4 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。 d、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。
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
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计
一、柱塞运动学分析
柱塞运动学分析主要是研 究柱塞相对于缸体的往复直线运 动规律，即分析柱塞运动的位移、 速度和加速度。 以上死点作为计算起点,当 缸体转过任一角度时，某一柱 塞球头中心由A点移至B点，此 时柱塞球头中心的坐标为：
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的中心角， 就会在这一区域内产生困油现象。
开设减振槽（阻尼槽、眉毛槽）或减振孔（阻尼 孔）
2 Z
假如排油区中离上死点最近的一个柱塞的转角是1 （012π/Z），共有m个柱塞处于排油区，则其余柱塞转角 分别为2=1+2β，i=1+2(i-1)β,…m=1+2(m-1)β
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计 二、流量脉动
m π 2 qsh = d Rω tan γ ∑ sin [υ1 + 2(i－ 1)β ] 4 i =1 π 2 sin[υ1 + (m－ 1)β] sin mβ = d Rω tan γ 4 sin β
预升压过程
1）柱塞本身随着缸体的转动所产生的压缩体积的瞬时 值为
x = - R tan γ cos υ v = ωR tan γ sin υ q = ωARtanγ sin υ ∴ ΔV1 = ωARtanγ sin υΔt
2)高压配流窗口中的油液通过减振槽向柱塞腔内补 充的体积ΔV2可根据流量公式计算：
δq =
(qsh )max－ (qsh )min
qt
π1 － cosβ π β π π = = tan = tan Z sinβ Z 2 Z 2Z
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计 二、流量脉动
2. 柱塞数为奇数的泵， 01β ，m=(Z+1)/2 ， β=π/Z
cos(β / 2 －υ1 ) ∑ sin[υ1 + 2(i－ 1)β] = 2 sin(β / 2) i =1
总结: 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，有的高压柱塞泵为了减小轴承和 摩擦副的载荷及PV值，采用11柱塞结构，
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计
径向柱塞泵
轴配流径向柱塞泵 的工作原理
排量：
πd V= 2ez 4
2
轴配流式径向柱塞泵结构特点



配流轴配流，因配流轴上与吸、 压油窗口对应的方向开有平衡 油槽，使液压径向力得到平衡， 容积效率较高。 柱塞头部装有滑履，滑履与定 子内圆为面接触，接触面比压 很小。 可以实现多泵同轴串联，液压 装置结构紧凑。 改变定子相对缸体的偏心距可 以改变排量，且变量方式多样。
滑靴在斜盘上做椭圆运动，长半径 R/cosγ,短半径R
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计
一、柱塞运动学分析

y12 z12 R 1 tan 2 cos 2
tan1
h
z1 1 cos tan tan y1
h
d cos 2 2 2 dt cos sin cos
qt
π 1 － cos(β / 2) π β π π = = tan = tan 2Z sin(β / 2) 2Z 4 2Z 4Z
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计
二、流量脉动
柱塞数为偶数的泵，=ωT=2π/Z， ω=2πn/60 f=Zn/60; 柱塞数为奇数的泵 ωT=π/Z， f=2Zn/60;
三对摩擦副的结构特点： 1、滑靴与斜盘 2、缸体与配流盘 3、柱塞与缸体
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵
1、滑靴与斜盘
采用剩余压紧力的办法，将压力 油引向滑靴底部，产生液压反推力 去平衡压紧力
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵
2、缸体与配流盘：
