论文简介
A70变量斜盘轴向柱塞泵的设计
能源与动力工程111110624 李鹏元指导老师冀宏、胡启辉
摘要
近年来，容积式液压泵的形式发展变化大，使得柱塞泵，尤其是轴向式柱塞泵的采用日益广泛。轴向式柱塞泵的主要有结构紧凑，单位功率体积小，重量轻，压力高。变量机构布置方便，寿命长等优点。不足之处是对油液的污染敏感，滤油精度要求高，成本高等。本次设计的A系列恒压变量控制轴向柱塞泵的机构型式是参照日本油研公司的A系列柱塞泵，严格按照轴向柱塞泵的工作原理对泵的主要零件进行设计计算，包括强度计算以及变量机构的设计计算。通过运动学分析，计算了泵的瞬时流量，经过分析计算，验证了泵的变量机构参数的合理性。
关键词：轴向柱塞泵:运动学:变量机构:验算。
Abstract
In recent years, the development of the form of the volume type hydraulic pump, which makes the piston pump, especially the axial piston pump is widely used.. The axial piston pump has the main structure compact, the unit power volume is small, the weight is light, the pressure is high. Convenient variable mechanism, long life, etc. The shortage is that the pollution of oil is sensitive, and the precision of oil filter is high, and the cost is higher. Reference to the basic configuratian of the A series constant pressure control variable axial pasitian pump of Japan Yuken company，The pump constructian and the variable mechanism has been determined, which this paper are concerned the transient delivery of the pump has been calculated. Base on above analysis, we have confirmed the design parameter of the pump and the variable mechanism rational，which take theory basin for the design.
Key words: axial position pump;Variable mechanism;kinematics;checking.
一．A70变量轴向柱塞泵的简介
1.A70变量轴向柱塞泵的工作原理
A70轴向柱塞泵的工作原理是由泵轴驱动的缸体连同柱塞一起旋转，在回程盘和中心弹簧的共同作用下，可以使中心弹簧通过顶针顶住中心球铰，最终压紧回程盘，回程盘紧贴在止推板，止推板在斜盘内对斜盘的磨损起到保护作用。随着泵轴驱动，使得缸体连同柱塞一起旋转，这时柱塞在柱塞孔中往复运动完成吸油和排油动作，当改变斜盘倾角时，泵的排量会随着倾角的改变而改变,当然此过程都与泵的变量机构有关。
A70轴向柱塞泵要求泵的输出压力不变，此设计的控制阀的油路（即变量机构）是从泵的出口，通过泵体和变量壳体内的流道进入进入变量阀芯的下端，使得变量阀芯的下端压力大于变量阀芯上端的弹簧力，进而出口液压油液进入变量活塞的下端，变量活塞的另一端作用着斜盘。进而改变斜盘的倾斜角度，进而改变泵的流量。当出口压力升高时，通过变量过程，使得活塞运动，斜盘倾角减小。相反，当泵的压力减小时，活塞运动，斜盘倾角增大，泵的流量变大，进而实现恒压控制。A70变量轴向柱塞泵控制原理图和特性曲线如下图。
恒压控制轴向柱塞泵的控制原理图及特性曲线
2. A70变量轴向柱塞泵的设计参数
额定压力Ps=25MPa 最高压力=28 MPa 公称排量q=70ml/r 同步转速n=1500r/min 最小调节流量q=30ml/r
变量形式：恒压控制
3 . A70变量轴向柱塞泵的剖视图
二．运动学分析
斜盘式轴向柱塞泵，在工作时其柱塞和滑靴作两个主运动：一个是沿缸体轴线的相对缸体的往复移动；一个是与缸体一起旋转。
柱塞的运动分析：滑靴与柱塞球头中心之绝对运动轨迹的参数方程为：
sin
X R?=;
由上式我们可以得知，此运动轨迹为一椭圆。滑靴球心绕O点的旋转角速度为
22cos cos cos s d dt θβω?β?==+2ωsin 由上式我们可以得到，当2π?=、32π……时，s ω取到最大值，其值为
max max cos s ωωβ= 而当0?=、π……时，s ω取到最小值，其值为：max max
cos s ωωβ= 由结构可以知道，滑靴球心绕O 点旋转一周的时间等于缸体旋转一周的时间。因此，其平均角速度等于缸体的角速度，即：smean ωω=
顺便指出，柱塞与滑靴除了上述的相对运动与牵连运动以外，还可能由摩擦而产生的绕其自身轴线的转动，这无论对于均匀磨损还是改善润滑都是有益的。
柱塞在缸孔的运动分析:
柱塞球头中心点B 在OZ 轴上的移动距离为错误！未找到引用源。 , 柱塞相对缸体作轴向
移动的速度：t a n Γs i n ds V wR dt ?=
= , 柱塞相对缸体大的轴向加速度为：2t a n Γs i n d w a w R d t ?==, 当0＜错误！未找到引用源。＜∏时，V ＞0，表示柱塞排油;当∏＜错误！未找到引用源。＜2∏时，V ＜0，表示柱塞吸油.
三．动力学分析
将原动机输出的转矩，通过各组件传递、变换轴向柱塞泵处于高压下运动，因此各零件承受较大的载荷。泵的主要零部件的受力分析是泵设计计算的基础。本部分的分析主要包括由柱塞组的受力分析、斜盘受力分析、缸体的受力分析、泵轴的受力分析四个主要部分。
四．主要零部件的设计
轴向柱塞泵：直接影响工作性能的部位有：柱塞副、滑靴副、配油部位、轴承部位、斜盘机构和泵轴等。所以本部分的设计主要有:柱塞的设计计算、滑靴的设计计算、缸体的设计计算、配流盘的设计计算、斜盘的设计计算、回程盘的设计计算、泵轴的设计计算、弹簧的设计计算、变量机构的设计计算等。
五．变量机构
恒压变量是轴向柱塞泵使用最广泛的变量方式之一。在泵的转速不变的情况下，柱塞泵可以很容易的进行排量的调节，实现流量调节，以满足液压系统的要求。 恒压控制变量泵的工作原理图如下图所示：当变量活塞向右运动时，变量泵符号的带箭头斜线受变量活塞的推动变得更陡了，表示泵的排量减小了，图示的泵为内控式，如液压系统为阻力负载，泵的输出量过大，会引起系统压力P 增加。此时，控制滑阀端部的液压力大于调压弹簧力而使阀芯右移，压力油进入变量活塞的左端。变量活塞的右端始终通压力油，变量活塞两端承压面积差产生的液压推力推动泵的变量机
构，使变量泵的排量减小，因而输出流量减小，泵的工作少压力也随之降低。滑阀左
端而的液压力刚好等于调压弹簧的预紧力时，滑阀关闭，变量活寨停止运动，变量过
程结束，泵的工作压力稳定在调定值。同理，如系统压力下降，变量机构使泵的输出
流量增加，工作压力回升到调定值，调节调压弹的预紧力，即可以调节泵的工作压力。从而使泵在不同的压力下恒压控制排量及其流量的变化。
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