轴向柱塞泵的设计本科毕业设计

毕业设计（论文）说明

轴向柱塞泵的设计

云南锡业职业技术学院毕业设计（论文）课题申报表

专业： 机电一体化 班级： 2009级机电2班 指导教师： 轴向柱塞泵的设计 毕业设计（论文）课题 课题组学生名单： 课题要求： 合理的设计轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴及机械原理，并要综合考虑轴向柱塞泵的实用性、和综合性能。掌握一定基本原理，基本方法，解决一些实际问题。力求投资少，成本低，可靠性好。 有良好的可扩展性和实用价值，符合未来泵业的发展。 课题内容简要： 首先从对机械制造（泵业）的发展概况进行了解，然后对轴向柱塞泵的基本结构进行分析，并作了详细的研究，从而设计轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴。因为轴向柱塞泵的特殊的工作环境，和轴向柱塞泵的机械结构的选择，然后综合设计轴向柱塞泵。 课题的进度安排： 1、2011年12月22日毕业设计领导小组根据学生选题，指定指导教师。 2、2011年12月23日至12月24日指导教师拟定设计任务书，下达毕业设计任务书。 3、2011年12 月25日至2012年3月12日收集有关技术资料、数据。 4、2012年3月13日至3月18日学生在指导教师指导下完成初稿，将设计说明书电子版交指导教师。 5、2012年4月14日小组答辩。 6、2012年4月15日大会答辩。 教研室意见 系（部）意见 毕业实习地点 云南黄金矿业集团股份有限公司金平长安金矿 备 注 2012年 3 月 30 日

云南锡业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 学生姓名 冯麒玮 学号 轴向柱塞泵的设计 200908084 班级 2009级机电2班 在此轴向柱塞泵的设计中，柱塞是设计中的核心部分，因为柱塞无论从那个方面都可以影响到轴向柱塞泵的性能。所以，首先，应综合考虑柱塞各个方面的性能。其次，由于轴向柱塞泵的工作环境特殊，被广泛用于主要任务 电厂、矿山、冶金、交通、建材等部门输送灰浆、矿浆、泥浆、煤浆等含及目标 有颗粒的磨蚀性介质，合理的选择柱塞及其他零部件的材料，以便可以使轴向柱塞泵机械性能更加协调。 主要内容：通过对轴向柱塞泵的相关知识的了解，通过了解和研究，主要内容与基本要求或技术数据 对轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴，依次进行设计和选择，最后综合起来完成轴向柱塞泵的设计。 基本要求：在此柱塞泵的设计中，要满足柱塞泵使用性能，以及满足泵业的发展方向和发展趋势，而达到提高轴向柱塞泵的综合性能。 1、2011年12月22日毕业设计领导小组根据学生选题，指定指导教师。 2、2011年12月23日至12月24日指导教师拟定设计任务书，下达毕业设计任务书。 进度安排 3、2011年12 月25日至2012年3月12日收集有关技术资料、数据。 4、2012年3月13日至3月18日学生在指导教师指导下完成初稿，将设计说明书电子版交指导教师。 5、2012年4月14日小组答辩。 6、2012年4月15日大会答辩。 指导教师签字： 2011年12月23日 系主管领导签字： 2011年12月24日

