斜盤式軸向柱塞泵_第4組

1、斜盤式軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵第四小組成員：孔運(yùn) 姚云飛耿智博 趙珠媛林洋2014年3月10日柱塞泵柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵柱塞泵分類、特點(diǎn)及應(yīng)用柱塞泵分類、特點(diǎn)及應(yīng)用1斜盤式軸向柱塞泵工作原理斜盤式軸向柱塞泵工作原理2 斜盤式柱塞泵的流量計(jì)算及脈動(dòng)分析斜盤式柱塞泵的流量計(jì)算及脈動(dòng)分析3斜盤式柱塞泵中的重要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)斜盤式柱塞泵中的重要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)41.1 柱塞泵類型柱塞泵類型 柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。柱塞封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布沿

2、徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于柱塞數(shù)必須大于等于3。v 軸向柱塞泵軸向柱塞泵 斜盤式軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵 斜軸式無鉸軸向柱塞泵斜軸式無鉸軸向柱塞泵v 徑向柱塞泵徑向柱塞泵 配流軸式徑向柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵 閥配流徑向柱塞泵閥配流徑向柱塞泵1.1 1.1 柱塞泵的類型柱塞泵的類型 柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動(dòng)方向不同，可分為：（1）徑向柱塞泵（2）軸向柱塞泵 軸向柱塞泵按傳動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)缸體的軸線是否一致分為：（1）斜盤式（直軸式）軸向柱塞泵（2）斜軸式軸向柱塞泵 1.2 柱塞泵特點(diǎn)及

3、應(yīng)用柱塞泵特點(diǎn)及應(yīng)用柱塞泵的特點(diǎn)柱塞泵的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1 1）參數(shù)高：參數(shù)高：額定壓力高，轉(zhuǎn)速高，泵的驅(qū)動(dòng)功率額定壓力高，轉(zhuǎn)速高，泵的驅(qū)動(dòng)功率大；大； 2 2）效率高：效率高：容積效率容積效率9595左右，總效率左右，總效率9090左右；左右； 3 3）壽命長；壽命長； 4 4）變量方式多；變量方式多； 5 5）單位功率的重量輕；）單位功率的重量輕； 6 6）主要零件受壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度性能可充分利用。）主要零件受壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度性能可充分利用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1) 1) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件數(shù)較多；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件數(shù)較多； 2) 2) 自吸性差；自吸性差； 3) 3) 制造工藝要求較高，成本較貴

4、；制造工藝要求較高，成本較貴； 4) 4) 油液對的污染較敏感，要求較高的過濾精油液對的污染較敏感，要求較高的過濾精 度，對使用和維護(hù)要求較高。度，對使用和維護(hù)要求較高。 柱塞泵的應(yīng)用柱塞泵的應(yīng)用 柱塞泵被廣泛用于柱塞泵被廣泛用于高壓、大流量、大功率高壓、大流量、大功率的系的系統(tǒng)中和統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械等得到廣泛的應(yīng)用。液壓機(jī)、工程機(jī)械等得到廣泛的應(yīng)用。1.2 柱塞泵特點(diǎn)及應(yīng)用柱塞泵特點(diǎn)及應(yīng)用斜盤 變量機(jī)構(gòu) 壓盤 缸體 滑履 配流盤 傳動(dòng)軸 2.1 斜盤式柱塞泵主要組成部分斜盤式柱塞泵主要組成部分斜盤式柱塞泵主要部件

5、動(dòng)作演示斜盤式柱塞泵主要部件動(dòng)作演示 右圖為斜盤式軸右圖為斜盤式軸向柱塞泵的工作向柱塞泵的工作原理。泵由傳動(dòng)原理。泵由傳動(dòng)軸軸1、斜盤、斜盤2、柱、柱塞塞6、缸體、缸體3、配、配流盤流盤4、彈簧、彈簧5等等主要零件組成，主要零件組成，斜盤斜盤2和配流盤和配流盤4是不動(dòng)的，是不動(dòng)的，傳動(dòng)傳動(dòng)軸軸1帶動(dòng)缸體帶動(dòng)缸體3和和柱塞柱塞6一起轉(zhuǎn)動(dòng)，一起轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞柱塞6靠彈簧靠彈簧5等等機(jī)械裝置壓緊在機(jī)械裝置壓緊在斜盤上。斜盤上。2.2 斜盤式柱塞泵工作原理斜盤式柱塞泵工作原理 當(dāng)傳動(dòng)軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)當(dāng)傳動(dòng)軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞時(shí)，柱塞6在其沿斜盤自在其沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)在彈下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)在彈

