新型軸配流軸向恒流柱塞泵的設(shè)計(jì)

新型軸配流軸向恒流柱塞泵的設(shè)計(jì)第41頁(yè)共41頁(yè)前言在經(jīng)過(guò)大學(xué)四年的系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后，我們終于要用這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)結(jié)束我們?cè)诖髮W(xué)期間的學(xué)習(xí)任務(wù)，這也是我們大學(xué)學(xué)習(xí)的最終檢驗(yàn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要我們把四年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通，緊密聯(lián)系在一起。只有做到這些，才能夠真正的掌握這些知識(shí)。只有這樣，才能夠合格的走上工作崗位。本次設(shè)計(jì)的課題是新型軸向恒流柱塞泵的設(shè)計(jì)。目前，應(yīng)用廣泛的泵有：軸向柱塞泵、徑向柱塞泵、螺桿泵、葉片泵和齒輪泵。這幾種泵各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)有的軸向柱塞泵和徑向柱塞泵有容積效率高、工作壓力高的優(yōu)點(diǎn)，但存在明顯的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)，并且噪音都在70DB以上，尤其是在工作在高壓的情況下噪音更大；螺桿泵、葉片泵具有流量脈動(dòng)小、噪音低的優(yōu)點(diǎn)，但其工作壓力和容積效率都低；而齒輪泵輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)外其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均不如前面的泵。當(dāng)前，所缺少的是一種工作壓力高、容積效率高，并且流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)低、噪音低的液壓泵，尤其是工作在高壓的情況下，流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)及噪音也很低的液壓泵，而要同時(shí)滿足上述要求的液壓泵也只有柱塞泵才有可能，這就需要對(duì)柱塞泵的工作機(jī)理做深入的研究，改進(jìn)現(xiàn)有的柱塞泵，提出新的方案和結(jié)構(gòu)，來(lái)解決柱塞泵的脈動(dòng)及噪聲問(wèn)題。解決了柱塞泵的脈動(dòng)和噪聲問(wèn)題也就解決了在許多封閉空間中使用柱塞泵而產(chǎn)生噪聲偏大的問(wèn)題，從而大大地改善了人們的工作環(huán)境，尤其是在那些對(duì)噪聲控制要求嚴(yán)格的場(chǎng)所，諸如軍艦、潛艇和室內(nèi)，降噪就具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)前面提到的當(dāng)前泵的一些缺點(diǎn)而提出的一種新型泵，本設(shè)計(jì)將完成該泵的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及由另一位同學(xué)采用法國(guó)的系統(tǒng)建模和仿真軟件Amesim4.20對(duì)該泵進(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果與最初設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行比較，看能不能達(dá)到設(shè)計(jì)目的。經(jīng)過(guò)四個(gè)多月的努力，我們終于完成了這次設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，錯(cuò)誤在所難免。還望各位老師同學(xué)批評(píng)指正，指出其中的問(wèn)題，以便我們能夠及時(shí)改正過(guò)來(lái)，這樣才能更好的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，為以后的工作打好基礎(chǔ)。新型軸配流軸向恒流柱塞泵的設(shè)計(jì)柱塞泵恒流理論的提出1．1柱塞泵的運(yùn)動(dòng)情況柱塞泵的常見形式有軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。柱塞的中心軸線與轉(zhuǎn)軸軸線平行的稱為軸向柱塞泵，其柱塞有軸向運(yùn)動(dòng)而無(wú)徑向運(yùn)動(dòng)，吸油與排油是通過(guò)柱塞的軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的；柱塞的中心線與轉(zhuǎn)軸軸線垂直的稱為徑向柱塞泵，其柱塞有徑向運(yùn)動(dòng)而無(wú)軸向運(yùn)動(dòng)，吸油與排油是通過(guò)柱塞的徑向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。通常柱塞泵中有多只柱塞，它們是繞轉(zhuǎn)軸軸線沿周向均勻分布的，工作時(shí)一部分柱塞做吸油運(yùn)動(dòng)，同時(shí)另一部份柱塞做排油運(yùn)動(dòng)。單個(gè)柱塞繞轉(zhuǎn)軸軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，先是吸油后是排油，再吸油再排油，如此周而復(fù)始，其運(yùn)動(dòng)速度V（對(duì)于軸向柱塞泵來(lái)說(shuō)是軸向運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)于徑向柱塞泵來(lái)說(shuō)是徑向運(yùn)動(dòng)速度）與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ在一個(gè)周期T內(nèi)的關(guān)系如圖1.1所示(θ=ωt,ω為轉(zhuǎn)軸的角速度,t為時(shí)間)。在本篇論文中約定柱塞吸油時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為正,排油時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為負(fù)，稱該曲線為單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線。圖1.1：一個(gè)周期T內(nèi)單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線1．2恒流特征速度曲線的提出要實(shí)現(xiàn)柱塞泵工作時(shí)無(wú)流量脈動(dòng)，必須使任一時(shí)刻處于吸油狀態(tài)的各個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度之和為一恒定值，同理，處于排油狀態(tài)的各個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度之和也應(yīng)該為一恒定值。然而目前的柱塞泵，不管是軸向的還是徑向的都不能滿足上述要求。要滿足上面提出的要求，必須使單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線具備一定的特征，圖1.2：恒流特征速度曲線及其位移曲線現(xiàn)繪出具備這些特征的速度曲線如圖1.2粗實(shí)線所示（該粗實(shí)線為一個(gè)周期T內(nèi)的速度曲線），其表達(dá)式為V=VmaxG(θ),Vmax為其最值，現(xiàn)將該曲線的特征羅列如下：曲線必須是連續(xù)的，且具有周期性；在[0，T/4]區(qū)間的曲線必須關(guān)于點(diǎn)（T/8，VmaxG（T/８））成原點(diǎn)對(duì)稱；在[0，T/2]區(qū)間的曲線必須關(guān)于直線θ=T/4成軸對(duì)稱；在[0，T]區(qū)間的曲線必須關(guān)于點(diǎn)（T/2，0）成原點(diǎn)對(duì)稱。稱上述特征為恒流特征，將具備這些特征的單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線命名為恒流特征速度曲線。將表達(dá)式V=VmaxG(θ)對(duì)t積分就得到柱塞的位移（徑向位移或軸向位移）的表達(dá)式：1-1圖中細(xì)實(shí)線為C=0時(shí)的位移曲線，當(dāng)θ=T/2時(shí)位移S有最值H（柱塞的升程），且有下式成立：1-2那么Vmax=4ωH/T,故式①可改寫為：1-3只要柱塞的位移曲線滿足1-3式，就可使其運(yùn)動(dòng)速度曲線為恒流特征曲線,從而實(shí)現(xiàn)柱塞泵的恒流,并稱滿足1-3式的位移曲線為恒流特征位移曲線。1．3恒流的實(shí)現(xiàn)下面來(lái)說(shuō)明柱塞泵的單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線為恒流特征速度曲線時(shí)是如何實(shí)現(xiàn)柱塞無(wú)流量脈動(dòng)的。現(xiàn)有一柱塞泵（軸向的或徑向的），設(shè)該泵單個(gè)柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線為恒流特征速度曲線，其柱塞數(shù)為4，為單作用柱塞泵,故T=2π（為雙作用泵時(shí)T取π）,圖1.3:粗細(xì)不同的曲線代表不同柱塞的速度曲線相鄰兩柱塞之間的相位差為2π/4=π/2?，F(xiàn)將該泵中4只柱塞的運(yùn)動(dòng)速度曲線繪制到同一個(gè)坐標(biāo)系中如圖1.3所示，則在同一坐標(biāo)系中不難看出相鄰兩柱塞的速度曲線之間的相位差為π/2，并且還可以發(fā)現(xiàn)在任一時(shí)該泵有兩只柱塞處于吸油狀態(tài)，另外兩只柱塞處排油狀態(tài)。依據(jù)前述的恒流特征不難證明：θ軸上半部分所有的曲線疊加后為一直線V=Vmax,也即任一時(shí)刻處于吸油狀態(tài)的兩只柱塞的速度之和為一恒定值Vmax；同理，θ軸下半部分所有的曲線疊加后為一直線V=-Vmax，也即任一時(shí)刻處于排油狀態(tài)的兩只柱塞的速度之和為一恒定值-Vmax。這說(shuō)明具有恒流特征的速度曲線理論上能實(shí)現(xiàn)柱塞泵的恒流。事實(shí)上，采用這類速度曲線時(shí),單作用泵的柱塞數(shù)必須為4的倍數(shù)，雙作用柱塞泵的柱塞數(shù)必須為8的倍數(shù)，否則不能實(shí)現(xiàn)恒流，無(wú)論單作用泵或雙作用泵,通常情況下柱塞數(shù)都應(yīng)選8，采用8只柱塞時(shí)任一時(shí)刻有4只柱塞處于吸油狀態(tài)，另4只處于排油狀態(tài)。1．4幾種具有恒流特征的速度曲線（1）一次函數(shù)恒流特征速度曲線V=AG(θ),G(θ)滿足下式：1-4上式中正負(fù)號(hào)分別對(duì)應(yīng)著兩條恒流特征速度曲線，將上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)后，就可以得到加速度的表達(dá)式，并且從該加速度表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)加速度有突變，也就是說(shuō)如果采用一次函數(shù)恒流特征速度曲線，柱塞在運(yùn)動(dòng)雖無(wú)剛性沖擊，但存在著柔性沖擊。