云南锡业职业技术学院毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目： 学生姓名 [1]姜继海.高等学校“十一五”规划教材/机械类.液压传动[M].第四版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.8（2010.8重印） [2]陈榕林，张磊.液压技术与应用[M].第一版.北京：电子工业出版社，2002. [3]成大先.机械设计手册[M].第三版.北京：化学工业出版社，1996. [4]俞新陆.液压机[M].北京：机械工业出版社，1990. [5]秦勇.液压机技术的现状与发展趋势[J].煤矿机械，2002（11），10~12. 参考文献 [6]孙恒，陈作模.机械原理[M].第六版.北京：高等教育出版社，2001. [7]姜佩东.液压与气动技术[M].北京：高等教育出版社，2000. [8]罗晴岚.跨世纪中国锻造业的发展方向[J].锻压机械，2001（5）：1～4. [9]黄宏甲.黄宜.液压传动[M].北京：机械工业出版社，1999. [10] 李永堂，付建华，白墅洁，张文杰.锻压设备理论与控制[M].第一版.北京：国防工业出版社，2005. [11]路勇祥.团结奋斗、开拓创新，建设制造业强国[z].制造业未来与中国,2002（12）：15～18. [12]闻德生.斜盘型开路式轴向柱塞泵北京；机械工业出版社，1993.9 课题的来源和意义：在现代科学技术的许多领域中，轴向柱塞泵由于柱研究或解决的问题用于工作压力高、流量大而又需要调节的液压系统中。随着工业技术的不和拟采用断发展，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的方法： 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，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，塞结构紧凑、工作压力高、效率高、容易实现变量等优点，因此被广泛应冯麒玮 轴向柱塞泵的设计 学号 200908084 班级 2009级机电2班

控制流量大小。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。 课题的研究内容：设计的实用性很强，主要内容是对轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴，依次进行设计和选择，以从实际出发设计高综合性能的轴向柱塞泵。 课题的研究目标：轴向柱塞泵工作的同时，不仅要满足它的实用性，还要达到泄露减少、噪声振动降低、可靠性增加、使用寿命延长等要求。考虑到轴向柱塞泵的工作环境问题，轴向柱塞泵在工作时必须能实现耐高压、高效率、大流量、容易实现多种方式调节变量。 研究方法：首先，了解液压泵的相关知识，了解轴向柱塞泵的工作原理，然后从柱塞泵结构的细节着手。其次，从轴向柱塞泵的实用价值为出发点，根据柱塞泵的运行环境和工作性质，以及工作时间和泵的输送介质（多为含有颗粒的磨蚀性介质），还有柱塞泵各个零部件的受力情况，综合考虑选择柱塞泵的设计材料。最后，综合分析、综合选择、对此设计有综合的构思，从而完成此设计。 指导教师意见 指导教师签字： 2011年12月26日 系主管领导签字： 2011年12月27日

云南锡业职业技术学院毕业设计（论文）成绩表

设计（论文）题目： 学生姓名 冯麒玮 学号 轴向柱塞泵的设计 200908084 签名： 年 月 日 班级 2009级机电2班 评语 指导教师评语 成绩 答辩主答委员评语 评语 成绩 签名： 年 月 日 成绩 系部签字盖章： 教务处签字盖章： 2012年4月16日 2012年4 月 17日 签字 毕业设计领导小组组长签字盖学院章： 2012年 4 月 18 日 成绩

目 录

前 言 .................................................................................................................................................... 1 绪 论 ........................................................................................................................................................ 2 1.轴向柱塞泵概述 ...................................................................................................................................... 4 1.1轴向柱塞泵简介 ............................................................................................................................... 4 1.2 轴向柱塞泵的分类 .......................................................................................................................... 5 1.3斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 ....................................................................................................... 8 1.4 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量 .................................................................................................. 9 1.5 轴向柱塞泵困油现象 ..................................................................................................................... 9 2. 斜盘式轴向柱塞泵主要零件受力分析 .............................................................................................. 10 2.1柱塞受力分析 ................................................................................................................................. 10 2.2滑靴受力分析 ................................................................................................................................. 14 2.3配流盘受力分析 ............................................................................................................................. 18 2.4缸体的受力分析 .............................................................................................................................. 21 3.斜盘式轴向柱塞泵主要零部件设计 .................................................................................................... 23 3.1主要零件的材料与技术要求 ......................................................................................................... 23 3.2柱塞的结构设计 ............................................................................................................................. 24 3.3滑靴的结构设计 ............................................................................................................................. 29 3.4配流盘的结构设计 ......................................................................................................................... 31 3.5缸体的结构设计 ............................................................................................................................. 34 3.6柱塞回程机构设计 ......................................................................................................................... 36 3.7变量机构设计 ................................................................................................................................. 38 4.轴向柱塞泵的故障诊断与排除 ............................................................................................................ 41 4.1柱塞泵的应用背景 ......................................................................................................................... 41 4.2 柱塞泵常见故障的原因分析 ........................................................................................................ 42 4.3 柱塞泵常见故障的排除 ................................................................................................................ 43 结论 ............................................................................................................................................................ 44 致谢 ............................................................................................................................................................ 45 参考文献 .................................................................................................................................................... 46

