【正文】 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。 ?帶滑靴的柱塞，柱塞頭部同樣裝有一個(gè)擺動(dòng)頭，稱為滑靴，可以繞柱塞球頭部中心擺動(dòng)。 ?線接觸式柱塞，柱塞頭部安裝有擺動(dòng)頭，擺動(dòng)頭下部可繞柱塞窩中心擺動(dòng)。根據(jù)柱塞頭部結(jié)構(gòu)，可以有以下三種形式： ?點(diǎn)接觸式柱塞，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。下面主要討論柱塞在排油過程中的受力分析，而柱塞在吸油過程中的受力情況在回程盤設(shè)計(jì)中討論。單個(gè)柱塞隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，半周吸油，一周排油。在設(shè)計(jì)液壓泵和液壓系統(tǒng)時(shí)，要考慮采取措施抑制或吸收壓力脈動(dòng)，避免引起諧振。 泵瞬時(shí)流量是一周期脈動(dòng)函數(shù)。 脈動(dòng)頻率 當(dāng) Z=7，即為奇數(shù)時(shí) ? ?15002 2 7 3 5 060f n Z H z? ? ? ? ? 脈動(dòng)率 當(dāng) Z=7，即為奇數(shù)時(shí) 0 .0 2 5 32 4 2 7 4 7tg tgzz? ? ? ?? ??? ? ? ??????? 當(dāng) Z為偶數(shù)時(shí) 2tgzz??? ?? 利用以上兩式計(jì)算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 3— 1 脈動(dòng)率的計(jì)算值 Z 5 6 7 8 9 10 11 ? （％） 由以上分析可知： ，流量脈動(dòng)率下降。 當(dāng) 0 2???? 時(shí)，取0 1 7 1 422ZZ ??? ? ?,由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 c os 22 sin 2t z fzQ F R tgz???? ????????? 當(dāng) 2? ????時(shí)，流量脈動(dòng)取0 12ZZ ??,同樣由泵的流量公式可得瞬時(shí)流量為 3c os22 sin 2t z fzQ F R tgz???? ????????? 當(dāng) 0?? 、 2? 、 ? 、 時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最小值為 3m i n 1 1024t Z fQ F R tg c tg ??? ?? ? ? 11 而當(dāng)4???、 34?、 54?、 時(shí)，可得瞬時(shí)流量的最大值為 3m a x 1 c s c 1 024t z fQ F R tg ??? ?? ? ? ? 油泵的平均流量 tavgQ 可按下式計(jì)算： 232 1 04t a v g fQ n d R Z tg? ? ?? ? ? ? 級(jí)數(shù)柱塞泵瞬時(shí)流量規(guī)律見圖 3— 4 我們常用脈動(dòng) 率 ? 和脈動(dòng)頻率 f來表示瞬時(shí)流量脈動(dòng)品質(zhì)。 泵柱塞數(shù)為 7，柱塞角距為 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 1 sint Z fQ F R tg? ? ?? ? ?2 sint z fQ F R tg q? ? ??? ? ?3 sin 2t z fQ F R tg q?? 10 ? ?0 1t Z fQ F R tg z? ? ? ?? ? ????? 泵的瞬時(shí)流量為 1 2 7t t t tQ Q Q Q? ? ? ? ? ?01 s in 1Zzf tF R tg i? ? ? ??? ? ?????? 11 c os2 2 4sin 4zfF R t g??? ? ?? ??? ? ????? 由以上可以看出，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)。橢圓的長(zhǎng)，短軸分別為 9 長(zhǎng)軸 ? ?22 5 3 .2c o s fRb m m??? 短軸 ? ?2 2 50fa R m m?? 設(shè)柱塞在缸體平面上 A點(diǎn)坐標(biāo)為 sinfxR ?? cosfyR ?? 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 ??? ? ? ? 極角 ? ?2 2 50fa R m m?? 滑靴在斜盤平面 xoy??? 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)角速度 h? 為 2 2 2c o sc o s c o s s inh tdd ? ??? ? ? ??? ? 由上式可見，滑靴在斜盤平面內(nèi)是不等角速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng) 2??? 或 32? 時(shí)， h? 最大（在短軸位置）為 ? ?m a x1500 260167 /c os c os 20h rad s??? ? ?? ? ? 當(dāng) 0?? 或 ? 時(shí)， h? 最?。ㄔ陂L(zhǎng)軸位置）為 ? ?m i n 1500c o s 2 c o s 2 0 1 4 7 . 6 /60h r a d s? ? ? ?? ? ? ? ? 由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 o? 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。 圖 3— 2 柱塞運(yùn)動(dòng)特征圖 滑靴運(yùn)動(dòng)分析 研究滑靴的運(yùn)動(dòng)，主要是分析它相對(duì)斜盤平面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即滑靴中心在斜盤平面xoy 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖 3— 3所示。