石景林柱塞泵的設(shè)計原理

1、PRINCIPLE OF PISTON PUMP柱塞泵結(jié)構(gòu)原理設(shè)計主講：石景壓柱塞泵的設(shè)計一些問題一、柱塞運動學(xué)分析二、流量脈動三、困油問題四、柱塞滑靴的受力分析五、缸體的受力分析六、滑靴副的結(jié)構(gòu)七、配流盤的結(jié)構(gòu)八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu)九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計十、主要零件的材料與技術(shù)要求液壓故障技術(shù)專家斜盤式柱塞泵的結(jié)構(gòu)柱塞泵的結(jié)構(gòu)一、柱塞運動學(xué) 柱塞運動學(xué)分析主要是研究柱塞相對缸體的往復(fù)直線運動，即是分析柱塞運動的行程、速度和加速度。滑靴在繞主軸旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)）過程中，由于離心力的作用，滑靴對于斜盤產(chǎn)生的壓緊力（正壓力）將會微微偏離滑靴的軸線。在此力所引起的摩擦力的作用下

2、，滑靴、柱塞在運動中會產(chǎn)生繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動（自轉(zhuǎn)），轉(zhuǎn)動的快慢取決于旋轉(zhuǎn)摩擦力的大小。但柱塞的這種自轉(zhuǎn)可以改善滑靴底部的潤滑，對減小摩擦、改善磨損和提高效率均有利。液壓故障技術(shù)專家二、流量脈動1、隨著柱塞數(shù)的增加，流量不均勻系數(shù)減小 2、流量不均勻系數(shù)，奇數(shù)柱塞明顯優(yōu)于柱塞數(shù)相近的偶數(shù)柱塞，這就是軸向柱塞泵采用奇數(shù)柱塞的原因。3、大多數(shù)軸向柱塞泵柱塞數(shù)采用7或9個，有時小排量可采用5個 液壓故障技術(shù)專家三、困油問題 為了保證密封，配油盤吸、排油槽的間隔角應(yīng)該等于或略大于缸體底部腰形孔所對應(yīng)的中心角。柱塞在偏離斜盤的上、下死點位置時，柱塞在缸孔中的往復(fù)運動會使工作容積發(fā)生變化。如果配流盤吸、

3、排油槽的間隔角小于缸體底部腰形孔道的包角 ，就會在這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 開設(shè)減振槽（阻尼槽、眉毛槽）或減振孔（阻尼孔） 液壓故障技術(shù)專家配油盤的困油問題 配油盤的高低壓轉(zhuǎn)換的位置，如果沒有開眉毛孔的話，在壓力轉(zhuǎn)換的瞬間，會有壓力沖擊，見右圖。液壓故障技術(shù)專家配油盤的困油問題 配油盤上增加了減振降噪的眉毛槽后，輸出壓力的脈動消失了，但是，高壓油排出后，壓力落差很大，也容易產(chǎn)生噪聲。液壓故障技術(shù)專家配油盤的困油問題 配油盤上增加了雙向的減振降噪的眉毛槽后，輸出壓力的脈動消失了，而且，高壓油排出后，壓力落差趨于平緩，也會降低噪聲。液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析1、柱塞的回程方式 1）輔助

4、泵供油強制回程 2）分散彈簧回程 3）中心彈簧回程 4）定間隙強迫回程 液壓故障技術(shù)專家圖中：6-柱塞滑靴的球頭中心20-球鉸的球心7-斜盤鉸接的支點柱塞泵的分類 柱塞泵有通軸式和非通軸式泵。液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析液壓泵的柱塞受力四、柱塞滑靴的受力分析液壓馬達的柱塞受力四、柱塞滑靴的受力分析 配油盤與柱塞和斜盤的對應(yīng)位置： 當柱塞由斜盤的低位滑向斜盤的高位的時候，為柱塞腔的增壓過程，當輸出壓力達到最大值的瞬間，柱塞應(yīng)該在最高位置上，對應(yīng)配油盤的位置，應(yīng)該是配油盤的盲點。在盲點容易產(chǎn)生困油，為了避免困油，配油盤上面需要做一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如漸變開口的油槽，俗稱眉毛孔。液壓故障技術(shù)

5、專家四、柱塞滑靴的受力分析 1，滑靴在工作時，必須緊貼止推表面（斜盤的上表面），滑靴上需要有一定的正壓力，保持油膜潤滑和密封，在液壓泵中位的時候，中心回程彈簧必須克服以下諸力： a、柱塞滑靴組件快速往復(fù)運動的慣性力。 b、吸油真空造成對柱塞滑靴的拉拔力。在正常工作時，工作容腔內(nèi)的吸油真空可取0.05MPa。 c、柱塞離心運動所產(chǎn)生的摩擦力。 e、彈簧克服外力后剩余的壓緊力，產(chǎn)生軸向的預(yù)緊力，使滑靴緊貼斜盤，缸體緊貼配流盤，以免在吸排油過程中這兩對摩擦副會有高低壓力互通的現(xiàn)象。 通常，中心彈簧的剩余壓緊力使這兩對摩擦副的接觸比壓保持在0.1MPa。液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析2、滑靴的