6、簧作用下逐漸向缸體外伸簧作用下逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，產(chǎn)生局腔容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配部真空，從而將油液經(jīng)配流盤流盤4上的進(jìn)油口吸入；上的進(jìn)油口吸入；柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又被斜盤逐漸向里半周內(nèi)又被斜盤逐漸向里推入，使密封工作腔容積推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配流不斷減小，將油液從配流盤出油口向外排出，缸體盤出油口向外排出，缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)柱塞往復(fù)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油動(dòng)作。動(dòng)作。改變斜盤的傾角，就可以改變密封工作改變斜盤的傾角，就可以改變密

7、封工作容積的有效容積的有效變化量變化量，實(shí)現(xiàn)泵的變量。，實(shí)現(xiàn)泵的變量。2.2 斜盤式柱塞泵工作原理斜盤式柱塞泵工作原理以下部分計(jì)算所得值都是指泵在旋轉(zhuǎn)一周過程中的平均排量或流量。根據(jù)幾何關(guān)系,斜盤式軸向柱塞泵的每轉(zhuǎn)排量為： hdD 3.1 斜盤式柱塞泵流量計(jì)算斜盤式柱塞泵流量計(jì)算2 / 4VZA hZdD tan斜盤式軸向柱塞泵的斜盤式軸向柱塞泵的輸出流量為：輸出流量為： hdD2/ 4VqzdDntan 式中 h 柱塞行程， h=Dtan, m；D柱塞孔的分布圓直徑,m； 轉(zhuǎn)軸和斜盤中心線的夾角；A柱塞橫截面積,m2； Z 柱塞數(shù)；n 泵軸轉(zhuǎn)速,r/s; 泵的容積效率。V對柱塞泵進(jìn)行脈動(dòng)分析

8、，需要計(jì)算單個(gè)柱塞在缸體中的瞬時(shí)排量及流量，柱塞泵的排量是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，其輸出流量是脈動(dòng)的。S為柱塞的軸向位移， 為柱塞離開斜盤上死點(diǎn)的轉(zhuǎn)角（即柱塞相對斜盤中心軸線的轉(zhuǎn)角），則柱塞的相對速度為：hdDtan1 costansin22dsdDDvdtdt 3.2 斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析S單個(gè)柱塞排油時(shí)的瞬時(shí)理論流量為單個(gè)柱塞排油時(shí)的瞬時(shí)理論流量為22tansin442iiiDqd vd22tansintansin4242shiiDDqdd泵有多個(gè)柱塞，在同一時(shí)刻有幾個(gè)柱塞處于排油區(qū)。它們離開上死泵有多個(gè)柱塞，在同一時(shí)刻有幾個(gè)柱塞處于排油區(qū)。它們離開上死點(diǎn)的轉(zhuǎn)角點(diǎn)的轉(zhuǎn)角 i各不

9、相同，故泵的瞬時(shí)理論流量為所有在排油區(qū)柱塞的各不相同，故泵的瞬時(shí)理論流量為所有在排油區(qū)柱塞的瞬時(shí)流量之和。瞬時(shí)流量之和。Z22 泵的柱塞數(shù)為泵的柱塞數(shù)為Z ，則兩相鄰柱塞間的夾角為，則兩相鄰柱塞間的夾角為假如排油區(qū)中離上死點(diǎn)最近的一個(gè)柱塞的轉(zhuǎn)角是假如排油區(qū)中離上死點(diǎn)最近的一個(gè)柱塞的轉(zhuǎn)角是 1（01 2/Z），），共有共有m個(gè)柱塞處于排油區(qū)，則其余柱塞轉(zhuǎn)角分別為個(gè)柱塞處于排油區(qū)，則其余柱塞轉(zhuǎn)角分別為 2= 1+2， i= 1+2(i-1), m= 1+2(m-1) 3.2 斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析 3.2 斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析21121tansin21

10、4sin(1) sintan4sinmshiqd Rimmd R因此，此時(shí)所有處于排油區(qū)柱塞的總流量為更詳細(xì)的討論，需要針對柱塞數(shù)量的奇偶進(jìn)行分開討論，此處不贅述，給出如下結(jié)論：1）柱塞數(shù)為偶數(shù)的泵：2maxtan4sinshqd R2mintan4tanshqd R()()ZZZZqqqtshshq2tan=2tan=sincos1=minmax2DR 3.2 斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析斜盤式柱塞泵的脈動(dòng)分析2）柱塞數(shù)為奇數(shù)的泵：3）流量脈動(dòng)與柱塞數(shù)量的關(guān)系4）a. 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；b. 當(dāng)柱塞數(shù)量奇偶性確定時(shí)，流量不均勻

