軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá).ppt

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1、軸向柱塞泵與軸向 柱塞馬達(dá) 通常把利用柱塞底部密封空間工作的液壓泵稱(chēng) 為柱塞泵。柱塞泵根據(jù)柱塞與轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系分為 兩大類(lèi)，一類(lèi)柱塞的軸線與轉(zhuǎn)子的軸線一致，稱(chēng)為 軸向柱塞泵；一類(lèi)柱塞沿轉(zhuǎn)子的半徑方向布置，稱(chēng) 之為徑向柱塞泵 。 軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位功率體積小、 重量輕、工作壓力高、容易實(shí)現(xiàn)變量和變量方式多 等優(yōu)點(diǎn)，軸向柱塞泵的缺點(diǎn)是對(duì)油液污染較敏感、 對(duì)油液清潔度要求較高、對(duì)材質(zhì)和加工精度要求亦 較高、使用和維護(hù)要求比較嚴(yán)、價(jià)格昂貴。 軸向柱塞泵廣泛應(yīng)用于在工程機(jī)械 、 船舶甲板 機(jī)械 、 冶金設(shè)備 、 火炮和空間技術(shù)等領(lǐng)域 。 一 .軸向柱塞泵的分類(lèi)

2、 按配流方式軸向柱塞泵分為閥式配流軸向柱塞 泵和配流盤(pán)配流軸向柱塞泵量（又稱(chēng)為端面配流軸 向柱塞泵）大類(lèi)。 配流盤(pán)配流的軸向柱塞泵根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為 斜盤(pán)式和斜軸式兩類(lèi)。 斜盤(pán)式指?jìng)鲃?dòng)軸軸線與缸體軸線一致 ， 與圓盤(pán) 軸線傾斜；斜軸式指?jìng)鲃?dòng)軸軸線與圓盤(pán)軸線一致 ， 與缸體軸線傾斜 。 斜 盤(pán) 傳 動(dòng) 軸 柱 塞 缸 體 配 流 盤(pán) 傳 動(dòng) 軸 斜 盤(pán) 柱 塞 缸 體 配 流 盤(pán) ( a ) ( b ) a - 斜 盤(pán) 式 軸 向 柱 塞 泵 b - 斜 軸 式 軸 向 柱 塞 泵 斜盤(pán)式軸向柱塞泵根據(jù)傳動(dòng)軸是否穿過(guò)斜盤(pán)分 為通軸式和半軸式（又稱(chēng)非通軸式），穿過(guò)斜盤(pán)的 稱(chēng)為通

3、軸式軸向柱塞泵；沒(méi)有穿過(guò)斜盤(pán)的稱(chēng)為半軸 式軸向柱塞泵。 二 .軸向柱塞泵的工作原理 1.斜盤(pán)式軸向柱塞泵的工作原理 1 A A A A 2 3 4 5 a 1 - 斜 盤(pán) 2 - 柱 塞 3 - 缸 體 4 - 傳 動(dòng) 軸 5 - 配 流 盤(pán) D L d 隔 墻 隔 墻 b 圖 3-4-2為斜盤(pán)式軸向柱塞泵的工作原理圖。柱塞 安放在缸體上均布的缸孔之中（缸體上一般均布著 7 9個(gè)缸孔），配流盤(pán)兩腰形槽的對(duì)稱(chēng)線與斜盤(pán)的 上死點(diǎn)（此時(shí)柱塞全部伸出）和下死點(diǎn)（此時(shí)柱塞 全部縮回）的連線在一個(gè)平面上。在柱塞的底部由 柱塞、缸孔和配流盤(pán)形成了多個(gè)密封工作腔，由于 配流盤(pán)隔墻的分隔作用這些工作腔

4、一部分通過(guò)配流 盤(pán)左邊的腰形槽與吸油口相通；一部分通過(guò)配流盤(pán) 右邊的腰形槽與排由口相通；還一部分處在左右腰 形槽之間的過(guò)渡區(qū)間。 當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)缸體按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞一方面 隨著缸體作圓周運(yùn)動(dòng)，一方面在斜盤(pán)和柱塞底部彈 簧力的作用之下向?qū)τ诟左w作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞 由上死點(diǎn)向下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，處在配流盤(pán)的左半 部，在斜盤(pán)的強(qiáng)制作用下柱塞向缸孔內(nèi)縮回，柱塞 底部的密封空間收縮，于是一部分液體被強(qiáng)制通過(guò) 缸孔底部的小腰形槽、配流盤(pán)左邊腰形漕和排油口 排出，這就是排由過(guò)程。當(dāng)住塞運(yùn)動(dòng)至下死點(diǎn)時(shí)， 密封工作腔達(dá)到了最小值，排油結(jié)束。隨著缸體的 旋轉(zhuǎn)，柱塞又由下死點(diǎn)向上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。 在彈簧力的作用下

5、，柱塞線外伸出，柱塞底部的密 封空間增大形成真空，油箱中的液體在大氣壓力的 推動(dòng)之下經(jīng)過(guò)吸有管路、吸油口、配流盤(pán)右側(cè)的腰 形窗口進(jìn)入密封空間，填補(bǔ)真空，當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)之上 死點(diǎn)密封空間達(dá)到最大值，吸油結(jié)束。由于柱塞泵 油多個(gè)柱塞且在缸體圓周上是均布的，所以在任意 瞬時(shí)配流盤(pán)的左側(cè)和右側(cè)腰形槽均有密封工作腔存 在，于是當(dāng)缸體連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵就可以連續(xù)的吸油 和排油了。 柱塞的行程由斜盤(pán)的傾斜角度 決定， 的大小發(fā)生 變化，則泵的排量發(fā)生變化，柱塞泵就成為變量泵 了。 2.斜軸式軸向柱塞泵的工作原理 斜軸式軸向柱塞泵的柱塞通過(guò)連桿與交接盤(pán)（主軸 法蘭）鉸接，并由于連桿的強(qiáng)制作用使柱塞產(chǎn)生往 復(fù)運(yùn)動(dòng)

