斜轴式轴向柱塞泵毕设说明书.pdf

琉刈孑“大学 隼业依汁 g女J摘要液压泵向液压系统提供一定的流量和压力的油液的动力元 件，它是每个液压系统中不可缺少的核心元件，合理的选择液压 泵对于液压系统的耗能、提高系统效率、降低噪声、改善工作性 能和保证系统的可靠性工作都十分重要。轴向柱塞泵具有压力高、流量大和效率高等优点，在现代工 业中得到了广泛的应用。本次设计的斜轴式轴向柱塞泵的额定压 力35 MPa,最高压力40MPa,排量2 0 0m/r,本文描述了斜轴式 轴向柱塞泵的工作原理，并对柱塞泵的运动学分析和受力。着重 对柱塞泵的柱塞、缸体、配流盘和泵轴进行了设计和校核。此次设计的柱塞泵为了降低流量脉动采用了七个柱塞，配流 盘的设计采用了球面配流方式，有良好的自定位性和自保持性，转速稳、噪声低，包胶的设计也在一定程度上减小了液压冲击。本设计对斜轴式柱塞泵进行了分析和设计，主要分析了轴向 柱塞泵的结构，包括柱塞的结构型式、配流盘的结构型式进行分 析和设计。还进行了柱塞泵的受力分析与计算、柱塞泵的变量机 构设计、柱塞泵的工作零件图及三维装配图。第1页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）关键词：斜轴式轴向柱塞泵、缸体、柱塞、配流盘。第2页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）AbstractTh e power of t h e p u mp flow a n d pressure fluid t o t h e h y d r a uI i c system components,i t i s i n d i s p e n s a b I e core el e me n t i n each o f t h e h y d r a u I i c system,a r e a s o n a b I e choi c e h y d r a uI i c pump f o r t h e h y d r a u I i c system energy c o n s u mpt i o n,i mp r o v e system efficiency,reduce noise,i mp r o v e p e r f o r ma n c e a n d ensure systemreliability a r e very important.T h e axial piston p u mp wi t h high pressure,flow a n d high efficiency h a s been widely used i n mo d e r n i n d u s t r y Bent Ax i s Piston Pu mp s Th e d e s i g n o f t h e rated pressure 3 5 MPa,t h e maxi mum pressure 4 0 MPa,t h e di s p I a c e me n t 2 0 0 ml/r,this article d e s c r i b e s t h e Bent Ax i s Piston Pumps T h e wo r k i ng principle of t h e piston pu mp k i n e mat i c s analysis a n d force.Focus o n piston pump pl unger,cylinder,valve plate a n d shaft d e s i g n a n d check.Th e piston pump d e s i g n i n order t o reduce flow第3页密州；乂学 毕4没计 依夕Jpulsation wi t h a seven pl unger valve plate d e s i g n wi t h a s p h e r i cal surface wi t h flow mode,wi t h good s elf-p o s i t i o n i n g a n d self-preservation,st e a d y speed,I ownoise,t h e d e s i g n o f t h e plastic b a g h y d r a u I i c i mp a c t i sreduced t o a c e r t a i n ext ent.Th e d e s i g n o f t h e oblique axis piston pump f o rt h e analysis a n d d e s i g n,t