斜盘式轴向柱塞泵的设计

/摘要斜盘式轴向柱塞泵是液压系统中的主要部件,斜盘式轴向柱塞泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动,改变柱塞腔内容积实现吸油和排油的,是容积式液压泵,对于斜盘式轴向柱塞泵来说柱塞、滑靴、配油盘缸体是其重要部分,柱塞是其主要受力零件之一,滑靴是高压柱塞泵常采用的形式之一,能适应高压力高转速的需要,配油盘与缸体直接影响泵的效率和寿命,由于配油盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了一静压支承,省去了大容量止推轴承,具有结构紧凑,零件少,工艺性好,成本低,体积小,重量轻,比径向泵结构简单等优点,由于斜盘式轴向柱塞泵容易实现无级变量,维修方便等优点,因而斜盘式轴向柱塞泵在技术经济指标上占很大优势.关键词：斜盘柱塞泵滑靴缸体AbstractTheinclineddishtypeandaxialpumpwithapillarisamainpartinliquidpresssystem,Theinclineddishtypeandaxialpumpwithapillarisabackandforthmovementbypillartofilltheinsideofthepillarcavity,inordertochangethepillarfillsthecontentsofcavitytorealizetheoilofinhalingwithlineupoily,Isacapacitytypeliquidtopressthepump.Filltopillartopumpfortheinclineddishtypestalkthepillarfill,slipthebootsandgotogetherwiththeoildishanisitsimportancepart.Thepillarfillsisitsuffertheoneofthedintsparepartsprimarily.Theslipperybootsisoneoftheformthathighpressurepillarfillthepumptooftenadopt.Itcanadapttothehighdemandturningsooninhighpressuredint,gotogetherwiththeoildishandtheefficiencyofthedirectinfluenceinapumpwithlifespan.Becauseofgoingtogetherwiththeoildishfills,pillarandaslipperybootsthesetworightnessofhighspeedsthesportthevice-alladoptingathestaticpressureaccepts.Theprovincewenttothebigcapacitypushthebearings,havetheconstructiontightlypacked,thesparepartsislittle,thecraftisgood,thecostislow,thephysicalvolumeissmall,theweightislight,paringthepathfacetopumptheconstructionsimpleetc.Becausetheinclineddishtypestalkfillstopillarthepumptorealizestohavenoeasilytheclasschangesthedeal,maintainconvenienceandsoon.Keywords：theinclineddishpillarpumpslipperybootcrockbody目录摘要IAbstractII第一章绪论1第二章斜盘式轴向柱塞泵工作原理与性能参数32.1斜盘式轴向柱塞泵工作原理32.2斜盘式轴向柱塞泵主要性能参数4排量、流量与容积效率4第三章斜盘式轴向柱塞泵运动学与流量品质分析63.1柱塞运动学分析6柱塞行程s6柱塞运动速度v73.1.3柱塞运动加速度a73.2滑靴运动分析73.3瞬