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轴向柱塞泵的设计

【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﹑配流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.还有对缸体的材料选用以及校核很关键;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.该设计最后对轴向柱塞泵的优缺点进行了整体的分析,对今后的发展也进行了展望。

斜盘式轴向柱塞泵是液压系统中的主要部件，它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，柱塞、滑靴、配流盘、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，它能适应高压力高转速的需要；配流盘与缸体直接影响泵的效率和寿命。由于配流盘与缸体、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，因此它具有结构紧凑、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,轴向，液压系统,结构型式,

前 言

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，

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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。

由于科学技术日新月异的发展，在生产流程中对轴向柱塞泵的使用要求越来越高，技术要求：结构紧凑、零件少、工艺性好、成本低、体积小、重量轻、易实现无级变量、维修方便等。因此，对高校机电工程类学生来说，了解和学习这些重要技术，已是必不可少的。本设计主要是对轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴，依次进行设计和选择，以从实际出发设计高综合性能的轴向柱塞泵。

本设计书的总目标是解决轴向柱塞泵的技术要求及应用问题，培养和提高自身分析问题和解决问题的能力。设计者个人认为只有掌握一定的基本原理、基本方法，通过基本技能的训练和实际使用的研究，才能真正实现上述目标。

本设计书在编写上力求突出针对性、实用性和先进性。叙述方法深入浅出、主次分明、详略得当，尽可能体现出技术特色，为大家在以后的学习和设计中提供一份强有力的帮助和参考。

由于设计者水平有限，加之时间仓促，书中难免出现疏漏或不妥之处，恳请老师批评指正为谢。

绪 论

一、轴向柱塞泵的发展历史

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

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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，使我国轴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JBP系列机电控制式轴向柱塞泵，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。当今社会，科学技术发展日新月异，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。随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于轴向柱塞泵的研究，使仿真和试验更为接近现实，轴向柱塞泵设计和优化的效率大大提高。

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。 二、轴向柱塞泵设计说明

本设计的实用性很强，由于轴向柱塞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。因此在设计时综合考虑，从实际出发设计高综合性能的轴向柱塞泵。主要设计内容是对轴向柱塞泵的斜盘、回程盘、滑靴、柱塞、缸体、配流盘和传动轴，依次进行设计和选择，综合分析、综合选择、对此设计有综合的构思，从而完成此设计。

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1.轴向柱塞泵概述

1.1轴向柱塞泵简介

轴向柱塞泵是活塞或柱塞的往复运动方向与缸体中心轴平行的柱塞泵。轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。由于柱塞和柱塞孔都是圆形零件，加工时可以达到很高的精度配合，因此容积效率高，运转平稳，流量均匀性好，噪声低，工作压力高等优点，但对液压油的污染较敏感，结构较复杂，造价较高。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。轴向柱塞泵由于柱塞结构紧凑、工作压力高、效率高、容易实现变量等优点，因此被应用于工作压力高、流量大而又需要调节的液压系统中。可广泛用于电厂、矿山、冶金、交通、建材等部门输送灰浆、矿浆、泥浆、煤浆等含有颗粒的磨蚀性介质。

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轴向柱塞泵的不足。由于轴向泵结构上的特点，轴配流轴向柱塞泵耐冲击、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（ BOSCH）公司、沃依特（ VOITH）公司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产90mL以下规格的泵，沃依特公司只生产 110一250mL／r规格的泵。

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。当今社会，可进发展日新月异，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。随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于轴向柱塞泵的研究，使仿真和试验更为接近现实，轴向柱塞泵设计和优化的效率大大提高。

产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求创新，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：

（1） 输送介质的多样性

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（2） 产品结构的差异性 （3） 运行要求的不同性

从输送介质来看，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，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也提出了新要求。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、可调性增加、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。