h e main structure o f t h e axialpiston pump,including t h e pl unger,t h e structure,t h e structural type o f valve plate f o r analysis a n d d e s i g n.Also c a r r i e d o u t Analysis a n d calculation o f piston p u mp,a v a r i a b I e piston p u mp me c h a n i s m d e s i g n,t h e wo r k piston a s s e mb I y parts di a g r a m a n d t h r e e-d i me n s i o n a I ma p.Keywords:Bent Ax i s Piston Pu mps,cylinder,piston,valve plate.目录第4页旬刈W 火土 隼处铁计 g女j摘要.1Abstract.3课题研究意义.9第一章 斜轴式轴向柱塞泵.101.1 斜轴式柱塞泵简介.101.2 液压泵的发展状况.111.2.1 液压泵的应用现状.111.2.2 液压泵的发展前景.121.3 轴向柱塞泵的研究现状.151.4 轴向柱塞泵的研究现状.181.4.1 斜轴式柱塞泵概况.181.4.2 斜轴式轴向柱塞泵的优缺点.191.5 柱塞泵的应用.20第二章斜轴式轴向柱塞泵的结构及原理.232.1 斜轴式轴向柱塞泵的结构.232.1.1 缸体的传动.242.1.2 缸体的传动.25第5页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）2.1.3 缸体.252.1.4 缸体的支撑.262.1.5 连杆一柱塞副.262.1.6 吸油流道.282.2 斜轴式柱塞泵的工作原理.292.3 A2F型斜轴泵结构分析.31第三章A2F斜轴式轴向柱塞泵基本性能参数.343.1 容积效率.343.2 机械效率.373.3 功率与效率.38第四章A2F斜轴式轴向柱塞泵运动学分析.414.1 柱塞在缸孔中的运动规律及泵的流量.414.2 柱塞泵困油现象.504.3 连杆驱动的运动分析.534.3.1 连杆驱动的分析.534.3.2 多杆驱动的运动分析.56第五章主要零件的设计计算.595.1 连杆柱塞组的设计.59第6页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）5.1.1 柱塞直径dz.605.1.2 柱塞名义长度/.615.1.3 连杆球头直径4.625.1.4 连杆设计.625.2 缸体的设计.635.2.1 缸体基本尺寸的设计.645.2.2 缸体强度的计算.685.3 球面配流副的设计.695.4 主轴的设计计算.835.5 电动机的选择.865.6 主轴的校核.86第六章A2F斜轴式轴向柱塞泵主要零部件的受力分析.946.1 连杆柱塞组的受力分析.946.1.1 柱塞受力分析.946.1.2 连杆受力分析.1016.2 配流盘受力分析.1056.3 轴承的选择与校核.1096.4 弹簧的设计计算.113第7页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）6.4.1 弹簧的弹簧力ps.1136.4.2 弹簧的参数确定.1166.5 平键的强度校核.119参考文献.121致谢.123第8页琉刈孑“大学 隼业依汁 g女J课题研究意义20世纪60年代以来，随着原子能、航空航天科技、微 电子技术的发展。在液压系统中，液压泵是整个液压系统的 心脏，液压泵质量的好坏关系到整个系统能否正常工作。液 压泵一旦出现故障，轻者影响液压设备的正常工作，重者会 引起整个液压系统瘫痪，致使液压设备无法正常工作，造成 严重的紧急损失，因此，用会对液压泵提出更高的要求，为 此，我们应加强液压泵的开发和生产力度来满足市场的需 求。现在生产能力在全世界范围内迅速提高，市场经济的大 潮将越来越多的国家带入世界经济范围内。发达国家生产出 来的液压泵相对我国的液压泵来说更加稳定、可靠，造成我 国大多数大型工程采用国外产品，而放弃本国产品，对我国 液压泵行业造成不利影响，其中主要因素还在于设计和制造 技术的落后，因此，对泵的设计和制造技术的要求也已经提 高到一个新的层次。只有加大对液压泵的开发和生产力度，才能提高我国产品在世界范围内的竞争力。第9页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）第一章斜轴式轴向柱塞泵1.1 斜轴式柱塞泵简介斜轴式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，被 广泛应用于工作压力高，流量大而又需要调节的液压系统中。