时流量与脉动品质分析83.3.1脉动频率113.3.2脉动率11第四章柱塞受力分析与设计124.1柱塞受力分析124.1.1柱塞底部的液压力124.1.2柱塞惯性力Pg124.1.3离心反力Pl134.1.4斜盘反力N134.1.5柱塞与柱塞腔壁之间的接触力P1和P2134.1.6摩擦力P1f和P2f144.2柱塞设计15柱塞结构型式154.2.2柱塞结构尺寸设计15柱塞摩擦副比压p、比功pv验算17第五章滑靴受力分析与设计185.1滑靴受力分析185.1.1分离力Pf185.1.2压紧力205.1.3力平衡方程式205.2滑靴设计205.2.1泄漏功率损失205.2.2摩擦功率损失215.2.3滑靴总功率损失215.3滑靴结构型式与结构尺寸设计225.3.1滑靴结构型式225.3.2结构尺寸设计23第六章配油盘受力分析与设计256.1配油盘受力分析256.1.1压紧力256.1.2分离力Pf266.1.3力平衡方程式286.2配油盘设计286.2.2配油盘主要尺寸确定316.2.3验算比压p、比功pv32第七章缸体受力分析与设计347.1缸体的稳定性347.1.1压紧力矩My347.1.2分离力矩Mf357.1.3力矩平衡方程377.2缸体径向力矩和径向支承377.2.1径向力与径向力矩377.2.2缸体径向力支承型式387.3缸体主要结构尺寸的确定397.3.1通油孔分布圆半径和面积Fα397.3.2缸体内、外直径D1、D2的确定407.3.3缸体高度H41结论42参考文献43第一章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、操纵系统与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.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.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.斜盘式与斜轴式轴向柱塞泵相比较,各有所长,斜轴式轴向柱塞泵采用了驱动盘结构,使柱塞缸体不承受侧向力,所以,缸体对配油盘的倾复可能性小,有利于柱塞副与配油部位工作,另外,允许的倾角大,可是,结构复杂,工艺性差,需要使用大容量止推轴承,因而高压连续工作时间往往受到限制,成本高.斜盘式轴向柱塞泵,由于配油盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了一静压支承,省去了大容量止推轴承,具有结构紧凑,零件少,工艺性好,成本低,体积小,重量轻,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、操纵系统与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.所以,斜盘式轴向柱塞泵在不断地改进和发展,其发展方向是：扩大使用范围、提高参数、改善性能、延长寿命、降低噪声,以适应液压技术不断发展的要求.第二章斜盘式轴向柱塞泵工作原理与性能参数2.1斜盘式轴向柱塞泵工作原理各种柱塞泵的运动原理都是曲柄连杆机构的演变,因而,它们的运动和动力分析就可以用统一的方程式来描述.斜盘式轴向柱塞泵主要结构如图〔2-1〕.柱塞的头部安装有滑靴,滑靴低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〔xoy面〕存在一倾斜角γ,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180º~360º范围内,柱塞由下死点〔对应180º位置〕开始不断伸出,柱塞腔容积不断增大,直至死点〔对应0º位置〕止.在这个过程中,柱塞腔刚好与配油盘吸油窗相通,油液被吸入柱塞腔内,这是吸油过程.随着缸体继续旋转,在0º~180º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.在这个过程中柱塞腔刚好与配油盘排油窗相通,油液通过1-柱塞2-缸体3-配油盘4-传动轴5-斜盘6-滑靴7-回程盘8-中心弹簧图2-1斜盘式轴向柱塞泵工作原理排油窗排出.这就是排油过程.