柱塞泵的设计

柱塞泵的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
毕 业 设 计（论文）
（说 明 书）
题 目：
尿素车间直轴式柱塞泵的设计
姓 名： 尹玉飞
编 号： 054
平顶山工业职业技术学院
年 月 日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
姓名尹玉飞
专业煤炭深加工与利用
任务下达日期年月日
设计（论文）开始日期年月日
设计（论文）完成日期年月日
设计（论文）题目：
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师信熙卿
系（部）主任
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
化工系煤炭深加工与利用专业，学生尹玉飞于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目：尿素车间直轴式柱塞泵的设计
专题（论文）题目：
指导老师：信熙卿
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。

答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，，
，，，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第
页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
直轴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。

对于直轴式轴向柱塞泵，柱塞、滑靴、配油盘、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，配油盘与缸体直接影响泵的效率和寿命。

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，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。

由于直轴式轴向柱塞泵容易实现无级变量、维修方便等优点，因而直轴式轴向柱塞泵在技术经济指标上占很大优势。

关键词:直轴,柱塞泵,轴向
Abstract
The inclined dish type and axial pump with a pillar is a main 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 to change the pillar fills the contents of cavity to realize the oil of inhaling with line up oily，Is a capacity type liquid to press 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 it suffer the one of the dint spare parts primarily. The slippery boots is one of the form that high pressure pillar 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 pump with life span. Because of going together with the oil dish fills ,pillar and a slippery boots these two rightness of high speeds the sport the vice- all adopting a the static pressure accepts. 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 path face to pump the construction simple etc. Because the inclined dish type stalk 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，axial pump
目录
第一章柱塞泵的概述......................................................................................... 错误!未定义书签。

柱塞泵的简介及展望 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。

往复式真空泵的结构和作用原理 .................................................................................. 错误!未定义书签。

往复式机械真空泵的维修及故障处理 .......................................................................... 错误!未定义书签。

第二章柱塞泵的主要零件和零件分析............................................................. 错误!未定义书签。

柱塞分析与设计 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。

柱塞结构形式的选择 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。

柱塞结构尺寸设计 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

柱塞直径及柱塞分布塞直径 ................................................................................. 错误!未定义书签。

柱塞名义长度 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

柱塞球头直径 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。

柱塞均压槽 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

柱塞摩擦副比压﹑比功验算 ................................................................................. 错误!未定义书签。

缸体设计 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

通油孔分布圆和面积 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

缸体内﹑外直径的确定 ......................................................................................... 错误!未定义书签。

缸体高度 ................................................................................................................. 错误!未定义书签。

直轴式轴向柱塞泵主要性能参数 .................................................................................. 错误!未定义书签。

排量﹑流量与容积效率 ......................................................................................... 错误!未定义书签。

功率与效率 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

第三章柱塞泵的工艺及实施............................................................................. 错误!未定义书签。

氨泵设计 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

高压氨泵工作过程保护系统 ................................................................................. 错误!未定义书签。

高压氨泵的正常操作 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

氨泵开停 ................................................................................................................. 错误!未定义书签。

甲铵泵设计 ...................................................................................................................... 错误!未定义书签。

高压甲铵泵原始开车步骤 ..................................................................................... 错误!未定义书签。

甲铵泵停车置换步骤 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

总结...................................................................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献.............................................................................................................. 错误!未定义书签。

致谢.................................................................................................................... 错误!未定义书签。

绪论
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，只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，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。

本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流﹑轴配流﹑端面配流三种配流方式。

这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压﹑高速化起到了不可估量的作用。

可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。

但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。

设计中对缸体的尺寸﹑结构等也作了设计，对柱塞的回程结构也有介绍。

柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔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休均为圆柱形，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。

柱塞式液压泵种类繁多，前者柱塞平行于缸体轴线，沿轴向按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类运动，后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动。

这两类泵既可做为液压泵用，也可做为液压马达用。

泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。

在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。

而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题，而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。

