轴向柱塞泵设计毕业设计.doc

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1、徐州师范大学本科毕业设计（论文）轴向柱塞泵设计2011年4月摘要 斜盘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。对于斜盘式轴向柱塞泵，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。由于斜盘式轴向柱塞泵容易实现无级变量、维修方便等优点，因

2、而斜盘式轴向柱塞泵在技术经济指标上占很大优势。关键词:斜盘,柱塞泵,轴向 ABSRACTThe 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

3、 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

4、 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.

5、 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,

6、 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.

7、Key words：the inclined dish，pillar pump，axial pump目录摘要ASBTRACT1轴向柱塞泵概述11.1轴向柱塞泵简介11.2直轴式轴向柱塞泵的工作原理22直轴式轴向柱塞泵主要零部件设计42.1柱塞设计42.2滑靴设计82.3配油盘设计102.4缸体设计122.5柱塞回程机构设计152.6变量机构设计173直轴式轴向柱塞泵主要零件受力分析303.1柱塞受力分析303.2滑靴受力分析333.3配油盘受力分析364结论40致谢41参考文献421.轴向柱塞泵概述1.1轴向柱塞泵简介轴向柱塞泵由于柱塞结构紧凑、工作压力高、效率高、容易实现变量等优点，因此被广

8、泛应用于工作压力高、流量大而又需要调节的液压系统中。轴向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。阀配流轴向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺点。国际上70、80年代发展的轴配流轴向柱塞泵克服了阀配流轴向柱塞泵的不足。由于轴向泵结构上的特点，轴配流轴向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。使其成为一种优良的高压泵，代表当今国际上液压泵制造的先进水平。但是，它技术含量高、加工制造难度大，国际上只有博世（ BOSCH）公司、沃依特（ VOITH）公司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产90mL以下规格的泵，沃依特公司只生产 110一250mLr规格的泵。 我国从80年代末90年代初有很多科研机构与生产厂家开

9、始研究开发这种产品，但都没有取得实质性进展。主要因为在理论上有待深化，在实际生产中不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。有些生产厂家在柱塞内孔通过浇铸轴承合金等方法来克服烧研，但效果并不理想。这种办法在小排量泵中使用，虽然能够防止摩擦副烧研的问题，但泵的使用寿命不长。由我国著名的液压专家卢望研究员和材料专家闰秉均教授及其课题组经过多年研究与开发，取得了“过平衡压力补偿方法及双排轴向柱塞泵”和“一种新型高压大排量轴向柱塞泵”两项技术专利、“合金奥氏体一贝氏体球铁开发应用研究”一项国家新材料技术成果。这些技术成果的取得，使我国轴向柱塞泵的研制在设计理论与材料工艺方面取得突破性进展。

10、兰州永新科技股份有限公司以上述两项专利与一项新材料技术成果为支持，成功地开发生产的JBP系列机电控制式轴向柱塞泵，是国家科技部“八五”攻关和国家科技部火炬计划项目。该泵在多家企业进行了2-3年的工业考核试验，性能优良。泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。当今社会，可进发展日新月异，人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于轴向柱塞泵的研究，使仿真和试验更为接近现实，轴向柱塞泵设计和优化的效率大大提高。产品

11、的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求创新，做到与众不同，正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在：（1） 输送介质的多样性（2） 产品结构的差异性（3） 运行要求的不同性从输送介质来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体，如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。 除了输送对象对泵的结构有不同要求外，泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构也提出了新要求。同时，各个生产厂商在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。

12、基于可持续发展和环保的总体背景，泵的运行环境对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可调性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。目前我国的轴向柱塞泵技术还比较落后，但旺盛的需求对轴向柱塞泵技术的发展有很大的推动作用。因此只要能紧跟国际技术潮流，发挥后发优势，一定能赶上国际先进水平，甚至后来居上。1.2直轴式轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵是依靠柱塞在缸体孔内的往复运动，造成密封容积的变化，来实现吸油和排油。直轴式轴向柱塞泵的结构如图1-1所示，柱塞的头部安装有滑靴，滑靴底面始终贴着斜盘平面运动。当缸体带动柱塞旋转时，由

13、于斜盘平面相对缸体平面（xoy面）存在一倾斜角r，迫使柱塞在柱塞腔内作直线往复运动。缸体按n方向旋转，在范围内，柱塞由开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔内，这是吸油过程。随着缸体继续旋转，在，柱塞在斜盘约束下开始不断进入腔内，柱塞腔容积不断减小，直至下孔点止。在这过程中，柱塞腔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。可见，缸体每转一圈，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。如果改变传动轴的旋转方向或斜盘的倾斜方向，就可改变泵的吸、排油方向；泵的排量大小可通过改变斜盘的倾角r的大小