我国从80年代末90年代初有很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产 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，使我国径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。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系列机电控制式径向柱塞泵，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。柱塞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。第10页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）产品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：输送介质的多样性；产品结构的差异性；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、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，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。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。1.2 液压泵的发展状况1.2.1 液压泵的应用现状在液压传动系统中，将机械能转化为压力能的元件叫做液压泵。它 是液压传动的心脏，其作用是为液压系统提供足够的压力油，它的性能 将直接影响整个系统甚至整个设备的质量。从世界各国及我国的应用来看，齿轮泵、柱塞泵和叶片泵是三足鼎 立之势，今年代并没有明显的变化，随着液压传动领域中，特别是低功 率传动领域中电传动的进入，柱塞泵的应用优势凸显，柱塞泵是靠柱塞 在缸体重做往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，第n页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。首先，构成密封容积的零 件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配额精度，密封性 能好，在高压工作时仍有较高的容积效率；其次，只需改变柱塞的工作 行程就能改变流量，易于实现变量；最后，柱塞泵中的零件均受到压力 的作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流 量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金 机械、船舶上得到广泛的应用。1.2.2 液压泵的发展前景为适应主题环保、节能和安全发展的要求，液压泵今后必须移植电 子技术，计算机技术、新工艺和新材料，努力提高产品的性能，像高压 化、低噪声化，电子控制化和电液融合化等方向发展，提高液压泵的竞 争力。高效率化与高压化为实现液压节能，要求液压泵实现高效率和低功率。液压柱塞泵的 部分为变量高压柱塞泵，工作压力为35MPa和41 MPa,总效率最高可达 90%o为进一步提高效率，要求提高加工精度，合理选择滑动部件的配合 间隙，改善缸与配流盘等部件的压紧系数等，重视零件的表面处理、防 止高速运转下产生烧损现象，从而使油泵挺高工作转数和功率重量比，实现小型化。采用高负荷容量的轴承和滑靴间隙补偿机构可获得高寿命 和高效率。延长使用寿命与噪声比第12页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）限制使用寿命的因素主要有：1、轴承的寿命。这可以从结构设计和 选用材料等方面来改进。2、油液的清洁度。目前大部分泵的损失都源液 压油的清洁度，所以正确选择油液、合理的设计系统及使用过程中控制 液压油品质对于延长泵的使用寿命非常有益。在泵的降噪方面，力士乐A10VSO31系类的基础上推出了 32系类。改良后的壳体外观更浑圆，加强了壳体结构和端盖有效阻隔了噪声向外 辐射，四孔法兰盘较之二孔法兰盘是受力分配更加合理，降低了噪声。改良后的内部结构设计，降低了因困油和压力脉动所造成的流体噪声。3 2系类的噪声比之前系列的噪声降低了 3 5 d B。