【正文】 (1) 外封油帶分離力 Pf1 對(duì)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(pán)總分離力 Pf 321 ffff PPPP ??? =+8265+= 。對(duì)于柱塞數(shù)為奇數(shù)的柱塞泵來(lái)講，封油帶的實(shí)際包角 要大于配流盤(pán)窗口的包角。 29 壓緊力 Py 壓緊力的主要作用是將缸體壓緊到配流盤(pán)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(gè)截面，而在排油過(guò)程中，部分的油液會(huì)作用在這個(gè)截面上，從而形成一個(gè)壓緊力。 則 ： 3 ??? ???? dk lTp?MPa[ p? ] (614) 故鍵的強(qiáng)度滿(mǎn)足條件。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度要求選用平鍵 840。 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(shí)后將柱塞泵拆卸下來(lái)進(jìn)行一次沖洗，當(dāng)累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到 8000h 后便要更換柱塞泵的軸承。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。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(mǎn)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。根據(jù)表 查出柱塞數(shù)為 3 和柱塞數(shù)為 4 時(shí)的偏心距 a 與柱塞分布圓半徑 R 之間的關(guān)系。假設(shè)每個(gè)柱塞的作用力為 P0，則軸承上所受的負(fù)荷如圖 所示。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。 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(dòng)載荷（ KN）； F— 當(dāng)量動(dòng)載荷（ KN）； ?— 壽命指數(shù)，對(duì)球軸承 3?? ，對(duì)滾子軸承 310?? 。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(guò)的工作小時(shí)數(shù)。為了能夠在軸承出現(xiàn)損壞之前更換軸承以避免整個(gè)泵體的損壞，所以需要建立一套能夠預(yù)測(cè)軸承壽命的計(jì)算方法。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(gè)柱塞的瞬時(shí)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(shí)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。lF 有可分解為平行于 Z 軸、 Y 軸、 X 軸的三個(gè)力： aF 主軸盤(pán)的軸向力 aF 、主軸盤(pán)的垂直力 vF 及主軸盤(pán)的水平力 hF ，如圖 所示。 cosl FF ?? 角度 ? 滿(mǎn)足下面的關(guān)系式： 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(zhǎng)度。lF 相垂直的作用力 hF 。 os ??? ??FF l KN (62) 2 2 a a n ???? ??FF t KN (63) 22 連桿 B 點(diǎn)所受的力 圖 柱塞副受力分解 圖 如圖 所示，作用于連桿 B 點(diǎn)上的力 lF 可以分解為一個(gè)與 YZ 平面平行的作用力 39。 當(dāng)柱塞處于下死點(diǎn)，即 180?? 時(shí)，柱塞最大位移等于柱塞行程，即 m a x 12 sin 2 26 sin 25 21 .9 8 22S R h m m?? ? ? ? ? ? ? (52) 柱塞的速度 v 21 si n si n 1 0 [ / ]dsv R m sdt ? ? ? ??? (53) 柱塞的加速度 a 2 2 21 s in c o s 1 0 [ / ]dva R m sdt ? ? ? ??? (54) 直線(xiàn)加速度： 2 2 211si n 10 ( 2 ) 10a R n R? ? ????? (55) 21450(2 ) 2 6609 8 .8 6 /ms?? ? ? ?? 20 柱塞上的作用力 設(shè)柱塞的液流壓力為 p [MPa]，柱塞的質(zhì)量為 m [Kg]，如圖 所示，柱塞受到以下三個(gè)作用力： 圖 柱塞受力圖 液壓力 pF ： 22 163 2 6 . 4 3 [ ]44p dF p K N?? ?? ? ? ?； 柱塞的相對(duì)慣性力 iF ； []iF ma KN? ； 式中： m柱塞的質(zhì)量； mv?? 