用脈動(dòng)率 ? 和脈動(dòng)頻率 f 表示瞬時(shí)流量脈動(dòng)品質(zhì)。 定義脈動(dòng)率 m ax m intttpQd = （ 418） 這樣，就可以進(jìn)行流量脈動(dòng)品質(zhì)分析了。 當(dāng) Z=9，脈動(dòng)頻率為： ****本科畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)及脈動(dòng)品質(zhì)分析 29 15002 2 9 4 5 0 ( )60f n Z H z? ? ? ? ? （ 419） 當(dāng) Z=9，脈動(dòng)率為： . ( ) 0 . 0 2 6 %2 4 2 9 4 9tg tgZZ? ? ? ?? ? ? ? ??? （ 420） 利用以上兩式計(jì)算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 41 柱塞泵流量脈動(dòng)率 Z d /% 6 8 10 12 14 16 由以上分析可知： （ 1） 隨著柱塞數(shù)的增加，流量脈動(dòng)率下降。 （ 2） 相鄰柱塞數(shù)想比，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。 從中還可以看出，奇數(shù)柱塞中，當(dāng) 13Z? 時(shí) ,脈動(dòng)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﹑ 9 的原因 . ****本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零件受力分析 30 5 直軸式軸向柱塞泵主要零件受力分析 柱塞受力分析 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。圖 51是帶有滑靴的柱塞受力分析簡(jiǎn)圖 。 圖 51 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： （ 1）柱塞底部的液壓力 bP 柱塞位于排油區(qū)時(shí)，作用于柱塞底部的軸向液壓力 bP 為 2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44bxP d p N?? ?? ? ? ? ? ? ? （ 51） 式中 maxP — 泵最大工作壓力。 （ 2）柱塞慣性力 BP 柱塞相對(duì)缸體往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有直線加速度 a，則柱塞軸向慣性力 BP 為 2 c os 101 ( )zB z fGP m a R tg a Ng ??? ? ? ? ? ? （ 52） ****本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 直軸式軸向柱塞泵主要零件受力分析 31 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(shí)，慣性力最大值為 2m a x230 . 6 1 5 0 01 9 . 5 1 0 2 1 5 2 4 3 ( )1 0 6 0ZBfGP R tggtg N????????? ? ? ? ? ? ????? （ 53） （ 3）離心反力 tP 柱塞隨缸體繞主軸作等速圓周運(yùn)動(dòng)，有向心加速度 ta ，產(chǎn)生的離心反力 tP 通過(guò)柱塞質(zhì)量重心并垂直軸線，是徑向力。其值為 2 243 90 7 ( )15Zt z t fGP m a R Ng tgw O= = = = （ 54） （ 4）斜盤(pán)反力 N 斜盤(pán)反力通過(guò)柱塞球頭中心垂直于斜盤(pán)平面，可以分解為軸向力 P 及徑向力 0T 即 c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s in 1 2 5 6 0 s in 1 5 3 2 5 0 ( )P N NT N N????? ? ? ?? ? ? ? （ 55） 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