6、。 1234 5 b 5 a 排 油 腔 吸 油 腔 如圖 3-4-3所示，法蘭傳動(dòng)軸 1為輸入軸，軸的前端做成法 蘭盤(pán)狀，盤(pán)上有 Z個(gè)球窩（ Z為柱塞數(shù)），均布在同一個(gè) 圓周上，用以支承連桿 2的球頭，并用壓板與法蘭盤(pán)連在 一起形成球鉸，連桿 2的另一端球頭鉸接在柱塞 4上，柱塞 裝在缸體 3的柱塞缸孔中。 這種泵的傳動(dòng)軸和缸體軸線傾斜一個(gè)角度，故稱(chēng)斜軸式軸 向柱塞泵。當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿 2推動(dòng)柱塞在缸孔中作 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)連桿的側(cè)面帶動(dòng)柱塞連同缸體一起旋轉(zhuǎn)， 只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以使連桿 2的軸線和缸孔軸線間的夾角 很小，因而柱塞 4上的徑向作用分力以及缸體上的徑向作 用分力都很小。這

7、對(duì)于改善柱塞和缸體間的摩擦、磨損以 及減小缸體的傾覆力矩都有很大好處。由于上述徑向力的 減小，傳動(dòng)軸和缸體軸線的傾角 可以做得較大，一般 max 可達(dá) 25 個(gè)別達(dá) 40 。 二 .軸向柱塞泵的流量計(jì)算 1.斜盤(pán)泵的流量計(jì)算 1）斜盤(pán)泵的排量 由 3-4-2可知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周所有的柱塞所形成的密 封工作腔都進(jìn)行了一次吸油和一次排油。柱塞由上 死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至下死點(diǎn)完成一次排油。設(shè)柱塞的直徑為 d、柱塞的分布圓直徑為 D、斜盤(pán)的傾斜角度為 ， 則由上死點(diǎn)到下死點(diǎn)時(shí)柱塞相對(duì)于缸孔運(yùn)動(dòng)的行程 L為 t a nDL 排量 q為 t an4141 22 DZdZdLq 2）斜盤(pán)泵的理論流量

8、Q為 t a n 4 2 D ZndqnQ 2. 斜軸泵的流量計(jì)算 1） 斜軸泵的排量 q 由 3-4-3可以看出 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，每一柱塞的排 油行程 L均為 s i n2 rL 所以，斜軸泵的排量為 s i n 4 4 2 2 rZd LZdq 斜軸泵的流量 Q s i n 4 2 r Z nd qnQ 式中 L 柱塞行程； D 柱塞分布圓直徑； 斜盤(pán)傾角； d 柱塞直徑； z 柱塞數(shù)； n 轉(zhuǎn)速； 傳動(dòng)軸與缸體夾角 。 三 .斜盤(pán)式軸向柱塞泵的常見(jiàn)結(jié)構(gòu) 軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)形式種類(lèi)較多。我國(guó)較早自行研 制的有斜盤(pán)泵 CY（ 3

9、40）和 ZB（ 3 41）兩大系 列，它們均屬于半軸式軸向柱塞泵。目前在工程機(jī) 械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用著的還有 Sundstarand（ 3 42）、 Dynapower（ 3 43）、 A4V（ 3 44）等，屬于通 軸式軸向柱塞泵。下面介紹常見(jiàn)的軸向柱塞泵的結(jié) 構(gòu)。 1.CY14 1B型軸向柱塞泵 1 - 變 量 機(jī) 構(gòu) 2 - 斜 盤(pán) 3 - 回 程 盤(pán) 4 - 缸 體 5 - 柱 塞 6 - 傳 動(dòng) 軸 7 - 配 流 盤(pán) 8 - 預(yù) 緊 及 集 中 返 回 彈 簧 9 - 滑 靴 1 0 - 缸 體 外 大 軸 承 1 2 3 4 5 6 7 891 0 如圖 3-4-3所示。 C

10、Y14 1B型軸向柱塞泵外觀上由 前泵體、后泵體和泵蓋（或變量機(jī)構(gòu)）三部分組成。 傳動(dòng)軸將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入，通過(guò)花鍵驅(qū)動(dòng)缸體旋 轉(zhuǎn)，缸體上一般開(kāi)有 7 9個(gè)柱塞缸孔，每個(gè)缸空中 均裝有一個(gè)柱塞，柱塞泵就是靠柱塞底端密封工作 腔容積的變化工作的。柱塞的另一端為球頭結(jié)構(gòu)， 它與滑靴上的球窩鉸接在一起。在工作時(shí)滑靴將貼 在斜盤(pán)上滑動(dòng)。為了保證滑靴在工作時(shí)不脫離斜盤(pán) 表面和柱塞泵吸油時(shí)柱塞向 外伸出，將滑靴套入回 程盤(pán)的的對(duì)應(yīng)的孔中，并通過(guò)集中返回彈簧的彈簧 力將滑靴壓在斜盤(pán)上。 集中返回彈簧裝在傳動(dòng)軸的部分中空的孔中，它一 方面通過(guò)鋼球、回程盤(pán)將滑靴壓向斜盤(pán)，其反作用 力通過(guò)套筒將缸體壓向配流盤(pán)，