式中： ?? 柱塞的密度，柱塞材料為 38GrMoAl,其密度為 ； V— 柱塞的體積，體積近似計(jì)算為： 22111 ( 1 3 )44v d l d l??? ? ? 2231116 69. 5 ( 16 13 ) 594413672 mm??? ? ? ? ? ? ? ? ?? 21 則柱塞的質(zhì)量為： 67 .6 5 1 3 6 7 2 1 0 0 .1 0 5m v k g? ?? ? ? ? ? 柱塞的相對(duì)慣性力： 05 98. 86 10. 38iF m a N? ? ? ? 柱塞的離心慣性力 cF ： 2 3 22 14500 . 1 0 5 2 5 1 0 ( 2 ) 6 0 . 560cF m R N?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 柱塞的離心慣性力 cF 將柱塞壓向缸孔壁。 當(dāng) ?25max ?? 時(shí)， o s1 m a x ?? ? ，在設(shè)計(jì)時(shí)，很難湊成這個(gè)比例，一般取 ?R（ ~） R1。 由式 (413)計(jì)算軸的最小直徑： ? ? 6633 9 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 4 . 3 2 0 . 10 . 2 0 . 2 1 0 0 1 4 5 0T Pd m mn?? ? ?? ? ??? 根據(jù)結(jié)構(gòu)需求，取 min 25d mm? 式中： Tt — 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa T— 軸所受的扭矩， N 主軸最小直徑 mind 由參數(shù)計(jì)算得，流量為： 0 2 8 1 4 5 0 4 0 .6 / m in1 0 0 0 1 0 0 0VnQL?? ? ? 輸入功率： 6312 10 10() 60 P QP K W? ? ? ??? ? ? (412) 根據(jù)軸的性能要求，選用軸的材料為 38CrMoAlA 。而主軸受到柱塞施加的載荷就要由軸承來(lái)承擔(dān)。除了少數(shù)情況外，絕大多數(shù)液壓泵的主軸都要承受 彎扭組合所帶來(lái)的作用力。軸的表面處理經(jīng)常會(huì)用熱處理、滲碳、氮化等的化學(xué)處理。常常會(huì)用改善軸的表面粗糙度和對(duì)表面進(jìn)行一些處理的方法。對(duì)于一些高速軸，則要特別考慮軸的振動(dòng)穩(wěn)定性的要求，以防止機(jī)器因共振造成嚴(yán)重破壞。所以為了防止這一現(xiàn)象，需要校核軸的強(qiáng) 度。在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮到軸上零件的安裝要求、定位要求，還要考慮到軸的制造工藝方面的要求。 (49) 校核 m i n00( ) ta n ( 2 5 8 ) 8 ta n 2 3 7 6 . 622h ddRL? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (410) 故滿(mǎn)足條件。 00? ? ?? ?? 式中： ? — 缸孔間最小壁厚； 0?? — 考慮應(yīng)力集中等影響而增加的厚度，一般為 ～ mm。 在上述的設(shè)計(jì)方案中，已經(jīng)確定的尺寸參數(shù)為：柱塞數(shù) 7Z? ，缸孔直徑 16d mm? ，缸體外徑 76D mm? ，缸孔分布圓直徑 50fD mm? ，缸孔深度 54hL mm? ，缸孔中心孔最小允許直徑 min 14d mm? ，缸孔底部到球面允許最小距離 8l mm?? （相當(dāng)于缸孔底部壁厚）。由于配流盤(pán)與缸 15 體的結(jié)合部為球面，故稱(chēng)為球面配流。而對(duì)斜軸式軸向柱塞泵的影響因素更多，因?yàn)樾陛S泵主軸在力的作用下 會(huì)產(chǎn)生一定的變形，缸體也會(huì)因此而產(chǎn)生傾斜。 球面配流副的設(shè)計(jì) 平面配流副相對(duì)于球面配流副來(lái)講有一定的缺陷。 14 圖 缸體結(jié)構(gòu)尺寸 缸孔的徑向變形量 d? ，按下式驗(yàn)算 1 m a x 516( ) ( 9 2 . 7 0 . 3 3 2 ) 0 . 0 0 3 9 [ ]2 2 2 . 1 1 0ddd p m mE ??? ? ? ? ? ? ? ? ??? 式中： E— 材料的彈性模數(shù)，鋼的 10 aE MP?? ，黃銅的 10 aE MP?? ，青銅的5(1 1 .1) 1 0 aE M P??； ?— 材料泊桑系數(shù)，對(duì)剛質(zhì)材料 = ? ，青銅 = ? ； ??d? — 允許變形量， 4[ ] c m2d? ? ? ?徑 向 間 隙 （ 57 ） 10 符合要求。 缸體強(qiáng)度可按第四強(qiáng)度理論驗(yàn)算 4 4 2 2m a x m a x2 2 2 2 2 23 1 . 8 1 . 8 2 6 3 2 9 2 . 7 [ ]2 6 1 6 aD d Dp p M PD d D d????? ? ? ? ? ?? ? ?