石景林柱塞泵的設計原理

1、PRINCIPLE OF PISTON PUMP柱塞泵結構原理設計主講：石景壓柱塞泵的設計一些問題一、柱塞運動學分析二、流量脈動三、困油問題四、柱塞滑靴的受力分析五、缸體的受力分析六、滑靴副的結構七、配流盤的結構八、配流盤和缸體的自位結構九、關鍵零部件的設計十、主要零件的材料與技術要求液壓故障技術專家斜盤式柱塞泵的結構柱塞泵的結構一、柱塞運動學 柱塞運動學分析主要是研究柱塞相對缸體的往復直線運動，即是分析柱塞運動的行程、速度和加速度?；ピ诶@主軸旋轉（公轉）過程中，由于離心力的作用，滑靴對于斜盤產生的壓緊力（正壓力）將會微微偏離滑靴的軸線。在此力所引起的摩擦力的作用下

2、，滑靴、柱塞在運動中會產生繞自身軸線的旋轉運動（自轉），轉動的快慢取決于旋轉摩擦力的大小。但柱塞的這種自轉可以改善滑靴底部的潤滑，對減小摩擦、改善磨損和提高效率均有利。液壓故障技術專家二、流量脈動1、隨著柱塞數(shù)的增加，流量不均勻系數(shù)減小 2、流量不均勻系數(shù)，奇數(shù)柱塞明顯優(yōu)于柱塞數(shù)相近的偶數(shù)柱塞，這就是軸向柱塞泵采用奇數(shù)柱塞的原因。3、大多數(shù)軸向柱塞泵柱塞數(shù)采用7或9個，有時小排量可采用5個 液壓故障技術專家三、困油問題 為了保證密封，配油盤吸、排油槽的間隔角應該等于或略大于缸體底部腰形孔所對應的中心角。柱塞在偏離斜盤的上、下死點位置時，柱塞在缸孔中的往復運動會使工作容積發(fā)生變化。如果配流盤吸、

3、排油槽的間隔角小于缸體底部腰形孔道的包角 ，就會在這一區(qū)域內產生困油現(xiàn)象。 開設減振槽（阻尼槽、眉毛槽）或減振孔（阻尼孔） 液壓故障技術專家配油盤的困油問題 配油盤的高低壓轉換的位置，如果沒有開眉毛孔的話，在壓力轉換的瞬間，會有壓力沖擊，見右圖。液壓故障技術專家配油盤的困油問題 配油盤上增加了減振降噪的眉毛槽后，輸出壓力的脈動消失了，但是，高壓油排出后，壓力落差很大，也容易產生噪聲。液壓故障技術專家配油盤的困油問題 配油盤上增加了雙向的減振降噪的眉毛槽后，輸出壓力的脈動消失了，而且，高壓油排出后，壓力落差趨于平緩，也會降低噪聲。液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析1、柱塞的回程方式 1）輔助

4、泵供油強制回程 2）分散彈簧回程 3）中心彈簧回程 4）定間隙強迫回程 液壓故障技術專家圖中：6-柱塞滑靴的球頭中心20-球鉸的球心7-斜盤鉸接的支點柱塞泵的分類 柱塞泵有通軸式和非通軸式泵。液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析液壓泵的柱塞受力四、柱塞滑靴的受力分析液壓馬達的柱塞受力四、柱塞滑靴的受力分析 配油盤與柱塞和斜盤的對應位置： 當柱塞由斜盤的低位滑向斜盤的高位的時候，為柱塞腔的增壓過程，當輸出壓力達到最大值的瞬間，柱塞應該在最高位置上，對應配油盤的位置，應該是配油盤的盲點。在盲點容易產生困油，為了避免困油，配油盤上面需要做一定的結構設計，例如漸變開口的油槽，俗稱眉毛孔。液壓故障技術

5、專家四、柱塞滑靴的受力分析 1，滑靴在工作時，必須緊貼止推表面（斜盤的上表面），滑靴上需要有一定的正壓力，保持油膜潤滑和密封，在液壓泵中位的時候，中心回程彈簧必須克服以下諸力： a、柱塞滑靴組件快速往復運動的慣性力。 b、吸油真空造成對柱塞滑靴的拉拔力。在正常工作時，工作容腔內的吸油真空可取0.05MPa。 c、柱塞離心運動所產生的摩擦力。 e、彈簧克服外力后剩余的壓緊力，產生軸向的預緊力，使滑靴緊貼斜盤，缸體緊貼配流盤，以免在吸排油過程中這兩對摩擦副會有高低壓力互通的現(xiàn)象。 通常，中心彈簧的剩余壓緊力使這兩對摩擦副的接觸比壓保持在0.1MPa。液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析2、滑靴的