6、受力（確定集中彈簧力） 滑靴除承受來自柱塞球頭中心的壓力FN、彈簧力Fti和斜盤的垂直反力N外，還要承受離心力Fhl和摩擦力Fhu。 a、離心力、摩擦力和所需要的壓緊彈簧力 b、滑靴氣密所需要的彈簧力液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析柱塞受力的立體分析受力四、柱塞滑靴的受力分析破壞力的分析四、柱塞滑靴的受力分析四、柱塞滑靴的受力分析液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析滑靴回轉(zhuǎn)軌跡柱塞滑靴受力3、柱塞滑靴組的受力分析1）離心力 Fhl2）液壓力 FN3）軸向慣性力 Fr(較小，可以忽略）4）摩擦力 Fhu5）斜盤的垂直反作用力N6）回程盤壓緊力（即是彈

7、簧壓緊力） Fti液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析柱塞滑靴受力 液壓故障技術(shù)專家四、柱塞滑靴的受力分析五、缸體的受力分析1、斜盤對缸體的作用力 斜盤對滑靴的摩擦力通過柱塞傳遞到缸體上； 此外，斜盤對柱塞的垂直反力中，包括了側(cè)向力和由離心力引起的摩擦力、返回彈簧力和油壓力等在斜盤上引起的反力。為簡化問題，現(xiàn)只考慮油壓所引起的斜盤反力對缸體的作用力與力矩。2、 配流盤與缸體間流場的作用力 配流盤與缸體間流場的作用力可分為兩部分，一部分為從腰形進出油孔滲入兩者縫隙中的油壓反推力；另一部分為配流盤表面的輔助支撐力。一般把兩者接觸面內(nèi)的摩擦力忽略不計。與類似，油壓推力的計算也不考慮。液壓故障技術(shù)專

8、家缸體受力分析液壓故障技術(shù)專家缸體受力分析 液壓故障技術(shù)專家直軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu) 柱塞與缸體 斜盤對柱塞的作用力： 軸向力由液壓力平衡 側(cè)向力造成缸體傾斜（缸體與配流盤之間出現(xiàn)楔形縫隙，泄漏增大，加劇缸體與配流盤之間的磨損） 側(cè)向力還造成柱塞與缸體之間的磨損液壓故障技術(shù)專家六、滑靴副的結(jié)構(gòu) 兩種設(shè)計思想：1、靜壓支承原理2、剩余壓緊力原理液壓故障技術(shù)專家六、滑靴副的結(jié)構(gòu)1、靜壓支承原理 阻尼孔的直徑要選得很小。這一方面增加了阻尼孔堵塞的可能性，同時也必須增大滑靴直徑以獲得必要的液壓反推力。顯然，這將加大柱塞分布圓直徑，增加了泵的徑向尺寸。液壓故障技術(shù)專家2、剩余壓緊力原理 采用剩余壓緊力法來

9、設(shè)計滑靴，使滑靴底部的液壓反推力等于柱塞對滑靴壓緊力的95 液壓故障技術(shù)專家滑靴的形式 液壓故障技術(shù)專家七、配流盤的結(jié)構(gòu) 通常按剩余壓緊力法進行配流盤設(shè)計。反推力如過大，則缸體被推開，泵的容積效率大大降低；反推力過小，則配流盤磨損加劇。 輔助支承的形式: 熱楔支承 動壓支承 靜壓支承液壓故障技術(shù)專家配油盤帶有熱楔支承液壓故障技術(shù)專家配油盤動壓楔形液壓故障技術(shù)專家配油盤間歇注油配油盤液壓故障技術(shù)專家八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 泵的加工、裝配誤差可能造成缸體端面與配流盤不平行。對通軸式斜盤泵來講，主軸的撓曲變形也有可能造成缸體傾斜。為了使缸體和配流盤能很好貼緊，在結(jié)構(gòu)上可采用自位措施，使配流表面能

10、自動適應(yīng)缸體端而的微量傾斜。 1、球面配流 2、浮動缸體 3、浮動式配流盤 液壓故障技術(shù)專家八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 1，球面配流 圖示球面配油的結(jié)構(gòu)，由于配油盤與缸體的結(jié)合面為球面，故稱為球面配油。這種結(jié)構(gòu)有自動回轉(zhuǎn)定心的功能，稱為自位特性，即使缸體相對回轉(zhuǎn)軸線有略微的傾斜，仍能保持球面的密合接觸。球面配油盤的加工比平面配油盤要復(fù)雜一些，因此就會價格貴一些。配油盤配油盤柱塞柱塞缸體缸體液壓故障技術(shù)專家2，缸體浮動 浮動缸體 需要在每個缸體孔的底部安裝一只過流套，過流套可以在缸體內(nèi)壓力的作用下，單獨壓緊在一個隨著缸體旋轉(zhuǎn)的，并開有配油孔的襯板5上，而襯板與配油盤貼合，在旋轉(zhuǎn)的時候，缸體與過流

