【正文】 結(jié)構(gòu)還可以利用柱塞底部高壓油液使柱塞局部擴張變形補償柱塞與柱塞腔之間的間隙取得良好的密封效果空心柱塞內(nèi)還可以安放回程彈簧使柱塞在吸油區(qū) 復(fù)位但空心結(jié)構(gòu)無疑增加了柱塞在吸排油過程中的剩余無效容 積在高壓泵中由 于液體可壓縮性能的影響無效容積會降低泵容積效率增加泵的壓力脈動影響調(diào)節(jié)過程的動態(tài)品質(zhì) 綜上本設(shè)計選用圖 31c 所示的型式 2 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 1 柱塞直徑及柱塞分布塞直徑 柱塞直徑、柱塞分布直徑和柱塞數(shù) Z 都是互相關(guān)聯(lián)的根據(jù)統(tǒng)計資料在缸體上各柱塞孔直徑所占的弧長約為分布圓周長的 75 由此可得 式中為結(jié)構(gòu)參數(shù)隨柱塞數(shù) Z 而定對于軸向柱塞泵其值如表 31 所示 表 31 柱塞結(jié)構(gòu)參數(shù) Z 7 9 11 m 31 39 45 當(dāng)泵的理論流量和轉(zhuǎn)速根據(jù)使用工況條件選定之后根據(jù)流 量公式得柱塞直徑為 31 式中 γ斜盤最大傾角取γ 20176。 由上式計算出的數(shù)值要圓整化并應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)選取 22mm 柱塞直徑確定后應(yīng)從滿足流量的要求而確定柱塞分布圓直徑即 32 2 柱塞名義長度 由于柱塞圓球中心作用有很大的徑向力 T 為使柱塞不致被卡死以及保持有足夠的密封長度應(yīng)保證有最小留孔長度一般取 這里取 因此柱塞名義長度 應(yīng)滿足 式中 柱塞最大行程 柱塞最小外伸長度一般取 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)柱塞名義長度常取 這里取 3 柱塞球頭直徑 按經(jīng)驗常取如圖 32 所示 圖 32 柱塞尺寸圖 這里取 為使柱塞在排油結(jié)束時圓柱面能完全進入柱塞腔應(yīng)使柱塞球頭中心至圓柱面保持一定的距離一般取這里取 4 柱塞均壓槽 高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開有環(huán)行均壓槽起均衡側(cè)向力、改善潤滑條件和存儲贓物的作用均壓槽的尺寸常取深 h 03～ 07mm 間距 t 2～ 10mm 這里取 3 柱塞摩擦副比壓 P、比功驗算 對于柱塞與缸體這一對摩擦副過大的接觸應(yīng)力 不僅會增加摩擦副之間的磨損而且有可能壓傷柱塞或缸體其比壓應(yīng)控制在摩擦副材料允許的范圍內(nèi)取柱塞伸出最長時的最大接觸應(yīng)力作為計算比壓值則 33 柱塞相對缸體的最大運動速度應(yīng)在摩擦副材料允許范圍內(nèi)即 34 由此可得柱塞缸體摩擦副最大比功為 35 上式中 的許用比壓、許用速度、許用比功的值視摩擦副材料而定可參考表 32 表 32 材料性能 材料牌號 許用比壓 Mpa 許用滑動速度 ms 許用比功 Mpams ZQAL94 30 8 60 ZQSn101 15 3 20 球墨鑄鐵 10 5 18 柱塞與缸體這一對摩擦副不宜選用熱變形相差很大的材料這對于油溫高的泵更重要同時在鋼表面噴鍍適當(dāng)厚度的軟金屬來減少摩擦阻力不選用銅材料還可以避免高溫時油液對銅材料的腐蝕作用 33 滑靴的結(jié)構(gòu)設(shè)計 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)滑靴不僅增大了與斜盤的接觸 面、減少了接觸應(yīng)力而且柱塞底部的高壓油液經(jīng)柱塞中心孔和滑靴中心孔再經(jīng)滑靴封油帶泄露到泵殼體腔中由于油液在封油帶環(huán)縫中的流動使滑靴與斜盤之間形成一層薄油膜大大減少了相對運動件間的摩擦損失提高了機械效率這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)高壓力和高轉(zhuǎn)速的需要 