轴向柱塞泵设计

1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数

1．1直轴式轴向柱塞泵工作原理

直轴式轴向柱塞泵主要结构如图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，由于斜盘平面相对缸体平面（xoy面）存在一倾斜角γ，迫使柱塞在柱塞腔内作直线往复运动。如果缸体按图示n方向旋转，在180︒～360︒范围内，柱塞由下死点(对应180︒位置)开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至上死点(对应0︒位置)止。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0︒～180︒范围内，柱塞在斜盘约束下由上死点开始不断进入腔内，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。由此可见，缸体每转一跳各个往塞有半周吸油、半周排油。如果缸体不断旋转，泵便连续地吸油和排油。

图1.1 直轴式轴向柱塞泵工作原理

=2(19.50.2)(19.50.22)94

≈0.84(L) 不计容积损失时，泵的理论流量tb Q 为

2max 4

b b x b q n d s Zn π==

=0.84×1500

1000100010070.2.15000.95v Q

n （ml/r ）

p C

1370.2206p C 是常数，对进口无预压力的油泵p C =5400，这里取p C =9100故符合要求。

排量是液压泵的主要性能参数之一，是泵几何参数的特征量。相同结构型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。因此，对液压元件型号15。

b Q =100-3=97ml/min ）

b Q 为柱塞泵泄漏流量。

轴向柱塞泵的泄漏流量主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜盘平面之间及柱塞与柱塞腔之间的油液泄漏产生的。此外，泵吸油不足﹑柱塞腔底部无效容积也造成容积损失。

泵容积效率97%

=0.94～0.98，故符合要求。

2b b p q π

==6

6120.8410 1.610(.2N m b p 为泵吸﹑排油腔压力差。

考虑摩擦损失b M 时，实际输出扭矩gb M 为

gb b M M M =+=6661.6100.210 1.810(.N m 轴向柱塞泵的摩擦损失主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜盘平面之间﹑柱塞与柱塞腔之间的摩擦副的相对运动以及轴承运动而产生的。泵的机械效率定义为理论扭矩tb M 与实际输出扭矩gb M 之比，即

661 1.61088.9%1.8101tb tb mb b

gb tb b fb M M M M M M M

功率与效率

不计各种损失时，泵的理论功率tb N

2b tb p Q =6

15002 1.810283()60kw 为

2gb b n M π=6

150012 1.610282()600.889

kw 泵实际的输出功率bc N 为

b gb b tb b p Q p Q =363 1.610954267(kw 为输出功率b

c N 与输入功率br N 之比，即

1

2b tb b bc b b mb br tb mb p Q N N M =0.8890.970.86

上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。对于轴向柱塞泵，b =0.85～0.9,上式满足要求。

2 直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析

泵在一定斜盘倾角下工作时，柱塞一方面与缸体一起旋转，沿缸体平面做圆周运动，另一方面又相对缸体做往复直线运动。这两个运动的合成，使柱塞轴线上任一点的运动轨迹是一个椭圆。此外，柱塞还可能有由于摩擦而产生的相对缸体绕其自身轴线的自转运动，此运动使柱塞的磨损和润滑趋于均匀，是有利的。

2.1柱塞运动学分析

柱塞运动学分析，主要是研究柱塞相对缸体的往复直线运动。即分析柱塞与缸体做相对运动时的行程﹑速度和加速度，这种分析是研究泵流量品质和主要零件受力状况的基础。

2.1.1柱塞行程S

图2.1为一般带滑靴的轴向柱塞运动分析图。若斜盘倾斜角为γ，柱

R，缸体或柱塞旋转角为a，并以柱塞腔容积最大时的塞分布圆半径为

f

上死点位置为0︒，则对应于任一旋转角a时，

图2.1 柱塞运动分析

cos f f R R a 1(1cos)htg R tg 180时，可得最大行程max s 为

max

2f f R tg D tg 3918039()tg mm

2.1.2柱塞运动速度分析v

将式s htg tg γγ==对时间微分可得柱塞运动速度v 为 .sin s

s a f t a t d d d R tg a d d d

时，sin 1a =±，可得最大运动速度max υ为

max 150019.5

2.15819(/60f R tg tg mm s 为缸体旋转角速度，

a t 。 柱塞运动加速度a

sin a f d R tg a d ωγ=对时间微分可得柱塞运动加速度a 215008192129(/)60f R tg m s ﹑速度v ﹑加速度a 与缸体转角a 的关系如图

o y 内的运动规律（如图圆的长﹑短轴分别为 239

240.4()cos cos15f R b mm

2239()f

a

R mm

点坐标为 sin cos f f R a R a

==

222

cos

cos cos sin h

t

d d a

a

由上式可见，滑靴在斜盘平面内是不等角速度运动，当最大（在短轴位置）为

max

cos

h 1500

260162(cos15

rad 最小（在长轴位置）为

min

1500

cos

2cos15152(/60

h rad s 由结构可知，滑靴中心绕o '点旋转一周（2π）的时间等于缸体旋转一周的时间。因此，其平均旋转角速度等于缸体角速度，即

1500

2157(/)60

ap rad s