低噪声化主要在于：降低压力脉动，改进泵的结构、减少内部震动和管路震动，抑制震动传 播；提高壳体刚度，降低振动和噪声的传播，如壳体加肋可降低噪声大 数分贝，改进配流结构，如在泵盖外加一个与配流盘过渡区相连的预压 腔，可减少液压泵配流盘从吸入侧过渡到压缩侧时的压力脉动，可降低 油泵的噪声3-6dB.节能化对于泵本身的节能，主要采取以下措施：1、优化产品结构及工艺，不断降低加工制造成本。2、在保证产品的可靠性的前提下，减小泵的体 积和原料用量。3、优化内部油道设计，减少压力损失和内泄漏。4、设 计科学合理的轴向补偿面积和压缩量，减少机械摩擦，提高泵的总效率，同时减少元件和系统的温升。5、提高密封件耐压力和耐油液的可靠性，减少外漏油现象。实现泵的节能，除了降低泵的外泄漏外，还可通过匹配执行机构功 率和驱动系统输出功率来实现，即系统需要多少功率，就提供多少功率，第13页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）对于待机时间长和流量要求低的工况通过直接将地点及的转速，可减少 电机耗能。电子控制化与电液融合化电子控制比例泵得到了广泛的应用，它由变量柱塞泵。高频响比例 于阀和内置电子控制装置组合而成，有开环控制和闭环控制两种。比例 负荷传感开环控制变量柱塞泵可节能4 5%,而闭环控制可节能5 0%以上，该泵已广泛用于塑机和压力机等系统，当前主要发展方向是提高工作可 靠性和响应速度并降低成本。与原动机合一如何提高液压泵的传动效率是长期困惑的问题之一，目前两种方案 标志了这一方面的努力。电机泵这一泵是90年代后期油Vickers公司开发的新产品，已投 入市场，具有噪声低的特性效果，可用于舞台液压控制装置中，液压泵 的入口油液通过电机定子然后进入液压泵，这一方面的努力会继续。自由活塞内燃液压泵，近年来，荷兰I amas BV公司研制了这种将 液压泵柱塞与内燃机自由活塞相联的液压泵，提高了传动装置的功率密 度，这种自由活塞式能动机与液压泵合一的研究仍在继续中。纯水液压泵纯水液压泵是近1 0年来又重新兴起的纯水液压系统的首要开发元 件。以纯水为液压系统的介质，其优点与缺点为行家所知，需要强调的 是石油价格的上升，纯水易获性及廉价性又重新激发了人们的兴趣，近 第14页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）10多年来材料与表面处理技术的发展，也为重新发展这类元件提供了技 术的成本空间，尽管这一方面与市场期望仍有相当大的差距。在俄国与 苏兰这一方面的研究已有相当的进展，但推向市场将其商品化仍是未来 1 0年重要努力的。行走机械是应用纯水液压技术最感兴趣的领域，固定机械也是可以 扩展的领域。液压泵作为液压系统的心脏，在今后与控制元件的模块化，组合化 及集成化将会进一步发展，噪声会进一步降低。1.3 轴向柱塞泵的研究现状轴向柱塞泵是液压系统中重要的动力元件，广泛的应用于工业液压 和行走液压领域，是现代液压元件使用最广泛的液压元件之一。此外，由于轴向柱塞泵的结构复杂，对材料制造工艺的要求高，因此它是技术 含量很高的液压元件。近年来，随着材料、制造、电子等技术的发展，轴向柱塞泵的发展 技术层出不穷，例如荷兰I NN AS公司开发的F10at cup结构轴向柱塞泵，丹麦的SUUR-DANFOSSS,公司专为工程机械量身定做的H1系列的多功能 泵。德国的Rexr ot h公司推出的电子智能泵等。而我国自20世纪六、七 十年代开发的CY系列泵和引进Re x r o t h技术的泵后，轴向柱塞泵技术仍 发展缓慢，近年来，随着我国经济的腾飞，在工业现代化和大规模城市 化进程中，工程机械、塑料机械、冶金、机床和农业机械等领域对轴向 柱塞泵的需求十分旺盛，以此提高我国轴向柱塞泵的性能十分迫切，对 轴向柱塞等的技术革新的要求也十分紧迫，纵览国内外轴向柱塞泵的技 第15页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）术的发展演变对认识轴向柱塞泵的法杖趋势和加快我国的轴向柱塞泵技 术的发展都有重要的指导意义和现实意义。轴向柱塞泵在其发展的历程中柱塞副、配流盘和滑靴与斜盘的接触 这三个摩擦副没有发生大的变化，它们是吸油、压油、配流工作完成的 重要环节，也是生产能量损耗、泄露、流量脉动的地方，泵的性能和寿 命与这些摩擦副息息相关，因此，摩擦副的改造和优化也就变成轴向柱 塞泵的重要关键技术之一。减震降噪是关系到轴向柱塞泵发展前途的关键技术。随着社会的进 步，人们对环境的要求越来越高，噪声是工作环境污染的一个重要指标。世界各国对液压泵的噪声有着明确的规定。在液压设备中，泵是液压设 备的主要噪声源。轴向柱塞泵由于缸体输出的油液的不连续性和吸油压 油腔的分离结构使其产生了较大的流量脉动和液压噪声，此外，还有复杂流 道产生的气穴噪声。液压噪声和气穴噪声的交织形成了柱塞泵的整体噪 声。