第一章柱塞泵的概述
柱塞泵的简介及展望
往复式真空泵(又称活塞式真空泵)是干式真空泵，它是依靠汽缸内的活寒作往复运动来吸人和排出气体的。

往复式真空泵有卧式和立式两类，但常用的是卧式活塞真空泵。

活塞真空泵又有单缸和双缸之分，其排气阀的结构有滑阀式和自由阀式。

往复真空泵的特点是，不怕水蒸气，牢固，操作容易等，但其极限真空度不太高。

如滑阀式单级真空泵的极限真空度为1lTorr (1 Torr= 133. 321)滑阀式双级真空泵的极限真空度，为0. 05- 0. 2Torr，自由阀式单级真空泵的极限真空度，为。

往复式真空泵的抽速范围，为45-20000立方每小时。

它主要用于从密闭容器中或反应釜中抽除空气或其他气体，除非采取特殊措施，一般往复式真空泵不适用于抽除腐蚀性的气体或带有颗粒灰分的气体，其被抽气体的温度，一般不超过35度。

此外，在下列条件下使用真空泵时必须加装附属装置，被抽气体中含有灰尘时。

在进气管前必须加装过毽器，被抽气体中含有大量的蒸汽时。

在进气管前必须加装冷凝器，被抽气体中含有腐蚀性气体时，在进人真空泵之前必须加装中和装置，被抽气体的温度超过35℃时。

要加装冷却装置，被抽气体中含有大量液体时。

在进气管前必须加装分离器，泵的启动电流往往超过电机额定电流的数倍，所以必须配用相当的启动开关。

往复式真空泵的结构和作用原理
往复式真空泵的结构及减压原理往复式真空泵的结构和作用原理，与往复式压缩机基本相同。

相同的是，它们都是将低压气体经过压缩而提高压强。

不同之处在于，前者是从容器中抽出稀薄气体，并将其压缩到一个大气压以上后再排出去，而后者，则是将常压的气体压缩到更高的压强后排出去。

此外，它们在配气机构，即进气阀和排气阀结构方面也有区别。

往复式压缩机一般采用弹簧阀，而往复式真空泵中，则多采用滑阀式配气机构。

往复式真空泵的压缩比很高，例如要达到95%的真空度时，其极限压力为5kPa，而排气压力为Il2kPa，则其压缩比为22:1，所以，余隙中残留气体时，对真空泵的生产能力会产生非常大的影响。

为此，往复式真空泵必须在结构七采取行之有效的降低余隙影响的装置，这是往复式真空泵与往复式压缩机在结构上的很大不同。

往复式真空泵在电动机的驱功下，通过曲柄连杆机构使汽缸活塞做往复运动，当活塞在汽缸内从左端向右端移动时，由于汽缸的左腔体积不断增大，使汽缸内气体的密度不断减小而形成抽气过程，此时，容器中的气体经吸气阀进人泵体的左腔，当活塞达到最右端时，汽
缸内便充满了气体，当活塞从右端向左端运动时，吸气阀关闭，左端汽缸内的气体逐渐被压缩，当左端汽缸内的压强达到或稍大于一个大气压时，排气阀被打开，并将气体排出机外大气中，从而完成了一个工作循环。