（2）三角函數(shù)恒流特征速度曲線V=AG(θ),G(θ)滿足下式：1-5同樣將上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)后，就可以得到加速度的方程式，并且從該方程可以發(fā)現(xiàn)加速度沒(méi)有突變，說(shuō)明采用該曲線無(wú)柔性沖擊。（3）無(wú)高次沖擊恒流特征速度曲線將恒流特征速度曲線對(duì)θ積分，便得一新曲線（圖1.4中的細(xì)實(shí)線所示），該新曲線酷似恒流特征曲線的前半部分，事實(shí)上補(bǔ)上后半部分曲線后（圖1.4中的虛線所示），再將前后兩半部份組合起來(lái)就是一條新的恒流特征速度曲線，其周期為原曲線的2倍，將新得來(lái)的恒流特征速度曲線再次進(jìn)行積分，重復(fù)上述步驟，便又得一條恒流特征速圖1.4：圖中粗實(shí)線為一恒流特征速度曲線度曲線，經(jīng)過(guò)N次上述步驟后所得到的恒流特征速度曲線至少無(wú)N+1次沖擊。通常情況下我們求得無(wú)3次沖擊的恒流特征曲線就足夠了，更高次的難以求得，并且給加工也會(huì)帶來(lái)困難。其實(shí)恒流特征速度曲線有很多的，只要依據(jù)恒流特征就可以求出許多這樣的曲線，而上面僅僅是給出了幾種常見的。以上便是柱塞泵恒流理論，依據(jù)該理論可以設(shè)計(jì)軸向恒流柱塞泵和徑向恒流柱塞泵，這兩種泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)在不考慮工作油液的可壓縮性質(zhì)的情況下是為零的，當(dāng)此類泵工作在高壓的情況下或要考慮油液的可壓縮性質(zhì)的情況下，該理論還有待進(jìn)一步完善。二、新型軸向恒流柱塞泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、2.1新型軸向恒流柱塞泵的簡(jiǎn)介及其基本結(jié)構(gòu)在第一章中所講的柱塞泵恒流理論既可以用來(lái)設(shè)計(jì)軸向恒流柱塞泵也可以用來(lái)設(shè)計(jì)徑向恒流柱塞泵，本設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)軸向恒流柱塞泵，下面簡(jiǎn)單介紹一下該泵的基本工作原理。該泵為雙作用泵，八只柱塞在缸體中沿軸向等分排列，每只柱塞的頭部嵌有一滾柱，滾柱與固定在軸承座上的圓柱凸輪曲面是呈線接觸，該曲面可依據(jù)第一章中所講的恒流特征位移曲線來(lái)設(shè)計(jì)，缸體與驅(qū)動(dòng)軸之間是通過(guò)花鍵來(lái)連接的，在驅(qū)動(dòng)軸的高速帶動(dòng)下，缸體中的柱塞在彈簧力的作用下會(huì)使柱塞頭部的滾柱貼在圓柱凸輪的曲面上，從而使柱塞完成吸油與排油運(yùn)動(dòng)，該泵的配流采用軸配流方式，與普通徑向柱塞泵的配流軸大致相同，只是其配油窗口有四個(gè)，兩個(gè)吸油窗口和兩個(gè)排油窗口。圖2.1是該泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2.1：軸向恒流柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖排油口；配流軸；排油窗口；缸體；柱塞；滾柱；帶圓柱凸輪的軸承座；傳動(dòng)軸；吸油窗口；殼體；定位孔；吸油口；泵體。2.2缸體、柱塞和滾柱及回程彈簧的設(shè)計(jì)圖2.2為柱塞副的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖2.3為柱塞的剖視圖。圖2.2：柱塞副的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2.3：柱塞的剖視圖依據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書可知該泵的排量為48ml/r,由于此泵有8個(gè)柱塞，且為雙作用泵，故每個(gè)柱塞在泵軸旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中進(jìn)行兩次吸油和兩次排油，故而單個(gè)柱塞的每次的排油量應(yīng)為Qs=48/8/2=3ml,并有如下公式成立：式中D為柱塞的直徑，H為柱塞的行程，其中柱塞的直徑D得按照優(yōu)先數(shù)系選取，表是常用的柱塞直徑，柱塞直徑D，不僅是往塞的主要參數(shù)，面且還是液壓機(jī)械的主要參數(shù)，該參數(shù)要由既定的輸油率等諸因素確定，一般在35毫米以下，否則，會(huì)使其移動(dòng)慣性力和離心慣性力過(guò)大，進(jìn)而降低其機(jī)械效率與吸入能力。這里我們選擇D=14mm，那么依據(jù)式可知:為了便于設(shè)計(jì)，圓整后H取20mm。通常情況下柱塞的行程H的取值范圍為（1～1.5）D，H=20滿足這一條件（），故H的選取合理。故此泵的實(shí)際設(shè)計(jì)的單個(gè)柱塞的排油量為:此時(shí)泵的排量為：表2.1液壓元件用柱塞、滑閥和活塞外徑系列參數(shù)（JB826-66）毫米8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、（30）、32、35、40、45、50、55……注：括號(hào)內(nèi)的避免使用；如果超出本系列范圍，應(yīng)按GB321-64“優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系”R10、R20數(shù)系選取。下面來(lái)確定最小含接長(zhǎng)度M，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般M=（1.5～2）D,這里取M=25mm。那么柱塞的長(zhǎng)度L:L=M+H=25+14=45mm柱塞的頭部尺寸：C、N、E及滾柱的直徑D1確定如下：C=D+8=14+8=22mm；D1=10mm；E=18mm；N=E-3=18-3=15mm。S=24mm缸體主要尺寸：A、B、F、GA=10+14+L+N+D1/2+3=92mmB=44mmF=10mmG=2mm滾柱的長(zhǎng)度K待定。缸體的配流孔直徑2R、和外徑2R待定。圖2.4為缸體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸的負(fù)載為重載，故轉(zhuǎn)子與驅(qū)動(dòng)軸采用漸開線花鍵聯(lián)接。圖2.4：缸體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固》，這里初選漸開線花鍵的各參數(shù)如下：外徑D4：33mm；模數(shù)m：3mm；齒數(shù)z：10；壓力角：=30；工作長(zhǎng)度L1待定。圖2.5：漸開線花鍵示意圖下面來(lái)校核該漸開線花鍵，圖2.5為漸開線花鍵的示意圖。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固》，得校核公式如下：式中T—轉(zhuǎn)矩，N.mm；—各齒載荷均勻系數(shù)，一般取=0.7～0.8；z—齒數(shù)；l—齒的工作（配合）長(zhǎng)度，mm；Dm—平均直徑，mm，漸開線花鍵Dm=D；D—漸開線花鍵分度圓直徑；h—齒的工作高度，mm，漸開線花鍵=30時(shí)h=m,=37.5時(shí)h=0.9m,=45時(shí)m=0.8m（m為模數(shù)）；—許用壓強(qiáng)，MPa,查表2.2表2.2花鍵聯(lián)接的許用壓強(qiáng)聯(lián)接方式使用和制造情況/MPa齒面未經(jīng)熱處理齒面經(jīng)熱處理靜連接不良中等良好35～5060～10080～12040～70100～140120～200不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接不良中等良好15～2020～3025～4020～3530～6040～70在載荷下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接不良中等良好3～105～1510～20注：1.使用和制造情況不良是指受變載、有雙向沖擊、振動(dòng)頻率高和振幅大、潤(rùn)滑不好（對(duì)動(dòng)聯(lián)接）、材料硬度不高和精度不高等。同一情況下，的較小值用于工作時(shí)間長(zhǎng)和較重要的場(chǎng)合。材料：內(nèi)、外花鍵用抗拉強(qiáng)度不低于600MPa的鋼制造。將校核公式變形后得下式：式中T的值可由該泵的功率及轉(zhuǎn)速確定，即由下式確定：且=2/60=157rad/s；(式中n=1500r/min為泵的額定轉(zhuǎn)速)P=16n/60=211631500/60=25200W=25.2kW；（式中、分別為泵的峰值壓力和單個(gè)柱塞的每次的排油量）故=25200/157=160.51N.m式中由表可查得為10～20MPa，在這里我們?nèi)?5MPa，取0.8，取10，h取該漸開線齒的模數(shù)m=3mm，取該漸開線齒的分度圓直徑=mz=310=30mm。此時(shí)花鍵的長(zhǎng)度L1的范圍就可以確定下來(lái)了:L1=2160.51/(0.81033015)=29.7mm為了便于設(shè)計(jì)在這里L(fēng)1取42mm；至此花鍵的各項(xiàng)參數(shù)都確定下來(lái)了：外徑D4：33mm；模數(shù)m：3mm；齒數(shù)z：10；壓力角：=30；工作長(zhǎng)度：L1=42mm。下面來(lái)確定缸體的配流孔直徑2R和外徑2R及柱塞孔中心線半徑R：配流孔直徑2R的值至少要大于花鍵的外徑D4=33mm，并且同時(shí)還要使轉(zhuǎn)子上8個(gè)柱塞孔能布置下，也就是說(shuō)配流孔的周長(zhǎng)要至少要大于112mm(814=112,式中14為轉(zhuǎn)子中柱塞孔的直徑，8為柱塞孔的數(shù)量)，據(jù)此配流孔直徑2R應(yīng)取50mm，也即R=25mm。那么R=R+B=25+44=69mmR=R+B/2=25+22=47mm下面來(lái)確定最后一個(gè)參數(shù)：滾柱的的長(zhǎng)度K。滾柱的長(zhǎng)度K需視泵的工作峰值壓力、滾柱和圓柱凸輪的材料及工作油液的粘度，還有驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n而定。滾柱和圓柱凸輪的材料必須選用抗疲勞強(qiáng)度性能好的材料。查閱《機(jī)械工程材料手冊(cè)》可得這些材料的參數(shù)具體如下：滾柱和圓柱凸輪的材料：淬火軸承鋼，接觸疲勞極限強(qiáng)度為1726MPa。該泵所用的油液的性質(zhì)為：工作油液密度0.9g/mm,50度時(shí)的粘度值為40mm/s。滾柱和圓柱凸輪之間的接觸為線接觸，在轉(zhuǎn)子的高速的帶動(dòng)下，滾柱就會(huì)在圓柱凸輪曲面上高速滾動(dòng)，此時(shí)在滾柱和圓柱凸輪曲面間就會(huì)形成一薄層油膜，適當(dāng)設(shè)計(jì)該油膜就能大大提高滾柱及圓柱凸輪的抗疲勞壽命。