斜盤式軸向柱塞泵的結構分析與設計演示文稿

斜盤式軸向柱塞泵的結構分析與設計演示文稿當前第1頁\共有36頁\編于星期二\7點斜盤式軸向柱塞泵的結構分析與設計當前第2頁\共有36頁\編于星期二\7點一、柱塞運動學分析（參考《液壓元件》）

滑靴在旋轉過程中，由于離心力的作用，滑靴對于斜盤產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、柱塞在運動中會產生繞自身軸線的旋轉運動，轉動的快慢取決于旋轉摩擦力的大小。但這一自旋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。當前第3頁\共有36頁\編于星期二\7點二、流量脈動1、隨著柱塞數的增加，流量不均勻系數減小2、流量不均勻系數，奇數柱塞明顯優(yōu)于柱塞數相近的偶數柱塞，這就是軸向柱塞泵采用奇數柱塞的原因。3、大多數軸向柱塞泵柱塞數采用7或9個，有時小排量可采用5個當前第4頁\共有36頁\編于星期二\7點三、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、排油槽的間隔角大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）

當前第5頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第6頁\共有36頁\編于星期二\7點四、柱塞滑靴的受力分析1、柱塞的回程輔助泵供油強制回程分散彈簧回程集中中心彈簧回程定間隙強迫回程當前第7頁\共有36頁\編于星期二\7點1、柱塞的回程輔助泵供油強制回程分散彈簧回程集中中心彈簧回程定間隙強迫回程當前第8頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第9頁\共有36頁\編于星期二\7點四、柱塞滑靴的受力分析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：a、柱塞滑靴組件往復運動的慣性力。b、吸油真空造成吸油區(qū)柱塞脫離斜盤的力。在正常工作時，工作容腔內的吸油真空可取0.05MPa。c、柱塞外伸運動的摩擦力。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摩擦副的密封漏氣。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。當前第10頁\共有36頁\編于星期二\7點四、柱塞滑靴的受力分析2、滑靴的受力（確定集中彈簧力）滑靴除承受來自柱塞球頭中心的壓力、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、摩擦力和所需要的壓緊彈簧力

b、滑靴氣密所需要的彈簧力

當前第11頁\共有36頁\編于星期二\7點四、柱塞滑靴的受力分析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當前第12頁\共有36頁\編于星期二\7點五、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低壓腔壓力。當前第13頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第14頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第15頁\共有36頁\編于星期二\7點六、滑靴副的結構

兩種設計思想：1、靜壓支承原理2、剩余壓緊力原理當前第16頁\共有36頁\編于星期二\7點靜壓支承油膜理論靜壓支承的工作原理：1、一個油壓源，一個固定液阻，一個可變液阻2、兩個壓力場產生承載能力3、實現(xiàn)純液體潤滑支承面可變液阻充當的功能：1、支承功能2、力-位移傳感器3、可變液阻的反饋控制功能當前第17頁\共有36頁\編于星期二\7點六、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。當前第18頁\共有36頁\編于星期二\7點六、滑靴副的結構2、剩余壓緊力原理采用剩余壓緊力法來設計滑靴，使滑靴底部的液壓反推力等于柱塞對滑靴壓緊力的95％當前第19頁\共有36頁\編于星期二\7點七、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當前第20頁\共有36頁\編于星期二\7點熱楔油膜理論

摩擦表面的相對運動產生的熱量導致油膜溫升，油膜熱膨脹而產生的壓力場，壓力場帶來油膜的承載能力。熱楔油膜理論就是研究在已知的摩擦副幾何尺寸、滑動速度和油的物理性質等條件下的油膜厚度與溫升和承載能力之間的理論關系。當前第21頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第22頁\共有36頁\編于星期二\7點動壓支承油膜理論動壓支承的理論：兩個有傾斜的摩擦副之間的相對滑動的造成在滑動面之間的壓力場，此壓力場形成承載能力動壓支承涉及的幾個問題：用雷諾方程數值解可得到壓力分布，有壓力分布后，壓力中心、承載能力、摩擦力、泄漏流量和溫生都可以得出。當前第23頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第24頁\共有36頁\編于星期二\7點八、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、浮動式配流盤當前第25頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第26頁\共有36頁\編于星期二\7點八、配流盤和缸體的自位結構當前第27頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第28頁\共有36頁\編于星期二\7點當前第29頁\共有36頁\編于星期二\7點九、關鍵零部件的設計1、缸體

a、缸體的參數設計確定斜盤傾角、柱塞直徑、柱塞數量和柱塞分布園直徑b、根據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。當前第30頁\共有36頁\編于星期二\7點九、關鍵零部件的設計2、柱塞的設計

a、柱塞長度柱塞長度應等于柱塞的最小留缸長度、最小外伸長度和最大行程之和。最小留缸長度與泵的工作壓力有關，通常有：當時， 當時， b、柱塞比壓和比功的驗算當前第31頁\共有36頁\編于星期二\7點九、關鍵零部件的設計3、壓盤及斜盤尺寸的確定當前第32頁\共有36頁\編于星期二\7點十、主要零件的材料與技術要求（一）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。

當前第33頁\共有36頁\編于星期二\7點十、主要零件的材料與技術要求（一）柱塞與缸體硬的柱塞材料通常為18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrMn、T7A、T8A及氮化鋼38CrMoAlA等。前三種表面滲碳深度要達0.8~1.2毫米，淬火硬度須達到HRC56~63，其它鋼種熱處理硬度也要達到HRC60左右。

CrMn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。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，當前第34頁\共有36頁\編于星期二\7點十、主要零件的材料與技術要求（一）柱塞與缸體

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、12CrNi3A或GCr15作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套，當前第35頁\共有36頁\編于星期二\7點十、主要零件的材料與技術要求（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，一般取為0.01~0.015（mm），轉速提高或壓力降低至