柱塞泵设计与计算斜盘式

1、目录第 1章 绪论第 2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2、2 斜盘式轴向柱塞泵主要性能参数第 3章 斜盘式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析3、1 柱塞运动学分析3、1、 1 柱塞行程 s3、1、 2 柱塞运动速度 v3、1、 3 柱塞运动加速度 a3、2 滑靴运动分析3、3 瞬时流量及脉动品质分析3、 3、 1 脉动频率3、 3、 2 脉动率第 4章 柱塞受力分析与设计4、1、14、1、24、1、34、1、44、1、54、1、64、1 柱塞受力分析 柱塞底部得液压力 Pb 柱塞惯性力 Pg 离心反力 Pl 斜盘反力 N 柱塞与柱塞腔壁之间得接触力 P1 与

2、 P2 摩擦力 p1f 与 P2f4、2 柱塞设计4、2、 1 柱塞结构型式4、2、 2 柱塞结构尺寸设计4、2、3柱塞摩擦副比压P、比功pv验算第 5章 滑靴受力分析与设计5、1 滑靴受力分析5、1、 1 分离力 Pf5、1、 2 压紧力 Py5、1、 3 力平衡方程式5、2 滑靴设计5、 2、 1 剩余压紧力法5、 2、 2 最小功率损失法5、3 滑靴结构型式与结构尺寸设计5、 3、 1 滑靴结构型式5、3、 2 结构尺寸设计第 6章 配油盘受力分析与设计6、1 配油盘受力分析6、1、 1 压紧力 Py6、1、 2 分离力 Pf6、1、 3 力平横方程式6、2 配油盘设计6、 2、 1 过

3、度区设计6、 2、 2 配油盘主要尺寸确定6、2、3 验算比压P、比功pv第 7章 缸体受力分析与设计7、1缸体地稳定性7、1、1压紧力矩 My7、1、2分离力矩 Mf7、1、3力矩平衡方程7、2缸体径向力矩与径向支承7、2、1径向力与径向力矩7、2、2缸体径向力支承型式7、3缸体主要结构尺寸得确定7、3、1通油孔分布圆半径7、3、2缸体内、外直径 D1、7、3、3缸体高度 HRf 与面积FaD2得确定结论摘要斜盘式轴向柱塞泵就是液压系统中得主要部件， 斜盘式轴向柱塞泵就是靠柱塞在柱 塞腔内得往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油与排油得，就是容积式液压泵，对于斜 盘式轴向柱塞泵柱塞、滑靴、配油盘

4、缸体就是其重要部分，柱塞就是其主要受力零件之 一，滑靴就是高压柱塞泵常采用得形式之一，能适应高压力高转速得需要，配油盘与缸 体直接影响泵得效率与寿命，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AbstractThe inclined dish type and axial pump with a pillar is a main

5、part in liquid press system ，The inclined dish type and axial pump with a pillar is a back and forth movement by pillar to fill the inside of the pillar cavity，in order tochange the pillar fills the contents of cavity to realize the oil of inhaling with line up oily ，Is a capacity type liquid to pre

6、ss the pump 、 Fill to pillar to pump for the inclined dish type stalk the pillar fill, slip the boots and go together with the oil dish an is its importance part、 The pillar fills is itsuffer the one of the dint spare parts primarily 、 The slippery boots is one of the form that high pressure pillar

7、fill the pump to often adopt 、 It can adapt to the high demand turning soon in high pressure dint, go together with the oil dish and the efficiency of the direct influence in a pumpwith life span、 Because of going together with the oil dish fills ,pillar and a slippery boots these two rightness of h

8、ighspeeds the sport the vice- all adopting a the static pressureaccepts 、 The province went to the big capacity push the bearings, have the construction tightly packed, the spare parts is little, the craft is good, the cost is low, the physical volume is small, the weight is light, comparing the pat

9、h face to pump the construction simple etc、 Because the inclined dish typestalk fills to pillar the pump to realizes to have no easily the class changes the deal, maintain convenience and so on、Key words the inclined dish pillar pump slippery boot crock body第 1 章 绪论近年来，容积式液压传动得高压化趋势，使柱塞泵尤其轴向柱塞泵得采用日益