查閱《疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得求彈流最小油膜厚度計(jì)算公式（道森公式）如下：無(wú)量綱形式：有量綱形式：式中H=，G=，U=，W=，，R=；—滾柱承受的載荷,N；L—滾柱的有效承載長(zhǎng)度，m；—潤(rùn)滑油粘度,；—綜合滾動(dòng)速度,m/s；、—分別為物體1和物體2的接觸表面線速度,m/s；、—分別為物體1和物體2的接觸表面的曲率半徑,m；R—綜合曲率半徑，m；—潤(rùn)滑油粘度壓力指數(shù),m/N（見表）；、—分別為物體1和物體2的材料彈性模量，Pa；—綜合彈性模量，Pa；、—分別為物體1和物體2表面的材料的泊松比。表2.3精制礦物油的粘度壓力指數(shù)（m/N）溫度（C）環(huán)烷基石蠟基錠子油輕機(jī)油重機(jī)油輕機(jī)油重機(jī)油氣缸油3060902.62.02.8由有綱量形式的道森公式可計(jì)算出最小油膜厚度，現(xiàn)引入膜厚比為式中為最小油膜厚度，；和—接觸面1和2的綜合粗糙度，。當(dāng)時(shí)為全彈流，當(dāng)時(shí)為部分彈流。對(duì)于大多數(shù)工業(yè)傳動(dòng)齒輪和滾動(dòng)軸承，當(dāng)時(shí)，就處于部分彈流狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，疲勞壽命幾乎與油膜厚度無(wú)關(guān)；當(dāng)時(shí)，即進(jìn)入邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。彈流油膜的建立使接觸面之間的壓力分布趨于和緩，峰值壓力下降，從而減少了接觸疲勞損傷，使接觸疲勞壽命提高。進(jìn)入部分彈流狀態(tài)后，雖不是全膜，但基本上建立了承載油膜。所以我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使此滾柱與圓柱凸輪間的油膜厚度比，使它們之間的接觸為部份彈流接觸，進(jìn)而減少接觸疲勞損傷，使接觸疲勞壽命提高，所以就有下式：在這里我們?nèi)?=0.2，則所以取=0.424去求滾柱的長(zhǎng)度K。將道森公式的有量綱形式變形后得：F為滾柱所承受的載荷，由于本泵的峰值壓力為=21MPa,且柱塞的直徑D=14mm,故滾柱所承受的載荷F由下式進(jìn)行計(jì)算：F==21=3232.7N為該泵所用油液的壓粘指數(shù)由表查取，因?yàn)橐话惚迷诠ぷ髁艘欢螘r(shí)間后其溫度為70度左右，故我們這里粗略地選取。為油液的動(dòng)力粘度值，此泵的油液的=0.036。為接觸表面的綜合線速度，其值為：=0.5R=0.515747=3.7m/sR為綜合曲率半徑，其值為：R=由于為圓柱凸輪曲面的曲率半徑，其值是隨著滾柱滾過(guò)的位置的不同而不同，并且圓柱凸輪與滾柱的接觸為線接觸，所以粗略地取=-100mm,為滾柱的曲率半徑，因其直徑D=10mm，并且圓柱凸輪與滾柱的接觸為線接觸，故=5mm。將、的值代入上式可得R===5.3mm=0.0053m為綜合彈性模量，其值為：由于圓柱凸輪和滾柱都是選用的淬火軸承鋼，故==2.275==0.3所以=2.5為部份彈流接觸時(shí)油膜的最小厚度，=0.424。至此所有的量的值都確定下來(lái)了，那么滾柱的長(zhǎng)度K為：K==0.01=14.7mm在設(shè)計(jì)此泵時(shí)，滾柱的長(zhǎng)度K應(yīng)取比14.7大的值就行了，這里計(jì)算求得了部份彈流接觸下的滾柱長(zhǎng)度的范圍，但還得考慮滾柱和圓柱凸輪的材料的疲勞極限，從而進(jìn)一步精確設(shè)計(jì)出K值，使?jié)L柱和圓柱凸輪在循環(huán)高應(yīng)力的作用下不致產(chǎn)生疲勞破壞。滾柱與圓柱凸輪間的接觸為線接觸，故要計(jì)算其間的接觸應(yīng)力就得用到赫茲應(yīng)力公式：式中：F—作用于接觸面上的總壓力，N；B—初始接觸長(zhǎng)度，m；和—分別為零件1和零件2初始接觸線處的曲率半；徑，式中的正號(hào)用于外接觸，負(fù)號(hào)用于內(nèi)接觸；和—分別為零件1和零件2材料的泊松比；和—分別為零件1和零件2材料的彈性模量。將赫茲公式變形得下式：B=由于圓柱凸輪的曲率半徑是變化的，所以粗略地取=100mm=0.1m,=5mm=0.005m為滾柱的曲率半徑，==0.3，==2.275，F(xiàn)=3232.7N，在這里滾柱的材料我們是選取的淬火軸承鋼，其疲勞極限值為1726MPa，故=172610Pa將這些數(shù)值代入上式可得滾柱的長(zhǎng)度值為：B===0.00=9.6mm由于9.6<14.7，故應(yīng)取滾柱的長(zhǎng)度大于14.7mm即可。在這里我們?nèi)L柱的長(zhǎng)度為22mm,也即K=22mm。至此柱塞和缸體的基本尺寸已經(jīng)全部確定下來(lái)了，下面主要進(jìn)行柱塞，滾柱及缸體的公差與配合及材料的選取設(shè)計(jì)。柱塞副的間隙，這是容積式液壓傳動(dòng)的極其重要的參數(shù)。間隙過(guò)大，會(huì)使容積效率顯著降低，損失過(guò)大而發(fā)熱；間隙過(guò)小，雖容積效率高些，但可能由于發(fā)熱以致使柱塞副研住。這樣，就有一個(gè)既能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又能使能耗為最少的間隙，由液壓技術(shù)基本理論可知，最低能耗的間隙應(yīng)為最小。應(yīng)為下式：厘米式中—工作油液的粘度，公斤秒/厘米；—柱塞對(duì)柱塞孔的相對(duì)滑動(dòng)速度，厘米/秒；2—柱塞在柱塞孔中的含接長(zhǎng)度，厘米；—工作壓力，公斤/厘米。如所周知，是工作油液的粘度值，此設(shè)計(jì)中所選的油液的粘度值=0.036=3.67公斤秒/厘米,柱塞的相對(duì)速度與含接長(zhǎng)度2是隨泵鈾的轉(zhuǎn)角變化而變化的，對(duì)于所述及的情況，我們將柱塞的相對(duì)速度取平均值，由另一位同學(xué)的Amesim仿真結(jié)果可知，柱塞相對(duì)速度最大值為250cm/s,所以我們就取125cm/s,而含接長(zhǎng)度2取柱塞處于中立位置時(shí)柱塞的含接長(zhǎng)度，其值為2=25cm。為泵的工作壓力值取420公斤/厘米。將上述數(shù)據(jù)代入上式得：=2=46.7該間隙為液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的間隙，我們稱之為運(yùn)轉(zhuǎn)間隙．希望泵能在該值下運(yùn)轉(zhuǎn)，為此目的，制造各零件時(shí)應(yīng)考慮到：由于制造與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度差別，一般運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為40～65℃，而制造溫度為標(biāo)準(zhǔn)溫度，即為20℃，再者，柱塞與厘米式中—包容件的（缸體）材料的線膨脹系數(shù)，青銅為=；—被包容件的（柱塞）材料的線膨脹系數(shù)，鉻鋼為=；—運(yùn)轉(zhuǎn)溫度與制造溫度之差，。由于此泵的柱塞的直徑為14=2.69材料的金相組織穩(wěn)定問(wèn)題，如所周知，鋼在淬火后總是有殘余奧氏體，該體長(zhǎng)時(shí)間會(huì)轉(zhuǎn)變成密度小的馬氏體，這樣一來(lái)，合使零件尺寸變大與變形，減小間隙。這個(gè)因素是難以估計(jì)的，所以，從這個(gè)觀點(diǎn)看，柱塞采用刃量具鋼為好，或者采用時(shí)效或冷處理，以穩(wěn)定金相組織，這個(gè)問(wèn)題在間隙小時(shí)尤為重要。從零件磨損角度，制造間隙應(yīng)偏小些。間隙減少量可取為式中—柱塞表面的不平度平均高度，—柱塞孔表面的不平度平均高度。此泵的柱塞與柱塞孔表面的光潔度分別為與，則=2(0.8+1.6)=4.8微米。綜上所述，柱塞副的制造間隙對(duì)于轉(zhuǎn)速n小于等于1500轉(zhuǎn)／分，工作壓力＝140～320公斤／厘米的情況，一般取為0.01～0．015毫米，工作壓力＜140公斤／厘米的情況，取為0.015～0.025毫米，當(dāng)轉(zhuǎn)速n＞1500轉(zhuǎn)／分時(shí)，須按上述方法取定。此泵的工作壓力為18MPa，工作轉(zhuǎn)速n=1500r/min，因而依據(jù)上面所述，確定此泵的柱塞副的制造間隙為0.01～0.02mm。柱塞副表面上的密封環(huán)梢有兩種開法，一種是開在柱塞表面上，一種是開在缸孔內(nèi)表面上，從工藝角度，前者方便，可是從結(jié)構(gòu)要求看，柱塞與缸孔因例向力作用使其邊緣的潤(rùn)滑條件差，易發(fā)生液壓固著，如果將環(huán)糟開在缸孔邊緣的內(nèi)表面上，不僅可以改善潤(rùn)滑條件，而且還可以消除液壓固著。密封環(huán)槽除了可以改善潤(rùn)滑條件、消除液壓固著外，還可以儲(chǔ)存污物及起密封作用。環(huán)槽的尺寸，一般取為深度0.3～0.8毫米，寬度0.3～0.7毫米，間距2～10毫米。順便指出，柱塞的圓柱表面與諸端面(包括環(huán)槽側(cè)面)交成的邊棱不得倒回，不然可能會(huì)發(fā)生污物楔入，以致研損柱塞副。柱塞工作表面的光潔度應(yīng)為～，而其柱塞孔的表面光潔度應(yīng)為～，在這里，此泵的柱塞工作表面的光潔度選為，柱塞孔的表面光潔度為。柱塞及其缸孔的幾何精度，對(duì)其工作狀況影響很大，應(yīng)嚴(yán)加控制其不圓柱度(圓錐度和橢圓度)在最小間隙的1／4之內(nèi)，通常為0.002～0.005毫米柱塞副的材料有兩種方案，一種是柱塞為硬的，柱塞孔為軟的：另一種則相反，柱塞為軟材料，柱塞孔為硬材料。前種方案是最常見的，柱塞的材料，通常選用：GCrl5、18CrMnTiA、9SiCr、CrMn和T7A、T8A等。為了提高校塞工作表而的抗咬能力及耐磨性，應(yīng)熱處理至高硬度，對(duì)于軸承鋼，一殷采用整體淬火，硬度為HRC56～63。像CrMn和9SiCr工具鋼，熱處理變形很小、金相組織較穩(wěn)定，這是非常可取的性能，其淬火硬度也應(yīng)為HRC56～64；18CrMnTiA滲碳鋼，耍表面滲碳，滲碳深度為0．8～1．2毫米，淬火硬度須達(dá)到HRc56～62。除此之外，還有采用氮化鋼，如38CrMoAlA，氮化硬度可達(dá)到HV900—1100。柱塞孔的材料，通常為10-2-3錫鉛鎳青銅、銻青銅、銻鉛青銅、ZQSn10-1青銅、ZQSn11-4-3青銅、ZQAl9-4青銅等，另外還有耐磨鑄鐵。小規(guī)格的液壓泵，其轉(zhuǎn)子可制成整體青銅的，而對(duì)于大規(guī)格的液壓泵，為了節(jié)省銅，常常制成鑲青銅缸套的組合式轉(zhuǎn)子，其基體材料為20Cr、12CrNl3A和OCfl5等合金鋼。若是采用后種材料方案，柱塞常用鈹青銅或10-2-3錫鉛鎳青銅制造，而柱塞孔及轉(zhuǎn)子的的材料為耐磨合金鋼，須熱處理至高硬度，HRC為60～62以上。此泵的柱塞的材料方案采用前種方案，即為柱塞為硬的，柱塞孔為軟的。柱塞的材料選為18CrMnTiA，柱塞孔的材料選為ZQAl9-4青銅。另外此泵的柱塞的頭部還有一滾柱孔，用于裝滾柱的，該滾柱孔需內(nèi)嵌軸瓦，軸瓦的材料和滾柱的材料的選取方案與柱塞副的材料選取方案類似，軸瓦的材料選為ZQAl9-4青銅，滾柱的材料選取為18CrMnTiA，該滾柱副的間隙選為0.01～0.06mm。由于此柱塞的頭部還有方形結(jié)構(gòu)，故該方形結(jié)構(gòu)的平面的光潔度和對(duì)稱度及平行度應(yīng)選取適當(dāng)，這個(gè)需要經(jīng)驗(yàn)確定，這里就不詳述了。下面來(lái)選取回程彈簧：根據(jù)受力情況這里選圓柱螺旋壓縮彈簧。