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经典斜盘式轴向柱塞泵的结构分析与设计详尽教程
b、柱塞比压
p
和比功
pu 的验算
九、关键零部件的设计
3、压盘及斜盘尺寸的确定
十、主要零件的材料与技术要求
(一)柱塞与缸体 柱塞与缸体有两种方案,一种是柱塞为硬的,缸 体为软的;另一种则采用软柱塞硬缸体,在高压大流 量泵中多采用第一种方案。
十、主要零件的材料与技术要求
2、柱塞的设计 a、柱塞长度 L 柱塞长度应等于柱塞的最小 留缸长度、最小外伸长度和最大行程之和。最小 留缸长度 l 0 与泵的工作压力 p H 有关,通常有: 当 p H 20 MPa 时, 0 1.5 ~ 1.8d l 当 p H 30 MPa 时, 0 2.0 ~ 2.5d l
2-6 轴向柱塞泵的设计问题
一、柱塞运动学分析 二、流量脉动 三、困油问题 四、柱塞滑靴的受力分析 五、缸体的受力分析 六、滑靴副的结构 七、配流盘的结构 八、配流盘和缸体的自位结构 九、关键零部件的设计 十、主要零件的材料与技术要求
一、柱塞运动学分析(参考《液压元件》)
滑靴在旋转过程中,由于离心力的 作用,滑靴对于斜盘产生的压紧力将 偏离滑靴的轴线。在此力所引起的摩 擦力的作用下,滑靴、柱塞在运动中 会产生绕自身轴线的旋转运动,转动 的快慢取决于旋转摩擦力的大小。但 这一自旋可以改善滑靴底部的润滑, 对减小摩擦、改善磨损和提高效率均 有利。
直杆式轴向柱塞泵的结构
柱塞与缸体
斜盘对柱塞的作用力: 轴向力由液压力平衡 侧向力造成缸体倾斜(缸体与配流盘之间出 现楔形缝隙,泄漏增大,加剧缸体与配流盘之间的 磨损) 侧向力还造成柱塞与缸体之间的磨损
六、滑靴副的结构
两种设计思想: 1、静压支承原理 2、剩余压紧力原理
六、滑靴副的结构
1、静压支承原理
通常按剩余压紧力法进行配流盘设计。反推 力如过大,则缸体被推开,泵的容积效率大大降低; 反推力过小,则配流盘磨损加剧。
辅助支承的形式:
热楔支承 动压支承 静压支承
七、配流盘的结构
通常按剩余压紧力法进行配流盘设计。反推 力如过大,则缸体被推开,泵的容积效率大大降低; 反推力过小,则配流盘磨损加剧。
开设减振槽(阻尼槽、眉毛 槽)或减振孔(阻尼孔)
四、柱塞滑靴的受力分析
1、柱塞的回程 辅助泵供油强制回程 分散弹簧回程 集中中心弹簧回程 定间隙强迫回程
通轴型直杆式轴向柱塞泵
四、柱塞滑靴组件的受力分析
为了使滑靴以一定大小的力紧贴斜盘回程, 中心回程弹簧必须克服以下诸力: a、柱塞滑靴组件往复运动的惯性力。 b、吸油真空造成吸油区柱塞脱离斜盘的力。 在正常工作时,工作容腔内的吸油真空可取 0.05MPa。 c、柱塞外伸运动的摩擦力。 e、还需要保持一定的剩余压紧力使滑靴紧贴 斜盘,缸体紧贴配流盘,以免在吸油过程中 这两对摩擦副的密封漏气。 通常,中心弹簧的剩余压紧力使这两对 摩擦副的接触比压保持在0.1MPa。
阻尼孔的直径要选得很小。这一方面增 加了阻尼孔堵塞的可能性,同时也必须增大 滑靴直径以获得必要的液压反推力。显然, 这将加大柱塞分布圆直径,增加了泵的用剩余压紧力法来设计滑靴,使滑 靴底部的液压反推力等于柱塞对滑靴压紧 力的95%
七、配流盘的结构
十、主要零件的材料与技术要求
(二)配流盘 配流盘的材料要与缸体对应选取,要配对选取材 料,其中以ZQSn10-1与Cr12MoV有最好的抗咬合能 力。 配流盘淬火(或氮化钢氮化)以后,为了稳定金相 组织还通常进行冷处理和时效处理。 青铜的缸体端面有时为了改善其跑合性和耐腐蚀 性,要镀一层铅或铟。 配流盘表面粗糙度为0.4~0.1左右,配流盘表面 不平度允差约0.005毫米,且只许内凹,不许外凸。
五、缸体的受力分析
1、斜盘对缸体的作用力 斜盘对滑靴的摩擦力通过柱塞传递到缸体上; 此外,斜盘对柱塞的垂直反力中,包括了侧向力 和由离心力引起的摩擦力、返回弹簧力和油压力等在 斜盘上引起的反力。为简化问题,现只考虑油压所引 起的斜盘反力对缸体的作用力与力矩。 2、 配流盘与缸体间流场的作用力 配流盘与缸体间流场的作用力可分为两部分,一 部分为从腰形进出油孔渗入两者缝隙中的油压反推力; 另一部分为配流盘表面的辅助支撑力。一般把两者接 触面内的摩擦力忽略不计。与类似,油压推力的计算 也不考虑。
