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轴向柱塞泵设计(论文+DWG图纸),轴向,柱塞,设计,论文,dwg,图纸
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攀枝花学院 科毕业设计（论文） 文献综述 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械 设计 制造 及其自动化 班 级 ： 机械制造及其自动化二班 学生姓名： 樊俊 学 号 : 200310621088 2007 年 4 月 20 日 本科生毕业设计（论文）文献综述评价表 毕业设计（论文）题目 轴向柱塞泵设计 综述名称 轴向柱塞泵设计 文献综述 评阅教师姓名 张勇 职称 讲师 评 价 项 目 优 良 合格 不合 格 综述结构 01 文献综述结构完整、符合格式规范 综述内容 02 能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果 03 文字通顺、精练、可读性和实用性强 04 反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术等 参考文献 05 中、英文参考文献的类型 和数量符合规定要求，格式符合规范 06 围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献 成绩 综合评语： 评阅教师（签字）： 年 月 日 文献综述 轴 向柱塞泵 设计 1 前言 本文介绍了国内外 轴 向柱塞泵的研 制，生产情况。重点叙述了高太低噪声机电控制式 轴 向柱塞泵毓产品的结构特点及性能指标，并对该产品的发展前景与适用场合进行了简要的分析与展望。随着科学技术的不断发展，现代设备的自动化水平越来越高。而液压传动及控制系统以其传递功率大、控制精度高、响应速度快、易于实现机电液一体化控制等优点，被广泛应用于各行各业中。对作为液压系统动力源 液压泵的要求也愈来愈高。径向柱塞泵以其工作压力高、抗冲击。寿命长、控制精度高、噪声低等优点，引起国内外液压泵生产厂家的重视和使用厂家的青睐。它被广泛应用于冶金、矿山、锻压、注塑、船舶 、重型等机械设备中。 2 正文 2 1 国内外 轴 向柱塞泵的研制和生产现状 轴 向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。阀配流 轴 向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺点。国际上 70、 80 年代发展的轴配流 轴 向柱塞泵克服了阀配流配向柱塞泵的不足。由于 轴 向泵结构上的特点，轴配流配向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。使其成为一种优良的高压泵，代表当今国际上液压泵制造的先进水平。但是，它技术含量高、加工制造难度大，国际上只有博世（ 司、沃依特（ 司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产 90格的泵，沃依特公司只生产 110 一 250r 规格的泵。 我国从 80 年代末 90 年代初有很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，但都没有取得实质性进展。主要因为在理论上有待深化，在实际生产中不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。有些生产厂家在 柱塞 内孔通过浇铸轴承合金等方法来克服烧研，但效果并不理想，这种办法在小排量泵中使用，虽然能够防止摩擦副烧研的问题，但泵的使用寿命不长。由我国著名的液压专家卢望研究员和材料专家闰秉均教授及其课题组经过多年研究与开发，取得了 “ 过平衡压力补偿方法 及双排 轴 向柱塞泵 ” 和 “ 一种新型高压大排量轴 向柱塞泵 ” 两项技术专利， “ 合金奥氏体一贝氏体球铁开发应用研究 ” 一项国家新材料技术成果。这些技术成果的取得，使我国径向柱塞泵的研制在设计理论与材料工艺方面取得突破性进展。兰州永新科技股份有限公司以上述两项专利与一项新材料技术成果为支持，成功地开发生产的 列机电控制式径向柱塞泵，是国家科技部 “ 八五 ” 攻关和国家科技部火炬计划项目。该泵在多家企业进行了 2 3 年的工业考核试验，性能优良。 泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二 十一世纪，人们在以 环保 、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。 的技术发展趋势 产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。 从输送介质的多样性来看，最早泵 的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。 除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。 