11、以保證缸底和配流 盤(pán)之間的初始密封。配流盤(pán)介于缸體和前泵蓋之間， 其作用是通過(guò)配流盤(pán)上的兩個(gè)腰形窗口將柱塞底部 的密封工作腔與前泵蓋上的進(jìn)出油口溝通。變量機(jī) 構(gòu)的作用是通過(guò)控制斜盤(pán)的傾角控制柱塞的行程達(dá) 到改變泵的排量的目的。斜盤(pán)上兩個(gè)耳軸擔(dān)在變量 殼體上的兩塊銅瓦上，斜盤(pán)可繞銅瓦的中心旋轉(zhuǎn)。 變量活塞上的銷(xiāo)軸嵌入斜盤(pán)的尾槽之中，當(dāng)變量活 塞上下移動(dòng)時(shí)可操縱斜盤(pán)繞銅瓦中心旋轉(zhuǎn)，改變泵 的排量。 另外，傳動(dòng)軸的一端支承在短柱滾子軸承和向心球 面球軸承上，另一端支承在缸體上。如圖 3-4-4所 示，斜盤(pán)對(duì)柱塞的反作用力可分解為沿柱塞軸線方 向的軸向力，和與柱塞垂直的徑向力，徑向力通過(guò) 柱塞將傳遞

12、給缸體，如不采取措施此力將傳遞給傳 動(dòng)軸。分析表明出在高壓區(qū)的柱塞產(chǎn)生的徑向合力， 通過(guò)缸球 19的中心，并豎直向上。為此缸體外大軸 承設(shè)置在圖示位置，承擔(dān)全部徑向力，使傳動(dòng)軸就 可免受彎曲應(yīng)力的作用。因此半軸式軸向柱塞泵的 傳動(dòng)軸往往較細(xì)，當(dāng)沖擊載荷作用在傳動(dòng)軸上時(shí)， 軸的彈性變形可吸收沖擊載荷。但是由于缸體外大 軸承承擔(dān)了全部的徑向力，使半軸式軸向柱塞泵的 壓力和轉(zhuǎn)速的提高受到了限制。 斜 盤(pán) 柱 塞 缸 體 外 大 軸 承 缸 體 T 2.ZB型軸向柱塞泵（圖 3-4-5） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1

13、 9 2 0 2 1 2 2 2 3 ZB型軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)基本與 CY14 1型軸向柱 塞泵相似，兩種結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)是： 1） ZB泵的外觀由泵體和后泵蓋（或變量機(jī)構(gòu)）兩 部分組成，因而結(jié)構(gòu)較緊湊。 CY14 1B泵的泵體 分為前泵體和后泵體兩部分，泵體與配流盤(pán)表面接 觸處平面的加工工藝性較好。 2） ZB泵的傳動(dòng)軸由軸套和芯軸兩部分組成，此結(jié) 構(gòu)非常適合發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵這種震動(dòng)較大驅(qū)動(dòng)方 式，因而在工程機(jī)械上應(yīng)用較為廣泛。 CY14 1B 泵傳動(dòng)軸為整體式結(jié)構(gòu)。 3） ZB泵通過(guò)安裝在傳動(dòng)軸輸入端的彈簧將缸體拉 向配流盤(pán)，保證缸底與配流盤(pán)的密封，并且缸體與 配流盤(pán)之間的預(yù)緊力可以調(diào)節(jié)

14、；在傳動(dòng)軸另一端的 集中返回彈簧保證滑靴貼在斜盤(pán) 上滑動(dòng)，另外也對(duì) 缸底和配流盤(pán)的密封起輔助作用。 CY14 1B泵無(wú)預(yù) 緊彈簧，集中返回彈簧不僅保證滑靴不脫離斜盤(pán)表 面，還保證缸體對(duì)配流盤(pán)的預(yù)緊力。 4) ZB泵結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)能夠逆轉(zhuǎn)，可以作為液壓馬達(dá)使 用。 CY14 1泵不能逆轉(zhuǎn)，不能作液壓馬達(dá)使用。 3.SUNDSTRAND軸向柱塞泵（圖 3-4-6） 該泵為通軸式軸向柱塞泵，其缸體由支承在兩個(gè)滾 子軸承上的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，泵的后端裝有輔助泵，用 于操縱變量機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)補(bǔ)油（該泵可用于閉式系 統(tǒng)）。缸體采用鋼基孔內(nèi)鑲銅套，配流盤(pán)端面附加 一個(gè)青銅襯板與缸制配流盤(pán)組成一對(duì)摩擦副。 變量泵采

15、用兩個(gè)直徑相等的變量缸推動(dòng)斜盤(pán)，由于 變量斜盤(pán)支承在滾動(dòng)軸承上，而且變量缸直徑較大， 故變量機(jī)構(gòu)操縱壓力較低。變量缸中的彈簧，當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，可使斜盤(pán)自動(dòng)回零，使泵在零偏角下 啟動(dòng)，保證了車(chē)輛的安全。該泵的額定壓力和最高 壓力分別為 21Mpa和 35Mpa。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 3 1 2 1 1 該泵為通軸式軸向柱塞泵，其缸體由支承在兩個(gè)滾 子軸承上的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，泵的后端裝有輔助泵，用 于操縱變量機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)補(bǔ)油（該泵可用于閉式系 統(tǒng)）。缸體采用鋼基孔內(nèi)鑲銅套，配流盤(pán)端面附加 一個(gè)青銅襯板與缸制配流盤(pán)組成一對(duì)摩擦副。 變量泵采用兩個(gè)直徑相等的變量缸推動(dòng)斜盤(pán)，