10、广泛。 轴向柱塞泵主要有结构紧凑，单位功率体积小，重量轻，压力高，变量机构布置方便， 寿命长等优点，不足之处就是对油液得污染敏感，滤油精度要求高，成本高等。轴向柱 塞泵分为盘式柱塞泵与阀式柱塞泵，盘式轴向柱塞泵包括斜轴式轴向柱塞泵与斜盘式轴 向柱塞泵。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，缸体对配油盘得倾复可能性小，有利于柱塞副与配油 部位工作，另外，允许得倾角大，可就是，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

11、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，重量轻等优点，从而使该泵获得 了迅速发展，并且由于轴向泵比径向泵结构简单，制造成本低；斜盘式轴向柱塞泵容易 实现无级变量，体积小，重量轻，维修方便；因而斜盘式轴向柱塞泵比较其她泵在技术 经济指标上占很大优势，所以，斜盘式轴向柱塞泵在不断地改进与发展，其发展方向就 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 发展得要求。斜盘式轴向柱塞泵就是液压系统中得主要部件，斜盘式轴向柱塞泵就是靠柱塞在柱塞 腔内得往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油与排油得。就是容积式液压泵得一种。柱 塞式

12、液压泵由于其主要零件柱塞与缸体均为圆柱形，加工方便，配合精度高，密封性能 好，工作压力高而得到广泛得应用。轴向柱塞泵有非通轴与通轴两种。非通轴式得径向载荷由缸体外周得大轴承所平衡以 限制缸体得倾斜，因此传动轴只传递扭矩，轴径小，由于存在缸体得倾斜力矩，因而制 造精度较高，否则易损坏配油盘。但对于通轴式得传动轴穿过斜盘取消了大轴承，径向 载荷由传动轴支撑，并且重量轻、体积小、零件种类少，可以串联辅助泵便于集成化， 缸体倾斜力矩由主轴承受，因而转动轴径大。柱塞就是斜盘式轴向柱塞泵得主要受力零件之一；滑靴就是目前高压柱塞泵常采用得 形式之一，能适应高压力高转速得需要； 配油盘设计得好坏也直接影响泵得

13、效率与寿命。斜盘式轴向柱塞泵被广泛使用与工程机械、 起重运输、 冶金 、航空、 船舶等都种领 域，在航空中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，使飞机上所 用得液压泵中最主要得一种形式，尤其就是在煤炭行业得高压重载液压系统中，更就是 得到广泛应用。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得运动原理都就是曲柄连杆机构得演变，因而，它们得运动与动力分析 就可以用统一得方程式来描述。斜盘式轴向柱塞泵主要结构如图（ 2-1 ）。柱塞得头部安装有滑靴，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

14、倾 斜角Y,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180o36Oo 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，直至死 点（对应0。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，这就是吸油过程。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。 在这个过程中柱塞腔，2凶一凶/5/3-配油盘 4-传动轴5-斜盘1-柱塞2-缸体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刚好与配油盘排油窗相通，油液通过排油窗排出。这就就是排

15、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，泵便连续地吸油与排 油。2、2斜盘式轴向柱塞泵主要性能参数1排量、流量与容积效率轴向柱塞泵排量qb就是指缸体旋转一周，全部柱塞腔所排出油液得容积，即qbFZSmaxZdZSmaxZ4斜盘倾斜角取18 ；不计容积损失时，泵理论流量Qib为2Qlb qmdZSmaxZ nb4式中dZ 柱塞外径d24mm ；Fz 柱塞横截面积Fz 7 dZnb 传动轴转速 nb1500r/min从图可知，柱塞最大行程为SmaxDftg74 tg18 23mm式中Df 柱塞分布圆直径Df 74mm ；所以，泵得理论流量就是Qlb qb