(一)柱塞与缸体 硬的柱塞材料通常为18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、 GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化钢38CrMoAlA等。 前三种表面渗碳深度要达0.8~1.2毫米,淬火硬度须达到 HRC56~63,其它钢种热处理硬度也要达到HRC60左右。 CrWMn和9SiCr工具钢具有热处理变形小、金相组织稳定 的优点。 GCr15热处理后对应力集中敏感,曾发生过柱塞折断的现 象,尽量少用。 或者在上述材料的表面喷涂或熔敷各种陶瓷层,如ZrO2、 Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末。 缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4,此外也可用 耐磨铸铁或球墨铸铁等。为了节省铜,常用20Cr、12CrNi3A 或GCr15作基体而在柱塞孔处镶嵌铜套,
九、关键零部件的设计
1、缸体 a、 缸体的参数设计 确定斜盘倾角、柱塞直径、柱塞数量和 柱塞分布园直径 b、根据驱动转矩设计泵轴直径(先估算 ) c、缸体的强度计算 找最小壁厚:柱塞孔与缸体外圆之间的壁 厚、 柱塞孔与缸体内圆之间壁厚,柱塞孔 与柱塞孔之间的壁厚。
九、关键零部件的设计
二、流量脉动
1、随着柱塞数的增加,流量不均匀系数 减小 2、流量不均匀系数,奇数柱塞明显优于 柱塞数相近的偶数柱塞,这就是轴向柱 塞泵采用奇数柱塞的原因。 3、大多数轴向柱塞泵柱塞数采用7或9个, 有时小排量可采用5个
三、困油问题
为了保证密封,配油盘吸、排油 槽的间隔角应该等于或略大于缸体底 部腰形孔所对应的中心角。柱塞在偏 离上、下死点位置时,柱塞在缸孔中 的往复运动会使工作容积发生变化。 如果配流盘吸、排油槽的间隔角大于 缸体底部腰形孔道的包角 ,就会 在这一区域内产生困油现象。
十、主要零件的材料与技术要求
(一)柱塞与缸体 缸体的材料通常为ZQSn10-1或ZQAlFe9-4,此 外也可用耐磨铸铁或球墨铸铁等。为了节省铜,常用 20Cr、12CrNi3A或GCr15作基体而在柱塞孔处镶嵌 铜套,
十、主要零件的材料与技术要求
(一)柱塞与缸体 柱塞与孔的配合间隙,以漏损和摩擦损失的总和 最小为宜,在,时,一般取为0.01~0.015(mm), 转速提高或压力降低至10MPa以下,可酌情稍许加 大。 柱塞插入部分要开设深0.3~0.5(mm),宽 0.3~0.7(mm),间距3~10(mm)的均压环槽,保 持锐边,以免楔带污物,并有利于消除污物、颗粒。 柱塞粗糙度0.4~0.1,不圆度、锥度允差<径向间隙 (0.002~0.005mm)的1/4。 孔的粗糙度一般0.8~0.4,不圆度、锥度允差与柱塞 相同。
十、主要零件的材料与技术要求
(三)斜盘与压盘 斜盘多用GCr15,淬火后硬度HRC58~62, 其支承轴瓦通常用ZQAl9-4。 压盘一般多用18CrMnTi,渗碳淬火 HRC60~65。为了避免压盘孔割削滑靴,应将 孔边倒圆。
八、配流盘和缸体的自位结构
泵的加工、装配误差可能造成缸体端面与配 流盘不平行。对通轴式斜盘泵来讲,主轴的挠 曲变形也有可能造成缸体倾斜。为了使缸体和 配流盘能很好贴紧,在结构上可采用自位措施, 使配流表面能自动适应缸体端而的微量倾斜。
1、球面配流 2、浮动缸体 3、浮动式配流盘
八、配流盘和缸体的自位结构
辅助支承的形式:
热楔支承 动压支承 静压支承
八、配流盘和缸体的自位结构
泵的加工、装配误差可能造成缸体端面与配 流盘不平行。对通轴式斜盘泵来讲,主轴的挠 曲变形也有可能造成缸体倾斜。为了使缸体和 配流盘能很好贴紧,在结构上可采用自位措施, 使配流表面能自动适应缸体端而的微量倾斜。
1、球面配流 2、浮动缸体 3、浮动式配流盘
四、柱塞滑靴组件的受力分析
2、滑靴的受力(确定集中弹簧力) 滑靴除承受来自柱塞球头中心的压力、弹簧力和 斜盘的垂直反力外,还要承受离心力和摩擦力。 a、离心力、摩擦力和所需要的压紧弹簧力 b、滑靴气密所需要的弹簧力
四、柱塞滑靴组件的受力分析
3、柱塞滑靴组的受力分析 离心力 液压力 轴向惯性力 摩擦力 斜盘的垂直反力