轴向柱塞泵的变量控制方式多种多样，按照操纵方式不同有手动、电动、比例、伺服等。按照是否有反馈可分为开环和闭环控制，闭环控 制又有恒压、恒流、恒功率和负载敏感的适应性控制等等，轴向柱塞泵 控制方式的优劣已成为了衡量其品质的一个重要指标，但变量控制也存 在着一些问题，这些问题的改善和解决也是轴向柱塞泵的一项重要技术。国内轴向柱塞泵主要有我国自主研究的CY系列轴向柱塞泵，引进国 外技术的产品有Rex rot h、Yuken等系列，性能介于国外产品和CY泵之 第16页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）间，纵观国产轴向柱塞泵的发展状况，主要由以下几点：就性能指标来讲国产Rexr ot h系列的排量、额定压力、转速要比CY系列的大一些，额定压力为35 MPa,最高压力可达40 MP a,转速达到20001 mi n以上，而 CY系列额定压力在35MPa,转速一般在1 5 0 0门mi n。就市场份额来看，CY系列由于价格优势仍稳定占有一定的低端市场 份额，但是利润率低。由于性能不稳定很难应用于工程机械、注塑机等 领域。国产Rexroth产品有少量应用于起重机等领域，国外产品凭借性 能优势占据了较大的高端市场份额。就企业情况来看在欧美，轴向柱塞泵的生产厂家比较多，但在国内有影响力的也就 六到七家，而且其中多数采用国外技术。由于我国的液压行业的基础薄弱，和国外的技术相比，国内还比较 落后，在轴向柱塞泵领域主要表现在以下几个方面：和国内屈指可数的几个企业相比，国外企业数目很多，规模很大。比如 Rexroth、Eaton、Li n d e n Parker Deni s o n Da n f o s s Ha we Y u k e n 等，另外小松、川崎、三菱等一些企业，生产的泵直接为自己的工程机 械整机配套。国外的厂家有丰富的产品线，产品系列多，产品型号全，比如Rexroth 的AF系列、AV系列、KUA系列等，为工业液压和工程液压行业配置了丰 富的产品线。第17页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）国外产品性能出色，技术更新快，排量从几毫升到上千升，额定压 力有的可达4 0 MPa以上，自吸转速都在2 0 0门mi n以上，个别小排量的甚 至达到8 0 0 0 r/mi n以上，而且寿命长，噪音低。就变量方式来讲国外产品变量方式比较多，而且各种变量方式又有很多可选的功能。虽然有差距，但我国对轴向柱塞泵的发展是一个很大的机遇，只要 能够在机构和技术上不断的开拓创新，我国轴向柱塞泵技术和产品可以 上一个新的台阶。1.4 轴向柱塞泵的研究现状1.4.1 斜轴式柱塞泵概况斜轴式轴向柱塞泵的传动轴与缸体的轴线相交一个夹角，从外形上 看是斜的，故称为斜轴泵。这种泵的通常结构为柱塞通过连杆与主轴盘 钱接，并由连杆的强制作用使柱塞产生往复运动，使柱塞腔的密闭容积变 化而输出有压流量，这种斜轴式轴向柱塞泵有双万向较式和无钱式两类。双绞式斜轴泵在传动轴和缸体上各有一个万向钱。它可以保证缸体 与传动轴等速旋转，克服了单较式轴向柱塞泵中倾斜较接盘的旋转为非 等速运动的缺点，但是较式传动的结构和工艺均较为复杂，目前已很少 使用。无钱式斜轴泵是20世纪40年代由联邦德国托马教授在双万向校式 第18页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）斜轴泵基础上改进发展而成，它保持了双钱泵的优点，并结构简化，成 本较低，已基本取代了双钱泵而在各工业部门得到了广泛的应用。我国生产斜轴泵开始于1 9 6 0年，但品种和数量都比较少，1 9 7 8年，北京华德液压泵厂从德国海卓玛蒂克公司引进A2F定量泵/马达。A6V变 量马达。A7 V变量泵和A8 V变量双泵四个系列的5 0 0多个规格品种。随 后，上海液压泵厂又引进了 A2F6.1结构的定量泵/马达。目前，我国已 能生产排量从10祀/，额定压力为35 MPa,最高压力达45 MPa的多种规 格，多种变量形式的斜轴泵。1.4.2 斜轴式轴向柱塞泵的优缺点与斜盘式轴向柱塞泵相比，斜轴式轴向柱塞泵有如下优点：柱塞的侧向力比斜盘式轴向柱塞泵中柱塞的侧向力小得多，因次由 侧向力引起的摩擦损失小，与斜盘式轴向柱塞泵相比，斜轴式轴向柱塞 泵允许较大斜盘倾角为20度左右，而通常斜轴式轴向柱塞泵的最大摆角 为25度到28度，目前一种新型泵锥形柱塞斜轴泵最大可达40度。由于主轴不需要穿过配流盘，因此配流盘的分布圆直径可以设计得 较小，在同样工作压力下摩擦副的比值（PU值）较小，这对配流副的设计 和液压泵的寿命是有利的。由于旋转件的质量较小和柱塞侧向力较小，斜轴式轴向柱塞泵的允 许较高的转速，目前这类泵的转速已达到3 0 0 0门mi n以上。