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》上關(guān)于彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算，在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)要求（例如安裝空間對(duì)彈簧尺寸的限制）等來(lái)決定彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長(zhǎng)度等。經(jīng)過(guò)計(jì)算最終選取彈簧的主要參數(shù)如下：彈簧材料選65Mn彈簧鋼絲，彈簧絲直徑0.8，彈簧中徑6，有效圈數(shù)28，彈簧自由高度30。2.3驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及軸承和油封的選取驅(qū)動(dòng)軸一端是用花鍵和缸體相聯(lián)接，另一端是用平鍵和電機(jī)聯(lián)接的，下面來(lái)依據(jù)驅(qū)動(dòng)軸所傳動(dòng)的扭矩確定其最小軸徑，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；T—軸所受的扭矩，單位為N；—軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm；n—軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；P—軸傳遞的功率，單位為kW；d—計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm；—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa，見表2.4表2.4軸常用幾種材料的及值軸的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13/MPa15～2520～3525～4535～55149～126135～112126～103112～97注：1）表中值是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。2）在下述情況時(shí)，取較大值，取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無(wú)軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，取較小值，取較大值。由上式可得軸的直徑：式中=，由于此驅(qū)動(dòng)軸在工作中不受軸向力作用，只受較小彎矩的作用，在這里我們選40Cr為此軸的材料，故據(jù)表就可得：=50MPa==98.5mm將P=25.2kW、n=1500r/min代入上式得：=98.5=25.23mm故在設(shè)計(jì)此軸時(shí)其最小軸徑應(yīng)大于25.23mm，前面為轉(zhuǎn)子所選的花鍵的大徑為33mm，其小徑為25.5mm，因?yàn)?5.5，故采用此花鍵來(lái)設(shè)計(jì)該驅(qū)動(dòng)軸的外花鍵是安全的。下圖2.6是該驅(qū)動(dòng)軸的示意圖。圖2.6：驅(qū)動(dòng)軸示意圖下面來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)軸上的平鍵，普通平鍵聯(lián)接強(qiáng)度強(qiáng)度條件為：式中：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N.m；k—鍵與輪轂鍵的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm；l—鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，單位為mm，b為鍵的寬度，單位為mm；d—軸的直徑，單位為mm；—鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa,見表2.5；表2.5靜聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力聯(lián)接工作方式鍵或轂、軸的材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊靜聯(lián)接鋼120～150100～12060～90鑄鐵70～8050～6030～45將上式變形得下式：用此式可求出該驅(qū)動(dòng)軸所用的平鍵的長(zhǎng)度范圍，由于該軸在裝此平鍵的位置的軸徑為d=40mm,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固》，可知所選平鍵的參數(shù)如下：鍵的厚度h=8；圓頭的直徑b=12；式中：=120MPa(查表可得)；T=160.51N.m；k=0.5h=4mm；將上述參數(shù)代入上式可得16.7mm故所選鍵長(zhǎng)L應(yīng)要大于16.7+10=26.7mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固》可得L取28mm就可以了。下面來(lái)選取軸承，由該泵的簡(jiǎn)圖可知，其驅(qū)動(dòng)軸上有較小的徑向力的作用，而且承受轉(zhuǎn)矩的作用，所以我們選取圓錐滾子軸承，而圓錐滾子軸承是成對(duì)使用的，故要選兩個(gè)軸承，并且安裝時(shí)要對(duì)稱安裝，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》所選取的軸承代號(hào)為：30208。在驅(qū)動(dòng)軸裝軸承的地方應(yīng)該安裝密封，由于泵在工作時(shí)其內(nèi)部的空間中會(huì)充滿泄漏出來(lái)的低壓油，并且驅(qū)動(dòng)軸在高速運(yùn)動(dòng)，所以最好選取內(nèi)包骨架旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》所選的密封的代號(hào)為：（F）B50728B-丙稀酸酯橡膠（ACM）。代號(hào)中50為該唇形密封的內(nèi)徑，72為其外徑，8為其厚度。驅(qū)動(dòng)軸上的軸承的定位我們選用軸用彈性擋圈定位，以防止其軸向移動(dòng)，依據(jù)驅(qū)動(dòng)軸的軸徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》我們選用的參數(shù)如下。軸徑d0=40擋圈厚度S=1.5擋圈高度b=5.0溝槽直徑d2=37.5溝槽寬度m=1.7軸承端蓋如下圖2.7所示，該端蓋是非標(biāo)準(zhǔn)件，其內(nèi)部要裝唇形密封圈，端蓋上的四個(gè)孔是用來(lái)拆卸端蓋中的唇形密封圈的。另外軸承端蓋與軸承座之間有個(gè)配合應(yīng)采用間隙配合，該配合之間還應(yīng)有一個(gè)O形密封橡膠圈起密封作用，防止液壓油外泄。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本常用的機(jī)械工程材料》，我們可選用HT100進(jìn)行鑄造，因?yàn)檩S承端蓋是對(duì)強(qiáng)度要求比較低的。圖2.7：軸承端蓋圖軸承端蓋的定位也是采用的擋圈定位，由于軸承端蓋要定位到泵蓋上，所以應(yīng)該選用孔用彈性擋圈定位。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》得其參數(shù)如下?？讖絛0=90擋圈寬度S=2.5擋圈高度b=7.3溝槽直徑d2=93.5溝槽寬度m=2.72．4配流軸的設(shè)計(jì)該配流軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通徑向柱塞泵的配流軸大致相同，只是其配油窗口有四個(gè)，兩個(gè)吸油窗口和兩個(gè)排油窗口。該配流軸的結(jié)構(gòu)如下圖2.8示：圖2.8：配流軸工作圖2．5帶圓柱凸輪的軸承座的設(shè)計(jì)軸承座上帶有圓柱凸輪曲面，該曲面是依據(jù)恒流特征位移曲線來(lái)設(shè)計(jì)的。圓柱凸輪是內(nèi)嵌在缸體內(nèi)。安裝軸承的右端用軸承蓋定位，用唇型密封圈密封，軸承蓋用孔用擋圈定位。該軸承座示意圖如下圖2.9所示：圖2.9：軸承座工作圖2．6泵體的設(shè)計(jì)泵體零件圖如下圖2.10所示：圖2.10：泵體工作圖2．7泵體端蓋的設(shè)計(jì)泵體端蓋是用于封閉泵體上配流孔的，其選材和軸承端蓋是一樣的，都選用HT100。2．8螺釘、密封、止動(dòng)墊圈及密封紙墊的選取泵的工作介質(zhì)為液壓油，泵的密封的是非常重要的，常用的密封有O形橡膠密封，和唇形密封和密封紙墊，另外用于配流軸定位的帶銷的螺釘與泵體的密封采用橡膠墊圈進(jìn)行密封。螺釘及止動(dòng)的墊圈的具體選取詳見總裝配圖。參考書籍[1](15035.2092)翟培詳.斜盤式軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)[M].煤炭工業(yè)出版社:1978[2](7-5024-3550-6)張平格.液壓傳動(dòng)與控制[M].冶金工業(yè)出版社:2004[3](15003.6361)許耀銘.油膜理論與液壓泵和馬達(dá)的摩擦副設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社:1987[4](7-111-05534-9)嵇光國(guó).液壓泵故障診斷與排除[M].機(jī)械工業(yè)出版社:1997[5](7-5603-0060-X/TH.3)曾詳榮.液壓噪聲控制[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社:1988[6](7-5053-7422-2)陳榮林,張磊.液壓技術(shù)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社:2002[7](7-5025-7541-X)成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.機(jī)械制圖、極限與配合[M.化學(xué)工業(yè)出版社:2004[8](7-5025-4963-3)成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.液壓控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社:2004[9](7-5025-4953-6)成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.聯(lián)接與緊固[M].化學(xué)工業(yè)出版社:2004[10](7-5025-4952-8)成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.常用工程材料[M]化.學(xué)工業(yè)出版社:2004[11](7-5025-4957-9)成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).潤(rùn)滑與密封[M].化學(xué)工業(yè)出版社:2004[12](7-5323-6364-3)祝燮權(quán).