大排量斜盘式轴向柱塞泵的设计Word格式.docx
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大排量斜盘式轴向柱塞泵的设计Word格式.docx
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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他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。
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。
是容积式液压泵的一种。
柱塞式液压泵由于其主要零件柱塞和缸体均为圆柱形,加工方便,配合精度高,密封性能好,工作压力高而得到广泛的应用。
轴向柱塞泵有非通轴和通轴两种。
非通轴式的径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡以限制缸体的倾斜,因此传动轴只传递扭矩,轴径小,由于存在缸体的倾斜力矩,因而制造精度较高,否则易损坏配油盘。
但对于通轴式的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。
柱塞是斜盘式轴向柱塞泵的主要受力零件之一;
滑靴是目前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;
配油盘设计的好坏也直接影响泵的效率和寿命。
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,使飞机上所用的液压泵中最主要的一种形式,尤其是在煤炭行业的高压重载液压系统中,更是得到广泛应用。
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,
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
刚好与配油盘排油窗相通,油液通过排油窗排出。
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
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
不计容积损失时,泵理论流量
为
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
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。
3.1.1柱塞行程s
下图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
3.1.2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
(3-2)
当
及
时,
,可得最大运动加速度
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
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),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
由上式可见,滑靴在斜盘内是不等角速度运动,当α=
、
最大(在短轴位置)为
最小(在长轴位置)为
由结构可知,滑靴中心绕点旋转一周(
)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瞬时流量及脉动品质分析
柱塞运动速度确定之后,单个柱塞的瞬时流量可写成
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
时,取
,由式(3-4)可知瞬时流量为
,由式(3-4)可得瞬时流量
、……时,可得瞬时流量的最小值为
、……时,可得瞬时流量的最大值为
奇数柱塞泵瞬时流量
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