或 180176。時(shí)， sin 1??? ，可得最大運(yùn)動(dòng)速度 maxV 為 ? ?m a x 15002 5 2 3 . 1 4 2 0 1 4 2 8 . 6 /60fu R tg tg m m s??? ? ? ? ? ? ? 式中 ? 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， t??? 。若斜盤傾斜角為 ? ， 柱塞分布圓半徑fR ，缸體或柱塞旋轉(zhuǎn)角為 ? ， 并以柱塞腔 容積最大時(shí)的上死點(diǎn)位置為 0176。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)。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傳運(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。 3 直軸式軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析 泵在一定斜盤傾角下工作時(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)。 功率與效率 不計(jì)各種損失時(shí)，泵的理論功率 tbN 2tb b tb ghN p Q nM??? ? ?615002 3 . 1 4 0 . 0 4 7 1 0 7 3 7 960tbN k w? ? ? ? ? ? 泵的實(shí)際輸入功率 brN 為 12br gb bmN nM? ?? ? ?61 5 0 0 12 3 . 1 4 0 . 0 4 3 1 0 7 4 1 96 0 0 . 9 1brN k w? ? ? ? ? ? ? 定義泵的總效率 ? 為輸出功率 bcN 與輸入功率 brN 之比，即 0 .9 5 0 .9 1 0 .8 6tbv b mbrNN? ? ?? ? ? ? ? 上式表明，泵總效率為容積效率與機(jī)械效率之積。泵的機(jī)械效率定義為實(shí)際輸出扭矩 gbM 與理論扭矩 tbM 之比，即 660 . 0 4 3 1 0 0 . 9 10 . 0 4 7 1 0gbbm tbMM? ?? ? ?? 軸向柱塞泵的機(jī)械效率 bm?? ～ 。 222?? 扭 矩與機(jī)械效率 6 不計(jì)摩擦損失時(shí)泵的理論扭矩 tbM 為 ? ?6 61 2 0 . 0 2 4 6 1 0 0 . 0 4 7 1 0 /2 2 3 . 1 4btb pqM N m? ??? ? ? ?? 式中 bp 為泵吸、排油腔壓力差。相同結(jié)構(gòu)型式的系列泵中，排量越大，做功能力也越大。即 4 4 16 24 .64fR d m m? ? ? ? 將柱塞分布圓半徑進(jìn)行圓整取 25fR mm? 。 柱塞數(shù) Z，由泵的結(jié)構(gòu)與流量脈動(dòng)率 ? 來決定，因?yàn)槭欠峭ㄝS式所以一般取 Z=7。要想改變泵輸出流量的方向和大小，可以通過改變斜盤傾斜角 ? 來實(shí)現(xiàn)。 133000 2 4 .6 1 4 5 .460 pC? ? ? 所以主參數(shù)排量符合設(shè)計(jì)要求。本文中取 ?? = 。 圖 2— 1 軸向柱塞泵的工作原理 1— 缸體 2— 配油盤 3— 柱塞 4— 斜盤 5— 傳動(dòng)軸 6— 彈簧 直軸式軸向柱塞泵主要性 能參數(shù) 給定設(shè)計(jì)參數(shù) 最大工作壓力 max 40p ? MPa 額定流量 35Q? ml/r 最大流量 max 70Q ? ml/r 額定轉(zhuǎn)速 1500n? r/min 最大轉(zhuǎn)速 max 3000n ? r/min 排量、流量、容積效率與結(jié)構(gòu)參數(shù) 軸向柱塞泵幾何排量 bq 是指缸體旋轉(zhuǎn)一周，全部柱塞腔所排出油油液的容積，即 22m a x ta n44q d Z S d Z D?? ??? 式中 d—— 柱塞直徑； Z—— 柱塞數(shù)； D—— 柱塞分布圓直徑； ? —— 斜盤傾角。在 0～π范圍內(nèi) ,柱塞被斜盤推入缸體 ,使缸孔容積減小 ,通過配油盤的壓油窗口壓油。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度 ,柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上 (圖中為彈簧 ),配油盤 2和斜盤 4固定不轉(zhuǎn) ,當(dāng)原 4 動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸使缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,由于斜盤的作用 ,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng) ,并通過配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。軸向柱塞泵有兩種形式 ,直軸式 (斜盤式 )和斜軸式 (擺缸式 ),如圖21 所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理 ,這種泵主體由缸體 配油盤 柱塞 3 和斜盤 4 組成。 軸向柱塞泵在發(fā)展中，基本結(jié)構(gòu)保持了穩(wěn)定，高速高壓以及良好的控制方法是其發(fā)展的方向。由于柱塞泵的流量、壓力脈動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，涉及若干幾何因素和非幾何因素，至今還沒有人能夠定性地、更沒有人定量地給出哪些幾何因素和非幾何因素在軸向柱塞泵的流量、壓力中所起的作用和地位。