16、由于 變量斜盤(pán)支承在滾動(dòng)軸承上，而且變量缸直徑較大， 故變量機(jī)構(gòu)操縱壓力較低。變量缸中的彈簧，當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，可使斜盤(pán)自動(dòng)回零，使泵在零偏角下 啟動(dòng)，保證了車(chē)輛的安全。該泵的額定壓力和最高 壓力分別為 21Mpa和 35Mpa。 五 .斜盤(pán)泵主要零件分析 斜盤(pán)泵通常有滑靴與斜盤(pán)、柱塞與缸孔和缸底與配 流盤(pán)三對(duì)主要的摩擦副，它們也是泵的易損部位。 下面對(duì)這三個(gè)摩擦副的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 1.滑靴與斜盤(pán) （ 1）靜壓支承的概念 靜壓支承是在摩擦副中引入外加有壓油液，在摩擦 面上產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載相反的力，如果這個(gè)力與負(fù)載 相平衡，那么摩擦副之間可以形成油膜而使壁面完 全不接觸。如果液壓反力小于

17、負(fù)載，雖然不能使壁 面之間形成油膜而使壁面之間脫離接觸，但由于壁 面之間的粗糙度可以滲入有壓液體，不僅使壓緊力 大為減小，而且能起潤(rùn)滑作用從而改善工作條件。 前者稱(chēng)為完全平衡型靜壓支承，后者稱(chēng)為不完全平 衡型靜壓支承。 由于形成油膜，完全平衡型靜壓支承摩擦力很小， 可以避免磨損，但泄漏量較大。不完全平衡型靜壓 支承則基本無(wú)泄漏，但由于壁面并不完全脫離接觸， 液體摩擦和固體摩擦并存，摩擦力稍大，且仍存在 磨損的危險(xiǎn)性。不完全平衡型靜壓支承在液壓技術(shù) 中被廣泛采用。 靜壓支承可以做成各種形式，但不論他的形式如何 ，至少有一個(gè)油腔且油腔內(nèi)的有壓油液須從包圍油 腔的壁縫泄漏，通常這個(gè)壁縫稱(chēng)為節(jié)流邊

18、，油腔內(nèi) 的油液壓力和節(jié)流邊內(nèi)的壓力產(chǎn)生的力即為承載能 力。 由于節(jié)流邊的壓力分布規(guī)律與油腔內(nèi)的壓力分布規(guī)律有關(guān)， 對(duì)于一定幾何形狀的支承的承載能力決定于油腔內(nèi)壓力。 如果油腔內(nèi)的壓力不變，承載能力也就不變，但負(fù)載卻往 往是變動(dòng)的，這樣油腔內(nèi)壓力不變的支承就不能適應(yīng)可變 負(fù)荷。為此需采取措施，使油腔內(nèi)的壓力在一定范圍內(nèi)能 隨負(fù)荷的變化而變化。其辦法就是在油腔之前裝置阻尼器， 使支承具有雙重阻尼，即進(jìn)口阻尼和節(jié)流邊阻尼。 前者與 后者協(xié)同調(diào)節(jié)油腔內(nèi)壓力。由于通過(guò)阻尼器的流量和通過(guò) 節(jié)流邊的流量是相等的，當(dāng)負(fù)載上升使油膜厚度減小，使 節(jié)流邊的節(jié)流作用加強(qiáng)泄漏量減小，進(jìn)而使阻尼器壓降減 小油腔內(nèi)壓

19、力上升，重新與負(fù)載達(dá)到平衡。即由于采用了 雙重阻尼，引起了油腔內(nèi)壓力的反饋?zhàn)饔茫瑯?gòu)成一個(gè)自動(dòng) 調(diào)節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)，使支承能適應(yīng)負(fù)載的變化 。 阻 尼 小 孔 C N 1 N d F D 2 D 1 （ 2）滑靴與斜盤(pán)間的不完全平衡型靜壓支承 如圖 3-4-8所示，柱塞采用中空結(jié)構(gòu)，其球頭部位 銑掉一塊，使液壓油對(duì)球頭處的球鉸潤(rùn)滑。然后經(jīng) 過(guò)滑靴上的阻尼小孔，進(jìn)入油室 c然后經(jīng)滑靴與斜 盤(pán)間的周邊縫隙進(jìn)入泵體。由于縫隙很小，液體在 縫隙中的流速較小，油室的過(guò)流面積遠(yuǎn)大于縫隙處 的過(guò)流面積，根據(jù)流動(dòng)液體的連續(xù)性方程可知，油 室中液體的流速極小，因此可近似認(rèn)為等于零。根 據(jù)液體靜力學(xué)原理，油室中所

20、有各點(diǎn)的壓力相等， 于是產(chǎn)生了圖示的液體壓力的分布規(guī)律，對(duì)滑靴形 成了一個(gè)反推力，即靜壓支承。 設(shè)處在高壓區(qū)的柱塞底部的壓力為 p、柱塞的直徑 為 d、油室 c的直徑為 D1、滑靴直徑為 D2，則作用 于柱塞底部的力 F為 pdF 24 此力將滑靴推向斜盤(pán)，導(dǎo)致滑靴和斜盤(pán)之間通過(guò)存 在于它們之間的承壓油膜相互作用。根據(jù)理論力學(xué) 可知，承壓油膜將產(chǎn)生對(duì)滑靴的反作用力 N。反作 用力 N的大小與滑靴對(duì)油膜的壓緊力相等、方向相 反。它由兩部分組成承壓油膜的反推力；承壓 油膜的支撐力。 1.承壓油膜的反推力 由于滑靴周邊縫隙的強(qiáng)大的阻尼作用，油室內(nèi)的 油液壓力可近似認(rèn)為等于排油腔壓力，滑靴外