滑靴設(shè)計常用剩余壓緊力法剩余壓緊力法的主要特點是滑靴工作時始終保持壓緊力稍大于分離力使滑靴緊貼斜盤表面此時無論柱塞中心孔還是滑靴中心孔均不起節(jié)流作用靜壓油池壓力與柱塞底部壓力相等即 將上式代入式中可得滑靴分離力為 36 設(shè)剩余壓緊力則壓緊系數(shù) 這里取 01 滑靴力平衡方程式即為 用剩余壓緊力法設(shè)計的滑靴油膜厚度較薄一般為 0008～ 001mm 左右滑靴 泄漏量少容積效率教高但摩擦功率較大機械效率會降低若選擇適當(dāng)?shù)膲壕o系數(shù)剩余壓緊力產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也不會大仍有較高的總效率和較長的壽命剩余壓緊力法簡單適用目前大多數(shù)滑靴都采用這種方法設(shè)計 1 滑靴的結(jié)構(gòu)型式的選擇 滑靴結(jié)構(gòu)有如圖 33 所示的 3 種型式 圖 33 滑靴結(jié)構(gòu)型式 圖 33a 所示為簡單型靜壓油池較大只有封油帶而無輔助支承面結(jié)構(gòu)簡單是目前常用的一種型式 圖 33b 所式滑靴增加了內(nèi)、外輔助支承面減小了由剩余壓緊力產(chǎn)生的比壓同時可以克服滑靴傾倒產(chǎn)生的偏磨使封油帶被破壞的情況 圖 33c 所示的滑靴在支承面上開設(shè)了阻尼形螺旋槽與縫隙阻尼共同形成液阻從而實現(xiàn)滑靴油膜的靜壓支承 經(jīng)比較本設(shè)計采用圖 33a 所示的結(jié)構(gòu)型式 2 滑靴結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 圖 34 滑靴外徑的確定 滑靴在斜盤上的布局應(yīng)使傾角時互相之間仍有一定的間隙 s 如圖 34 所示 1 滑靴外徑 37 一般取 s 02～ 1 這里取 02 2 油池直徑 初步計算時可設(shè)定這里取 08 3 中心孔、及長度 如果用剩余壓緊力法設(shè)計滑靴中心孔和可以不起節(jié)流作用為改善加工工藝性能取 或 08～ 15 10mm 34 配流盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計 配流盤是軸向柱塞泵主要零件之一用以隔離和分配吸、排油油液以及承受由高速旋轉(zhuǎn)的缸體傳來的軸向載荷它設(shè)計的好壞直接影響泵的效率和壽命 配流盤設(shè)計主要是確定內(nèi)封油帶尺寸、吸排油窗口尺寸以及輔助支承面各部分尺寸 1 過渡區(qū)設(shè)計 為使配流盤吸排油窗之間有可靠的 隔離和密封大多數(shù)配流盤采用過渡角大于柱塞腔通油孔包角的結(jié)構(gòu)稱正重迭型配流盤具有這種結(jié)構(gòu)的配流盤當(dāng)柱塞從低壓腔接通高壓腔時柱塞腔內(nèi)封閉的油液會受到瞬間壓縮產(chǎn)生沖擊壓力當(dāng)柱塞從高壓腔接通底壓腔時封閉的油液會瞬間膨脹產(chǎn)生沖擊壓力這種高低壓交替的沖擊壓力嚴(yán)重降低流量脈動品質(zhì)產(chǎn)生噪音和功率消耗以及周期性的沖擊載荷對泵的壽命影響很大為防止壓力沖擊我們希望柱塞腔在接通高低壓時腔內(nèi)壓力能平緩過渡從而避免壓力沖擊 2 配流盤主要尺寸確定 圖 35 配流盤主要尺寸 1 配流窗尺寸 配流窗口分布圓直徑一般取等于或小于柱塞分布圓直徑 配流窗口包角在吸油窗口包角相等時取 為避免吸油不足配流窗口流速應(yīng)滿足 滿足要求 式中 泵理論流量 配流窗面積 許用吸入流速 2～ 3ms 由此可得 2 封油帶尺寸 設(shè)內(nèi)封油帶寬度為外封油帶寬度為和確定方法為 考慮到外封油帶處于大半徑加上離心力的作用泄漏量比內(nèi)封油帶泄漏量大取略大于即 當(dāng)配流盤受力平衡時將壓緊力計算示與分離力計算示帶入平衡方程式可得 38 聯(lián)立解上述方程即可確定配油盤封油帶尺寸 3 驗算比壓 p 比功 pv 為使配流盤的接觸應(yīng)力盡可能減小和使缸體與配流盤之間保持液體摩擦配流盤應(yīng)有足夠的支承面積為此設(shè)置了輔助支承面如圖 