如此往复，直到被抽容器内达到某一稳定的平衡压强为止。

往复式机械真空泵主要由气体压缩部分和机械传动部分组成。

机械传动部分主要是曲柄连杆机构，它由曲轴、十字头、连杆、活塞杆、曲轴箱等组成，连杆将曲轴的轴颈与十字头连接起来。

活塞杆的一端旋入十字头的螺孔中。

而另一端则装在活塞的锥孔并用螺母加以固定，当电动机通过V带带动曲轴旋转时，通过曲柄连杆机构将曲轴的旋转运动变成活塞在汽缸中的往夏运动。

气体压缩部分，主要由汽缸、气阀、活塞等组成。

气阀的结构有移动式阀和固定式阀两种。

移动气阀采用条形阀片，而固定阀有条形阀片和环形阀片。

移动阀的汽缸侧面，设有一个与汽缸铸为一体的方形气室。

气室的上面为进气口，而下面为排气目。

气阀装在气室内部，而进、排气则由同一阀来完成。

在阀的气梢上。

有条形阀片与螺旋弹簧共同组成的止回阀。

整个气阀借板片弹簧的弹力紧贴在阀座上，而相连的气阀杆则伸出气室，并通过曲轴端部附加的偏心机构使气阀杆推动气阀在阀座上往复运动。

从而协调气阀的启闭和控制进、排气的时间，完成整个配气的动作。

环形阀片的固定阀为圆盘形。

它装在汽缸上、下侧的气室内部，上气室内装有两个进气阀。

而下气室内装有两个排气阀，气阀均由螺钉紧固在各自气室的阀座上。

环形阀片通过螺旋弹簧的弹力，使其与阀座紧密贴合，并形成止回阀。

条形阀片的固定阀，其气阀是用两个螺钉压紧在阀座上。

汽缸内的活塞装有活塞环，以保证活塞两侧容积的密封性。

随着活塞在汽缸内的往复运动。

气阀的阀片将有规律地交替启闭，从而完成真空泵的工作过程。

汽缸设有夹套，通过循环流动的冷却水将气体压缩而产生的热最及摩擦产生的热量带走。

往复式机械真空泵的维修及故障处理
往复式机械真空泵的检修与往复式压缩机大同小异。

这里从略，往复式真空泵是一种干式真空泵，所以操作时必须采取有效措施，以防所抽吸气体，带有液体，否则可能会造成严重的设备事故。

往复式真空泵开车后，应逐渐关闭三通阀门，使泵的进气管与被抽容器逐渐接通，当泵达到极限真空时，检查电机电流负荷应稳定。

泵在正常运转中，各部位都应得到必要的良好润滑，冷却水的进出口温差约为50C，最高水温不超过400C。

泵停车时，应先关闭进气阀门，切断电源，关闭油杯针阀，停车10min后关闭冷却水，当室温低于0℃时，必须放净冷却水，以免冻坏汽缸。

要经常检查V带的松紧程度和冷却水是否有渗漏，如有异常应及时处理。

检查轴承、偏心圈、十字头等部位，如有过热或严重磨损等，应及时进行检修。

检查活塞杆、气阀杆的密封圈如有泄漏应及时更换。

曲轴箱内的润滑油，冬天应川40号机械油，夏天应用60号机械油，油杯内的润滑
油。

冬天用13号低压压缩机油，夏天用19号高压压缩机油，曲轴箱内的润滑油应达到油窗上指示的刻度，油杯应调整好针阀，使润滑油一滴一滴地注人汽缸中。

在泵每运转1000- 1500h之后，应更换曲轴箱中的润滑油，但第一次使用100h后，曲轴箱中的润滑油应更换新油。

运转1000—1500小时后，应将泵拆开清洗检查。

检A汽缸内壁与活塞环、十字头与滑轨、偏心轮一与偏心圈、轴颈与轴承等各摩擦部位，若发现有磨损等缺陷应立即修复。

泵在运行2500h后应进行大修，经解体清洗、检修后重新装配。

第二章 柱塞泵的主要零件和零件分析
柱塞分析与设计
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。

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b P
柱塞位于排油区时，作用于柱塞底部的轴向液压力
b
P 为
)(125604
max 2
N p d p x t ==
π
（2-1）
式中 max P —泵最大工作压力。

2、柱塞惯性力B P
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B P 为
101cos 2-=-
=-=a tg R g
G a m P f Z
Z B γω （2-2）
式中z m ﹑z G 为柱塞和滑靴的总质量。

惯性力B P 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0a O =和
180O 时，惯性力最大值为
)(2432max N tg R g
G P f Z
B ==
γω （2-3） 3、离心反力t P
柱塞随缸体绕主轴作等速圆周运动，有向心加速度t a ，产生的离心反力t P 通过柱塞质量重心并垂直轴线，是径向力，其值为
)(907N a m P t Z t == （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0T 即
)
(3462sin )
(12132cos N N T N N P ====γγ （2-5）
轴向力P 与作用于柱塞底部的液压力b P 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1p 和2p
该力是接触应力1p 和2p 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f p 引起的接触应力1p 和2p 可以看成是连续直线分布的应力。

6、摩擦力1f P 和2f P
柱塞与柱塞腔壁之间的摩擦力f p 为
)(2592)(21N f P P P f =+= （2-6） 式中 f 为摩擦系数，常取f =～，这里取。

