斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)（課堂PPT）

1、.12-6 軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)問題一、柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析二、流量脈動(dòng)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(jié)構(gòu)七、配流盤的結(jié)構(gòu)八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu)九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)十、主要零件的材料與技術(shù)要求.2一、柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（參考液壓元件） 滑靴在旋轉(zhuǎn)過程中，由于離心力的作用，滑靴對(duì)于斜盤產(chǎn)生的壓緊力將偏離滑靴的軸線。在此力所引起的摩擦力的作用下，滑靴、柱塞在運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢取決于旋轉(zhuǎn)摩擦力的大小。但這一自旋可以改善滑靴底部的潤(rùn)滑，對(duì)減小摩擦、改善磨損和提高效率均有利。.3二、流量脈動(dòng)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

2、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(gè)，有時(shí)小排量可采用5個(gè) .4三、困油問題 為了保證密封，配油盤吸、排油槽的間隔角應(yīng)該等于或略大于缸體底部腰形孔所對(duì)應(yīng)的中心角。柱塞在偏離上、下死點(diǎn)位置時(shí)，柱塞在缸孔中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)使工作容積發(fā)生變化。如果配流盤吸、排油槽的間隔角大于缸體底部腰形孔道的包角 ，就會(huì)在這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 開設(shè)減振槽（阻尼槽、眉毛槽）或減振孔（阻尼孔） .5.6四、柱塞滑靴的受力分析1、柱塞的回程 輔助泵供油強(qiáng)制回程 分散彈簧回程 集中中心彈簧回程 定間隙強(qiáng)迫回程 .7.9通軸型直桿式軸向柱塞泵.10四、

3、柱塞滑靴組件的受力分析n為了使滑靴以一定大小的力緊貼斜盤回程，中心回程彈簧必須克服以下諸力：na、柱塞滑靴組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力。nb、吸油真空造成吸油區(qū)柱塞脫離斜盤的力。在正常工作時(shí)，工作容腔內(nèi)的吸油真空可取0.05MPa。nc、柱塞外伸運(yùn)動(dòng)的摩擦力。ne、還需要保持一定的剩余壓緊力使滑靴緊貼斜盤，缸體緊貼配流盤，以免在吸油過程中這兩對(duì)摩擦副的密封漏氣。 通常，中心彈簧的剩余壓緊力使這兩對(duì)摩擦副的接觸比壓保持在0.1MPa。.11四、柱塞滑靴組件的受力分析2、滑靴的受力（確定集中彈簧力） 滑靴除承受來(lái)自柱塞球頭中心的壓力、彈簧力和斜盤的垂直反力外，還要承受離心力和摩擦力。 a、離心力、摩擦力和

4、所需要的壓緊彈簧力 b、滑靴氣密所需要的彈簧力 .12.13四、柱塞滑靴組件的受力分析3、柱塞滑靴組的受力分析離心力 液壓力 軸向慣性力 摩擦力 斜盤的垂直反力 .14五、缸體的受力分析1、斜盤對(duì)缸體的作用力、斜盤對(duì)缸體的作用力 斜盤對(duì)滑靴的摩擦力通過柱塞傳遞到缸體上； 此外，斜盤對(duì)柱塞的垂直反力中，包括了側(cè)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(jiǎn)化問題，現(xiàn)只考慮油壓所引起的斜盤反力對(duì)缸體的作用力與力矩。2、 配流盤與缸體間流場(chǎng)的作用力配流盤與缸體間流場(chǎng)的作用力 配流盤與缸體間流場(chǎng)的作用力可分為兩部分，一部分為從腰形進(jìn)出油孔滲入兩者縫隙中的油壓反推力；另一部分為

5、配流盤表面的輔助支撐力。一般把兩者接觸面內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)。與類似，油壓推力的計(jì)算也不考慮。直桿式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)柱塞與缸體斜盤對(duì)柱塞的作用力： 軸向力由液壓力平衡 側(cè)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(cè)向力還造成柱塞與缸體之間的磨損.16.17六、滑靴副的結(jié)構(gòu) 兩種設(shè)計(jì)思想：1、靜壓支承原理2、剩余壓緊力原理.18六、滑靴副的結(jié)構(gòu) 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(shí)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。.19六、滑靴副的結(jié)構(gòu)2、剩余壓緊力原