實(shí)用滾動(dòng)軸承手冊(cè)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社:2002[13](7-111-01358-1)葛中民,侯虞鏗,溫詩(shī)濤.耐磨損設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社:1991[14](1008-0813(2006)04-0039-02)李嵐,陳用毅.新型徑向恒流柱塞泵的設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封,2006年第4期:39～40[15](1000-4858(2005)06-0078-02)楊國(guó)來(lái),王偉健,張守印,吳艷玲.新型雙作用徑向柱塞泵的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2005年第6期:78～79[16](1008-973X(2005)05-0609-05)冀宏,傅新,楊華勇,王慶豐.柱塞泵阻尼槽噪聲特性研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2005年第5期:610～613結(jié)束語(yǔ)在完成本論文之際，本人謹(jǐn)在此向所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師和同學(xué)致以真誠(chéng)的問(wèn)候和謝意！首先，我非常感謝我的指導(dǎo)老師李嵐教授！在論文選題、框架構(gòu)造、材料組織和內(nèi)容創(chuàng)新等各個(gè)方面給予了我細(xì)心的指導(dǎo)，同時(shí)也為我提供了很多相關(guān)的資料以及設(shè)計(jì)軟件。在做論文期間，對(duì)我的許多疑難問(wèn)題做了耐心解答，認(rèn)真審閱了我的論文，為我提供了很多寶貴的意見和建議，使得我的論文內(nèi)容得以順利的完成。在此向然后，我要感謝我們這一小組的同學(xué)們！當(dāng)我遇到難題時(shí)，他們很認(rèn)真地幫我解答，同時(shí)也從他們身上學(xué)到了很多專業(yè)知識(shí)，并鍛煉了自己的團(tuán)隊(duì)合作能力。此外，要感謝我們?cè)旱乃腥握n老師。感謝他們?cè)诖髮W(xué)四年來(lái)在學(xué)習(xí)上給了我的極大幫助和不倦教誨，讓我學(xué)習(xí)了很多新知識(shí)，開闊了我的思維。在設(shè)計(jì)的最后，再次衷心的感謝李嵐老師，以及感謝這四年來(lái)所有關(guān)心我的老師！祝愿老師們身體健康，工作順利。附錄：科技論文翻譯BubbleonHydraulicSystemandItsHarm1Anoilbubbleofthesourcesandhazardsofthesystem(1)thesourceofbubbleHydraulicoilproductionandtransportationsystemintheatmosphereandworkingunderpressure,oilcontainingairisinevitable.Oiloftencalledairmixingairandairmixingisverysmalldiametersphericalbubblesuspendedintheoil,Mixingairintothehygiene,thereareonlytwoways:①mainlythroughthefueltankandpumpinhalationofmixingoil,andiftheoiltanksurfaceistoolow,Ipumpinhalationofoilcompletelyinthefaceofdeepsubmergenceveryshallow,openairinhalation;Ifthepumptubingintothepathofleakage,Thelargequantityofairwillbeinhaled;Againpipelinesystemtoexportoilabovethetanksurface,high-speedwaterjetsystemtotheoilvolumeofairenteringwithoil,againbytheoilpumpintothesystem.②Althoughthepracticeprovedoildissolvedintheair,onthephysicalnatureoftheoilarenotdirectlyaffected.Butdissolutionofacertainamountofairtothesaturationofoilflowingthroughthrottlepumporimported,Whenabsolutepressuredroppedtotheairseparationoilpressure,oilsaturatedairwillbeprecipitated,makingitdissolvedintheoilmicro-bubblesgatheredintolargebubbleappearedinthesystem.(2)theharmtothesystemFromtheeconomicsystemandthequalitypointofview,theoilbubbleofthedamageisconsiderable.mainlyinthefollowingaspects:①badsystem.Inthehydraulicsystem,theoilisthedrivingforceofthetransmissionmedium,intheabsenceofairmixedwiththeoccasions,itscompressionrateisabout(5to7)×10-10m3/N,istheincreasedpressureof10MPa.Volumecompressionwasonlyreducedto0.625%.Therefore,ingeneralhydraulicsystemcanbeconsiderednon-oilcompressedfluid,withoutconsideringitscompression.Onceoilmixedwithair,itscompressionratewillbeincreaseddramatically,Oilitselfhasveryhighstiffnessorlargevolumeelasticitycoefficient(compressionratecountdown)weresignificantlyreducedseriousdamagetothesystemreliability,suchasautomaticcontrolfailure,theagencieshaveintermittentcampaignbeprocessedpiecesofscraprateincreases,andsoon.Asthebubbleofdeviceswillmaloperationmechanicalandpersonalaccident.②temperatureincreased.Bubbleintheinstantaneouspumpcompressed,itstemperaturewillgoupdramatically.Ifgasisnotsolubleinoil,theadiabaticcompressiontemperatureapproximationisnotdifficulttocalculate,forexample,35℃bubblepressureto3.5MPa,itstemperaturecanreach580℃.Bubblereachedhightemperature,aroundtheoilwillproducecombustionsystemtemperaturesuddenlybecomethemaincausesfortherise.Butitisdifficulttoairconduction,oilbubblethere,itsgreatlyreducedthermalconductivity,seriousimpactontheoilcoolingeffect.Temperatureincreasedtheadverseconsequencesofthefollowingmainaspects:A.Acceleratetheoxidationofoils.Oilfortheincreaseismainlyduetooiloxidation.Accordingtotheoxidationmechanism,wecanseethetemperatureabove60°Cincreased10℃,doublingitsoxidationrateincreases.Oxidationofoilwillusuallymaketheviscosityincreaseandgenerateacidiccompoundssystemcausedpiecesofmetalcorrosion.Andthechemicalpropertiesofoxidesthantheroleofthepyrolysisproductsbecomemorelively,morepronetosludge,alongwithrust,Machineryandothermetaldebrisimpuritiesandasacatalystfortheoxidationprocess,acceleratetheoxidationoftheoil.Itishopedthattheoiltemperaturein90℃,ithasgoodchemicalstability.B.Lubricatingoilproperties.Oilgoodperformanceinmetalfrictionsurfacesolidfilm.Filmthicknessandthestrengthmainlydependsonthequalityofoil.Modificationoftheoilfilmstrengthoftheirworkloadcannotbearthepressureistheresultofthecontactbetweenthesurface.leadingtoasharpincreasefrictionandspeedupthewearparts,Sothelubricatingoilforhydraulicequipmentisofgreatsignificance.C.Sealsacceleratedaging.HydraulicsystemusedbythesealsofdifferentchemicalcompositionofmaterialsintovariousformsofsealedcirclematsOildemandnotonlywithgoodcompatibility,butalsorequiresanadequatetemperaturework.Iftheoilsealoverthenormalheattemperature,itwillacceleratetheaging,losetheirflexibilitywhichledtotheprematurelossofsealperformance.