基于可持续发展和 环保 的总体背景，泵的运行 环境 对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可 *性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。 2 2 1 泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合 进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如 利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中，以数控技术 代表的制造技术业已深入到泵的生产 当中。但是，从目前国内的情况看，数控技术 要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前 术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产 设备 为主。 由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用 术，甚至是计算机集成制造系统（ 柔性制造（ 从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。 与此同时，除利用计算机制图外，还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可 *性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的 工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。 2 2 2 产品的标准化与模块化 在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品， 总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。 2 2 3 泵内在特性的 提升与追求外在特性 所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。 技术人员在进行产品设计时，为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思；而泵运行如果偏离设计的高效点，实际运行的效率远不止降低百分之一。现在，泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制 设备 及成套 设备 ，实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上，再关注泵的集中控制系统，提高整个泵及泵站运行效率，则是在泵外特性的追求上更上一层楼。 从销售角度看，推销产品即是在推销泵的内在特性；而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推 销产品，而是在推销泵站（成套项目）。 从使用角度看，好的产品必定是适合运行 环境 的产品而非出厂检测判别的产品。 2 2 4 机电一体化的进一步发展 正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机 风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。 过去的十多年来，新材料和新 工艺 的运用是推动泵技术发展的一个主要的因素。泵用材料从铸铁到特种金属合金，从橡胶制品、陶瓷等典型非金属材料到工程塑料，在解决泵的耐腐 蚀、耐磨损、耐高温等 环境 上都发挥了突出的作用。同时新 工艺 的运用，又更好地使新材料运用到泵的零部件仍至整个泵当中。如国外有些厂商已设计 并推出了全部采用工程塑料制成的泵。比用一般金属材料生产的泵在强度上毫不逊色，在耐蚀耐磨上更胜一筹。又比如利用新的表面涂覆技术和表面处理技术，同样可解决泵的抗蚀和抗磨问题。新材料的进一步发展和新工艺 的运用深入，在泵领域内的应用将更加广泛。 该设计主要包括有配油盘的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 3 节 缸体的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 2 节 柱塞、滑靴的设计，参考资料：开路式柱塞泵第四章第 1 节 轴向柱塞泵尺寸总体设计，参考资料：新编液压件使用与维修技术大第三章第三节 柱塞回程机构设计 ，参考资料：液压元件及系统设计第四章第 7 节 向柱塞泵装配图结构，参考资料：液压与气压传动第二章第 4 节 参 考 文 献 1李培 滋王占林主编 .飞机液压传动与伺服控制（上册） 1989 2曾祥荣 叶文柄吴沛容编著 .液压传动 1980 3何存兴主编 .液压元件 1982 4张赤诚等编 .液压传动 1986 5齐任贤主编 .液压传动和液力传动 1981 6上海煤矿机械研究所编 .液压传动设计手册 1976 7（日）市川常雄著 液压技术基本理论 1975 8（美） H E梅里特著 液压控制系统 1979 9成大先主编 .机械设计手册 2004 10闻德生著 .