35 中的、輔助支承面上開有寬度為 B 的通油槽起卸荷作用配油盤的總支承面積 F 為 式中 輔助支承面通油槽總面積且 K 為通油槽個數(shù) B 為通油槽寬度 、吸、排油窗口面積 根據(jù)估算 配流盤比壓 p 為 39 式中 配流盤 剩余壓緊力 中心彈簧壓緊力 根據(jù)資料取 300pa 在配流盤和缸體這對摩擦副材料和結(jié)構(gòu)尺寸確定后不因功率損耗過大而磨損應(yīng)驗算 pv 值即 式中 平均切線速度 根據(jù)資料取 35 缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 下面通過計算確定缸體主要結(jié)構(gòu)尺寸 1 通油孔分布圓和面積 圖 36 柱塞腔通油孔尺寸 為減小油液流動損失通常取通油孔分布圓半徑與配流窗口分布圓半徑相等即 式中、為配流盤配流窗口內(nèi)、外半徑 通油孔面積近似計算如下如圖 36 所示 式中 通油孔長度 通油孔寬度 2 缸 體內(nèi)、外直徑、的確定 為保證缸體在溫度變化和受力狀態(tài)下各方向的變形量一致應(yīng)盡量使各處壁厚一致如圖 37 即壁厚初值可由結(jié)構(gòu)尺寸確定然后進行強度和剛度驗算 圖 37 缸體結(jié)構(gòu)尺寸 缸體強度可按厚壁筒驗算 310 式中 筒外徑且 100mm 缸體材料許用應(yīng)力對 ZQAL94 600～ 800 缸體剛度也按厚壁筒校驗其變形量為 311 式中 E 缸體材料彈性系數(shù) 材料波 桑系數(shù)對剛質(zhì)材料 023～ 030 青銅 032～ 035 允許變形量一般剛質(zhì)缸體取青銅則取符合要求 3 缸體高度 H 從圖 27 中可確定缸體高度 H 為 式中 柱塞最短留孔長度柱塞最大行程 為便于研磨加工留有的退刀槽長度盡量取短 缸體厚度一般 04～ 06 這里取 05 11 36 柱塞回程機構(gòu)設(shè)計 斜盤式軸向柱塞泵一般都有柱塞回程結(jié)構(gòu)其作用是在吸油過程中幫助把柱塞從柱塞腔中提伸出來完成吸油工作并保證滑靴與斜盤有良好的貼合 固定間隙式回程結(jié)構(gòu)使用于帶滑靴的柱塞 它的特點是在滑靴頸部裝一回程盤 2如圖 28并用螺紋環(huán)聯(lián)結(jié)在斜盤上當(dāng)滑靴下表面與回程盤貼緊時應(yīng)保證滑靴上表面與斜盤墊板 3 之間有一固定間隙并可調(diào) 回程盤是一平面圓盤如圖 28 所示盤上為滑靴安裝孔徑為滑靴安裝孔分布圓直徑這兩個尺寸是回程盤的關(guān)鍵尺寸設(shè)計不好會使滑靴頸部及肩部嚴(yán)重磨損下面主要研究這兩個尺寸的確定方法 圖 38 回程盤結(jié)構(gòu)尺寸 如前所述滑靴在斜盤平面上運動軌跡是一個橢圓橢圓的兩軸是 短軸 長軸 和的選擇應(yīng)保證泵工作時滑靴不與回程盤發(fā)生干涉為原則因此取橢圓長、短軸的平均值較合 理即 從圖 28 中可以看出回程盤上安裝孔中心 O 與長、短軸端點 A 或 B 的最大偏心距相等且為因而 312 為了允許滑靴在任一方向偏離而不與回程盤干涉回程盤的安裝孔徑應(yīng)比滑靴徑部直徑 d 大同時考慮到加工、安裝等誤差應(yīng)在安裝孔與滑靴徑部之間保留有適當(dāng)間隙 J 這樣安裝孔的直徑為 式中 滑靴頸部直徑 間隙一般取 05～ 1mm 37 變量機構(gòu)設(shè)計 軸向柱塞泵通過變量機構(gòu)改變直軸泵斜盤傾斜角或斜軸泵擺缸擺動角以改變輸出流量的方向和大小變量機構(gòu)的型式很多 按照控制方式可分為手動式機動式電動式液動式電液比例控制式等按照變量執(zhí)行機構(gòu)可分為機械式液壓伺服機構(gòu)式液壓缸式如圖 39 按照性能參數(shù)還可分為恒功率式恒壓式恒流量式等 圖 39 變量執(zhí)行機構(gòu) 以上各種型式的變量機構(gòu)常常組合使用 例如圖 39 a 所示手動變量機構(gòu)采用杠桿或采用手輪轉(zhuǎn)動絲杠帶動斜盤改變傾斜角如果用可逆電機旋轉(zhuǎn)絲杠可實現(xiàn)電動變量圖 39 b 所示在伺服閥 C 端用手輪或杠桿輸入一位移量稱手動伺服變量式若