③leadtocavitationoccurring.Oilbubblesweretakentothehigh-pressurezoneofoil,thevolumedramaticallyreducedbubbleagaincondensedintoliquid.makeeyeoncreatingvacuum,surroundedbyhigh-speedliquidparticlestofillthisspace,particlecollisionwhichcausedpartialpressure,hydraulicshocks,Localincreasedpressuretomakeuphundredsoreventhousandsofatmosphericpressure.Ifthispartialhydraulicshocksroleinsolidwall,canleadtotheerosionofsolidwall,thephenomenoncalledcavitation.itgreatharmtothesystem.Oilbubblesbutcanthevibrationandnoiseofthepumpandincreaseefficiencytoreducethevolumeofsuchadverseeffects.2BubbletwotraditionalmethodsofremovingAnalysisPeopleonthebubbleanditsawarenessofthedangerinspiteofdifferencesButthehydraulicdevicedesignandmanufacturingprocesswillconsidertheremovalofthebubblequestion,whichistheonlymethodusedsofar,namely,theuseofthesystemnecessaryforthebubbletankremoval,althoughthestructureofthetanktotakeavarietyofmeasures,Ifthelevelofcross-sectionalareagreaterthanthedepthofoil,settinguppartitionsandextendedoilinthefueltankoftheresidencetime,outoffuelassetfartherandsizetolarge.Bubbleremovalfromtheinstallationofthestructureandtermsofthefollowingarestillinadequate:(1)RemovalofpoorBubbleRemovalofthefueltankusednaturallaw,whichistorelyonitsownbuoyancybubblesownoilfloatingtothesurfaceintotheatmospheremethod.Bubblediametergenerally0.25~0.5mm,iftheoilbubbleinterfacenoupwardmovement,completelyrelyonitsownbuoyancytoovercomethefrictionalresistanceandoilupwardmovement.AccordingtoStokeslaw,wecanseethebubblesfloatingrateandbubblesizeandviscosityoftheoil,Inotherwordsbreakthespeedandsizeofthebubbleisproportional,andinverselyproportionaltotheviscosityofoil.Ifthediameterof0.3mmgasbubblesintheviscosityof100×6m2ofoilevery30minutesonlytofloatmm.Duetothemixingpumproleofthemicro-bubblesviahigh-speedvalvemouthemittedintoaqueousemulsionbubble,Eveninthefueltankstrandedinaverylongtime,floatingonitsownisextremelydifficult.So,relyingonthefueltanktoremoveairbubbles,theeffectisverybad.Researchanddevelopmentcompulsorybubbleremovaldeviceinevitable.(2)increasedhydraulicdeviceExceptthereservoirtank,coolingfunction,thelargeronefundamentalreasonisthattheconsiderationtotheremovalofairbubbles,ThesizeofChina'sfueltanktopumpthegeneralflowof3-5timesAmericanindustriesandprovidesthefueltankpumpvolumeshallnotbelessthanthreetimestheflow.Sinceusingalargevolumetank,thedevicestendtomakethewholestructurechange,andwithouttheeconomy.3compulsoryBubbleRemover(1)thebasicstructureandprincipleBubblecompulsoryremovalofthebasicstructureshowninfigure1.Oilfromthemaincavity,thecavity,theguidanceimpeller,theoilchamberandexhaustcomponentstrachea.Whentheoilfromenteringthetangentdirectionoilcavity,inacertaindirectionroundofkineticenergyintotheleaves,intheround-orientedrole,Liquidforacceleratingspiralmovement,asoilbubblesqualitythanquality,theeffectsofcentrifugalforce.bubbletothecenteraxisDepartmentgathering,thecenteraxis,withthepressureflowaccelerationofthespiralincreaseprogressively,Workinginthesmallestdiametercavitycenterofthelowestpressure,BubblesinthecenteraxisofthepressureandflowclosetothecenteroftheCascadetoworkunderminimumdiametercavityDepartmentcampaigntogatherWorkingwiththechambercavitywithoilfromtherightsideneartheabsenceofflowspiralmovement,Soherethepressurefromhigheroilentrancetothecavitypressurelargeaccumulationofgasupthepressurethroughtheexhaustpipeoutsidethedevice.(2)themainfeaturesofthedevice①asworkflowintheswirlchamberradiusofsmallbubbleseasilymovetothecenter.Thereinthechamberworkmoreliquidcentrifugalacceleration,inthedirectionofformingaradiusofthelargerpressuregradient,veryusefulbubbleprecipitation.②enteredtheworkingchamberintheliquidundertheguidanceimpellerwithlargerangularkineticenergy,promoteliquidtomaintainalongdistancefastermovement,Thisincreaseintheoilbubblewiththeworkoftherotationfrequencycavity,haveaveryhighefficiencyofremovalofthebubble.③thedevicehasmorepressure,thereisalargeflowadaptedtoregional,orforaparticulardevicespecifications,thelargestvolumeofnotlessthanthreetimestheminimumflowthroughthecontrolofoilpressureThisdevicecanflowinacertaincontextofaflowtotheDepartment,undergoodworkingconditionstoremoveairbubbles.④applicabletothepowertransferanymediumviscosityoilbubbleremoval.⑤becausethedevicesmaller,canignoretheirinternalflowoftheliquidweight,theinstallationofanarbitrarylocation,Bubbleremovedwithoutaffectingtheresults.(3)ApplicationModeandEffect①alone.Thedeviceintotheoilchamberandthesystemconnectsbacktoasphalt,oilcavityleadingdirectlytothefueltank,againRemovalofupto99.9%.②touseitincombinationwiththepump.Thedeviceintotheoilchamberandthesystemconnectsbacktoasphalt,oilandcavitypumpoilintothemouthphase,againRemovalofupto100%.Bothcommoncharacteristics:First,wereinstalledinthefueltank,notafraidofleakage;Second,easyinstallation,simplecomposition;3isnotexclusivepowertosaveenergy.Onthehydraulicsystemforhighefficiency,lowcost,andputtingthefocusonthequalityofoil,thisassertionnotbeaskingtoomuch.Hydraulicdevicesfromthecost,apartfromthepowersourceenergy,hydraulicoilhaveafew.Ifoilcanextendthelife-cycle,wecanmakelonghydraulicsysteminahighefficiencyandlowcostofthegoodstate.Thefactsshowthathydraulicoiltomakealongstablequality,Thekeyissueistoresolvetheoilmixedwithairthatcausedthemostdamagetotheoilproblem.Therefore,thedevelopmentandapplicationofcompulsoryremovalofhydraulicoilbubbledevicehasaveryimportantsignificance.譯文：氣泡對(duì)液壓系統(tǒng)的危害及其對(duì)策1油中氣泡的來(lái)源及其對(duì)系統(tǒng)的危害（1）氣泡的來(lái)源