14、来实现。这也是斜盘式轴向柱塞泵通常为双向变量泵的原因。1-斜盘 2-回程盘 3-滑靴 4-柱塞 5-缸体 6-配油盘 7-传动轴图1-1 直轴式轴向柱塞泵工作原理2.直轴式轴向柱塞泵主要零部件设计给定设计参数最大工作压力 额定流量 =100L/min最大流量 额定转速 n=1500r/min最大转速 2.1柱塞设计（1）柱塞结构型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2-1（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

15、塞在早期泵中可见，现在很少有应用。2）线接触式柱塞如图2-1（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，其值必须限制在规定的范围内。3）带滑靴的柱塞如图2-1（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-

16、1 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2-1（c）所示的型式。（2）柱塞结构尺寸设计1）柱塞直径及柱塞分布塞直径柱塞直径柱塞分布直径和柱塞数Z都是互相关联的。根据统计资料，在缸体上各柱塞孔直径所占的弧长约为分布圆周长的75

17、%，即 由此可得 式中为结构参数。随柱塞数Z而定。对于轴向柱塞泵，其值如表2-1所示。表2-1柱塞结构参数Z7911m3.13.94.5当泵的理论流量和转速根据使用工况条件选定之后，根据流量公式得柱塞直径为 （2-1） 式中 斜盘最大倾角，取=20由上式计算出的数值要圆整化，并应按有关标准选取标准直径,应选取22mm.柱塞直径确定后，应从满足流量的要求而确定柱塞分布圆直径，即 （2-2）2）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，一般取： 这里取 。因此，柱塞名义长度应满足： 式中 柱塞最大行程； 柱塞最小外伸长度，一

18、般取。根据经验数据，柱塞名义长度常取： 这里取。3）柱塞球头直径按经验常取，如图2-2所示。图2-2柱塞尺寸图这里取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，一般取，这里取。4）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=0.30.7mm；间距t=210mm。这里取。（3）柱塞摩擦副比压P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

19、 （2-3）柱塞相对缸体的最大运动速度应在摩擦副材料允许范围内，即 （2-4） 由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功为 （2-5） 上式中的许用比压许用速度许用比功的值，视摩擦副材料而定，可参考表2-1。表2-1材料性能材料牌号许用比压 Mpa许用滑动速度m/s许用比功Mpa.m/sZQAL9-430860ZQSn10-115320球墨铸铁10518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。2.2滑靴设计目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构。滑靴不仅增大了与斜盘

20、的接触面减少了接触应力，而且柱塞底部的高压油液，经柱塞中心孔和滑靴中心孔，再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中。由于油液在封油带环缝中的流动，使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜，大大减少了相对运动件间的摩擦损失，提高了机械效率。这种结构能适应高压力和高转速的需要。滑靴设计常用剩余压紧力法。剩余压紧力法的主要特点是：滑靴工作时，始终保持压紧力稍大于分离力，使滑靴紧贴斜盘表面。此时无论柱塞中心孔还是滑靴中心孔，均不起节流作用。静压油池压力与柱塞底部压力相等，即 =将上式代入式中，可得滑靴分离力为 （2-6）设剩余压紧力，则压紧系数 ，这里取0.1。滑靴力平衡方程式即为 用剩余压紧力法设计的滑靴，油膜厚度较薄

21、，一般为0.0080.01mm左右。滑靴泄漏量少，容积效率教高。但摩擦功率较大，机械效率会降低。若选择适当的压紧系数，剩余压紧力产生的接触应力也不会大，仍有较高的总效率和较长的寿命。剩余压紧力法简单适用，目前大多数滑靴都采用这种方法设计。（1）滑靴的结构型式的选择滑靴结构有如图2-3所示的3种型式。图2-3滑靴结构型式图2-3（a）所示为简单型，静压油池较大，只有封油带而无辅助支承面。结构简单，是目前常用的一种型式。图2-3（b）所式滑靴增加了内外辅助支承面。减小了由剩余压紧力产生的比压，同时可以克服滑靴倾倒产生的偏磨使封油带被破坏的情况。图2-3（c）所示的滑靴在支承面上开设了阻尼形螺旋槽与