开路式柱塞泵 1998 11吉林工业大学等校编 .工程机械液压与液力传动 1978 12 13马玉贵 、 马治武主编 .新编液压件使用与维修技术大 1998 14左健民主编 . 液压与气压传动 1999 15 文怀兴主编 .泵的排量设计工况及优化设计 . 北京 2005 16 成大先主编 .机械设计图册 2000 17 沙毅 闻建龙主编 .泵与风机 2005 18 陈允中 曹占文 黄红梅 邓国强等译 .泵手册 2003 19 路甬祥主编 .液压气动技术手册 机械工业出版社 20 张耀宸 .机械加工设计手册 航空工业出版社 ,1987 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 轴向柱塞泵设计 学生姓名： 樊 俊 学生学号： 200310621088 院（系）： 机电工程学院 年级专业： 03 机制 2 班 指导教师： 张勇 讲师 二 七 年 六月攀枝花学院毕业设计 摘要 摘要 液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件 ,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件 ,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要 本设 计 对轴向柱塞泵进行了分析 ,主要分析了轴向柱塞泵的分类 ,对其中的结构 ,例如 ,柱塞的结构型式滑靴结构型式配油盘结构型式 等进行了分析和设计 ,还包括它们的受力分析与计算 最后对变量机构分类型式也进行了详细的分析 ,比较了它们的优点和缺点 对今后的发展也进行了展望 . 关键词 : 柱塞泵 ,液压系统 ,结构型式 ,今后发展 . 攀枝花学院毕业设计 s a is of to it is in of s a a of to a an of of a to on to to of as to its of of ue of s to on is by a to in to an on of to on to on an to s a 攀枝花学院毕业设计 目录 - 1 - 目 录 摘 要 绪论 4 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 6 轴式轴向柱塞泵工作原理 6 轴式轴向柱塞泵主要性能参数 6 量流量与容积效率 7 矩与机械效率 . 8 率与效率 9 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 10 10 塞行程 S 11 塞运动速度分析 v 12 塞运动加速度 a 13 靴运动分析 14 时流量及脉动品质分析 15 动频率 15 动率 16 3 柱塞受力分析与设计 17 17 塞底部的液压力 17 塞 惯性力 18 心反力 18 19 塞与柱塞腔壁之间的接触应力1 20 20 塞设计 21 塞结构型式 22 塞结构尺寸设计 23 塞摩擦副比压 P比功 23 攀枝花学院毕业设计 目录 - 2 - 4 滑靴受力分析与设计 25 靴受力分析 25 离力 26 27 平衡方程式 27 靴设计 28 余压紧力法 28 29 靴结构型式 29 构尺寸设计 31 5 配油盘受力分析与设计 32 油盘受力分析 32 33 离力 34 油盘设计 35 渡区设计 35 油盘主要尺寸确定 37 p比功 38 6 缸体受力分析与设计 40 体的稳定性 40 体主要结构尺寸的确定 40 油孔分布圆半径 面积 F 40 直径1D2 42 43 7 柱塞回程机构设计 44 8 斜盘力矩分析 46 塞液压力 矩1M 46 渡区闭死液压力矩 46 有对称正重迭型配油盘 46 重迭型配油盘 47 卸荷槽非对称正重迭型配油盘 47 程盘中心预压弹簧力矩3M 48 靴偏转时的摩擦力矩4M 48 塞惯性力矩5M 48 攀枝花学院毕业设计 目录 - 3 - 塞与柱塞腔的摩擦力矩6M 49 盘支承 摩擦力矩7M 49 盘与回程盘回转的转动惯性力矩8M 50 盘自重力矩9M 50 9 变量机构 51 动变量机构 51 动伺服变量机构 53 功率变量机构 55 流量变量机构 56 结论 57 参考文献 58 致谢 59 攀枝花学院毕业设计 绪论 4 绪论 随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压高速化大流量的一种最理想的结构， 在相同功率情况 下 ，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达 使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高； 另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流 量大 。由于上述 特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金 、船舶等多 种领域。航空上，普 遍 用于飞机液压系统、操纵系统及航空发动机燃油系统中。是飞机上所用的液压泵中最主要的一种型式。 