由此可见,缸体每转一周,各个柱塞有半周吸油,半周排油.如果缸体不断旋转,泵便连续地吸油和排油.2.2斜盘式轴向柱塞泵主要性能参数2.2.1排量、流量与容积效率轴向柱塞泵排量是指缸体旋转一周,全部柱塞腔所排出油液的容积,即〔2.1〕不计容积损失时,泵理论流量为〔2.2〕式中―柱塞外径；―柱塞横截面积；―柱塞最大行程；―柱塞数取Z=7；―传动轴转速；从图可知,柱塞最大行程为式中―柱塞分布圆直径；―斜盘倾斜角取；所以,泵的理论流量是泵的实际输出流量泵容积效率为泵的机械效率为所以,泵的总效率为容积效率与机械效率之积,第三章斜盘式轴向柱塞泵运动学与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.3.1柱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是的行程、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.柱塞行程s图<3-1>为一般带滑靴的轴向柱塞泵运动分析图.若斜盘倾角为γ,柱塞分布圆半径为,缸体或柱塞旋转角为α,并以柱塞腔容积最大时的上死点位置为,则对应于任一旋转角α时,图3-1柱塞运动分析所以柱塞行程s为〔3.1〕当α=1800时,可得最大行程为柱塞运动速度v将式〔3-1〕对时间微分可得柱塞运动速度v为〔3.2〕当与时,,可得最大运动加速度为式中为缸体旋转角速度,.3.1.3柱塞运动加速度a将式〔3-2〕对时间微分可得柱塞运动加速度a为〔3.3〕当与时,,可得最大运动加速度为3.2滑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,也即滑靴中心在斜盘平面内的运动规律如图〔3-1〕,其运动轨迹是一个椭圆.椭圆的长、短轴分别为长轴短轴设柱塞在缸体平面上A点坐标那么A点在斜盘平面的坐标为如果用极坐标表示则为矢径极角滑靴在斜盘平面内的运动角速度为由上式可见,滑靴在斜盘内是不等角速度运动,当α=、时,最大〔在短轴位置〕为当、时,最小〔在长轴位置〕为由结构可知,滑靴中心绕O点旋转一周〔〕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3.3瞬时流量与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式中为柱塞截面积,.柱塞数为Z=7,柱塞角距为,位于排油区地柱塞数为Z0,那么参与排油的各个柱塞瞬时流量为泵的瞬时流量为〔3.4〕由上式可以看出,泵的瞬时流量与缸体转角有关,也与柱塞数有关.对于奇数〔Z=7〕排油区的柱塞数为Z0当时,取,由式〔3-4〕可知瞬时流量为当时,取,由式〔3-4〕可得瞬时流量当、、、……时,可得瞬时流量的最小值为当、、……时,可得瞬时流量的最大值为奇数柱塞泵瞬时流量规律见图<3-3>图3-3奇数柱塞泵定义脉动率式中为平均流量,可由瞬时流量公式在周期内积分求平均值而得无论奇数泵还是偶数泵均为3.3.1脉动频率因为奇数柱塞泵,所以3.3.2脉动率因为奇数柱塞泵,所以根据计算值,将脉动率ð与柱塞Z画成如图〔3-4〕的曲线图3.4脉动率ð与柱塞数Z关系曲线由以上分析可知：〔1〕随着柱塞数的增加,无论偶数柱塞泵还是奇数柱塞泵,流量脉动率都下降.〔2〕相邻柱塞数相比,奇数柱塞泵的脉动流量远小于偶数柱塞泵的脉动率.第四章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、半周排油.柱塞在吸油过程与在排油过程中的受力情况是不一样的.4.1柱塞受力分析图〔4-1〕是带有滑靴的柱塞受力分析简图.图4-1柱塞受力分析作用在柱塞上的力有：4.1.1柱塞底部的液压力柱塞位于排油区时,作用于柱塞底部的轴向液压力为<4.1>式中为泵的排油压力.4.1.2柱塞惯性力Pg柱塞相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Pg为<4.2>式中mZ、GZ为柱塞和滑靴的总质量和总重量.惯性力Pg方向与加速度a方向相反,随缸体旋转角α按余弦规律变化.