經(jīng)典斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)詳盡教程.ppt

2-6 軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)問題,一、柱塞運(yùn)動學(xué)分析 二、流量脈動 三、困油問題 四、柱塞滑靴的受力分析 五、缸體的受力分析 六、滑靴副的結(jié)構(gòu) 七、配流盤的結(jié)構(gòu) 八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 十、主要零件的材料與技術(shù)要求,一、柱塞運(yùn)動學(xué)分析（參考液壓元件）,滑靴在旋轉(zhuǎn)過程中，由于離心力的作用，滑靴對于斜盤產(chǎn)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(yùn)動中會產(chǎn)生繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)動的快慢取決于旋轉(zhuǎn)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。,二、流量脈動,1、隨著柱塞數(shù)的增加，流量不均勻系數(shù)減小 2、流量不均勻系數(shù)，奇數(shù)柱塞明顯優(yōu)于柱塞數(shù)相近的偶數(shù)柱塞，這就是軸向柱塞泵采用奇數(shù)柱塞的原因。 3、大多數(shù)軸向柱塞泵柱塞數(shù)采用7或9個(gè)，有時(shí)小排量可采用5個(gè),三、困油問題,為了保證密封，配油盤吸、排油槽的間隔角應(yīng)該等于或略大于缸體底部腰形孔所對應(yīng)的中心角。柱塞在偏離上、下死點(diǎn)位置時(shí)，柱塞在缸孔中的往復(fù)運(yùn)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(nèi)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 開設(shè)減振槽（阻尼槽、眉毛槽）或減振孔（阻尼孔）,四、柱塞滑靴的受力分析,1、柱塞的回程 輔助泵供油強(qiáng)制回程 分散彈簧回程 集中中心彈簧回程 定間隙強(qiáng)迫回程,通軸型直桿式軸向柱塞泵,四、柱塞滑靴組件的受力分析,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(fù)運(yùn)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(shí)，工作容腔內(nèi)的吸油真空可取0.05MPa。 c、柱塞外伸運(yùn)動的摩擦力。 e、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。,四、柱塞滑靴組件的受力分析,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,四、柱塞滑靴組件的受力分析,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,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(cè)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(jìn)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(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)。與類似，油壓推力的計(jì)算也不考慮。,直桿式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu),柱塞與缸體 斜盤對柱塞的作用力： 軸向力由液壓力平衡 側(cè)向力造成缸體傾斜（缸體與配流盤之間出現(xiàn)楔形縫隙，泄漏增大，加劇缸體與配流盤之間的磨損） 側(cè)向力還造成柱塞與缸體之間的磨損,六、滑靴副的結(jié)構(gòu),兩種設(shè)計(jì)思想： 1、靜壓支承原理 2、剩余壓緊力原理,六、滑靴副的結(jié)構(gòu),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(shí)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。,六、滑靴副的結(jié)構(gòu),2、剩余壓緊力原理 采用剩余壓緊力法來設(shè)計(jì)滑靴，使滑靴底部的液壓反推力等于柱塞對滑靴壓緊力的95,七、配流盤的結(jié)構(gòu),通常按剩余壓緊力法進(jìn)行配流盤設(shè)計(jì)。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,七、配流盤的結(jié)構(gòu),通常按剩余壓緊力法進(jìn)行配流盤設(shè)計(jì)。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,八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)上可采用自位措施，使配流表面能自動適應(yīng)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,八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)上可采用自位措施，使配流表面能自動適應(yīng)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,八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu),九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì),1、缸體 a、 缸體的參數(shù)設(shè)計(jì) 確定斜盤傾角、柱塞直徑、柱塞數(shù)量和柱塞分布園直徑 b、根據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)泵軸直徑（先估算 ） c、缸體的強(qiáng)度計(jì)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(nèi)圓之間壁厚，柱塞孔與柱塞孔之間的壁厚。,九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì),2、柱塞的設(shè)計(jì) a、柱塞長度 柱塞長度應(yīng)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(guān)，通常有： 當(dāng) 時(shí)， 當(dāng) 時(shí)， b、柱塞比壓 和比功 的驗(yàn)算,九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì),3、壓盤及斜盤尺寸的確定,十、主要零件的材料與技術(shù)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。,十、主要零件的材料與技術(shù)要求,（一）柱塞與缸體 硬的柱塞材料通常為18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化鋼38CrMoAlA等。 前三種表面滲碳深度要達(dá)0.81.2毫米，淬火硬度須達(dá)到HRC5663，其它鋼種熱處理硬度也要達(dá)到HRC60左右。 CrWMn和9SiCr工具鋼具有熱處理變形小、金相組織穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。 GCr15熱處理后對應(yīng)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，,十、主要零件的材料與技術(shù)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，,十、主要零件的材料與技術(shù)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(shí)，一般取為0.010.015（mm），轉(zhuǎn)速提高或壓力降低至10MPa以下，可酌情稍許加大。 柱塞插入部分要開設(shè)深0.30.5（mm），寬0.30.7（mm），間距310（mm）的均壓環(huán)槽，保持銳邊，以免楔帶污物，并有利于消除污物、顆粒。 柱塞粗糙度0.40.1，不圓度、錐度允差徑向間隙(0.0020.005mm)的1/4。 孔的粗糙度一般0.80.4，不圓度、錐度允差與柱塞相同。,十、主要零件的材料與技術(shù)要求,（二）配流盤 配流盤的材料要與缸體對應(yīng)選取，要配對選取材料，其中以ZQSn10-1與Cr12MoV有最好的抗咬合能力。 配流盤淬火(或氮化鋼氮化)以后，為了穩(wěn)定金相組織還通常進(jìn)行冷處理和時(shí)效處理。 青銅的缸體端面有時(shí)為了改善其跑合性和耐腐蝕性，要鍍一層鉛或銦。 配流盤表面粗糙度為0.40.1左右，配流盤表面不平度允差約0.005毫米，且只許內(nèi)凹，不許外凸。,十、主要零件的材料與技術(shù)要求,（三）斜盤與壓盤 斜盤多用GCr15，淬火后硬度HRC5862，其支承軸瓦通常用ZQAl9-4。 壓盤一般多用18CrMnTi，滲碳淬火HRC6065。為了避免壓盤孔割削滑靴，應(yīng)將孔邊倒圓。,