本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流轴配流端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。 柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔容积实现吸油和排油的。是容积式液压泵的一种。柱塞式液压泵由于其主要零件柱塞和缸休均为圆柱形，加工方 便 配合精度高，密封性能好，工作压力高而得到广泛的应用。 柱 塞式液压泵种类繁多， 前者柱塞平行于缸体轴线，沿轴向按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类运动，后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动。这两类泵既可做为液压泵用，也可 做 为液压马达用。 泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这 一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。 正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身 是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电攀枝花学院毕业设计 绪论 5 机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。 柱塞式液压泵的显著缺点是结构比较复杂，零件制造精度高，成本也高，对油 液 污染敏感。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。 攀枝花学院毕业设计 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 6 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 1 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理 直轴式轴向柱塞泵 主要结构如图 示。柱塞的头部安装有滑靴，滑靴底面始终贴着斜盘平面运动。当缸体带动柱塞旋转时， 由于斜盘平面相对缸体平面（ ） 存在一倾斜角 ， 迫使柱塞在 柱 塞腔内作直线往复运动。如果缸体按图示 n 方向旋 转， 在 180 360 范 围 内，柱塞由下死点 (对应 180 位置 )开 始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至上死点 (对应 0 位置 )止。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘吸油 窗 相通， 油 液被吸人 柱 塞腔内，这是吸油过程。随着缸体继续旋转，在 0 180 范围内，柱塞在斜盘约束下由上死点开始不断进入腔内， 柱塞腔容积不断减小，直至下孔点止。在这过程中， 柱 塞腔刚好与配油盘排油窗相通，油液通过排油窗排出。这就是排油过程。由此可见，缸体每转一跳各个往塞有 半周吸油、半 周排 油。如果缸体不断旋转，泵 便 连续地吸油和 排 油。 图 轴式轴向柱塞泵工作原理 轴式轴向柱塞泵主要性能参数 给定设计参数 最大工作压力 m a x 40P M 定流量 Q =100L/大流量 m a x 2 0 0 / m i 枝花学院毕业设计 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 7 额定转速 n=1500r/大转速 m a x 3 0 0 0 / m i 排量流量与容 积效率 轴向柱塞泵排量部柱塞腔所排出油液的容积，即 2m a x m a s Z d s Z= 2( 1 9 . 5 0 . 2 ) ( 1 9 . 5 0 . 2 2 ) 94p 创 创 创 ) 不计容积损失时，泵的理论流量2 m a b b x bQ q n d s Z n =1500 =1260(L) 式中 柱塞横截面积； 柱塞外径； 柱塞最大行程； Z 柱塞数； 传动轴转速。 泵的理论排量 q 为 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 7 0 . 2. 1 5 0 0 0 . 9 5n h = = =（ ml/r） 为了避免气蚀现象，在计算理论 排 量时应按下式作校核计算： 13pn q C133000 7 0 . 2 2 0 660 式中进口无预压力的油泵400；对进口压力为 5油泵100，这里取100 故符合要求。 排量是液压泵的主要性能参数之一，是泵几何参数的特征量。相同结构型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。因此，对液压元件型号命名的标准中明确规定用排量作为主参数来区别同一系列不同规格型号的产品。 攀枝花学院毕业设计 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 8 从泵的排量公式 24b x fq d D Z 中可以看出，柱塞直径布圆直径塞 数 且当原动机确定之后传动轴转速要想改变泵输出流量的方向和大小，可以通过改变斜盘倾斜角 来实现。