21、密封 帶上的壓力分布規(guī)律近似認(rèn)為按線性規(guī)律分布（圖 4 44），所以承壓油膜的反推力 N1為 pDDpDDpDN )21(4)(84 21222122211 2.承壓油膜的支撐力 N2（又稱(chēng)為剩余壓緊力） 12 NNN N在數(shù)值上與滑靴對(duì)油膜的壓緊力相等，方向相反， 其大小為 pdFN 2 c o s4c o s 所以 pDDdN ) c o s ( 4 2 1 2 2 2 2 承壓油膜靠自身的強(qiáng)度和柱塞由低壓到高壓有一個(gè) 擠壓過(guò)程可以承受壓力，另外油液從內(nèi)向外流動(dòng)時(shí)， 由于摩擦生熱會(huì)產(chǎn)生熱膨脹，也可以承擔(dān)一定的壓 力。雖然上述兩個(gè)力隨著壓力得上升因?yàn)橐?/p>

22、體受到 壓縮而得到加強(qiáng)，但是其強(qiáng)度仍然較小。支撐力過(guò) 大時(shí)將造成油膜破裂，引起滑靴和斜盤(pán)的干摩擦， 導(dǎo)致“燒靴”現(xiàn)象的發(fā)生。為此設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)，取 95.085.01 NNm 式中 m 壓緊系數(shù) 。 應(yīng)當(dāng)指出滑靴處的靜壓支承是一個(gè)不完全的靜壓支 承，因?yàn)橥耆撵o壓支承的反推力 N1應(yīng)等于壓僅 力 N，這是柱塞泵在結(jié)構(gòu)上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)如 果實(shí)現(xiàn)也會(huì)由于間隙過(guò)大而造成泵的容積效率過(guò)低， 這是不能接受的。柱塞泵的這種近似的靜壓指承， 只要適當(dāng)?shù)倪x取壓緊系數(shù)，不僅保證了泵的使用壽 命還保證了泵工作時(shí)具有較高的容積效率，因此這 種設(shè)計(jì)思想在泵類(lèi)元件中獲得了普遍的應(yīng)用。 在減小支撐力的

23、同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上還要采取增大接觸 面積的措施（通常稱(chēng)為輔助支撐面）減小接觸面積 上的比壓值。為此出現(xiàn)了許多結(jié)構(gòu)種類(lèi)的滑靴。圖 3-4-9所示為幾種滑靴結(jié)構(gòu)的示意圖。圖 3-4-9a為一 般滑靴結(jié)構(gòu)，其外輔助支承面可減小支撐力產(chǎn)生的 接觸比壓；圖 3-4-9b所示的內(nèi)輔助支撐的好處是增 加承壓面積的同時(shí)不增大滑靴的尺寸；圖 3-4-9c采 用了滑靴、斜盤(pán)縫隙阻尼與螺旋槽并聯(lián)的形式。 密 封 帶 油 室 阻 尼 孔 外 輔 助 支 承 面 通 油 槽 密 封 帶 阻 尼 孔 環(huán) 形 油 槽 內(nèi) 輔 助 支 承 面 外 密 封 帶 油 槽 內(nèi) 密 封 帶 阻 尼 槽 阻 尼 孔 2.柱塞與缸孔

24、 圖 3-4-10所示泵在工作時(shí)處在高壓區(qū)的柱塞受 力圖。 （ 1）斜盤(pán)對(duì)滑靴的反作用力 垂直與斜盤(pán)表面的 斜盤(pán)對(duì)滑靴的反作用力可分解為沿柱塞軸線方向的 分力和垂直于柱塞的分力。前者與柱塞底部高壓油 產(chǎn)生的推力平衡，后者使柱塞在缸孔中傾斜。 （ 2）油液壓力 作用在柱塞底部的油液壓力是產(chǎn) 生斜盤(pán)對(duì)滑靴的反作用力的原因。 （ 3）斜盤(pán)對(duì)滑靴的側(cè)向力產(chǎn)生 ,方向相反的合力 為 R1、 R2。由力學(xué)可知，當(dāng)認(rèn)為活塞變形很小時(shí)， 在側(cè)向分力 Nsin的作用下，缸孔因彈性變形所產(chǎn) 生的分布應(yīng)力為 1和 2如圖所示。 （ 4）離心力、返回彈簧力和摩擦力等。 在側(cè)向力的作用下，柱塞和缸孔產(chǎn)生

25、摩擦，造成 柱塞和缸孔的磨損。由于缸孔表面一般采用度銅結(jié) 構(gòu)，所以通常缸孔的磨損更為嚴(yán)重，長(zhǎng)期使用的軸 向柱塞泵的缸孔由于磨損往往發(fā)生了變形，造成泵 容積效率的下降 dN N - 斜 盤(pán) 對(duì) 柱 塞 的 反 推 力 ； R 1 、 R 2 - 作 用 在 柱 塞 上 的 側(cè) 向 力 ； F 1 、 F 2 - 柱 塞 與 缸 孔 的 摩 擦 力 ； P - 柱 塞 底 部 高 壓 油 推 力 F 1 F 2 R 2 P 3.配流盤(pán)與缸底（圖 3 7缸底與配流盤(pán)結(jié)構(gòu)示意 圖） 處在高壓區(qū)的柱塞底部的高壓油一方面將柱塞推 向斜盤(pán)，另一方面產(chǎn)生壓緊力將缸體壓向了配流盤(pán) 。配流盤(pán)高壓區(qū)腰形槽的高壓

26、油滲入兩者的縫隙之 中對(duì)缸體產(chǎn)生了反推力。雖然配流盤(pán)表面油液壓力 的平均值小于高壓腔油液的壓力值，但是它的作用 面積較大，有可能使反推力大于壓緊力，從而將缸 體推開(kāi)，造成高低壓腔的串通，泵無(wú)法工作。為了 保證缸體不背推離配流盤(pán)，需要減小反推力。為此 可將配流盤(pán)的外圓和內(nèi)圓各銑掉一塊環(huán)形面積。在 設(shè)計(jì)時(shí)通常使壓緊力 N與反推力 F的比值 m為 14.112.1 F Nm A A A A 1 - 配 流 窗 口 2 - 內(nèi) 密 封 帶 3 - 外 密 封 帶 4 - 輔 助 支 撐 面 5 - 泄 油 槽 2 3 4 1 5 銑掉環(huán)形面積保證上式的成立，可使壓緊力稍大于 反推力。由于軸向柱塞