6、受力（確定集中彈簧力） 滑靴除承受來自柱塞球頭中心的壓力FN、彈簧力Fti和斜盤的垂直反力N外，還要承受離心力Fhl和摩擦力Fhu。 a、離心力、摩擦力和所需要的壓緊彈簧力 b、滑靴氣密所需要的彈簧力液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析柱塞受力的立體分析受力四、柱塞滑靴的受力分析破壞力的分析四、柱塞滑靴的受力分析四、柱塞滑靴的受力分析液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析滑靴回轉軌跡柱塞滑靴受力3、柱塞滑靴組的受力分析1）離心力 Fhl2）液壓力 FN3）軸向慣性力 Fr(較小，可以忽略）4）摩擦力 Fhu5）斜盤的垂直反作用力N6）回程盤壓緊力（即是彈

7、簧壓緊力） Fti液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析柱塞滑靴受力 液壓故障技術專家四、柱塞滑靴的受力分析五、缸體的受力分析1、斜盤對缸體的作用力 斜盤對滑靴的摩擦力通過柱塞傳遞到缸體上； 此外，斜盤對柱塞的垂直反力中，包括了側向力和由離心力引起的摩擦力、返回彈簧力和油壓力等在斜盤上引起的反力。為簡化問題，現(xiàn)只考慮油壓所引起的斜盤反力對缸體的作用力與力矩。2、 配流盤與缸體間流場的作用力 配流盤與缸體間流場的作用力可分為兩部分，一部分為從腰形進出油孔滲入兩者縫隙中的油壓反推力；另一部分為配流盤表面的輔助支撐力。一般把兩者接觸面內的摩擦力忽略不計。與類似，油壓推力的計算也不考慮。液壓故障技術專

8、家缸體受力分析液壓故障技術專家缸體受力分析 液壓故障技術專家直軸式軸向柱塞泵的結構 柱塞與缸體 斜盤對柱塞的作用力： 軸向力由液壓力平衡 側向力造成缸體傾斜（缸體與配流盤之間出現(xiàn)楔形縫隙，泄漏增大，加劇缸體與配流盤之間的磨損） 側向力還造成柱塞與缸體之間的磨損液壓故障技術專家六、滑靴副的結構 兩種設計思想：1、靜壓支承原理2、剩余壓緊力原理液壓故障技術專家六、滑靴副的結構1、靜壓支承原理 阻尼孔的直徑要選得很小。這一方面增加了阻尼孔堵塞的可能性，同時也必須增大滑靴直徑以獲得必要的液壓反推力。顯然，這將加大柱塞分布圓直徑，增加了泵的徑向尺寸。液壓故障技術專家2、剩余壓緊力原理 采用剩余壓緊力法來

9、設計滑靴，使滑靴底部的液壓反推力等于柱塞對滑靴壓緊力的95 液壓故障技術專家滑靴的形式 液壓故障技術專家七、配流盤的結構 通常按剩余壓緊力法進行配流盤設計。反推力如過大，則缸體被推開，泵的容積效率大大降低；反推力過小，則配流盤磨損加劇。 輔助支承的形式: 熱楔支承 動壓支承 靜壓支承液壓故障技術專家配油盤帶有熱楔支承液壓故障技術專家配油盤動壓楔形液壓故障技術專家配油盤間歇注油配油盤液壓故障技術專家八、配流盤和缸體的自位結構 泵的加工、裝配誤差可能造成缸體端面與配流盤不平行。對通軸式斜盤泵來講，主軸的撓曲變形也有可能造成缸體傾斜。為了使缸體和配流盤能很好貼緊，在結構上可采用自位措施，使配流表面能

10、自動適應缸體端而的微量傾斜。 1、球面配流 2、浮動缸體 3、浮動式配流盤 液壓故障技術專家八、配流盤和缸體的自位結構 1，球面配流 圖示球面配油的結構，由于配油盤與缸體的結合面為球面，故稱為球面配油。這種結構有自動回轉定心的功能，稱為自位特性，即使缸體相對回轉軸線有略微的傾斜，仍能保持球面的密合接觸。球面配油盤的加工比平面配油盤要復雜一些，因此就會價格貴一些。配油盤配油盤柱塞柱塞缸體缸體液壓故障技術專家2，缸體浮動 浮動缸體 需要在每個缸體孔的底部安裝一只過流套，過流套可以在缸體內壓力的作用下，單獨壓緊在一個隨著缸體旋轉的，并開有配油孔的襯板5上，而襯板與配油盤貼合，在旋轉的時候，缸體與過流