目前我国的轴向柱塞泵技术还比较落后，但旺盛的需求对轴向柱塞泵技术的发展有很大的推动作用。因此只要能紧跟国际技术潮流，发挥后发优势，一定能赶上国际先进水平，甚至后来居上。

1.2 轴向柱塞泵的分类

一、柱塞相对于中心线的位置决定了是径向泵还是轴向泵的基本形式 。 按柱塞排列方式分为：径向柱塞泵和轴向柱塞泵

1.径向柱塞泵如图1-1， 特征：各柱塞排列在 传动轴半径方向， 即柱塞中心线垂直 于传动轴中心线 。 分为：

配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵

2.轴向柱塞泵 特征： 柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线，沿轴向运动

轴向柱塞泵根据倾斜元件的不同可以分为：

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（1）斜盘式（如图1-2）

又称直轴式。传动轴中心线与缸体中心线重合,斜盘与传动轴倾斜一定角度。

（2）斜轴式（图1-3） 传动轴中心线与缸体中心线倾斜一定角度

○1工作原理

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图1-2 斜盘式轴向柱塞泵工作原理图

图1-3 斜轴式无铰轴向柱塞泵

1、传动轴 2、连杆 3、柱塞 4、缸体 5、配流盘

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与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴之间存在一个摆角β。柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。 2特点 ○

柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。 二、柱塞泵与齿轮泵和叶片泵的相比较,具有以下特点: 1、压力高 2、容积效率高 3、流量容易调节

故适用于高压、大流量、大功率的液压系统中。

轴向柱塞式液压泵只要改变斜盘（缸体）的斜角γ，使柱塞往返运动行程改变，从而改变泵的排量V，就可以实现变量。 三、径向柱塞泵与轴向柱塞泵相比的优缺点：

径向柱塞泵与轴向柱塞泵相比，效率较低，竞相尺寸大，转动惯量大，自吸能力差，且配流轴向受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，这些限制了转速和压力的提高，故应用范围较小。

四、斜轴式轴向柱塞泵与直轴式轴向泵有以下特点

1、柱塞是由连杆带动运动的，所受径向力很小允许缸体有较大摆动。 2、缸体收到的倾倒力矩很小，缸体端面与配油盘贴合均匀。 3、结构坚固，抗冲击性好。 4、对油的过滤精度要求低。

5、由于须采用大容量推力轴承来承受偏心轴向载荷，而轴承寿命低，成为泵的薄弱环节。

6、缸体与传动轴在转动时存在转差速，因而在大容量时，允许转速低。 五、斜盘式轴向柱塞泵的结构特点

1、三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高， 额定压力可达40MPa。 2、泵体上有泄漏油口。

3、传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。

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4、为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：5，7，9。

5、为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。 1.3斜盘式轴向柱塞泵的工作原理

轴向柱塞泵是依靠柱塞在缸体孔内的往复运动，造成密封容积的变化，来实现吸油和排油。直轴式轴向柱塞泵的结构如图1-5所示，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（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。缸体按 n方向旋转，在180?～360?范围内，柱塞由180?开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至0?。在这过程中，柱塞腔刚好与配流盘吸油窗相通，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?，柱塞在斜盘约束下开始不断进入腔内，柱塞腔容积不断减小，直至下孔点止。在这过程中，柱塞腔刚好与配流盘排油窗相通，油液通过排油窗排出。这就是排油过程。可见，缸体每转一圈，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。如果改变传动轴的旋转方向或斜盘的倾斜方向，就可改变泵的吸、排油方向；泵的排量大小可通过改变斜盘的倾角γ的大小来实现。这也是斜盘式轴向柱塞泵通常为双向变量泵的原因。

1-斜盘 2-回程盘 3-滑靴 4-柱塞 5-缸体 6-配流盘 7-传动轴

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图1-5 斜盘式轴向柱塞泵工作原理

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1.4 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量

若柱塞数目为z，柱塞直径为d,柱塞孔的分布圆直径为D,斜盘倾斜角为γ，当缸体转动一转时，柱塞泵的 排量 (V)