22、缝隙阻尼共同形成液阻。从而实现滑靴油膜的静压支承。经比较，本设计采用图2-3（a）所示的结构型式。（2）滑靴结构尺寸设计图2-4 滑靴外径的确定滑靴在斜盘上的布局，应使倾角时，互相之间仍有一定的间隙s，如图2-4所示。1）滑靴外径： （2-7）一般取s=0.21，这里取0.2。2）油池直径 初步计算时，可设定，这里取0.8. 3）中心孔及长度如果用剩余压紧力法设计滑靴，中心孔和可以不起节流作用。为改善加工工艺性能，取 （或）=0.81.5=1.0mm 2.3配油盘设计配油盘是轴向柱塞泵主要零件之一，用以隔离和分配吸排油油液以及承受由高速旋转的缸体传来的轴向载荷。它设计的好坏直接影响泵的效率和寿

23、命。配油盘设计主要是确定内封油带尺寸吸排油窗口尺寸以及辅助支承面各部分尺寸。（1）过渡区设计为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封，大多数配油盘采用过渡角大于柱塞腔通油孔包角的结构，称正重迭型配油盘。具有这种结构的配油盘，当柱塞从低压腔接通高压腔时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲击压力；当柱塞从高压腔接通底压腔时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。这种高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质，产生噪音和功率消耗以及周期性的冲击载荷。对泵的寿命影响很大。为防止压力冲击，我们希望柱塞腔在接通高低压时，腔内压力能平缓过渡从而避免压力冲击。（2）配油盘主要尺寸确定图2-5 配油盘主要尺寸1）

24、配油窗尺寸配油窗口分布圆直径一般取等于或小于柱塞分布圆直径配油窗口包角，在吸油窗口包角相等时，取 为避免吸油不足，配油窗口流速应满足 满足要求。式中 泵理论流量； 配油窗面积，； 许用吸入流速，=23m/s。由此可得 =2）封油带尺寸设内封油带宽度为，外封油带宽度为，和确定方法为：考虑到外封油带处于大半径，加上离心力的作用，泄漏量比内封油带泄漏量大，取略大于，即 当配油盘受力平衡时，将压紧力计算示与分离力计算示带入平衡方程式可得 （2-8）联立解上述方程，即可确定配油盘封油带尺寸： （3）验算比压p、比功pv为使配油盘的接触应力尽可能减小和使缸体与配油盘之间保持液体摩擦，配油盘应有足够的支承面

25、积。为此设置了辅助支承面，如图4-9中的。辅助支承面上开有宽度为B的通油槽，起卸荷作用。配油盘的总支承面积F为式中 辅助支承面通油槽总面积；且：（K为通油槽个数，B为通油槽宽度） 吸排油窗口面积。根据估算：配油盘比压p为 （2-9）式中 配油盘剩余压紧力； 中心弹簧压紧力； 根据资料取300pa； 在配油盘和缸体这对摩擦副材料和结构尺寸确定后，不因功率损耗过大而磨损，应验算pv值，即 式中 平均切线速度，=。 根据资料取。2.4缸体设计下面通过计算确定缸体主要结构尺寸（1）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与配油窗口分布圆半径相等。即 式中为

26、配油盘配油窗口内外半径。 通油孔面积近似计算如下（如图2-6所示）。 式中 通油孔长度，；通油孔宽度，；（2）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。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 （2-10）式中 筒外径，且=100mm。 缸体材料许用应力，对ZQAL94：=600800缸体刚度也按厚壁筒校验，其变形量为 = （2-11）式中 E缸体材料弹性系数； 材料波桑系数，对刚质材料=0.230.30，青铜=0.320.35； 允许变形量，一般刚质缸体取，青铜则取；符合

27、要求。（3）缸体高度H从图2-7中可确定缸体高度H为 式中 柱塞最短留孔长度； 柱塞最大行程； 为便于研磨加工，留有的退刀槽长度，尽量取短； 缸体厚度，一般=（0.40.6），这里取0.5=11。2.5柱塞回程机构设计直轴式轴向柱塞泵一般都有柱塞回程结构，其作用是在吸油过程中帮助把柱塞从柱塞腔中提伸出来，完成吸油工作，并保证滑靴与斜盘有良好的贴合。固定间隙式回程结构使用于带滑靴的柱塞。它的特点是在滑靴颈部装一回程盘2，如图2-8，并用螺纹环联结在斜盘上。当滑靴下表面与回程盘贴紧时，应保证滑靴上表面与斜盘垫板3之间有一固定间隙，并可调。回程盘是一平面圆盘，如图2-8所示。盘上为滑靴安装孔径，为滑