11、套實現(xiàn)相對浮動，實現(xiàn)自動補償，防止泄漏。1配油盤，2缸體，3柱塞， 4傳動軸，5襯板， 6過流套液壓故障技術(shù)專家3，浮動式配油盤 配油盤2由一組連通套組合而成，并且可以與缸體的油孔相通。配油盤與后端蓋之間保持一定的浮動間隙。當缸體發(fā)生輕微的傾斜時，配油盤緊貼缸體的同時也會產(chǎn)生微小傾斜。圖中的三種配油盤，允許連通套與配油盤與后端蓋有較大的配合間隙，可以是配油盤適度浮動又不會破壞密封。通常，在配油盤的吸油和排油側(cè)各均勻裝有2-3只連通套，以產(chǎn)生足夠的壓緊力使得配油盤緊貼缸體端面。連通套室中的油壓對配油盤的軸向推力略大于缸體對配油盤的推力。這個不大的剩余推力通過缸體、主軸軸肩，由主軸上的軸承承受。液

12、壓故障技術(shù)專家浮動配油盤1，缸體；2，配油盤；3，連通套；4，O形密封圈。a)球面連通套；b)薄刃連通套；c)O形圈結(jié)構(gòu)的連通套液壓故障技術(shù)專家八、配流盤和缸體的自位結(jié)構(gòu) 液壓故障技術(shù)專家九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計1、缸體 a、 缸體的參數(shù)設(shè)計 確定斜盤傾角、柱塞直徑、柱塞數(shù)量和柱塞分布園直徑 b、根據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩設(shè)計泵軸直徑（先估算 ） c、缸體的強度計算找最小壁厚：柱塞孔與缸體外圓之間的壁厚、 柱塞孔與缸體內(nèi)圓之間壁厚，柱塞孔與柱塞孔之間的壁厚。液壓故障技術(shù)專家九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計 2、柱塞的設(shè)計 a、柱塞長度L 柱塞長度應(yīng)等于柱塞的最小留缸長度L0、最小外伸長度和最大行程之和。最小留缸長度L0 與

13、泵的工作壓力PH 有關(guān)，通常有： 當 PH 20 MPa 時， L0 = (1.51.8)D 當 PH 30 MPa 時， L0 = (2.02.5)D (式中D為柱塞直徑） b、柱塞比壓 和比功 的驗算液壓故障技術(shù)專家柱塞留缸尺寸 液壓故障技術(shù)專家九、關(guān)鍵零部件的設(shè)計 3、壓盤及斜盤尺寸的確定液壓故障技術(shù)專家十、主要零件的材料與技術(shù)要求柱塞與缸體 柱塞與缸體有兩種方案，一種是柱塞為硬的，缸體為軟的；另一種則采用軟柱塞硬缸體，在高壓大流量泵中多采用第一種方案。 硬的柱塞材料通常為18CrMnTiA、20Cr、12CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr、CrWMn、T7A、T8A及氮化鋼38

14、CrMoAlA等。液壓故障技術(shù)專家十、主要零件的材料與技術(shù)要求 （一）柱塞 前三種表面滲碳深度要達0.81.2毫米，淬火硬度須達到HRC5663，其它鋼種熱處理硬度也要達到HRC60左右。 CrWMn和9SiCr工具鋼具有熱處理變形小、金相組織穩(wěn)定的優(yōu)點。 GCr15熱處理后對應(yīng)力集中敏感，曾發(fā)生過柱塞折斷的現(xiàn)象，盡量少用。 或者在上述材料的表面噴涂或熔敷各種陶瓷層，如ZrO2、Al2O3、Cr2O3及其它陶瓷粉末。液壓故障技術(shù)專家十、主要零件的材料與技術(shù)要求 （二）缸體 缸體的材料通常為ZQSn10-1或ZQAlFe9-4，此外也可用耐磨鑄鐵或球墨鑄鐵等。為了節(jié)省銅，常用20Cr、12CrN

15、i3A或GCr15作基體而在柱塞孔處鑲嵌銅套， 液壓故障技術(shù)專家十、主要零件的材料與技術(shù)要求 （三）柱塞與缸體 柱塞與孔的配合間隙，以漏損和摩擦損失的總和最小為宜，在，時，一般取為0.010.015（mm），轉(zhuǎn)速提高或壓力降低至10MPa以下，可酌情稍許加大。 柱塞插入部分要開設(shè)深0.30.5（mm），寬0.30.7（mm），間距310（mm）的均壓環(huán)槽，保持銳邊，以免楔帶污物，并有利于消除污物、顆粒。 柱塞粗糙度0.40.1，不圓度、錐度允差徑向間隙(0.0020.005mm)的1/4。 孔的粗糙度一般0.80.4，不圓度、錐度允差與柱塞相同。液壓故障技術(shù)專家十、主要零件的材料與技術(shù)要求 （四）配流盤 配流盤的材料要與缸體對應(yīng)選取，要配對選取材料，其中以ZQSn10-1與Cr12MoV有最好的抗咬合能力。 配流盤淬火(或氮化鋼氮化)以后，為了穩(wěn)定金相組織還通常進行冷處理和時效處理。 青銅的缸體端面