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 ﹑1p 和2p 可以通过如下方程组求得 0y =∑ 12sin 0t N p p p γ-++=
z M
==∑∑
1202210212cos 0
3320
2
b s z
z t t N fp fp p p l l l d p l l p l fp d
fp p l γ----=-⎛⎫⎛⎫
-+--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+-= （2-7）
式中 0l —柱塞最小接触长度，根据经验0l =(1.5-2)d ，这里取0l =2d =44mm ；
l —柱塞名义长度，根据经验l =(2.7-3.7)d ，这里取0l =3d =189mm ； 1l —柱塞重心至球心距离，t l =0l -mm l 2321442=-=
以上虽有三个方程，但其中2l 也是未知数，需要增加一个方程才能求解。

根据相似原理有
1max 00
2max 2
p l l p l -=
（2-8） 又有 11max 021
()2
p p l l =
- 2max 21
2
z z p p l d =
所以 2
0212
22
()l l p p l -= 将式20212
22()l l p p l -=代入12sin 0t N p p p γ-++=求解接触长度2
l 。

为简化计算，力矩方程中离心力
t
P 相对很小可以忽略，得
mm l fd l l fd l l l l Z Z 2166123460
2
002=----= （2-9）
将式2
0212
22
()l l p p l -=代入12cos 0b s N fp fp p p γ----=可得
1202231(sin )1()11(5710sin15122.5)120.1()
2.557t x P N p l l l kN γO ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=++-⎢⎥
-⎢⎥⎣⎦
⎛
⎫=⨯⨯+⨯+= ⎪⎝⎭
（2-10）
3222
022
sin 5710sin15122.5
5823()()(7857.6)
11
117t x N P P N l l l γO +⨯⨯+===---- 将以上两式代入0221021203322z z t t l l l d d p l l p l fp fp p l -⎛⎫⎛⎫
-+---+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭可得
)(13sin cos KN f P f P P N t
B b =-++=
γ
ϕγϕ （2-11）
式中φ为结构参数，且
22
222
2
22()(7857.6)11
117 1.78()(7857.6)1
1
117
x x
l l l l l l （2-12） 柱塞结构形式的选择
轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。

根据柱塞头部结构，可有以下三种形式： 1、点接触式柱塞
如图（a ）所示，这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。

但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损﹑剥落和边缘掉块，不能承受过高的工作压力，寿命较低。

这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。

2、线接触式柱塞
如图（b ）所示，柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。

摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。

摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其[]pv 值必须限制在规定的范围内。

3、带滑靴的柱塞
如图（c ）所示，柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。

滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。

高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和
磨损，使寿命大大提高。

目前大多采用这种轴向柱塞泵。

图2-2柱塞现场拆卸图
图2-3柱塞结构型式
可见，柱塞大多做成空心结构，以减轻柱塞重量，减小柱塞运动时的惯性力。

采用空心结构还可以利用柱塞底部高压油液使柱塞局部扩张变形补偿柱塞与柱塞腔之间的间隙，取得良好的密封效果。

空心柱塞内还可以安放回程弹簧，使柱塞在吸油区复位。

但空心结构无疑增加了柱塞在吸排油过程中的剩余无效容积。

在高压泵中，由于液体可压缩性能的影响，无
效容积会降低泵容积效率，增加泵的压力脉动，影响调节过程的动态品质。

综上，本设计选用图（c ）所示的型式。

柱塞结构尺寸设计
柱塞直径及柱塞分布塞直径 柱塞直径Z d ﹑柱塞分布直径
f
D 和柱塞数Z 都是互相关联的。

根据统计资料，在缸体上各柱
塞孔直径Z d 所占的弧长约为分布圆周长
f
D π的75%，即
0.75Z
f
Zd D π=
由此可得 9
3.820.750.75f D Z m d ππ
Z
=
≈
==
式中m 为结构参数。