当α=00和1800时,惯性力最大值为<4.3>4.1.3离心反力Pl柱塞随缸体绕主轴作等速度圆周运动,有向心加速度al,产生的离心反力Pl通过柱塞质量重心并垂直于柱塞轴线,是径向力.其值为2<4.4>4.1.4斜盘反力N斜盘反力通过柱塞球头<4.5><4.6>轴向力P与作用于柱塞底部的液压力与其他轴向力相平衡.而径向力T则对主轴形成负载扭矩,使柱塞受到弯矩作用,产生接触应力,并使缸体产生倾倒力矩.4.1.5柱塞与柱塞腔壁之间的接触力P1和P2柱塞在柱塞腔内的该力是接触应力p1和p2产生的合力.考虑到柱塞与柱塞腔的径向间隙远小于柱塞直径与接触长度.因此,由垂直于柱塞轴线的径向力和离心力引起的接触应力p1和p2可以看成是连续直线分布的应力.4.1.6摩擦力P1f和P2f柱塞与柱塞腔之间的摩擦力Pf为<4.7>式中f为摩擦系数,常取f=0.05~0.12.取f=0.12分析柱塞受力,应取柱塞在柱塞腔中具有最小接触长度,即柱塞处于死点时的位置.此时N、P1、和P2可以通过如下方程求得：式中—柱塞最小接触长度；—柱塞名义长度;解放程组得：式中为结构参数4.2柱塞设计4.2.1柱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,有三种型式,<1>点接触式柱塞,<2>线接触式柱塞,<3>带滑靴的柱塞.选用带滑靴的柱塞,柱塞头部同样装有一个摆动头,称滑靴,可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,沿滑靴平面泄露,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.目前大多采用这种形式轴向柱塞泵.并且这种型式的柱塞大多做成空心结构,以减轻柱塞重量,减小柱塞运动的惯性力.采用空心结构还可以利用柱塞底部的高压油液使柱塞局部扩张变形补偿柱塞与柱塞腔之间的间隙,取得良好的密封效果.空心柱塞内可以安放回程弹簧,使柱塞在吸油区复位.4.2.2柱塞结构尺寸设计1.柱塞直径与柱塞分布圆直径Df<本人有该设计的装配图和零件图,若有需要加970108624,将助你通过设计>柱塞直径、柱塞分布圆直径Df、和柱塞数Z是互相关联的.根据统计资料,在缸体上各柱塞孔直径所占的弧长约为分布圆周长的75%,即由此可得式中m为结构参数.m随柱塞数Z而定.当泵的理论流量和转速根据使用工况条件选定之后,根据流量公式可得柱塞直径为柱塞直径确定后,应从满足流量的要求而确定柱塞分布圆直径Df,即2.柱塞名义长度L由于柱塞圆球中心作用有很大的径向力T,为使柱塞不致被以与保持有足够的密封长度,应保持有最小留孔长度,一般取因为所以因此,柱塞名义长度l应满足:式中—柱塞最大行程;—柱塞最小外伸长度,一般取.根据经验数据,柱塞名义长度常取:同理3.柱塞球头直径d1按经验常取如图〔4-2〕图4-2柱塞尺寸图为使柱塞在排油结束时圆柱而能完全进入柱塞腔,应使柱塞球头中心至圆柱面保持一定的距离ld,一般取4.柱塞均压槽高压柱塞泵中往往在柱塞表面开有环形压力槽,起均衡侧向力,改善润滑条件和存贮赃物的作用.如上图均压槽的尺寸常取:;宽;间距.实际上,由于柱塞受到的径向力很大,均压槽的作用并不明显,还容易划伤缸体上柱塞孔壁面.因此目前许多高压柱塞泵中并不开设均压槽.4.2.3柱塞摩擦副比压p、比功pv验算取柱塞伸出最长时的最大接触应力作为计算比压值,则柱塞相对缸体的最大运动速度vmax应在摩擦副材料允许范围内,由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功pmaxvmax为选用18CrMnTiA材料.第五章滑靴受力分析与设计目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构.滑靴不仅增大了与斜盘的接触应力,而且柱塞底部的高压油液,经柱塞中心孔和滑靴中心孔,再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中.由于油液在封油带环缝中的流动.使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜,大大减少了相对运动件间的摩擦损失,提高了机械效率.