16、nb 94500ml泵得实际输出流量Qsb QlbQb 95400 197198292321ml泵容积效率vb为Vb Qb 92321 96.7%Qlb95400泵得机械效率为mb 90%所以，泵得总效率为容积效率与机械效率之积,b 87%第三章斜盘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。这两个运动得合成，使柱塞轴线上一点得运动轨 迹就是一个椭圆。此外，柱塞还可能有由于摩擦而产生得相对缸体绕其自身轴线得自转 运动，此运动使柱塞得磨损与润滑趋于均匀，就是有利得。3、1柱塞运动学分析柱塞运动学分析

17、，主要就是研究柱塞相对缸体得往复直线运动。即分析柱塞与缸体做 相对运动就是得行程、速度与加速度，这种分析就是研究泵流量品质与主要零件受力状况 得基础。3、1、1柱塞行程s下图为一般带滑靴得轴向柱塞泵运动分析图。若斜盘倾角为Y,柱塞分布圆半径为Rf，0缸体或柱塞旋转角为a,并以柱塞腔容积最大时得上死点位置为0 ，则对应于任一旋转角a时，3 k . VA- L- J II, Pl . - / -一厂、Smax图3-1柱塞运动分析Rf Rf cosRf所以柱塞行程s为s htgRf(1cos )tg(3-1 )当a =1800时，可得最大行程Smax为Smax 2 RftgDftg 37 tg180

18、 23mm3、1、2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dsV 一dt竺色 Rf tg sin da dt(3-2 )90及 270时，sin1，可得最大运动加速度Vmax为式中3、VmaxRf tg为缸体旋转角速度,0.037 157 tg1801.766m/s1、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dvdtdv daRfda dt2tg cos(3-3)当00 及 1800 时，cos1，可得最大运动加速度amax为amaxRf2tg 0.037 1572 tg180 2 78.83m/s23、2滑靴运动分析研究滑靴得运动，主要就是分析它

19、相对斜盘平面得运动规律，也即滑靴中心在斜盘平短轴分别为面xoy内得运动规律（如图），其运动轨迹就是一个椭圆。椭圆得长、短轴长轴2b2a 2Rf设柱塞在缸体平面上A点坐标237077.38mmcos cos182 37 74mmRf sinRf cos那么A点在斜盘平面xoy得坐标为Rf sinRfcoscos如果用极坐标表示则为矢径RhJx2y2Rfj1 tg2 cos2极角arctg (cos cos )滑靴在斜盘平面xo y内得运动角速度k为cosdk dt cos2 cos2 sin2由上式可见，滑靴在斜盘内就是不等角速度运动，当a时，k最大（在短轴位置）为157hmax cor 師 1

20、64.17rad/s时，k最小（在长轴位置）为hmincos 157 COS180150.14rad /s点旋转一周（2 ）得时间等于缸体旋转一周得时间。因由结构可知，滑靴中心绕 此其平均旋转角速度等于缸体角速度，即np3、3瞬时流量及脉动品质分析柱塞运动速度确定之后，单个柱塞得瞬时流量可与成QtiFzViFzRf tg sin式中Fz为柱塞截面积，Fz-dZ2 2(0.024)452.4mm。44柱塞数为Z=7,柱塞角距为222 ，位于排油区地柱塞数为Z7各个柱塞瞬时流量为Qt1FzRftgsinQt2FzRftgsi n()Qt3FzRftg*、sin(2 )QtZoFzRf*、tgsin

21、(Zo 1)泵得瞬时流量为Z），那么参与排油得QtQtiQt2QtzoFzRf tgzosini 1(i1)FzRf tgsinFin(Zoz)-(3-4)si n z由上式可以瞧出，泵得瞬时流量与缸体转角有关，也与柱塞数有关。对于奇数（Z=7）排油区得柱塞数为Zo,由式（3-4 ）可知瞬时流量为时，取Zo42FzRftgcos()2Z取Zo3，由式（3-4）可得瞬时流量Q Fz Rf tg3COs(方2sin2Z2Z时，可得瞬时流量得最小值为Qt minFZ Rfcos tg 2si n 2Z452.4cos0.037 157 tg1801222.05ml2 sin 2 7一、时,2Z 2Z