27、泵的壓力較高，同時(shí)缸體對(duì) 配流盤(pán)剩余壓緊力（ N F）的作用面積過(guò)?。▋H 為內(nèi)外密封帶和高低壓腰形槽之間的隔墻），造成 承壓油膜的接觸比壓過(guò)大，進(jìn)而引起油膜破裂，缸 底與配流盤(pán)之間產(chǎn)生干摩擦。為了防止這種現(xiàn)象的 發(fā)生，配流盤(pán)采用了在不增加反推力的同時(shí)，增加 配流盤(pán)與與缸底接觸面積的措施，即設(shè)置了輔助支 撐面減小配流盤(pán)與缸體的接觸比壓。 上圖所示的配流盤(pán)采用熱楔支承。泄油槽 5使輔助 支承內(nèi)、外圓均與泵體內(nèi)壓力相等（即為泄漏油壓 力）。當(dāng)缸體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，輔助之承面上一層極薄 的油膜受到了很大的剪切力。由于內(nèi)摩擦力的作功 由液發(fā)熱并膨脹，以至產(chǎn)生壓力流動(dòng)。這就意味著 在支承面上的壓力大于殼體內(nèi)

28、的泄油壓力，因而產(chǎn) 生推力，故稱(chēng)熱楔支承。如果油液厚度變大，則油 膜中速度梯度減小，剪切力隨之減小，發(fā)熱量減小， 推力減小。于是缸體的壓緊歷史油膜厚度減小。所 以熱楔支承在一定程度上能使油膜厚度維持在一定 范圍內(nèi)。 圖 3 49所示為帶有動(dòng)壓支承結(jié)構(gòu)的配流盤(pán)。它的 輔助支承做成略帶傾斜的小平面（圖 3 39斷面 A A）。當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，形成楔形油膜產(chǎn)生軸向 推力。這種支承油較大的承載能力，但是加工較困 難。 A A A A 泵的加工、裝配誤差可能造成缸體端面與配流盤(pán)端 面的不平行。對(duì)通軸式斜盤(pán)泵來(lái)講，主軸的撓曲變 形也可能造成缸體傾斜。為了使缸體和配流盤(pán)能很 好的貼緊，所有的軸向柱塞泵均在

29、結(jié)構(gòu)上采用自位 措施，使配流盤(pán)（或缸體）端面自動(dòng)適應(yīng)缸體（或 配流盤(pán)）端面的微量?jī)A斜。 圖 3-4-13所示的球面配流盤(pán)具有良好的自位性能， 即使缸體相對(duì)傳動(dòng)軸軸線有些傾斜，仍能保證缸低 和配流盤(pán)表面的密合。 配 流 盤(pán) 缸 體 柱 塞 為了保證高低壓強(qiáng)之間的密封形和防止柱塞底部的 密封工作腔在由高壓到低壓（或由低壓倒高壓）的 交接過(guò)程中發(fā)生液壓沖擊，柱塞底部的小腰形槽間 隔角小于配流盤(pán)高低壓腔腰形槽之間的隔墻的間隔 角。有些配流盤(pán)還采取使配流盤(pán)腰形槽的對(duì)稱(chēng)軸線 相對(duì)于斜盤(pán)上下死點(diǎn)連線沿旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 的措施（如國(guó)產(chǎn) CY14 1型軸向柱塞泵旋轉(zhuǎn)了 6 ），實(shí)現(xiàn)在油低壓（高壓）到高壓

30、（低壓）的 過(guò)程中室密封容積在封閉的狀況下加壓（減壓）。 以減小由于壓力突變而造成的液壓沖擊。由于封閉 加壓（減壓）時(shí)柱塞沿泵的軸線方向的行程是固定 不變的，所以加減壓造成的壓力上升或下降的數(shù)值 時(shí)一定的。 然而液壓泵的壓力由負(fù)荷決定，這就導(dǎo)致泵的壓力 與加減壓造成壓力的差別，因此僅僅依靠封閉加減 壓不能很好的消除液壓沖擊。為此在封閉加減壓措 施的基礎(chǔ)上，在配流盤(pán)的隔墻處通常還開(kāi)設(shè)減震三 角槽活減震阻尼小孔（如圖 3 47）。當(dāng)吸油還未 結(jié)束時(shí)，通過(guò)減振槽或阻尼小孔已經(jīng)使柱塞底部的 密封工作腔與排油腔微微相通，排油腔油液經(jīng)過(guò)這 條通道進(jìn)入密封工作腔，使工作腔壓力上升。隨著 缸體的轉(zhuǎn)動(dòng)，減振槽

31、或減振孔的通流面積逐漸增大， 阻尼作用逐漸減小，密封工作腔壓力上升速度加快。 當(dāng)密封工作腔進(jìn)入排油腔時(shí)其壓力已經(jīng)基本上與排 油腔壓力相等了。 此措施不僅使配流盤(pán)的受力條件得到了改善，還大 大的減小了由與壓力沖擊而產(chǎn)生的噪聲。采用減震 槽或減震阻尼孔在排油結(jié)束轉(zhuǎn)入吸油腔的過(guò)程與前 述相同，不再贅述 。 六 .軸向柱塞泵的變量機(jī)構(gòu) 軸向柱塞泵變量方便和變量的方式多也是其獲得廣 泛應(yīng)用的原因?，F(xiàn)代的軸向柱塞泵普遍的采用了集 成結(jié)構(gòu)，泵體上通常都帶著安全法和用于控制排量 的電液比例閥以及各種用于特殊目的的閥類(lèi)。軸向 柱塞泵的作用是：操縱斜盤(pán)傾角（斜軸泵為缸體傾 角）的大小和方向，改變泵的排量，