作者通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，得到了此間隙的最優(yōu)化處理模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與有真正磨損的柱塞泵相比，其流壁脈動(dòng)、壓力脈動(dòng)相當(dāng)一致，這就為進(jìn)一步的深入研究提供了一定的數(shù)據(jù)依據(jù)。英國(guó)密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校的 Noah ，著重考慮了柱塞和缸體間各種磨損所帶來的泄漏及泵在預(yù)升壓過渡區(qū)的油液倒灌，得到了七 、八、九柱塞泵的實(shí)際流量與理論流量的比較圖，結(jié)果顯示：泵的實(shí)際流量脈動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論脈動(dòng)，且偶數(shù)泵在數(shù)據(jù)顯示上好于奇數(shù)泵。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的劉利國(guó)則考慮配油盤實(shí)際幾何參數(shù)，根據(jù)柱塞實(shí)際排液狀況，得出八柱塞泵流量脈動(dòng)和七柱塞泵流量脈動(dòng)相差不大的結(jié)論。 安徽理工大學(xué)的許賢良教授從幾何角度分析了配流結(jié)構(gòu)與流量脈動(dòng)之間的關(guān)系，提出了偶數(shù)柱塞的流量特性及流量脈動(dòng)是由 ? (兩相鄰柱塞間夾角 )、 f? ， (缸孔腰形角）、p? （配油 盤腰形角 )的組合確定的。 蘭州理工大學(xué)的尹文波主要從幾何因數(shù)，即配油盤的結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)際流量的影響進(jìn)行分析和仿真，指出軸向柱塞泵瞬時(shí)流量脈動(dòng)系數(shù)比工作介質(zhì)不可壓縮時(shí)大一個(gè)數(shù)量 級(jí)，且與柱塞數(shù)的奇偶性無關(guān)。并用計(jì)算機(jī)仿真研究軸向柱塞裂流量脈動(dòng)與柱塞奇偶數(shù)、阻尼形式及通油比例等影響因素的關(guān)系。在對(duì)實(shí)際流量進(jìn)行分析仿真時(shí)，利用 b— ? 紊流模型和 SIMPLEST算法對(duì)水壓軸向柱塞泵配油過程中的流場(chǎng)進(jìn)行了三維模擬，揭示了流量變 化及柱塞腔和配流窗口中的流速分布規(guī)律，并指出轉(zhuǎn)速和負(fù)載壓力對(duì)水壓軸向柱塞泵的流量脈動(dòng)有較大影響。 蘭州理工大學(xué)的那焱青針對(duì)軸向柱塞泵的流量脈 動(dòng)是工程噪聲控制的主要因素之一，找出了軸向柱塞泵瞬時(shí)流量的影響因素，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真分析給出了減小流量不均勻系數(shù)的方法。他主要從配油盤的結(jié)構(gòu)上對(duì)流量脈動(dòng)進(jìn)行了全面的分析研究。 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)軸向柱塞泵的實(shí)際流量及脈動(dòng)系數(shù)研究較多的是甘肅工業(yè)大學(xué)的那成烈教授和安徽理工大學(xué)的許賢良教授，他們以各自不同的角度對(duì)軸向柱塞泵的實(shí)際流量及脈動(dòng)系數(shù)進(jìn)行了較深入的研究。鄒駿則在九柱塞泵的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制造出一個(gè)八柱塞泵，對(duì)八、九柱塞泵作了仿真分析及實(shí)驗(yàn)對(duì)比，認(rèn)為八柱塞泵的總體性能優(yōu)于九柱塞泵。葉敏則考慮配油盤的偏轉(zhuǎn)安裝，并對(duì)傳統(tǒng)公式進(jìn)行了修正，已看不出奇數(shù)泵的流量脈動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于偶數(shù)泵。 就軸向柱塞泵柱塞數(shù)的奇偶 選擇問題，中國(guó)學(xué)者王意在 1982年提出了“偶數(shù)泵可以和奇數(shù)泵工作一樣好”的觀點(diǎn)，并在 1984年，選擇九柱塞泵與他設(shè)計(jì)的八柱塞泵進(jìn)行流量脈動(dòng)對(duì)比測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明：八柱塞泵略小于九柱塞泵。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，在工業(yè)現(xiàn)代化和大規(guī)模城市化進(jìn)程中，工程機(jī)械、塑料機(jī)械、冶金、機(jī)床和農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域?qū)S向柱塞泵 /馬達(dá)的需求十分旺盛，因此提高我國(guó)軸向柱塞泵 /馬達(dá)的性 能顯得十分迫切，對(duì)軸向柱塞泵 /馬達(dá)技術(shù)革新的要求也十分緊迫！縱覽國(guó)內(nèi)外軸向柱塞泵 /馬達(dá)技術(shù)的發(fā)展演變對(duì)認(rèn)識(shí)軸向柱塞泵/馬達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)和加快我國(guó)軸向柱塞泵 /馬達(dá)技術(shù)的發(fā)展都有著重要的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義。 近年來，隨著材料、制造、電子 等技術(shù)的發(fā)展，軸向柱塞泵 /馬達(dá)的新技術(shù)層出不窮，例如荷蘭 Innas 公司開發(fā)的 Float Cup 結(jié)構(gòu)軸向柱塞泵，丹麥的 SaurDanfoss 公司為工程機(jī)械量身定做的