1、受力情况： 液压压紧力和中心弹簧力使缸体压 向配流盘。 配流盘上的压油窗口及内外密封带上的液压力企 图推开缸体 2、消除困油和液压冲击：阻尼孔的设置
m
cos(β / 2 －υ1 ) π 2 q sh = d Rω tan γ 4 2 sin( β / 2)
π 2 cos(3β / 2 －υ1 ) qsh = d Rω tan γ 4 2 sin(β / 2) π tan γ qshmin = d 2 Rω 8 tan( β / 2)
β12β ，m=(Z-1)/2
第四章 柱塞泵——概述
斜轴式轴向柱塞泵的结构特点 双铰式缸体运转平稳，与泵轴同步。 但结构复杂，中间的万向节需较大 的空间。
第四章 柱塞泵——概述
斜轴式轴向柱塞泵的结构特点 柱塞的受力情况改善，所受的侧向力极小，允许 较大的弯轴角。一般25°~40°，双铰式可达 45°，而斜盘泵斜盘倾角一般18°~21°。因此， 斜轴泵的排量大。 缸体受倾覆力矩小，缸体与配流盘贴合均匀，有 利于减小泄漏。总效率略高于斜盘泵。 传动轴承受较大的轴向力和径向力，需采用承载 能力大的推力轴承。
2
2
Rp—配流盘配流窗口的中心线半径； —缸体转角； θ1—lhe与配流面夹角； θ2—∠fhg。
仿真结果
预升压压力曲线
预卸压压力曲线
仿真结果
预升压压力梯度曲线
预卸压压力梯度曲线
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
弹簧受静载荷，压缩量不变，不存在疲劳破坏的问 题
第四章 柱塞泵——概述
1、分类 配流方式：端面配流、轴配流、阀配流 结构特点：斜盘式和斜轴式（连杆） 柱塞排列形式：轴向、径向 2、特点 优点：结构紧凑、比功率大、压力高、 易变量 缺点：对油液污染敏感、滤油精度高、 加工精度高、使用维护要求高、价格高
第四章 柱塞泵——概述
斜盘式轴向柱塞 泵的结构特点
四、柱塞滑靴组件的受力分析
2、滑靴的受力 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
离心力的最大值为
( Fhl ) max mh R 2 1 cos2
使滑靴绕柱塞球头中心O1翻转的最大力 矩为 M hl max = Fhl max lh
为了克服 Mhlmax，需由 回程弹簧加 一个压力Pdt 将滑靴压紧
2mh Rω2lh Pdt ≥ d h cos γ 2Zmh Rω2lh Pth ≥ d h cos γ
滑动摩擦力和摩擦力矩
Fh f h N
M h Fh h
摩擦力不通过中心，驱使滑靴绕自身轴线转动。
CY型轴向柱塞泵 （半轴型轴向柱塞 泵） 轴不受径向力产生 的弯矩作用，有利 于减小泄漏 大轴承限制转速的 提高
第四章 柱塞泵——概述
通轴型轴向柱塞 泵的主要结构特 点： 去掉了缸体外的 大轴承，传动轴 改为通轴 轴承支点相距较 远，需加粗轴的 直径，以防变形。
第四章 柱塞泵——概述
斜轴式轴向柱塞泵的结构特点 无铰式成为斜轴式的主流结构的设计
二、流量脉动
柱塞数为偶数的泵 π π δ q = tan Z 2Z
柱塞数为奇数的泵
π π δq = tan 2Z 4Z
Z δq(%) 5 6 14.03 7 8 7.8 9 10 4.98 11 12 3.45 13
4.98
2.53
1.53
1.02
0.73
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计 二、流量脉动
阀配流径向柱塞泵的工作原理
阀配流轴向柱塞泵 结构特点： 优点：良好的密封 性，压力可达７０ MPa，适用超高压 缺点：配流阀有 滞后，泵的转速不能 太高（1500rpm）。 变量困难。
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵
一、轴向柱塞泵的工作原理：
排量：
V
d 2
4
ZDtg
(m L/ r )
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵
当=±π /2时，角速度达到最大值 当=0, π 时，角速度达到最小值
ω h max
ω = cos γ
ωh min = ω cosγ
h h
R cos2 sin 2 cos2
第四章 柱塞泵——轴向柱塞泵的设计 二、流量脉动
单个柱塞排油时的瞬时理论流量为
π 2 π 2 qi = d vi = d Rω tan γ sin υi 4 4
泵有多个柱塞，在同一时刻有几个柱塞处于排油区。它们离 开上死点的转角i各不相同，故泵的瞬时理论流量为所有在
排油区柱塞的瞬时流量之和。
q sh d 2 R tan sin i d 2 R tan sin i 4 4
泵的柱塞数为Z ，则两相邻柱塞间的夹角为