28、靴安装孔分布圆直径。这两个尺寸是回程盘的关键尺寸，设计不好会使滑靴颈部及肩部严重磨损。下面主要研究这两个尺寸的确定方法。图2-8 回程盘结构尺寸如前所述，滑靴在斜盘平面上运动轨迹是一个椭圆，椭圆的两轴是短轴 长轴 和的选择应保证泵工作时滑靴不与回程盘发生干涉为原则。因此，取椭圆长短轴的平均值较合理，即 从图2-8中可以看出回程盘上安装孔中心O与长短轴端点A或B的最大偏心距相等，且为，因而 （2-12） 为了允许滑靴在任一方向偏离，而不与回程盘干涉，回程盘的安装孔径应比滑靴径部直径d大。同时，考虑到加工安装等误差，应在安装孔与滑靴径部之间保留有适当间隙J。这样安装孔的直径为 式中 滑靴颈部直径；

29、 间隙，一般取=0.51mm。2.6变量机构设计轴向柱塞泵通过变量机构改变直轴泵斜盘倾斜角或斜轴泵摆缸摆动角，以改变输出流量的方向和大小。变量机构的型式很多，按照控制方式，可分为手动式、机动式、电动式、液动式、电液比例控制式等。按照变量执行机构可分为机械式、液压伺服机构式、液压缸式，如图2-9。按照性能参数还可分为恒功率式、恒压式、恒流量式等。 图2-9变量执行机构以上各种型式的变量机构常常组合使用。例如，图2-9(a)所示，手动变量机构采用杠杆或采用手轮转动丝杠，带动斜盘改变倾斜角，如果用可逆电机旋转丝杠可实现电动变量。图2-9(b)所示，在伺服阀C端用手轮或杠杆输入一位移量，称手动伺服变量

30、式；若以电机或液压装置输入位移量时，则称电动或液动伺服变量式；如果输入的控制信号量使得泵输出的功率为常值，则构成了压力补偿变量式。再如图2-9(c)中，用带有电磁阀的外液压源控制，可成为远程液控变量式；如果用伺服阀控制变量缸，并使泵出口压力为恒值，可成为恒压变量型式。由此可知，变量的型式是多种多样的，下面介绍其中最常用的几种变量机构。并予以比较选择。（1）手动变量机构手动变量机构是一种最简单的变量机构，适用于不经常变量的液压系统。变量时用手轮转动丝杠旋转，丝杠上的螺母直线运动带动斜盘改变倾斜角实现变量。手动变量机构原理图及变量特性如图2-10所示。图2-10手动变量机构原理及特征 图中表明手动

31、变量机构可实现双向变量。流量Q的方向和大小与变量机构行程y成正比。（2）手动伺服变量机构该机构用机械方式通过伺服阀带动变量缸改变斜盘倾角实现变量。手动伺服变量机构的原理图和变量特性如图2-11所示。图2-11手动伺服变量机构图中伺服变量机构由双边控制阀和差动变量缸组成。控制阀的阀套与变量活塞杆相连，变量缸的缸体与泵体相连。当控制阀处于中位时，斜盘稳定在一定的位置上。变量时，若控制阀C端向左移动，油路1和2连通，变量缸AB两腔都是泵出口压力。由于B腔面积大于A腔，变量活塞在液压力作用下向右移动，推动斜盘倾斜角减小，流量随之减少。与此同时，由于阀套与活塞杆相连，阀套也向右移动逐步关闭油路l和2，于

32、是斜盘稳定在新的位置上。反之，控制阀向右移动时，油路2和3连通，变量缸B腔与回油路接通，变量活塞在A腔液压力作用下向左移动，使斜盘倾角增大，流量也增大。同理，由于控制阀阀套的反馈移动，使斜盘稳定在新的位置。这种利用机械位置反馈的伺服变量机构减少了变量控制力，大大提高了变量的性能和精度。变量信号输入可以是手动，也可以是电动。如用外液压源可实现远程无级变量。因此，这种变量型式广泛用于频繁变速的行定车辆、工程机械、机床等许多液压系统中。（3）恒功率变量机构恒功率变量机构是根据泵出口压力调节输出流量，使泵输出流量与压力的乘积近似保持不变，即原动机输出功率大致保持恒定。变量机构原理如图10-3(a)所示

33、。图中恒功率变量机构仍由双边控制阀和差动变量缸组成。与手动伺服变量机构不同的是控制阀C端由弹簧预压调定，D端用控制油路接通泵出口管路。利用液压力与弹簧力平衡的关系控制变量活塞，改变斜盘倾角。工作原理与手动伺服变量机构类似。 为使泵功率为一恒值，理论上，泵出口压力与输出流量应保持双曲线关系，如图5-4所示。但是，实际泵的变量机构都是采用弹簧来控制的。因此，只能用一段折线(一根弹簧)或二段折钱(二根弹簧)来近似替代双曲线。图2-11（a）所示的变量特性就是采用内外双弹簧和机械限位装置控制的恒功率变量特性。（4）恒流量变量机构恒流量变量机构是根据装于泵出口主油路中的节流阀两侧的压力差调节输出流量，保