32、甚至泵的進(jìn)出 油口。由于通過(guò)泵的排量的變化去控制執(zhí)行元件的 速度的調(diào)速方式，可減小液壓系統(tǒng)的功率損失提高 系統(tǒng)效率，所以變量軸向柱塞泵在大功率液壓系統(tǒng) 中（如工程機(jī)械液壓系統(tǒng)）應(yīng)用較為廣泛。 1.手動(dòng)變量機(jī)構(gòu) 如圖 3-4-14所示，手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)由手輪 1、鎖緊螺 母 2、調(diào)節(jié)螺桿 3、變量活塞 4、銷(xiāo)軸 5、斜盤(pán) 6和變 量殼體等零件組成。 1 - 手 輪 2 - 鎖 緊 螺 母 3 - 螺 桿 4 - 變 量 活 塞 5 - 銷(xiāo) 軸 6 - 斜 盤(pán) 1 2 3 4 5 6 2.液壓伺服變量 如圖 3-4-15所示為液壓伺服變量機(jī)構(gòu)的工作原理 圖。一個(gè)雙邊控制閥和一個(gè)差動(dòng)液壓缸組成

33、一個(gè)伺 服系統(tǒng)。伺服活塞移動(dòng)的能源取自泵本身。當(dāng)伺服 閥芯左移時(shí)， A腔經(jīng)油路 D與 O相通。 A腔因回油至 油箱而壓力降低，這時(shí)由于 12 pFFp s A 4 : 1 A 差動(dòng)活塞左移，改變斜盤(pán)的傾斜角度實(shí)現(xiàn)變量，直 至差動(dòng)活塞移動(dòng)的距離等于伺服閥芯移動(dòng)的距離時(shí)， 差動(dòng)活塞本身切斷 D與 O的通路而停止左移。當(dāng)伺 服閥芯右移時(shí)，油路 C使 B腔與 A腔溝通，兩腔壓 力相等均為 ps但是由于 F1大于 F2使 21 FpFp ss 在 ps（ F1 F2）的作用下，差動(dòng)活塞跟蹤伺服閥芯 右移，改變斜盤(pán)的傾斜角度實(shí)現(xiàn)變量，直至差動(dòng)活 塞移動(dòng)的距離等于伺服閥芯移動(dòng)

34、的距離差動(dòng)活塞本 身切斷了油路 C而停止運(yùn)動(dòng)。圖 3-4-15所示國(guó)產(chǎn) CCY14 1B形軸向柱塞泵機(jī)采用了這種一個(gè)雙邊 控制閥和一個(gè)差動(dòng)液壓缸組成一個(gè)伺服系統(tǒng)。 5.恒功率變量 1 2 4 5 3 6 7 8 a b 接 泵 入 口 h g c f e h c g d d f d 1 d 2 圖 3 55為 CY14 1型軸向柱塞泵恒功率變量機(jī)構(gòu) 。 該變量機(jī)構(gòu)由差動(dòng)活塞 2、 四幅滑閥 3、 芯軸 4、 外 彈簧 5、 內(nèi)彈簧 6、 調(diào)節(jié)螺釘 7、 外彈簧套 8、 內(nèi)彈簧 套 9、 單向閥 9等零件組成 。 四幅滑閥 3裝在變量活 塞 2種 。 剛性反饋 ， 伺服閥為雙邊控制閥 。 控制

35、信 號(hào)為泵的出口壓力 。 其工作原理是： 當(dāng)滑閥 3在外彈簧 5與壓緊力作用下處于圖示位置時(shí) ， 環(huán)槽 c打開(kāi) ， 泵的壓力油徑單項(xiàng)閥 1、 下腔使 a、 通 道 b、 環(huán)槽 c進(jìn)入上腔室 e， 由于此時(shí)環(huán)槽 g被伺服滑 閥封閉 ， 或塞上下腔壓力相等 ， 均為 p， 但活塞上 腔有效作用面積大于下腔有效作用面積 ， 因此變量 活塞處于最下端位置 ， 斜盤(pán)傾角最大 ， 即 =max，泵的流量最大。 當(dāng)泵的出口壓力 p小于變量機(jī)構(gòu)的起調(diào)壓力 p0，即 0 2 1 2 20 0 T) 4 ddp pp （ 式中 T0 外彈簧與緊力； d1 滑閥小徑； d2 滑閥

36、大徑 。 時(shí)，變量活塞不動(dòng)，斜盤(pán)傾角為 = max。 當(dāng)泵的出口壓力大于變量機(jī)構(gòu)彈簧的預(yù)緊力，即 0 2 1 2 2 T)4 （ ddp 時(shí)伺服滑閥上移將環(huán)槽 c封閉 ， 滑閥中心孔與 g室連 通 ， 于是活塞上腔油室 e中液體經(jīng) fg 滑閥中心 通孔進(jìn)入泵的殼體 ， 然后經(jīng)泄漏油口流回油箱 ， 于 是 e室油壓下降 ， 變量活塞原有的平衡破壞 ， 向上 的推力大于向下的推力 ， 變量活塞跟隨伺服滑閥上 移并通過(guò)銷(xiāo)子撥動(dòng)斜盤(pán)時(shí)斜盤(pán)傾角減小 ， 直至活塞 的上移將 f與 g之間的通路切斷 ， 由于 e腔液體無(wú)處 流動(dòng) ， 變量活塞停止運(yùn)動(dòng) 。 變量活塞移動(dòng)的距離由 伺服滑閥決定