1212V??dhZ??dD(tan?)Z44式中

z—柱塞数，d—柱塞直径; h—柱塞行程； D—柱塞中心分布圆直径;?—斜盘倾角。

实际输出流量(q)

式中

12q?Vn?V??dZD(tan?)n?V4z—柱塞数，d—柱塞直径; h—柱塞行程； D—柱塞中心分布圆直径;?—斜盘倾角。

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z采用7或9个，有时小排量可采用5个

1.5 轴向柱塞泵困油现象

柱塞泵困油问题 为了保证密封，配流盘吸、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

??，就会在这一区域内产生困油现象。 体底部腰形孔道的包角

解决困油现象：

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开设减振槽（阻尼槽、眉毛槽） 或减振孔（阻尼孔）

图1-5 配流盘困油现象分析 a)无减震槽配油盘 b)有减震槽配油盘

2. 斜盘式轴向柱塞泵主要零件受力分析

2.1柱塞受力分析

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。图2-1是带有滑靴的柱塞受力分析简图。

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图2-1 柱塞受力分析

作用在柱塞上的力有： （1）柱塞底部的液压力Pb

柱塞位于排油区时，作用于柱塞底部的轴向液压力Pb为 pt??4dxpmax?12560(N) （2-1）

2式中 Pmax—泵最大工作压力。 （2）柱塞惯性力PB

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PB为 PB??mZa??GZRf?2tg?cosa??101 （2-2） g式中mz﹑Gz为柱塞和滑靴的总质量。

惯性力PB方向与加速度a的方向相反，随缸体旋转角a按余弦规律变化。当

a?0?和180?时，惯性力最大值为

PBmax?GZRf?2tg??243(N) （2-3） g 第 11 页 共 53 页

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（3）离心反力Pt

柱塞随缸体绕主轴作等速圆周运动，有向心加速度at，产生的离心反力Pt通过柱塞质量重心并垂直轴线，是径向力。其值为

Pt?mZat?907(N) （2-4） （4）斜盘反力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T0 即

P?Ncos??12132(N) （2-5）

T?Nsin??3462(N)轴向力P与作用于柱塞底部的液压力Pb及其它轴向力相平衡。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。

（5）柱塞与柱塞腔壁之间的接触应力p1和p2

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pf引 起的接触应力p1和p2可以看成是连续直线分布的应力。

（6）摩擦力P1f和P2f

柱塞与柱塞腔壁之间的摩擦力pf为

Pf?(P(N) （2-6） 1?P2)f?2592式中 f为摩擦系数，常取f=0.05～0.12，这里取0.1。

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，N﹑p1和p2可以通过如下方程组求得 ?y?0 Nsin??p1?p2?pt?0

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云南锡业职业技术学院设计（论文）

?z?0

Ncos??fp1?fp2?pb?ps?0 （2-7）

?M0?0l?l?d??l?p1?l?l0?02??p2?l?2??fp1z3?2?3??d?fp2z?ptlt?02式中 l0—柱塞最小接触长度，根据经验l0=(1.5-2)d，这里取l0=2d=44mm； l—柱塞名义长度，根据经验l=(2.7-3.7)d，这里取l0=3d=189mm； l1—柱塞重心至球心距离，lt=l0-l2?44?21?23mm

以上虽有三个方程，但其中l2也是未知数，需要增加一个方程才能求解。 根据相似原理有

p1maxl0?l0? （2-8） p2maxl21p1max(l0?l2) 21 p2?pzmaxl2dz

2又有 p1?p1(l0?l2)2?所以 2p2l2p1(l0?l2)2?将式代入Nsin??p1?p2?pt?0求解接触长度l2。为简化计算，力矩2p2l2方程中离心力Pt相对很小可以忽略，得

6ll?4l0?3fdZl0 l2?0?21mm （2-9）

12l?6fdZ?6l0p1(l0?l2)2?将式代入Ncos??fp1?fp2?pb?ps?0可得 2p2l22 第 13 页 共 53 页

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