对于直轴式轴向柱塞泵，斜盘最大倾斜角5 20 ，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即 15g O= 。 泵实际输出流量gb tb Q=1007（ ml/ 式中 轴向柱塞泵的泄漏流量主要由缸体底面与配油盘之间 滑靴与斜盘平面之间及柱塞与柱塞腔之间的油液泄漏产生的。此外，泵吸油不足柱塞腔底部无效容积也造成容积损失。 泵容积效率义为实际输出流量 = 97 97%100=轴向柱塞泵容积效率一般为b=符合要求。 不计摩擦损失时，泵的理论扭矩2= 6 61 2 0 . 8 4 1 0 1 . 6 1 0 ( . )2 ?式中排油腔压力差。 考虑摩擦损失际输出扭矩g b tb M= 6661 . 6 1 0 0 . 2 1 0 1 . 8 1 0 ( . )? 轴向柱塞泵的摩擦损失主要由缸体底面与配油盘之间滑靴与斜盘平面之间柱 塞与柱塞腔之间的摩擦副的相对运动以及轴承运动而产生的。 泵的机械效率定义为理论扭矩 661 1 . 6 1 0 8 8 . 9 %1 . 8 1 01t b t b t b = = = = =+?+ 攀枝花学院毕业设计 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 9 不计 各种损失时，泵的理论功率b tb b g bN p Q n M= 615002 1 . 8 1 0 2 8 3 ( )60 ? 泵实际的输入功率122b r b g b b t b n M n M = 61 5 0 0 12 1 . 6 1 0 2 8 2 ( )6 0 0 . 8 8 9 创 =泵实际的输出功率b c b g b b t b bN p Q p Q =3 63 1 . 6 1 0 9 5 4 2 6 7 ( ) 定义泵的总 效率 为输出功率 12b t b b m h hp h= = = =0 9 0 0 ? 上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。对于轴向柱塞泵，总效率一般为式满足要求。 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 10 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 泵在一定斜盘 倾角下工作时，柱塞一方面与缸体一起 旋转，沿缸体平面做圆周运动，另一方面又相对缸体做往复直线运动。这两个运动的合成，使柱塞轴线上任一点的运动轨迹是 一个椭圆。此外，柱塞还可能有由于摩擦而产生的相对缸体绕其自身轴线的自转运动，此运动使柱塞的磨损和润滑趋于均匀，是有利的。 塞运动学分析 柱塞运动学分析，主要是研究柱塞相对缸体的往复直线运动。 即分析柱塞与缸体做相对运动时的行程速度和加速度，这种分析是研究泵流量品质和主要零件受力状况的基础。 图 若斜盘倾斜角为 ， 柱塞分布圆半径为缸体或柱塞旋转角为 a，并以柱塞腔容积最大时的上死点位置为 0 ，则对应于任一旋转角 a 时， 图 塞运动分析 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 11 c o R a= 为 1 ( 1 c o s )s h t g R t = 80a O= 时，可得最大行程m a x 2 3 9 1 8 0 3 9 ( )t g m 柱塞运动速度分析 v 将式1 (1 c o s )s h 对时间微分可得柱塞运动速度 v 为 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d du w g= = = 当 90a 及 270 时， a ，可得最大运动速度 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR t g t g m m su w g p O= 创 =式中 w 为缸体旋转角速度， 塞运动加速度 a 将 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d d 对 时间微分可得柱塞运动加速度 a 为 2. c o sa ft a td d t g ad d d 当 0a 及 180 时， , 可得最大运动加速度2m a 9 2 1 2 9 ( / )60 t g m sw g = 创 = 桫柱塞运动的行程 s速度 v加速度 a 与缸体转角 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 12 图 塞运动特征图 靴运动分析 研究滑靴的运动，主要是分析它相对斜盘平面的运动规律，即滑靴中心在斜盘平面 ? 内的运动规律（如图 其运动轨迹是一个椭圆。椭圆的长短轴分别为 长轴 2 392 4 0 . 