11、套實現(xiàn)相對浮動，實現(xiàn)自動補償，防止泄漏。1配油盤，2缸體，3柱塞， 4傳動軸，5襯板， 6過流套液壓故障技術專家3，浮動式配油盤 配油盤2由一組連通套組合而成，并且可以與缸體的油孔相通。配油盤與后端蓋之間保持一定的浮動間隙。當缸體發(fā)生輕微的傾斜時，配油盤緊貼缸體的同時也會產生微小傾斜。圖中的三種配油盤，允許連通套與配油盤與后端蓋有較大的配合間隙，可以是配油盤適度浮動又不會破壞密封。通常，在配油盤的吸油和排油側各均勻裝有2-3只連通套，以產生足夠的壓緊力使得配油盤緊貼缸體端面。連通套室中的油壓對配油盤的軸向推力略大于缸體對配油盤的推力。這個不大的剩余推力通過缸體、主軸軸肩，由主軸上的軸承承受。液

12、壓故障技術專家浮動配油盤1，缸體；2，配油盤；3，連通套；4，O形密封圈。a)球面連通套；b)薄刃連通套；c)O形圈結構的連通套液壓故障技術專家八、配流盤和缸體的自位結構 液壓故障技術專家九、關鍵零部件的設計1、缸體 a、 缸體的參數(shù)設計 確定斜盤傾角、柱塞直徑、柱塞數(shù)量和柱塞分布園直徑 b、根據(jù)驅動轉矩設計泵軸直徑（先估算 ） c、缸體的強度計算找最小壁厚：柱塞孔與缸體外圓之間的壁厚、 柱塞孔與缸體內圓之間壁厚，柱塞孔與柱塞孔之間的壁厚。液壓故障技術專家九、關鍵零部件的設計 2、柱塞的設計 a、柱塞長度L 柱塞長度應等于柱塞的最小留缸長度L0、最小外伸長度和最大行程之和。最小留缸長度L0 與

13、泵的工作壓力PH 有關，通常有： 當 PH 20 MPa 時， L0 = (1.51.8)D 當 PH 30 MPa 時， L0 = (2.02.5)D (式中D為柱塞直徑） b、柱塞比壓 和比功 的驗算液壓故障技術專家柱塞留缸尺寸 液壓故障技術專家九、關鍵零部件的設計 3、壓盤及斜盤尺寸的確定液壓故障技術專家十、主要零件的材料與技術要求柱塞與缸體 柱塞與缸體有兩種方案，一種是柱塞為硬的，缸體為軟的；另一種則采用軟柱塞硬缸體，在高壓大流量泵中多采用第一種方案。 硬的柱塞材料通常為18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化鋼38

14、CrMoAlA等。液壓故障技術專家十、主要零件的材料與技術要求 （一）柱塞 前三種表面滲碳深度要達0.81.2毫米，淬火硬度須達到HRC5663，其它鋼種熱處理硬度也要達到HRC60左右。 CrWMn和9SiCr工具鋼具有熱處理變形小、金相組織穩(wěn)定的優(yōu)點。 GCr15熱處理后對應力集中敏感，曾發(fā)生過柱塞折斷的現(xiàn)象，盡量少用。 或者在上述材料的表面噴涂或熔敷各種陶瓷層，如ZrO2、Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末。液壓故障技術專家十、主要零件的材料與技術要求 （二）缸體 缸體的材料通常為ZQSn10-1或ZQAlFe9-4，此外也可用耐磨鑄鐵或球墨鑄鐵等。為了節(jié)省銅，常用20Cr、12CrN

15、i3A或GCr15作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套， 液壓故障技術專家十、主要零件的材料與技術要求 （三）柱塞與缸體 柱塞與孔的配合間隙，以漏損和摩擦損失的總和最小為宜，在，時，一般取為0.010.015（mm），轉速提高或壓力降低至10MPa以下，可酌情稍許加大。 柱塞插入部分要開設深0.30.5（mm），寬0.30.7（mm），間距310（mm）的均壓環(huán)槽，保持銳邊，以免楔帶污物，并有利于消除污物、顆粒。 柱塞粗糙度0.40.1，不圓度、錐度允差徑向間隙(0.0020.005mm)的1/4。 孔的粗糙度一般0.80.4，不圓度、錐度允差與柱塞相同。液壓故障技術專家十、主要零件的材料與技術要求 （四）配流盤 配流盤的材料要與缸體對應選取，要配對選取材料，其中以ZQSn10-1與Cr12MoV有最好的抗咬合能力。 配流盤淬火(或氮化鋼氮化)以后，為了穩(wěn)定金相組織還通常進行冷處理和時效處理。 青銅的缸體端面