37、。 當(dāng)在壓力 p下滑閥恢復(fù)平衡時(shí) ， 可 寫(xiě)出滑閥的受力平衡方程式： xkTpdd 102122 )( 4 式中 k1 外彈簧剛度； x 以預(yù)緊狀態(tài)為基準(zhǔn)的彈簧壓縮量 ， 即 在零開(kāi)口狀態(tài)下滑閥的位移量 。 油上式可求得變量活塞的位移量為 x。泵的理論 流量為 ： 0 2 1 2 2 1 m a x 2 m a x22 )( 4 1 4 44 Tpdd k xZ D nd L Q L xx Z D ndZ D n t gdQ 式中 d 柱塞直徑； Z 柱塞數(shù)； D 柱塞分布圓直徑； N 轉(zhuǎn)速； xmax 斜盤(pán)

38、傾角為 max時(shí)效中心矩軸線的 距離； k1 外彈簧剛度 。 由上式可以看出 ， 泵的流量 Q隨其出口壓力按線 性規(guī)律下降 。 隨著泵的出口壓力的增大 ， 外彈簧的壓縮量也在 增大 ， 當(dāng)伺服滑閥觸及內(nèi)彈簧之后的位置處于平衡 狀態(tài)時(shí) ， 伺服閥芯的平衡方程式為： )()( 4 0210 2 1 2 2 xxkxkTpdd 式中 k2 內(nèi)彈簧剛度； x0 內(nèi)彈簧未參加工作之前外彈簧的最大壓縮 量 。 21 020 2 1 2 2 )(4 kk xkTpdd x L xxZD ndZD n t gdQ m a x22 44

39、21 020 2 1 2 2 m a x 2 )( 4 4 kk xkTpdd xZ D nd L 可見(jiàn) ， 觸及內(nèi)彈簧后 ， Q p關(guān)系曲線的斜率將發(fā) 生變化 ， 泵的流量 Q隨出口壓力變化而變化地量減 小 。 當(dāng)調(diào)節(jié)桿觸及限位螺釘后 ， 壓力在提高彈簧的壓 縮量不在變化 ， 伺服閥芯和變量活塞也不再動(dòng)作 ， 泵的排量不在變化 。 另外通過(guò)調(diào)節(jié)外彈簧彈簧套和內(nèi)彈簧彈簧套的位 置可以調(diào)節(jié)外彈簧和內(nèi)彈簧的開(kāi)始工作點(diǎn)并改變折 線的位置 ， 如圖中所示 。 當(dāng)泵的壓力下降時(shí) ， 伺服滑閥下移變量活塞跟蹤 下移 ， 斜盤(pán)傾斜角度增加 ， 排量增大 ， 工作原理與 上述類(lèi)似 。 恒功率變量機(jī)

40、構(gòu)采用自供油的方式。圖 3 56所 圖 3 56所式的恒功率變量機(jī)構(gòu)的進(jìn)油道僅與某一 個(gè)油口相通（排油口），故吸、排油口不能改變， 只能單向變量。 七 .軸向柱塞馬達(dá) （ 一 ） 軸向柱塞馬達(dá)的工作原理 1. 斜盤(pán)式軸向柱塞馬達(dá)的工作原理 F F F D F N F f P 圖 3 58所示為斜盤(pán)式軸向柱塞馬達(dá)的工作原理圖。 當(dāng)通過(guò)配流盤(pán)左側(cè)的配流窗口向柱塞底部的密封工 作腔注入高壓油時(shí)，油液壓力推動(dòng)柱塞將滑靴壓向 斜盤(pán)，斜盤(pán)將對(duì)滑靴產(chǎn)生一個(gè)反作用力 N，反作用 力 N可以分解成沿柱塞軸線方向的分力 Ff和與柱塞 垂直的分力 F，其中分力 F對(duì)回轉(zhuǎn)中心形成力矩。 由于斜盤(pán)的上

41、死點(diǎn)（柱塞伸出最大值）和下死點(diǎn) （柱塞縮回的最大值）的連線與配流盤(pán)兩腰型槽的 對(duì)稱(chēng)軸線在同一平面上，且柱塞在缸體上是均勻分 布的，因而在任意瞬時(shí)高壓區(qū)總有 3 4（若柱塞數(shù) 為 9時(shí)，則由 4 5個(gè)柱塞）處在高壓區(qū)。處在高壓 區(qū)的柱塞均受到力 N的作用，因而也均存在分力 F， 各柱塞的分力 F到軸心的距離雖然不同， 但所形成扭矩的方向是相同的 ， 其合力矩通過(guò)柱塞 、 缸體驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 。 所以當(dāng)連續(xù)向液壓馬達(dá)提供 壓力油時(shí) ， 液壓馬達(dá)將帶動(dòng)負(fù)載連續(xù)的回轉(zhuǎn) 。 將液 壓馬達(dá)的進(jìn)出油口對(duì)調(diào)液壓馬達(dá)將反向旋轉(zhuǎn) ， 工作 原理同上 。 若減小斜盤(pán)的傾斜角度 ， 液壓馬達(dá)的 排量減小 ， 由公式 mv mv pqM qnQ 159.0 可知 ， 當(dāng)輸入流量不變時(shí) ， 轉(zhuǎn)速將提高 。 但是當(dāng)負(fù) 載力矩不變時(shí) ， 系統(tǒng)壓力也將提高 。 另外 ， 不改變 進(jìn)出油口而改變斜盤(pán)的傾斜方向時(shí)液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 方向?qū)l(fā)生變化 。