胡萬(wàn)強(qiáng)

( 許昌學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，河南許昌461000)

軸向柱塞泵是利用與傳動(dòng)軸平行的柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油、壓油等工作過(guò)程。由于柱塞和柱塞孔都是圓形零件，加工時(shí)可以達(dá)到很高的配合精度，因此具有容積效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、流量均勻性好、噪聲低、工作壓力高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，諸如液壓機(jī)、工程機(jī)械和船舶中。

如圖1 所示，直軸式軸向柱塞泵主要由配油盤1、斜盤15、柱塞5、缸體2 和傳動(dòng)軸11 等零件組成。

圖1 直軸式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖

從軸端看，傳動(dòng)軸沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，柱塞5自下向上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)，既要隨轉(zhuǎn)動(dòng)缸體作圓周運(yùn)動(dòng)，又要逐漸往外伸出，這樣柱塞底部的密封容積不斷增加，從而產(chǎn)生局部真空，低壓油經(jīng)泵吸油口、配油盤吸油窗孔吸入泵內(nèi)。柱塞自上而下半周內(nèi)回轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞則向缸孔內(nèi)縮回，柱塞底部密封容積不斷減小，高壓油從配油盤的排油孔排出。傳動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈，柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一次吸油和排油動(dòng)作。作者對(duì)該柱塞泵進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要參數(shù)為:額定工作壓力32 MPa，理論流量34.5 L/min 和額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min。

1主 要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 缸體

缸體的排量

式中:Q 為泵的額定流量(L/min);n 為泵的額定轉(zhuǎn)速(r/min);ηv為容積效率，一般取ηv= 0.85 ～0.98，這里取ηv=0.92。將上述參數(shù)代入公式得q =

柱塞直徑

式中:Z 為柱塞個(gè)數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況取Z =7;R 為柱塞分布圓半徑，其計(jì)算公式為?為斜盤傾角，通常?max=15° ～18°，這里取?max=16°。經(jīng)計(jì)算得d=17.13 mm，圓整為18 mm。

缸孔底部因加工成錐形，其最薄處的厚度ld=(0.4 ～0.6)d，取ld=0.45 ×18 =8.1 mm。根據(jù)實(shí)際情況，底部通油孔中點(diǎn)半徑R0=R =27 mm。缸孔底部柱塞孔分布見(jiàn)圖2。

圖2 缸孔底部柱塞孔分布

1.2 柱塞基本尺寸

柱塞結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。柱塞長(zhǎng)度L 應(yīng)等于柱塞的最小留缸長(zhǎng)度l0、最小外伸長(zhǎng)度Δl ≈0.2d 和最大行程smax=2Rtan?max之和，通常p≥30 MPa 時(shí)l0= (2 ～2.5)d，取l0= 2.23d = 40 mm，則L = 2.5d +2Rtan?max=2.5 ×18 +2 ×2.45 ×tan16° =60 mm，球頭直徑d1依經(jīng)驗(yàn)取d1= (0.7 ～0.8)d，這里取d1=0.77d=0.77 ×18 =14 mm。為使柱塞球頭不擋住滑靴的注油孔，取d2≥1.4 ×sin16° +0.2 =6 mm。

圖3 柱塞結(jié)構(gòu)圖

1.3 滑靴的設(shè)計(jì)計(jì)算

滑靴結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。包球直徑d3一般略小于柱塞直徑d，這里取d3=16 mm?；サ脑O(shè)計(jì)采用“剩余壓緊力設(shè)計(jì)法”，其基本特點(diǎn)是作用在柱塞底部的油壓p 經(jīng)中心孔直接作用于柱塞滑靴底部，中心孔不起阻尼作用，油腔壓力ph近似等于柱塞底部油壓力p。其次是壓緊力等于分離力，壓緊力為，分離力為設(shè)計(jì)過(guò)程中為保證摩擦副功率損失較少以及減少泄漏量，通常取壓緊力與分離力之 比——壓 緊 系 數(shù) εh在1.05 ～1.10 之 間，即 為:可先取r5= (0.35 ～0.44)d =0.38 ×18 =7 mm，可得r6=110 mm。已知d5=14 mm，根據(jù)有關(guān)公式，取內(nèi)徑

圖4 滑靴結(jié)構(gòu)圖

1.4 配油盤的設(shè)計(jì)計(jì)算

配油盤是軸向柱塞泵的關(guān)鍵零件之一，其作用是分配油液，幫助軸向柱塞泵完成吸、排油任務(wù)。為了防止油液突然膨脹和壓縮所產(chǎn)生的噪聲和功率損耗，可采用帶減震孔型的配油盤(如圖5 所示)。設(shè)柱塞腔油液的溶劑V，壓力由p0升至p 所需的壓縮量為ΔV，對(duì)應(yīng)的柱塞位移量為Δx，缸體的封閉加壓范圍角為Δφ1，封閉減壓范圍角為Δφ2，則經(jīng)過(guò)計(jì)算得

式中:V0為柱塞本身的排油腔體積(cm3);p、p0分別為高、低壓腔的壓力(MPa);E 為液體的彈性模數(shù)，E= (1.4 ～2) ×103MPa。根據(jù)計(jì)算可得

圖5 配油盤結(jié)構(gòu)圖

式中:QK為從阻尼孔流入的流量(cm2/s);ω 為缸體的角速度(rad/s);V 為上死點(diǎn)(φ=0)處柱塞腔的容積 (cm3);μ 為工作液體的動(dòng)力黏度(N·s/m2);dk為阻尼孔直徑(cm);lk為阻尼孔長(zhǎng)度(cm)。從而得×10－5。將Δφ1=0.3 rad，Δφ2=0.22 rad 代入上式，得相對(duì)于Δφ1的阻尼孔尺寸dk=0.25 cm，lk=1.2 cm，相對(duì)于Δφ2的阻尼孔尺寸dk=0.26 cm，lk=1.2 cm。

1.5 壓盤尺寸的確定

壓盤結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。由受力分析可知，滑靴中心在斜盤上的運(yùn)行軌跡是一橢圓，其長(zhǎng)軸為R/cos?max，短軸為R，所以壓盤上滑靴安放孔中心的半徑Rm(即壓盤滑靴孔的分布半徑) 為 Rm=≈28 mm?；サ陌蛲鈴絛3已知，盤孔與d2的最小間隙為Δ1，則盤孔直徑dp為(d3+2Δ1)，再加上兩倍的因偏心而向外(或向內(nèi))移動(dòng)量，即

圖6 壓盤結(jié)構(gòu)圖

式中:Δ1為最小間隙，取值0.5 mm。

式中:Δ4為接觸余量，取值Δ4=1 mm。

1.6 斜盤尺寸的確定

2 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)直軸式軸向柱塞泵的作用和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，根據(jù)柱塞泵工作要求和特點(diǎn)，對(duì)其主要零件(如缸體、柱塞、滑靴、配油盤、壓盤、斜盤)的主要尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。實(shí)驗(yàn)證明:該柱塞泵設(shè)計(jì)科學(xué)合理，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

【1】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本:液壓傳動(dòng)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

【2】袁子榮.液氣壓傳動(dòng)與控制［M］. 重慶:重慶大學(xué)出版社，2002.3.

【3】袁生杰，董恩國(guó). 斜盤式軸向柱塞泵滑靴的設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，17(1):40 －42.

【4】雷天覺(jué). 液壓工程手冊(cè)［M］. 北京:高等教育出版社，2004.