资源描述
2-6 轴向柱塞泵的设计问题,一、柱塞运动学分析 二、流量脉动 三、困油问题 四、柱塞滑靴的受力分析 五、缸体的受力分析 六、滑靴副的结构 七、配流盘的结构 八、配流盘和缸体的自位结构 九、关键零部件的设计 十、主要零件的材料与技术要求,一、柱塞运动学分析（参考液压元件）,滑靴在旋转过程中，由于离心力的作用，滑靴对于斜盘产生的压紧力将偏离滑靴的轴线。在此力所引起的摩擦力的作用下，滑靴、柱塞在运动中会产生绕自身轴线的旋转运动，转动的快慢取决于旋转摩擦力的大小。但这一自旋可以改善滑靴底部的润滑，对减小摩擦、改善磨损和提高效率均有利。,二、流量脉动,1、随着柱塞数的增加，流量不均匀系数减小 2、流量不均匀系数，奇数柱塞明显优于柱塞数相近的偶数柱塞，这就是轴向柱塞泵采用奇数柱塞的原因。 3、大多数轴向柱塞泵柱塞数采用7或9个，有时小排量可采用5个,三、困油问题,为了保证密封，配油盘吸、排油槽的间隔角应该等于或略大于缸体底部腰形孔所对应的中心角。柱塞在偏离上、下死点位置时，柱塞在缸孔中的往复运动会使工作容积发生变化。如果配流盘吸、排油槽的间隔角大于缸体底部腰形孔道的包角 ，就会在这一区域内产生困油现象。 开设减振槽（阻尼槽、眉毛槽）或减振孔（阻尼孔）,四、柱塞滑靴的受力分析,1、柱塞的回程 辅助泵供油强制回程 分散弹簧回程 集中中心弹簧回程 定间隙强迫回程,通轴型直杆式轴向柱塞泵,四、柱塞滑靴组件的受力分析,为了使滑靴以一定大小的力紧贴斜盘回程，中心回程弹簧必须克服以下诸力： a、柱塞滑靴组件往复运动的惯性力。 b、吸油真空造成吸油区柱塞脱离斜盘的力。在正常工作时，工作容腔内的吸油真空可取0.05MPa。 c、柱塞外伸运动的摩擦力。 e、还需要保持一定的剩余压紧力使滑靴紧贴斜盘，缸体紧贴配流盘，以免在吸油过程中这两对摩擦副的密封漏气。 通常，中心弹簧的剩余压紧力使这两对摩擦副的接触比压保持在0.1MPa。,四、柱塞滑靴组件的受力分析,2、滑靴的受力（确定集中弹簧力） 滑靴除承受来自柱塞球头中心的压力、弹簧力和斜盘的垂直反力外，还要承受离心力和摩擦力。 a、离心力、摩擦力和所需要的压紧弹簧力 b、滑靴气密所需要的弹簧力,四、柱塞滑靴组件的受力分析,3、柱塞滑靴组的受力分析 离心力 液压力 轴向惯性力 摩擦力 斜盘的垂直反力,五、缸体的受力分析,1、斜盘对缸体的作用力 斜盘对滑靴的摩擦力通过柱塞传递到缸体上； 此外，斜盘对柱塞的垂直反力中，包括了侧向力和由离心力引起的摩擦力、返回弹簧力和油压力等在斜盘上引起的反力。为简化问题，现只考虑油压所引起的斜盘反力对缸体的作用力与力矩。 2、 配流盘与缸体间流场的作用力 配流盘与缸体间流场的作用力可分为两部分，一部分为从腰形进出油孔渗入两者缝隙中的油压反推力；另一部分为配流盘表面的辅助支撑力。一般把两者接触面内的摩擦力忽略不计。与类似，油压推力的计算也不考虑。,直杆式轴向柱塞泵的结构,柱塞与缸体 斜盘对柱塞的作用力： 轴向力由液压力平衡 侧向力造成缸体倾斜（缸体与配流盘之间出现楔形缝隙，泄漏增大，加剧缸体与配流盘之间的磨损） 侧向力还造成柱塞与缸体之间的磨损,六、滑靴副的结构,两种设计思想： 1、静压支承原理 2、剩余压紧力原理,六、滑靴副的结构,1、静压支承原理 阻尼孔的直径要选得很小。这一方面增加了阻尼孔堵塞的可能性，同时也必须增大滑靴直径以获得必要的液压反推力。显然，这将加大柱塞分布圆直径，增加了泵的径向尺寸。,六、滑靴副的结构,2、剩余压紧力原理 采用剩余压紧力法来设计滑靴，使滑靴底部的液压反推力等于柱塞对滑靴压紧力的95,七、配流盘的结构,通常按剩余压紧力法进行配流盘设计。反推力如过大，则缸体被推开，泵的容积效率大大降低；反推力过小，则配流盘磨损加剧。 辅助支承的形式: 热楔支承 动压支承 静压支承,七、配流盘的结构,通常按剩余压紧力法进行配流盘设计。反推力如过大，则缸体被推开，泵的容积效率大大降低；反推力过小，则配流盘磨损加剧。 辅助支承的形式: 热楔支承 动压支承 静压支承,八、配流盘和缸体的自位结构,泵的加工、装配误差可能造成缸体端面与配流盘不平行。