11、系數(shù)隨著柱塞數(shù)的增加而減小c. 實(shí)際工程中，柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)，從結(jié)構(gòu)工藝性和脈動(dòng)率綜合考慮，大多數(shù)取z7或z9，有時(shí)小排量可采用5個(gè) 。2maxtan8sin(/ 2)shqd R2mintan8tan(/ 2)shqd R()()ZZZZqqqtshshq4tan2=4tan2=)2/sin()2/cos(12=minmaxZ5678910111213q(%)4.982.531.531.020.7314.037.84.983.45斜盤式軸向柱塞泵的重要結(jié)構(gòu)包括靜壓平衡滑履、配流盤、柱塞的回程機(jī)構(gòu)和變量機(jī)構(gòu)。其中存在三對重要摩擦副滑靴與斜盤、缸體與配流盤以及柱塞與缸體4 斜盤式軸向柱

12、塞泵重要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)斜盤式軸向柱塞泵重要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)若柱塞球頭與斜盤之間若柱塞球頭與斜盤之間直接以點(diǎn)接觸，則接觸直接以點(diǎn)接觸，則接觸應(yīng)力大，極易磨損，故應(yīng)力大，極易磨損，故一般軸向柱塞泵都在柱一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑履，改點(diǎn)塞頭部裝一滑履，改點(diǎn)接觸為面接觸；同時(shí)柱接觸為面接觸；同時(shí)柱塞和滑履上開有軸向小塞和滑履上開有軸向小孔，使柱塞和滑履、滑孔，使柱塞和滑履、滑履和斜盤的接觸面間隙履和斜盤的接觸面間隙形成油膜，起靜壓潤滑形成油膜，起靜壓潤滑支承作用，減小了相對支承作用，減小了相對運(yùn)動(dòng)零件表面的磨損，運(yùn)動(dòng)零件表面的磨損，以利于泵在高壓下工作。以利于泵在高壓下工作。4.1 靜壓平衡滑履靜壓平衡

13、滑履因此，保證滑履和斜盤有一個(gè)最佳因此，保證滑履和斜盤有一個(gè)最佳油膜厚度，既能減少磨損，又能保油膜厚度，既能減少磨損，又能保證有較高的容積效率，對于斜盤式證有較高的容積效率，對于斜盤式軸向柱塞泵十分重要軸向柱塞泵十分重要12345P滑靴的靜壓支承原理 滑靴的靜壓支撐結(jié)構(gòu)滑靴的靜壓支撐結(jié)構(gòu) 為防止磨損，一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑靴?；ナ前挫o壓軸承原理設(shè)計(jì)的，缸體中的壓力油經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盤間形成液體潤滑。改善了柱塞頭部和斜盤的接觸情況。有利于提高軸向柱塞泵的壓力。右圖中的配流盤結(jié)構(gòu)右圖中的配流盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）配流盤除了有配）配流盤除了有配流窗口流窗口a、

14、b外，還外，還有一條環(huán)形卸荷槽有一條環(huán)形卸荷槽f，卸荷槽卸荷槽f經(jīng)若干徑向經(jīng)若干徑向槽與泵體上的泄油口槽與泵體上的泄油口相通，使直徑超過卸相通，使直徑超過卸荷槽的配流盤端面上荷槽的配流盤端面上的壓力降低到零，保的壓力降低到零，保證配流盤端面可靠貼證配流盤端面可靠貼合。合。2）兩個(gè)通孔）兩個(gè)通孔c（相（相當(dāng)于葉片泵的配流盤當(dāng)于葉片泵的配流盤上的三角槽）起減少上的三角槽）起減少?zèng)_擊、降低噪音的作沖擊、降低噪音的作用。四個(gè)盲孔起儲(chǔ)油用。四個(gè)盲孔起儲(chǔ)油潤滑作用。潤滑作用。4.2 配流盤結(jié)構(gòu)配流盤結(jié)構(gòu)配流盤解決困油問題的工藝措施配流盤解決困油問題的工藝措施為了保證密封，配油盤吸、排油槽的間隔角應(yīng)該等于或