m 随柱塞数Z 而定。

对于轴向柱塞泵，其m 值如表5-1所示。

表2-1柱塞结构参数
Z 7 9 11 m
当泵的理论流量tb Q 和转速b n 根据使用工况条件选定之后，根据流 量公式得柱塞直径Z d 为
.7mm 214d 3
≈=γ
πtg Zn m Q b tb
Z （2-11）
式中 γ—斜盘最大倾角，取γ=20°
由上式计算出的Z d
数值要圆整化，并应按有关标准选取标准直径,应选取22mm. 柱塞直径d Z 确定后，应从满足流量的要求而确定柱塞分布圆直径f D ，即 mm d Zn tg d Q D Z b
Z tb
f 4395.14===
γπ （2-12）
柱塞名义长度
由于柱塞圆球中心作用有很大的径向力T ，为使柱塞不致被卡死以及保持有足够的密封长度，应保证有最小留孔长度0l ，一般取：
20b p Mpa ≤ 0(1.4 1.8)z l d =-
30b p Mpa ≥ 0(2 2.5)z l d =- 这里取 mm d l z 4420==。

因此，柱塞名义长度l 应满足： 0max min l l s l ≥++
式中 max s —柱塞最大行程；
min l —柱塞最小外伸长度，一般取mm d l Z 4.42.0min
==。

根据经验数据，柱塞名义长度常取： 20b p Mpa ≤ Z d l )37.2(-=
30b p Mpa ≥ (3.2 4.2)z l d =- 这里取mm d l Z 775.3==。

柱塞球头直径
按经验常取1(0.70.8)z d d =-，如图2-2所示。

图2-4柱塞尺寸图
这里取mm d d Z 188.01==
为使柱塞在排油结束时圆柱面能完全进入柱塞腔，应使柱塞球头中心至圆柱面保持一定的距离d l ，一般取(0.40.55)d z l d =-，这里取mm d l Z d 115.0==。

柱塞均压槽
高压柱塞泵中往往在柱塞表面开有环行均压槽，起均衡侧向力﹑改善润滑条件和存储赃物的作用。

均压槽的尺寸常取：深h=～；间距t=2～10mm 。

这里取mm t mm h 2,5.0==。

柱塞摩擦副比压﹑比功验算
对于柱塞与缸体这一对摩擦副，过大的接触应力不仅会增加摩擦副之间的磨损，而且有可能压伤柱塞或缸体。

其比压应控制在摩擦副材料允许的范围内。

取柱塞伸出最长时的最大接触应力作为计算比压值，则 Mpa l d p p Z 231
21
max ==
（2-13） 柱塞相对缸体的最大运动速度max v 应在摩擦副材料允许范围内，即 s m v s m atg R v f /8/55.0max =<==γ （2-14）
由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功max max p v 为
s Mpam pv s Mpam tg R l d p v p f Z /60/5.1121
1
max max =<==
γω （2-15） 上式中的许用比压[]p ﹑许用速度[]v ﹑许用比功[]pv 的值，视摩擦副材料而定，可参考表2-2。

表2-2材料性能
材料牌号 许用比压
[]p
Mpa 许用滑动速度
[]v
m/s 许用比功
[]pv
s ZQAL9-4 30 8 60 ZQSn10-1 15 3 20 球墨铸铁
10 5
18
柱塞与缸体这一对摩擦副，不宜选用热变形相差很大的材料，这对于油温高的泵更重要。

同时在钢表面喷镀适当厚度的软金属来减少摩擦阻力，不选用铜材料还可以避免高温时油液对铜材料的腐蚀作用。

缸体设计
下面通过计算确定缸体主要结构尺寸
图2-5缸体现场拆卸图
通油孔分布圆和面积
图2-6柱塞腔通油孔尺寸
为减小油液流动损失，通常取通油孔分布圆半径
f R 与配油窗口分布圆半径f r 相等。

即
mm R R R f 2632=+=
式中2R ﹑3R 为配油盘配油窗口内﹑外半径。

通油孔面积近似计算如下（如上图所示） )(832215.022
mm b b l F a a a a =-=
式中 a l —通油孔长度，a z l d ≈； a b —通油孔宽度，0.5a z
b d ≈； 缸体内﹑外直径的确定
为保证缸体在温度变化和受力状态下，各方向的变形量一致，应尽量使各处壁厚一致
（如图2-7），即123δδδ==。