这种结构能适应高压力和高转速的需要.5.1滑靴受力分析液压泵工作时,作用于滑靴上有一组方向相反的力.一是柱塞底部液压力力图把滑靴压向斜盘,称为压紧力;另一是由滑靴面直径为D1的油池产生的静压力Pf1与滑靴封油带上油液泄露时油膜反力Pf2,二者力图使滑靴与斜盘分离开,称为分离力Pf.当紧压力与分离力相平衡时,封油带上将保持一层稳定的油膜,形成静压油垫.5.1.1分离力Pf图〔4-3〕为柱塞结构与分离力分布图.图4-3滑靴结构与分布力分布根据流体力学平面圆盘放射流可知,油液经滑靴封油带环缝流动的泄露量q的表达式为〔5.1〕若,则〔5.2〕式中为封油带油膜厚度.封油带上半径为r的任一点压力分布式为〔5.3〕若,则从上式可以看出由上式可以看出,封油带上压力随半径增大而呈对数规律下降.〔5.4〕油池静压分离力Pf1为〔5.5〕总分离力Pf为〔5.6〕5.1.2压紧力滑靴所受压紧力主要由柱塞底部液压力引起的,即5.1.3力平衡方程式当滑靴受力平衡时,应满足下列力平衡方程式得泄流量为5.2滑靴设计滑靴设计常用剩余压紧力法和最小功率法选用最小功率损失法最小功率损失法的特点是：选取适当油膜厚度,使滑靴泄漏功率损失法与摩擦功率损失之和最小,保持最高功率.5.2.1泄漏功率损失已知滑靴在斜盘上的泄漏流量q,.若不计吸油区的损失,则滑靴在排油区域的泄漏功率损失为〔5.7〕5.2.2摩擦功率损失滑靴在斜盘上的运动轨迹是椭圆,为简化计算,近似认为是柱塞分布圆.因此滑靴摩擦功率损失为〔5.8〕式中—液体粘性摩擦力,；u—切线速度,—滑靴摩擦〔支承〕面积；—液体粘性摩擦应力,为液体粘性系数,为油膜厚度.将代入上式中可得5.2.3滑靴总功率损失令可得最佳油膜厚度为由上式计算出的油膜厚度,可使滑靴功率损失最小,效率最高.最佳油膜厚度在范围.5.3滑靴结构型式与结构尺寸设计5.3.1滑靴结构型式滑靴的结构型式如图〔5-1〕图5-1滑靴结构型式关于滑靴的结构,应该防止由于倾斜而引起密封带出现偏磨,所以往往在密封带外面加上一道断开的外辅助支承面环带.这样,即使滑靴出现某些偏磨,也不会破坏滑靴的平衡设计,从而延长了滑靴的寿命.为了减小对滑靴底面的比压,并防止由于压力冲击而引起滑靴底面沉凹的变形〔这种变形引起松靴〕,常常在滑靴的密封带内侧加上一个或几个内辅助支承环带,为了不影响滑靴的支承力,并使密封环带内侧压力迅速伸展,内辅助支承面在圆周上是断开的.为了提高滑靴的拉脱强度,可以将滑靴的收口部位加厚.滑靴的球面圆柱度和椭圆度不大于0.003mm,与柱塞球头铆合时的径向间隙应不大于0.01mm,与柱塞球头的接触面积不小于70%.滑靴的材料可采用青铜或高强度的黄铜制造.要特别注意材料中心不允许有疏松和偏析,否则容易引起疲劳强度损坏.5.3.2结构尺寸设计1.滑靴外径D2滑靴在斜盘上的布局,应使倾斜角时,互相之间仍有一定间隙s,如图〔5-2〕图5-2滑靴外径D2的选定滑靴外径D2为一般取2.油池直径D1初步计算时,设定3.中心孔、与长度节流器采用节流管时,常以柱塞中心孔作为节流装置,如滑靴结构与分离力分布图所示.根据流体力学细长孔流量q为〔5.9〕式中、——细长管直径、长度；K——修正系数；〔5.10〕把上式带入滑靴泄漏量公式可得整理后可得节流管尺寸为经多次试算得式中为压降系数,.当时,油膜具有最大刚度,承载能力最强.为不使封油带过宽与阻尼管过长,推荐压降系数.从公式中可以看出,采用节流管的柱塞-滑靴组合,公式中无粘度系数,说明油温对节流效果影响较小,但细长孔的加工工艺性较差,实现起来有困难.第六章配油盘受力分析与设计配油盘是轴向柱塞泵主要零件之一,用以隔离和分配吸、排油液以与承受由高速旋转的缸体传来的轴向载荷.它的设计好坏直接影响泵的效率和寿命.6.1配油盘受力分析常用配油盘简图如图〔6-1〕图6-1配油盘基本结构液压泵工作时,高速旋转的缸体与配油盘之间作用有一对方向相反的力；即缸体因柱塞腔中高压油液作用而产生的压紧力Py；配油窗口和封油带油膜对缸体的分离力Pf.6.1.1压紧力压紧力是由于处在排油区的柱塞腔中高压油液作用在柱塞腔底部台阶面上,使缸体受到轴向作用力,并通过缸体作用到配油盘上.对于奇数柱塞泵,当有个柱塞处于排油区时,压紧力Py1为〔6.1〕当有个柱塞处于排油区时,压紧力Py2为〔6.2〕平均压紧力Py为6.1.2分离力Pf分离力有三部分组成.