液壓油在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)以及系統(tǒng)在大氣壓力下工作，因此油液中含有空氣是不可避免的。往往把油中空氣稱之為摻混空氣，摻混空氣是以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中，摻混空氣的生成有兩條途徑：

①主要是通過(guò)油箱和泵的吸入管摻混入油內(nèi)，如油箱油面太低，泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時(shí)，均可將空氣吸入；若泵的進(jìn)油管路漏氣，則大量的空氣會(huì)被吸入；再如系統(tǒng)回油管口高于油箱油面時(shí)，高速噴射的系統(tǒng)回油卷帶著空氣進(jìn)入油中，又再度經(jīng)油泵帶入系統(tǒng)。

②實(shí)踐雖然證明溶解于油液中的空氣，對(duì)油的物理性質(zhì)沒(méi)有什么直接的影響。但溶解了一定數(shù)量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液，流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段，當(dāng)絕對(duì)壓力下降到油液的空氣分離壓時(shí)，油中過(guò)飽和的空氣就會(huì)被析出，使本來(lái)溶解于油中的微細(xì)氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在系統(tǒng)中。（2）對(duì)系統(tǒng)的危害

從經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)工作質(zhì)量的角度來(lái)看，油中氣泡對(duì)系統(tǒng)的危害是相當(dāng)大的，主要有以下幾個(gè)方面：