34、持流量为一恒值。变量机构原理及变量特性如图2-12所示。图2-12恒流量变量机构原理及特征图中恒流量变量机构由带有节流阀的双边控制阀(恒流量阀)和差动变量缸组成。控制阀C端预压弹簧调定后，节流阀两侧压力差在控制阀阀芯上产生的液压力与弹簧力相平衡，阀芯处于中垃，斜盘倾角固定在某一角度，泵输出流量为调定值。当泵转速增加时，输出流量也相应增加。由于节流器面积不变，则节流器两端压力差增大，推动控制阀阀芯左移，带动变量活塞左移，斜盘倾角减小，流量城少，直至恢复到调定值。此时，阀芯上液压力与弹簧力重新平衡阀芯处于中位，斜盘倾角稳定，泵输出流量为恒定值。反之，当泵转速减小后，输出流量减少。类似的分析可知，斜

35、盘倾角会增加，流量也随之增加，仍保持为一恒定值。恒流量变星泵用于对液压执行机构要求速度恒定的设备中。例如，机床、运输机械等液压系统。但是恒流量变量泵恒定流星的精度不高，误差较大，这也限制了它的应用。综合比较以上几种变量机构，本设计选择手动伺服变量机构。3. 直轴式轴向柱塞泵主要零件受力分析3.1柱塞受力分析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5-1是带有滑靴的柱塞受力分析简图。图5-1 柱塞受力分析作用在柱塞上的力有：

36、（1）柱塞底部的液压力柱塞位于排油区时，作用于柱塞底部的轴向液压力为 （5-1）式中 泵最大工作压力。（2）柱塞惯性力柱塞相对缸体往复直线运动时，有直线加速度a，则柱塞轴向惯性力为 （5-2）式中为柱塞和滑靴的总质量。惯性力方向与加速度a的方向相反，随缸体旋转角a按余弦规律变化。当和时，惯性力最大值为 （5-3）（3）离心反力柱塞随缸体绕主轴作等速圆周运动，有向心加速度，产生的离心反力通过柱塞质量重心并垂直轴线，是径向力。其值为 （5-4）（4）斜盘反力 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 即 （5-5）轴向力P与作用于柱塞底部的液压力及其它轴向力相平衡。而径向

37、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和该力是接触应力和产生的合力。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和离心力引起的接触应力和可以看成是连续直线分布的应力。（6）摩擦力和柱塞与柱塞腔壁之间的摩擦力为 （5-6）式中 为摩擦系数，常取=0.050.12，这里取0.1。 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和可以通过如下方程组求得 （5-7）式中 柱塞最小接触长度，根据经验=，这里取=44mm； 柱塞名义长度，根据

38、经验=，这里取=189mm； 柱塞重心至球心距离，=-以上虽有三个方程，但其中也是未知数，需要增加一个方程才能求解。根据相似原理有 （5-8）又有 所以 将式代入求解接触长度。为简化计算，力矩方程中离心力相对很小可以忽略，得 （5-9）将式代入可得 （5-10） 将以上两式代入可得 （5-11）式中为结构参数，且 （5-12）3.2滑靴受力分析目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构。滑靴不仅增大了与斜盘的接触面减少了接触应力，而且柱塞底部的高压油液，经柱塞中心孔和滑靴中心孔，再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中。由于油液在封油带环缝中的流动，使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜，大大减少了相对运动件间的

39、摩擦损失，提高了机械效率。这种结构能适应高压力和高转速的需要。液压泵工作时，作用于滑靴上有一组方向相反的力。一是柱塞底部液压力图把滑靴压向斜盘，称为压紧力；另一是由滑靴面直径为的油池产生的静压力与滑靴封油带上油液泄漏时油膜反力，二者力图使滑靴与斜盘分离开，称为分离。当压紧力与分离力相平衡时，封油带上将保持一层稳定的油膜，形成静压油垫。下面对这组力进行分析。（1）分离力 图5-4 滑靴结构及分离力分布图5-4为滑靴结构与分离力，根据流体学平面圆盘放射流动可知，油液经滑靴封油带环缝流动的泄漏量q的表达式为 （5-18）若，则 （5-19）式中为封油带油膜厚度。封油带上半径为的任仪点压力分布式为 （5-20）若，则 （5-21）从上式可以看出，封油带上压力随半径增大而呈对数规律下降。封油带上总