即外封油带分离力Pf1、内封油带分离力Pf2、排油窗高压油对缸体的分离力Pf3对奇数柱塞泵,在缸体旋转过程中,每一瞬时参加排油的柱塞数量和位置不同,封油带的包角是变化的.实际包角比配油盘排油窗包角有所扩大.当有个柱塞排油时,封油带实际包角为当有个柱塞排油时,封油带实际包角为平均有个柱塞排油时,平均包角为式中―柱塞间距角；―柱塞腔通油孔包角1.外封油带分离力Pf1外封油带上泄流量是源流流动,可得〔6.3〕外封油带泄流量q1为〔6.4〕2.内封油带分离力Pf2内封油带上泄流量是汇流流动,可得〔6.5〕内封油带泄流量q2为〔6.6〕3.排油窗分离力Pf3〔6.7〕4.配油盘分离力Pf〔6.8〕总泄流量考虑到封油带很窄,分离力也可以近似看成线性分布规律,简化计算：6.1.3力平衡方程式为使缸体能与配油盘紧密贴合,保证可靠密封性,应取压紧力稍大于分离力.设压紧力与分离力之差为剩余压紧力；剩余压紧力与压紧力之比为压紧系数,它表示压紧程度.即〔6.9〕由此可得力平衡方程式一般取取则为保证泵启动时,缸体配油盘仍有一定的预压紧力,常设置一轴向中心弹簧,把缸体紧压在配油盘上.一般取弹簧力为300~500N.弹簧力Pt也可按下式选取6.2配油盘设计配油盘设计主要是确定内外封油带尺寸、吸排油口尺寸以与辅助支承面各部分尺寸.6.2.1．过度区设计为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封,大多数配油盘采用过度角大于柱塞腔通油孔包角的结构,称正重迭配油盘.具有这种结构的配油盘,当柱塞从低压腔接通高压腔时,柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲压力；当柱塞从高压腔接通低压腔时,封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力.这种高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质,产生噪音和功率消耗以与周期性的冲击载荷.对泵的寿命影响很大.为防止压力冲击,我们希望柱塞腔在接通高低压时,腔内压力能平缓过渡,从而避免压力冲击.图6-2柱塞腔内压力变化选带卸荷的非对称配油盘根据式〔6.10〕〔6.11〕计算出,在泵的结构尺寸确定后,取决于吸排有压力差的大小.在实际工况条件下,泵排油压力常随负载改变而变化.要避免在新工况条件下的压力冲击,应改变压缩角和以适应压力差的变化.简单的方法是在过渡区开设减振槽.图6-3非对称配油盘此时,过渡区压缩角,按柱塞腔封闭油液压力升高或降低所必须的体积压缩量的50%计算；而减振槽按余下地50%计算.得柱塞腔接通减振槽过程中,减振槽两端的压力差是变化的.开始=0,完全接通后,取近似平均压力差为,则通过减振槽的单位时间流量为〔6.12〕而油液通过减振槽的单位时间是,则把上式带入Q0式中可得减振槽的设计尺寸为经多次验算得减振槽有多种形式,如等截面的沟槽,也有变截面的三角槽6.2.2配油盘主要尺寸确定1.配油窗尺寸配油窗口分布圆直径一般取等于或小于柱塞分布圆直径Df配油窗口包角,在吸排油窗口包角相等时,取为避免吸油不足,配油窗口流速应满足式中Qlb―泵理论流量；F2―配油窗面积,[v0]―许用吸入流速,由此可得2.封油带尺寸设内封油带宽度为b1,外封油带宽度为b2.考虑到外封油带处于大半径,在加上离心力的作用,泄流量比内封油带泄流量大,取b1略大于b2,即当配油盘受力平衡时,可得计算出的结果经多次调整得到的为R1=40.5R2=37R3=27R4=12.56.2.3验算比压p、比功pv为使配油盘的接触应力尽可能减小和使缸体与配油盘之间保持液体摩擦,配油盘应有足够的支承面积.为此设置了辅助支承面,如下图中D5,D6.辅助支承面上开有宽度为B的通油槽,起卸荷作用.配油盘的总支承面积F为图6.4配油盘主要尺寸确定式中F1―辅助支承面通油槽面积；F1=KB〔R-R5〕=〔K为通油槽个数,取K=8mm,B为通油槽宽度,取B=10mm〕F2、F3―吸、排油窗口面积.