壁厚初值可由结构尺寸确定。

然后进行强度和刚度验算。

图2-7缸体结构尺寸
缸体强度可按厚壁筒验算
][/(142125602
22
212
2
21σσ≤=⨯-+=）cm kgf D D D D p b （2-16）
式中 1D —筒外径，且δ21+=Z d D =100mm 。

[]σ—缸体材料许用应力，对ZQAL9—4：[]σ=600～8002(/)kgf cm
缸体刚度也按厚壁筒校验，其变形量为 ()2z
b d P F δσμ∆=+=[]δ∆≤mm 04.00 （2-17）
式中 E —缸体材料弹性系数；
μ—材料波桑系数，对刚质材料μ=～，青铜μ=～；
[]δ∆—允许变形量，一般刚质缸体取[]δ∆0.0065mm ≤，
青铜则取[]δ∆0.0048mm ≤；
符合要求。

缸体高度
从图2-7中可确定缸体高度H 为
mm l l l l 115H 43max 0=+++=
式中 0l —柱塞最短留孔长度；
max S —柱塞最大行程；
3l —为便于研磨加工，留有的退刀槽长度，尽量取短；
4l —缸体厚度，一般4l =（～）z d ，这里取z d =11mm 。

直轴式轴向柱塞泵主要性能参数
给定设计参数
最大工作压力 max 40P MPa =
额定流量 Q =100L/min
最大流量 max 200/min Q L =
额定转速 n=1500r/min
最大转速 max 3000/min n r =
排量﹑流量与容积效率
轴向柱塞泵排量b q 是指缸体旋转一周，全部柱塞腔所排出油液的容积，即 2max max 4b X x q F s Z d s Z π==
≈(L)
不计容积损失时，泵的理论流量tb Q 为
2max 4tb b b x b Q q n d s Zn π==
=×1500
=1260(L) 式中 x F —柱塞横截面积；
x d —柱塞外径；
max s —柱塞最大行程；
Z —柱塞数；
b n —传动轴转速。

泵的理论排量q 为 1000100010070.2.15000.95v Q
q n （ml/r ）
为了避免气蚀现象，在计算理论排量时应按下式作校核计算：
p C = ㏒q ×Ｎ
式中p C 是常数，对进口无预压力的油泵p C =5400；对进口压力为5kgf/cm 的油泵p C =9100，这里取p C =9100故符合要求
功率与效率
不计各种损失时，泵的理论功率tb N
tb N ＝㏑g ＝0.34
泵实际的输入功率br N 为
122br b gb b tb mb N n M n M ππη==＝458
泵实际的输出功率bc N 为
bc N =357
定义泵的总效率η为输出功率bc N 与输入功率br N 之比，即
b =b
c N ／br N =
上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。

对于轴向柱塞泵，总效率一般为b =～,上式满足要求。

排量是液压泵的主要性能参数之一，是泵几何参数的特征量。

相同结构型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。

因此，对液压元件型号命名的标准中明确规定用排量作为主参数来区别同一系列不同规格型号的产品。

从泵的排量公式中24b x f q d D Ztg π
γ=可以看出，柱塞直径z d ﹑分布圆直径f D ﹑柱塞
数Z 都是泵的固定结构参数，并且当原动机确定之后传动轴转速
b n 也是不变的量。

要想改变泵输出流量的方向和大小，可以通过改变斜盘倾斜角γ来实现。

对于直轴式轴向柱塞泵，斜
最大倾斜角max 15γ=︒～20O ，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即15。

泵实际输出流量gb Q 为
gb Q =tb Q - Q =100-3=97（ml/min ）
式中b Q 为柱塞泵泄漏流量。

轴向柱塞泵的泄漏流量主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜盘平面之间及柱塞与柱 腔之间的油液泄漏产生的。

此外，泵吸油不足﹑柱塞腔底部无效容积也造成容积损失。

泵容积效率VB η定义为实际输出流量gb Q 与理论流量tb Q 之比，即 gb
VB tb Q Q η==9797%100
轴向柱塞泵容积效率一般为b γη=～，故符合要求。