6、理 采用剩余壓緊力法來(lái)設(shè)計(jì)滑靴，使滑靴底部的液壓反推力等于柱塞對(duì)滑靴壓緊力的95 .20.21七、配流盤的結(jié)構(gòu)n 通常按剩余壓緊力法進(jìn)行配流盤設(shè)計(jì)。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。n輔助支承的形式: 熱楔支承 動(dòng)壓支承 靜壓支承.22七、配流盤的結(jié)構(gòu)n 通常按剩余壓緊力法進(jìn)行配流盤設(shè)計(jì)。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。n輔助支承的形式: 熱楔支承 動(dòng)壓支承 靜壓支承.23.24.25八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 泵的加工、裝配誤差可能造成缸體端面與配流盤不平行。對(duì)通軸式斜盤泵來(lái)講，主軸的撓曲變形也有可

7、能造成缸體傾斜。為了使缸體和配流盤能很好貼緊，在結(jié)構(gòu)上可采用自位措施，使配流表面能自動(dòng)適應(yīng)缸體端而的微量?jī)A斜。n1、球面配流 n2、浮動(dòng)缸體 n3、浮動(dòng)式配流盤 .26八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 泵的加工、裝配誤差可能造成缸體端面與配流盤不平行。對(duì)通軸式斜盤泵來(lái)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(jié)構(gòu)上可采用自位措施，使配流表面能自動(dòng)適應(yīng)缸體端而的微量?jī)A斜。n1、球面配流 n2、浮動(dòng)缸體 n3、浮動(dòng)式配流盤 .27.28.29八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu).30九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)1、缸體n a、 缸體的參數(shù)設(shè)計(jì)n 確定斜盤傾角、柱塞直徑、柱塞數(shù)量和柱塞分布園直

8、徑nb、根據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)泵軸直徑（先估算 ）nc、缸體的強(qiáng)度計(jì)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(nèi)圓之間壁厚，柱塞孔與柱塞孔之間的壁厚。.31九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)n2、柱塞的設(shè)計(jì)n a、柱塞長(zhǎng)度 柱塞長(zhǎng)度應(yīng)等于柱塞的最小留缸長(zhǎng)度、最小外伸長(zhǎng)度和最大行程之和。最小留缸長(zhǎng)度 與泵的工作壓力 有關(guān)，通常有：n當(dāng) 時(shí)， n當(dāng) 時(shí)， nb、柱塞比壓 和比功 的驗(yàn)算pL0lHpMPapH20dl8 . 15 . 10MPapH30dl5 . 20 . 20pu.32九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)n3、壓盤及斜盤尺寸的確定.33十、主要零件的材料與技術(shù)要求n（一）柱塞與缸體n 柱塞與缸體有兩種方

9、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。n .34十、主要零件的材料與技術(shù)要求n（一）柱塞與缸體n 硬的柱塞材料通常為18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化鋼38CrMoAlA等。n 前三種表面滲碳深度要達(dá)0.81.2毫米，淬火硬度須達(dá)到HRC5663，其它鋼種熱處理硬度也要達(dá)到HRC60左右。n 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(diǎn)。n GCr15熱處理后對(duì)應(yīng)力集中敏感，曾發(fā)生過柱塞折斷的現(xiàn)象，盡量少用。n 或者在上述材料的表面噴涂或熔敷各

10、種陶瓷層，如ZrO2、Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末。n 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、12CrNi3A或GCr15作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套，.35十、主要零件的材料與技術(shù)要求n（一）柱塞與缸體n n 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、12CrNi3A或GCr15作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套，.36十、主要零件的材料與技術(shù)要求n（一）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(shí)，一般取為0.010.015

11、（mm），轉(zhuǎn)速提高或壓力降低至10MPa以下，可酌情稍許加大。n 柱塞插入部分要開設(shè)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。n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。n孔的粗糙度一般0.80.4，不圓度、錐度允差與柱塞相同。.37十、主要零件的材料與技術(shù)要求n（二）配流盤n 配流盤的材料要與缸體對(duì)應(yīng)選取，要配對(duì)選取材料，其中以ZQSn10-1與Cr12MoV有最好的抗咬合能力。n 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(jìn)行冷處理和時(shí)效處理。n 青銅的缸體端面有時(shí)為了改善其跑合性和耐腐蝕性