4 ( )c o s c o s 1 5m = = =短轴 2 2 3 9 ( ) m m=设柱塞在缸体平面上 A 点坐标为 a如果用极坐标表示则为 矢径 2 2 2 2 21 c o x y R t g a 极角 ( c o s c o s )a r c tg a 滑靴在斜盘平面 内的运动角速度h为 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 13 2 2 2c o sc o s c o s s i nh a aq g= + 由上式可见，滑靴在斜盘平面内是不等角速度运动，当2a 32时，h最大（在短轴位置）为 m a x c o g=1500 260 1 6 2 ( / )c o s 1 5 r a d 当 0a 时，h最小（在长轴位置）为 m i n 1500c o s 2 c o s 1 5 1 5 2 ( / )60h r a d sw w g p O= 创 =由结构可知，滑靴中心绕 o 点旋转一周（ 2 ）的时间等于缸体旋转一周的时间。因此， 其平均旋转角速度等于缸体角速度，即 1500 2 1 5 7 ( / )60ap r a d sw w p= = ?时流量及脉动品质分析 柱塞运动速度确定之后，单个柱塞的瞬时流量可写成 2 s i nt i z t f F R t g a 式中24。 泵柱塞数为 9，柱塞角距（相邻柱塞间夹角）为 22 0 . 79Z ，位于排油区的柱塞 数为0Z，那么参与排油的各柱塞瞬时流量为 123s i ns i n ( )s i n ( 2 )t z ft z ft z R t g R t g R t g g qw g q=+ 0s i n ( 1 ) t z R t g a Z 泵的瞬时流量为 1 2 0t t t Q Q 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 14 0100s i n ( 1 )1s i n s i n ( )s i t g a t 由上式可以看出，泵的瞬时流量与缸体转角 与柱塞数有关。 /2/2/2/2图 奇数柱塞泵瞬时流量 对于奇数柱塞，排油区的柱塞数为 当 0 时，取1 9 1 522Z +=，由泵的流量公式可得瞬时流量为 c o s 22 s i z Q F R t 当 2时，取0 12，同样由泵的流量公式可得瞬时流量为 3c o s i z Q F R t 攀枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 15 当 a=0Z 2Z时，可得瞬时流量的最小值为 m i s i n 2t z R 奇数柱塞泵瞬时流量规律见图 2 3 我们常用脉动率 和脉动频率 f 表示瞬时流量脉动品质。 定义脉动率 m a x m i 这样，就可以进行流量脉动品质分析。 动频率 当 Z=9，即为奇数时 15002 2 9 4 5 0 ( )60f n Z H z= 创 =动率 当 Z=9，即为奇数时 . ( ) 0 . 0 2 6 %2 4 2 9 4 9t g t p p = ?创利用以上两式计算值，可以 得到以下内容： 表 柱塞泵流量脉动率 由以上分析可知： （ 1） 随着柱塞数的增加，流量脉动率下降。 （ 2） 相邻柱塞数想比，奇数柱塞泵的脉动率远小于偶数柱塞泵的脉动率。这就是轴向柱塞泵采用奇数柱塞的根本原因。 从 中还可以看出，奇数柱塞中，当 13Z 时 ,脉动率已小于 1%从泵的Z （ %） 6 0 2 4 6 枝花学院毕业设计 2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 16 结构考虑 ,轴向柱塞泵的柱塞数常取 Z=7 9 11. 泵瞬时流量是一周期脉动函 数 流量的脉动必然要引起压力脉动 使系统工作不稳定 ,当泵 的脉动频率与液压油柱及管路的固有频率相当 ,就产生了谐振的条件 ,谐振时压力脉动可能很高 ,这时系统的构件有极大的潜在破坏性 几分钟之内 管路或附件即可达到疲劳破坏极限 力脉动在管路或附件中激励起高频率的机械震动将引起导致管路附件及安装构件的应力 一般是最容易受到破坏的部位 对飞机液压系统尤其重要 . 在设计液压泵和液压系统 时， 要考虑采取措施抑制或吸收压力脉动，避免引起谐振。对于压力脉动 的幅值，在航空液压标准中有严格的规定，例如航标变量泵通用技术条件（ 83）中规定：在任何情况下，压力脉动均不超过额定出口压力的 10% 。实际上 10% 的指标还是偏大，但由于制造工艺上的原因，压力脉动的指标还不能定的很严格，但降低泵的压力脉动无疑是今后液压技术发展的一种趋势。 攀枝花学院毕业设计 3 柱塞受力分析与设计 17 3 柱塞受力分析与设计 柱塞是 柱塞泵主要受力零件之一。单个柱塞随缸体旋转一周时，半周吸油一周排油。柱塞在吸油过程与在排油过程中的受力情况是不一样的。下面主要讨论柱塞在排油过程中的受力分析，而柱塞在吸油过程中的受力情况 在回程盘设计中讨论。 塞受力分析 图 图 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 塞底部的液压力用于柱塞底部的轴向液压力2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44d p = 创创 =式中大工作 压力。 攀枝花学院毕业设计 3 柱塞受力分析与设计 18 塞惯性力对缸体往复直线运动时，有直线加速度 a，则柱塞轴向惯性力2 c o s 1 0 1 ( )zB z m a R t g a Ng - = - = 惯性力加速度 a 的方向相反，随缸体旋转角 a 按余弦 规律变化。当0a 和 180 时，惯性力最大值为 223m a x 0 . 