配油盘比压p为式中Py―配油盘剩余压紧力Pt―中心弹簧压紧力在配油盘和缸体这对摩擦副材料和结构尺寸确定后,不因功率损耗过大而磨损,应验算pv值,即式中为平均切线速度,第七章缸体受力分析与设计7.1缸体的稳定性在工作过的配油盘表面常看到在高压区一侧有明显的偏磨现象,偏磨会使缸体与配油盘间摩擦损失增大,泄流增加,油温升高,油液粘性和润滑性下降,而影响到泵的寿命.缸体是一个复杂的受力体,造成偏磨的原因,除了可能有受力不平衡,使缸体发生倾倒.下面就缸体受到的主要力矩进行稳定性分析.7.1.1压紧力矩My液压泵工作时,由于处于排油区的柱塞数量和位置随缸体转角变化,压紧力与合力作用点也随变化,其相应合力矩My也要随转角变化.因为选用九柱塞泵,排油区可能有四个或五个柱塞.下图是五个柱塞排油时柱塞位置.为了便于分析,把每个柱塞的压紧力看成是单位为1的集中载荷.图7-1压紧力合力作用点位置总压紧力矩为7.1.2分离力矩Mf因为分离力由三个部分组成,在内、外封油带上的压力分布是按对数规律分布的.可认为内、外封油带上的分离力是沿着封油带重心弧线r2、r1均匀分布的.弧线的包角仍为,弧线的半径,如图〔7-2〕所示,分别为图7-2分离力合力作用点从数学可知,弧线重心矩为由此可得外,内封油带分离力臂为排油窗的油压力是均布的,因此其分离力合力作用点可用求排油窗扇行面积重心来求得.数学上环扇面积重心矩为由此可得排油窗分离力力臂为分离力总合力作用点可用力平衡式求得,即得总分离力矩7.1.3力矩平衡方程设压紧力矩与分离力矩之比为力矩系数,.则力矩平衡方程为缸体稳定性与有很重要关系,偏大偏小都可以造成缸体倾倒偏磨,直接影响泵输出油液压力大约有脉动.因此,Z=97.2缸体径向力矩和径向支承上面分析了由轴向的压紧力和分离力引起的压紧力矩和分离力矩,通过选择力矩系数使得缸体轴向稳定.但仅此是不够的,因此缸体还受到径向力作用,如果没有可靠的径向约束,缸体倾倒和偏磨仍会发生.下面将分析缸体所受径向力和缸体稳定性的影响与缸体径向支承形式.7.2.1径向力与径向力矩从柱塞受力分析知道,在排油区的柱塞,由于受斜盘约束受有径向力T的作用,对缸体产生以H为支点的倾倒力矩.即式中为任一柱塞球头中心至H点的距离.如图〔7-3〕图7-3径向合力产生的倾倒力矩柱塞径向合力对缸体的倾倒力矩Mt为当个柱塞处于排油区时,径向合力最大.若忽略柱塞惯性力、摩擦力等因素的影响,则柱塞最大径向合力为对于柱塞数Z=9的柱塞泵,有式中―径向合力作用点运动弧长在Z轴上的投影长度.综上所述,要保证缸体不因径向力作用产生倾倒,必须根据径向力大小与作用点变动情况选择可靠的径向支承.安装位置应使支承轴承平面中心与传动轴的交点重合于柱塞球头与传动轴的交点.7.2.2缸体径向力支承型式选用缸体外支承在柱塞径向合力中心位置上设置一缸体外径大轴承,如图〔7-4〕图7-4缸体外支承型式缸体传动的径向力全部由缸体外径轴承支承.这种形式的主要优点是传动轴只起传扭作用,不承受弯矩,因而轴和轴承的设计条件可以大大改善.同时,缸体支承刚度高,多次装配重复性好.由于径向轴承外径大,造成泵的外径尺寸也大,重量增加,径向支承还限制了泵转速的提高.缸体中心的传动轴尺寸较小,缸体结构设计更紧凑.柱塞分布圆直径较小,柱塞数较少〔常取Z=7〕,斜盘倾角较大〔〕.由前面分析可知,缸体倾倒造成偏磨的原因是因为配油盘不动,缸体倾倒后改变了原接触面的相对位置.如果缸体发生倾倒时,配油盘能自动相应变化,保持接触面良好的贴合关系,即配油盘具有自位性,无疑可以避免缸体偏磨和泄漏.为此从结构上采取措施,出现了浮动配油盘、浮动缸体和球面配油盘等多种装置,解决了缸体偏磨等问题.7.3缸体主要结构尺寸的确定7.3.1通油孔分布圆半径和面积Fα为减小油液流动损失,通常取通油孔分布圆半径与配油窗口分布圆半径相等.即式中R2、R3为配油盘窗口内、外半径.通油孔面积近似计算如下图7-5柱塞腔通油孔尺寸式中—通油孔直径,—通油孔宽度,.7.3.2缸体内、外直径D1、D2的确定为保证缸体在温度变化和受力状态下,各方向的变形量一致,应尽量使各处壁厚一致,壁厚初值可由结构尺寸确定.然后进行强度和刚度验算图7-6缸体结构尺寸缸体强度可按厚壁筒验算式中为厚壁筒外径,.缸体刚度也按厚壁筒校验,其变形量为式中E—缸体材料弹性系数；—材料波桑系数,对青铜材料；[]—允许变形量,一般钢质缸体取,青铜则取.当壁厚确定后,可依次定出D1、D27