22、可得瞬时流量得最大值为Qt maxFZRftg 一1一2 sin 2Z452.40.037 157 tg1801253.5ml奇数柱塞泵瞬时流量规律见图图3-3奇数柱塞泵定义脉动率Qtmax Qtmin 0.0025Qtp式中Qtp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2就是偶数泵均为Qtp1 Z Z 一 Qtdt FZ Rf一 0Z-542.4 0.037tg157 tg18012436ml3、3、1脉动频率因为奇数柱塞泵，所以f 2Zn 2 7 1500r/min210003、3、2脉动率因为奇数柱塞泵，所以根据计算值，将脉动率2sin22 sin22.51%2Z

23、4 7e与柱塞Z画成下图得曲线叫1-1H.：t-14,IL-109-V.一-c0S 7 H 5：C：llPIl*在泵得结构尺寸确定后,取决于吸排有压力差得大小。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得压力冲击，应改变压缩角 适应压力差得变化。简单得方法就是在过渡区开设减振槽。Vi / V/3丄、耳a 2 7j 一一图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得体积压缩量 50%+算；而减振槽按余下地50%+算。得 coa 11(12Vo 、Pb PoETdZRftg2柱塞腔接通减振槽过程中，减振槽两端得压力差P就是变化得。开始 P

24、 =0,完全接通后P Pb Po，取近似平均压力差为1 P，则通过减振槽得单位时间流量为2Qodo P128 lo 2而油液通过减振槽得单位时间就是Qo把上式带入Q式中可得减振槽得设计尺寸为d； 128 Vl0Ey1经多次验算得d0 2mml0 12mm减振槽有多种形式，如等截面得沟槽，也有变截面得三角槽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配油窗口包角0，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VoQ|bF2Vo式中Qlb 泵理论流量;2配油窗面积，F2(r|2R；)Vo许用吸入流速,Vo2 3m/s由此可得R；R322

25、Q|2 94500ovo52 57561.5mm2、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，在加上离心力得作用，泄流量比内封油带泄流量大，取 bi略大于b2，即b-iRi R2 0.125dZ 3mmb2R3 R4(0.1 0.125)dz 2.7mm当配油盘受力平衡时，可得R12R22R32R：Riln R2R3ln R4zZdl (1)2计算出得结果经多次调整得到得为R1=40、5 R 2=37 R 3=27 R 4=12、5取 B=10mm6、2、3验算比压P、比功pv为使配油盘得接触应力尽可能减小与使缸体与配油盘之间保持液体摩擦，配油盘应有 足够得

26、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 得通油槽，起卸荷作用。配油盘得总支承面积 F为2 2 2 2F 7(D D5 D1 D4)(F1 F2 F3)225)(800837.7 670.2)2 2 2-(110 9081425495.8mm3_Li-oSI式中 F 1图6-4配油盘主要尺寸确定 辅助支承面通油槽面积；Fi=KB( R-R)=8 10 (55 45)800mm2( K为通油槽个数，取K=8mmB为通油槽宽度,F2、F3吸、排油窗口面积。F25222 (3727)837.7mm12F3-(372272)62670.2mm配油盘比压p为Pyp

27、十Pt74.4671.135495.81.55M Pa ppy 配油盘剩余压紧力 t 中心弹簧压紧力式中P在配油盘与缸体这对摩擦副材料与结构尺寸确定后, 算pv值，即不因功率损耗过大而磨损，应验pvpVp 1.55 1.482.294MPa pv式中vp为平均切线速度，vp第七章(D4 D) (25 110)1.48m/s2 2缸体受力分析与设计7、1缸体得稳定性在工作过得配油盘表面常瞧到在高压区一侧有明显得偏磨现象，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，油液粘性与润滑性下降，而影响到泵得寿命。 缸体就是一个复杂得受力体，造成偏磨得原因，除了可能有受力不平衡，使缸体发生倾 倒。下面就缸体受到得主要力矩进行稳定性分析。7、1、1压紧力矩M液压泵工作时，由于处于排油区得柱塞数量与位置随缸体转角变化，压紧力P