6 1 5 0 01 9 . 5 1 0 2 1 5 2 4 3 ( )1 0 6 0P R t g t g Ng w g = 创创 ? 桫 心反力向心加速度生的离心反力径向力。其值为 2 243 9 0 7 ( )15Zt z t m a R Ng t = = = =盘反力 N 斜盘反力通过柱塞球头中心垂直于斜盘平面 ，可以分解为轴向力 P 及径向力0c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s i n 1 2 5 6 0 s i n 1 5 3 2 5 0 ( )P N = ?= = ?轴向力 P 与作用于柱塞底部的液压力它轴向力相平衡。而径向力 柱塞受到弯矩作用，产生接触应力，并使缸体产生倾倒力矩。 塞与柱塞腔壁之间的 接触应力1虑到柱塞与柱塞腔的径向间隙远小于柱塞直径 及柱塞腔内的接触长度。 因此，由垂直于柱塞腔的径向力 T 和离心力 擦力1 3 柱塞受力分析与设计 19 柱塞与柱塞腔壁之间的摩 擦力12( ) ( 2 0 1 0 0 5 8 2 3 ) 0 . 1 2 5 9 2 . 3 ( ) p f N= + = + ?式中 f 为摩擦系数，常取 f =里取 分析柱塞受力，应取柱塞在柱塞腔中具有最小接触长度，即柱塞处于上死点时的位置。此时， N1通过如下方程组求得 0y 12s i n 0tN p p p 0001202 21 0 2 12c o s 03 3 202f p f p p l l p l f p p - - - =骣 骣- - + - - - 桫桫+ - =式中 0l 柱塞 最小接触长度 ，根据经验0l= ()d ，这里取0l=2d =78 l 柱塞名义长度 ，根据经验 l = (.7)d ，这里取0l=3d =117 柱塞重心至球心距离 ，l 2 7 8 5 7 . 6 2 0 . 4l m - =以上虽有三个方程，但其中2要增加一个方程才能求解。 根据相似原理有 1 m 02 m p l 又有 1 1 m a x 0 21 ()2p p l l2 m a x 212 p l d所以 2021 222() 将式 2021 222() 代入 12s i n 0tN p p p 求解接触长度 2l 。为简化计算，力矩方程中离心力 2 20 0 0206 4 3 6 7 8 1 1 7 4 7 8 3 0 . 1 3 9 7 85 7 . 6 ( )1 2 6 6 1 2 1 1 7 6 0 . 1 3 9 6 7 8l l f d ll m ml f d -? 创 ?= = =- - ? 创 -?攀枝花学院毕业设计 3 柱塞受力分析与设计 20 将式 2021 222() 代入12c o s 0f p f p p p 可得 1 20221( s i n ) 1() 1 + +犏 犏臌3 1( 5 7 1 0 s i n 1 5 1 2 2 . 5 ) 1 2 0 . 1 ( )2 . 5 5 7 = 创 + ? = 桫 32 22022s i n 5 7 1 0 s i n 1 5 1 2 2 . 5 5 8 2 3 ( )( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117+ 创 += = =1 0 2 1 2 03 3 2 2zz l d dp l l p l f p f p p - - + - - - + - = 桫桫可得 1 2 5 6 0 1 0 1 0 . 1 1 . 7 8 1 2 2 . 55 7 ( )c o s s i n c o s 1 5 0 . 1 1 . 7 8 s i n 1 5b B f Nf jg j g + 创= = =- - ?式中 为结构参数。 2 202222022() ( 7 8 5 7 . 6 )11117 1 . 7 8( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117+= = =塞设计 塞结构型式 轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。根据柱塞头部结构，可有以下三种形式： 点接触式柱塞 ，如图 a）所示。这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损剥落和边缘掉块，不能承受过高 的工作压力，寿命较低。这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。 线接触式柱塞，如图 b）所示。柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其 必须限制在规定的范围内。 攀枝花学院毕业设计 3 柱塞受力分析与设计 21 带滑靴的柱塞，如图 c）所示。柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和磨损，使寿命大大提高。目前大多采用这种轴向柱塞泵。 （ a） ( b ) ( c ) 图 柱塞结构型式 图 闭薄壁柱塞 从图 见，三种型式的柱塞大多做成空心结构，以减轻
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