15、略大于缸體底部腰形孔所對應(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。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的中心角，就會(huì)在這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。為防止密閉容積在吸、壓油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽（阻尼槽、眉毛槽以及三角槽）或減振孔。在配流盤上開設(shè)減震三角槽或減震阻尼小孔可以減緩壓力沖擊在配流盤上開設(shè)減震三角槽或減震阻尼小孔可以減緩壓力沖擊的大致原理：當(dāng)吸油還未結(jié)束時(shí)，通過減振槽或阻尼小孔已經(jīng)的大致原理：當(dāng)吸油還未結(jié)束時(shí)，通過減振槽或阻尼小

16、孔已經(jīng)使柱塞底部的密封工作腔與排油腔微微相通，排油腔油液經(jīng)過使柱塞底部的密封工作腔與排油腔微微相通，排油腔油液經(jīng)過這條通道進(jìn)入密封工作腔，使工作腔壓力上升。隨著缸體的轉(zhuǎn)這條通道進(jìn)入密封工作腔，使工作腔壓力上升。隨著缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)，減振槽或減振孔的通流面積逐漸增大，阻尼作用逐漸減小，動(dòng)，減振槽或減振孔的通流面積逐漸增大，阻尼作用逐漸減小，密封工作腔壓力上升速度加快。當(dāng)密封工作腔進(jìn)入排油腔時(shí)其密封工作腔壓力上升速度加快。當(dāng)密封工作腔進(jìn)入排油腔時(shí)其壓力已經(jīng)基本上與排油腔壓力相等了。壓力已經(jīng)基本上與排油腔壓力相等了。 4.3 柱塞的回程機(jī)構(gòu)柱塞的回程機(jī)構(gòu)v 回程機(jī)構(gòu)主要解決吸油時(shí)柱塞的回程問題。v 回程盤

17、是一個(gè)圓盤形的零件，在一個(gè)同心圓上開有n個(gè)孔，正好把n個(gè)滑履壓住，中間有一個(gè)半球形窩，內(nèi)放一個(gè)鋼球，而鋼球被內(nèi)套壓住，內(nèi)套里有一根小彈簧頂著，這根小彈簧通過內(nèi)套、鋼球和回程盤就保證了滑履式中貼緊斜盤。v 小彈簧由于處于中心位置，在缸體旋轉(zhuǎn)時(shí)它并不變形，因而不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。圖： 中心彈簧回程機(jī)構(gòu)斜盤滑履回程盤內(nèi)套鋼球彈簧v 在斜盤式軸向柱塞泵中，通過改變在斜盤式軸向柱塞泵中，通過改變斜盤傾角斜盤傾角的大小就可調(diào)節(jié)泵的排量，的大小就可調(diào)節(jié)泵的排量，變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。v 變量機(jī)構(gòu)主要有變量機(jī)構(gòu)主要有 ： （1）手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)；）手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)；（2）手動(dòng)伺

18、服變量機(jī)構(gòu)；）手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)；（3）液壓伺服變量機(jī)構(gòu)。）液壓伺服變量機(jī)構(gòu)。右圖所示，當(dāng)用手輪右圖所示，當(dāng)用手輪1使調(diào)節(jié)螺桿使調(diào)節(jié)螺桿2，帶動(dòng)變量活塞帶動(dòng)變量活塞4沿軸向移動(dòng)，通過銷軸沿軸向移動(dòng)，通過銷軸7使斜盤使斜盤8繞其耳軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傾角繞其耳軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傾角 大小和方向的改變，從而改變排量的大小和方向的改變，從而改變排量的大小和液流方向。大小和液流方向。手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)4.4 變量控制機(jī)構(gòu)變量控制機(jī)構(gòu)手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)43b2aedp1c5 手動(dòng)伺服變原理簡圖 活塞2的內(nèi)腔構(gòu)成了伺服閥的閥體，并有c、d和e三個(gè)孔道分別溝通缸筒1下腔a、上腔b和油箱。泵上的斜盤4通過撥叉機(jī)構(gòu)與活塞2下端鉸接，利用活塞2的上下移動(dòng)來改變斜盤傾角。當(dāng)用手柄使伺服閥芯3向下移動(dòng)時(shí)，上面的閥口打開，a腔中的壓力油經(jīng)孔道c通向b腔，活塞因上腔有效面積大于下腔的有效面積而移動(dòng)，活塞2移動(dòng)時(shí)又使伺服