①系統(tǒng)工作不良。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，油液是動(dòng)力的傳遞介質(zhì)，在沒(méi)有空氣混入的場(chǎng)合下，其壓縮率約為（5～7）×10-10m3/N，也就是壓力增加10MPa時(shí)，容積僅被壓縮減少為0.625%。因此，在一般的液壓系統(tǒng)中可以認(rèn)為油是非壓縮性流體，而不考慮其壓縮性。一旦油中混入空氣，其壓縮率便會(huì)大幅度增加，油液本身具有相當(dāng)高的剛度或是大的體積彈性系數(shù)（壓縮率的倒數(shù)）則大大減低，嚴(yán)重地危害著系統(tǒng)的工作可靠性，如自動(dòng)控制失靈、工作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)、被加工件的廢品率增大等。由于氣泡引起的裝置誤動(dòng)作還會(huì)發(fā)生機(jī)械及人身事故。

②油溫升高。氣泡如在泵等的瞬間壓縮之后，其溫度會(huì)急劇升高。如果氣體不溶解于油中，其絕熱壓縮的溫升近似值是不難計(jì)算的，例如，將35℃的氣泡加壓至3.5MPa時(shí)，其溫升可達(dá)到580℃。氣泡在達(dá)到高溫之后，其周圍的油便會(huì)產(chǎn)生燃燒，成為系統(tǒng)油溫驟然升高的主要原因。然而空氣是難以導(dǎo)熱的，油中存有氣泡時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)大大減低，嚴(yán)重地影響著油的冷卻效果。油溫升高帶來(lái)的不良后果有以下幾個(gè)主要方面：

a.加速油的氧化。油溫的升高是促進(jìn)油液氧化的主要原因。根據(jù)氧化的機(jī)理可知，油溫在60℃以上時(shí)每升高10℃，其氧化速度成倍遞增。氧化后的油液通常都會(huì)使粘度增加并生成酸性化合物，引起系統(tǒng)中金屬件的腐蝕現(xiàn)象。并且氧化物的化學(xué)性質(zhì)一般比熱解作用的產(chǎn)物更為活潑，所以更容易產(chǎn)生渣泥，連同鐵銹、金屬屑等機(jī)械雜質(zhì)又作為氧化過(guò)程的催化劑，使油液加速氧化。一般希望油溫能在2傳統(tǒng)氣泡去除方法的剖析人們對(duì)氣泡研究及其危害性的認(rèn)識(shí)雖然存在差異，但在液壓裝置的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中均考慮了氣泡的去除問(wèn)題，那就是沿用至今唯一方法，即利用系統(tǒng)中必備的油箱進(jìn)行氣泡的去除，盡管在油箱的結(jié)構(gòu)上采取了多種措施，如水平截面積大于油液深度、設(shè)置隔板而延長(zhǎng)油在油箱內(nèi)的停留時(shí)間、進(jìn)出油口盡量設(shè)置得遠(yuǎn)些以及體積要大等。但從氣泡去除效果以及裝置結(jié)構(gòu)方面來(lái)看仍有下列不足：（1）氣泡去除效果差

采用油箱自然去除法，就是靠氣泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大氣的方法。氣泡的直徑一般為0.25～0.5mm，如果氣泡界面的油液沒(méi)有作向上運(yùn)動(dòng)的話，完全要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上運(yùn)動(dòng)。根據(jù)斯托克斯法則可知，氣泡的上浮速度與氣泡的大小及油液粘度有關(guān)，也就是說(shuō)上浮速度與氣泡大小成正比、與油液粘度成反比。如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為100×10-6m2/s的油液中每分鐘只上浮30mm。由于泵的攪拌作用，微細(xì)化后的氣泡再經(jīng)閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，即使在油箱內(nèi)滯留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，靠自行浮上也是極其困難的。由此可見，僅靠油箱來(lái)去除氣泡，其效果是相當(dāng)差的，研究和開發(fā)強(qiáng)制式氣泡去除裝置勢(shì)在必行。（2）液壓裝置結(jié)構(gòu)增大

油箱除具有儲(chǔ)油、冷卻功能之外，體積大的一個(gè)根本原因就是考慮到氣泡的去除，我國(guó)油箱的體積一般為泵流量的3～5倍，美國(guó)行業(yè)規(guī)定油箱的體積不得小于泵流量的3倍。由于采用大體積油箱，往往使裝置整體結(jié)構(gòu)變大，且不經(jīng)濟(jì)。3強(qiáng)制式氣泡去除器（1）基本結(jié)構(gòu)與原理

強(qiáng)制式氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。主要由進(jìn)油腔、工作腔、導(dǎo)向葉輪、出油腔及排氣管等組成。當(dāng)油液從切線方向進(jìn)入油腔時(shí)，以一定的動(dòng)能沖向?qū)蜉喨~片，在導(dǎo)向輪的作用下，液體作螺旋加速運(yùn)動(dòng)，由于油液質(zhì)量大于氣泡質(zhì)量，在離心力的作用下，氣泡向中心軸線處集聚，中心軸線上的壓力是隨著液流螺旋加速度的增加而遞減的，在工作腔最小直徑處的中心壓力最低，氣泡在中心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔最小直徑處運(yùn)動(dòng)而集合，在工作腔與出油腔結(jié)合處的右側(cè)附近，液流由于沒(méi)有螺旋運(yùn)動(dòng)，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力，大量聚積起來(lái)的氣體在壓力的作用下通過(guò)排氣管排出裝置之外。（2）本裝置的主要特點(diǎn)

①由于液流在工作腔的旋流半徑很小，氣泡很容易向中心方向移動(dòng)。還有在工作腔的液體有較大的離心加速度，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度，十分有助于氣泡的析出。

②進(jìn)入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪作用下具有較大的角動(dòng)能，促使液體能夠維持較長(zhǎng)距離的加速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就增加了氣泡隨油在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，所以有著相當(dāng)高的氣泡去除效率。

③本裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域，即對(duì)于某一規(guī)格的裝置來(lái)說(shuō)，最大流量不小于最小流量的三倍，通過(guò)控制進(jìn)油壓力，可使本裝置在一定流量范圍內(nèi)的任一流量下均處良好的氣泡去除工況。

④適用于動(dòng)力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除。

⑤由于本裝置體積較小，可以忽略其內(nèi)部通流液體的重量，所以具有任意的安裝