对通轴式斜盘泵来讲，主轴的挠曲变形也有可能造成缸体倾斜。为了使缸体和配流盘能很好贴紧，在结构上可采用自位措施，使配流表面能自动适应缸体端而的微量倾斜。 1、球面配流 2、浮动缸体 3、浮动式配流盘,八、配流盘和缸体的自位结构,泵的加工、装配误差可能造成缸体端面与配流盘不平行。对通轴式斜盘泵来讲，主轴的挠曲变形也有可能造成缸体倾斜。为了使缸体和配流盘能很好贴紧，在结构上可采用自位措施，使配流表面能自动适应缸体端而的微量倾斜。 1、球面配流 2、浮动缸体 3、浮动式配流盘,八、配流盘和缸体的自位结构,九、关键零部件的设计,1、缸体 a、 缸体的参数设计 确定斜盘倾角、柱塞直径、柱塞数量和柱塞分布园直径 b、根据驱动转矩设计泵轴直径（先估算 ） c、缸体的强度计算找最小壁厚：柱塞孔与缸体外圆之间的壁厚、 柱塞孔与缸体内圆之间壁厚，柱塞孔与柱塞孔之间的壁厚。,九、关键零部件的设计,2、柱塞的设计 a、柱塞长度 柱塞长度应等于柱塞的最小留缸长度、最小外伸长度和最大行程之和。最小留缸长度 与泵的工作压力 有关，通常有： 当 时， 当 时， b、柱塞比压 和比功 的验算,九、关键零部件的设计,3、压盘及斜盘尺寸的确定,十、主要零件的材料与技术要求,（一）柱塞与缸体 柱塞与缸体有两种方案，一种是柱塞为硬的，缸体为软的；另一种则采用软柱塞硬缸体，在高压大流量泵中多采用第一种方案。,十、主要零件的材料与技术要求,（一）柱塞与缸体 硬的柱塞材料通常为18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化钢38CrMoAlA等。 前三种表面渗碳深度要达0.81.2毫米，淬火硬度须达到HRC5663，其它钢种热处理硬度也要达到HRC60左右。 CrWMn和9SiCr工具钢具有热处理变形小、金相组织稳定的优点。 GCr15热处理后对应力集中敏感，曾发生过柱塞折断的现象，尽量少用。 或者在上述材料的表面喷涂或熔敷各种陶瓷层，如ZrO2、Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末。 缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4，此外也可用耐磨铸铁或球墨铸铁等。为了节省铜，常用20Cr、12CrNi3A或GCr15作基体而在柱塞孔处镶嵌铜套，,十、主要零件的材料与技术要求,（一）柱塞与缸体 缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4，此外也可用耐磨铸铁或球墨铸铁等。为了节省铜，常用20Cr、12CrNi3A或GCr15作基体而在柱塞孔处镶嵌铜套，,十、主要零件的材料与技术要求,（一）柱塞与缸体 柱塞与孔的配合间隙，以漏损和摩擦损失的总和最小为宜，在，时，一般取为0.010.015（mm），转速提高或压力降低至10MPa以下，可酌情稍许加大。 柱塞插入部分要开设深0.30.5（mm），宽0.30.7（mm），间距310（mm）的均压环槽，保持锐边，以免楔带污物，并有利于消除污物、颗粒。 柱塞粗糙度0.40.1，不圆度、锥度允差径向间隙(0.0020.005mm)的1/4。 孔的粗糙度一般0.80.4，不圆度、锥度允差与柱塞相同。,十、主要零件的材料与技术要求,（二）配流盘 配流盘的材料要与缸体对应选取，要配对选取材料，其中以ZQSn10-1与Cr12MoV有最好的抗咬合能力。 配流盘淬火(或氮化钢氮化)以后，为了稳定金相组织还通常进行冷处理和时效处理。 青铜的缸体端面有时为了改善其跑合性和耐腐蚀性，要镀一层铅或铟。 配流盘表面粗糙度为0.40.1左右，配流盘表面不平度允差约0.005毫米，且只许内凹，不许外凸。,十、主要零件的材料与技术要求,（三）斜盘与压盘 斜盘多用GCr15，淬火后硬度HRC5862，其支承轴瓦通常用ZQAl9-4。 压盘一般多用18CrMnTi，渗碳淬火HRC6065。为了避免压盘孔割削滑靴，应将孔边倒圆。,
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