由于球钱接处可以较好地锚固，有利于柱塞的回程，斜轴式轴向柱 塞泵允许在自吸工况或较低的进口压力下运转，其自吸性能较斜盘式轴 第19页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）向柱基泵为好。斜轴式轴向柱塞泵的缺点：对于双向摆缸式斜轴泵来说，摆动缸体需要一定的空间，因此这种 泵的体积较大，比较笨重，适用范围受到限制。快速变量时需要克服较大的惯性矩。不可能做成双轴串接或通轴式，因此集成化比较困难。斜轴式轴向柱塞泵的压力受推力轴承承载能力的限制。近年来，斜 轴式轴向柱塞泵的轴承结构不断的改进提高，出现了一些可承受重载的 轴承结构，但我国自行生产的轴承目前尚难以满足斜轴式轴向柱塞泵的 发展需要。结构中的摩擦副，如主轴球窝与连干球头的配合，连杆小球头与柱 塞内球窝的配合，缸体球窝与配流球面的配合，都是球面配合，而加工 精度要求高，因此，加工比较困难。1.5 柱塞泵的应用柱塞泵一般都是被作为用以传输一定功率的主泵使用的，由于它的 价格较贵，很少用它作为仅供提供控制压力等的辅助油源，但手动的柱 塞泵除用于液压工具外，也长作为应急备用泵使用。斜盘式轴向柱塞泵的许用工作压力和转速都较高，变量性能优异，且结构紧凑，功率密度高，能较方便的安装各种辅助泵或组成双联、多 联泵组，被广泛用于工程、农机、起重运输等行走机械和各种车辆上。特别是在采用闭式油路系统，需要双向变量泵的静液压驱动装置中，通 第20页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）轴式斜盘泵占据了绝大部分市场。这种泵还被大量用于航海、航空、航 天、等高新技术领域和军工产品上。在固定安装的工业设备中，它主要 被用作需要较高工作压力的各种冶金、锻压、木材加工等设备的液压油 源。在行走机械领域中，斜轴式轴向柱塞泵的应用远不如结构相似的斜 轴式液压马达那样广泛。不仅在闭式油路系统中已基本不在使用复杂、笨重而且昂贵的双向变量斜轴泵，而且即使是在曾经几乎由斜轴泵统一 天下的大中型液压挖掘机所用的开式液压系统中，它也在越来越多的被 性能价格比更好的通轴式斜盘泵所取代。不过由于近年来研制出缸体摆 角高达45度的双向变量斜轴泵，其高效率和高效区的分布较之现有的斜 盘泵均有了显著提高，并成功地应用在大型农业拖拉机的功率分流型静 液压机械综合驱动中重新占据部分市场。在需要高压，大功率液压系统 的工业设备领域中，斜轴泵的使用面积却比斜盘泵大，除了农业习惯因 素外，结构紧凑的单向变量斜轴泵所具有的自吸能力强，使用寿命较长 等优点亦是重要原因。在以矿物质液压油为工作介质的普通液压系统中，带间隙越多的被 斜盘或斜轴式轴向柱塞泵所取代，这主要是市场规律的作用。虽然从原 则上说，两者的适用范围大体相当，而且径向泵的吸油能力一般要更好 一些，然而有趣的是，用于连续工作的行走机械静液压驱动装置中华已 知功率最小的最大的双向变量泵中却都有径向柱塞泵，前者是用于庭院 割草机，功率不足3KW,后者则用于装甲战车，功率达5 0 0 KW,这两种径 向柱塞泵的共同特点还在于都采用了钢球活塞，都是轴配流的以及都和 一台结构类似的定两马达“背靠背”的组装在一起构成整体式的液压变 第21页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）速器。座阀配流型的轴向和径向柱塞泵的传统应用领域是各种高压和超高 压的液压机具，如各种压力机，材料试验机、钢筋预应力张拉机、千斤 顶、切断钳以及各种机动或手动的液压工具等。它们的另一重要使用场 合是在矿山冶金、化工等需要采用难燃工作液的设备中。近年来，在汽 车液压转向助力系统和某些农业拖拉机的液压悬挂系统中，也大量使用 了这类泵，其中很多利用了它的控制吸油量即可实现变量的特殊性能。第22页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）第二章 斜轴式轴向柱塞泵的结构及原理2.1斜轴式轴向柱塞泵的结构轴向柱塞泵一般都由缸体、配油盘、柱塞、主轴、变量壳体等主要零件组成（图 2-1）o缸体内有多个柱塞，柱塞是轴向排列的，即柱塞的中心线平行于传动轴的轴 线，因此称它为轴向柱塞泵。但它又不同于往复式柱塞泵，因为它的柱塞不仅在泵 缸内做往复运动，而且柱塞和泵缸与斜盘相对有旋转运动。柱塞以一球形端头与斜 盘接触。在配油盘上有高低压月形沟槽，它们彼此由隔墙隔开，保证一定的密封性,它们分别与泵的进油口和出油口连通。主轴的轴线与缸体轴线之间有一倾斜角度。1 2 a 4&6 7 8 9 10 10 II 17 13 K第23页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）图2.1斜轴式柱塞泵结构图1主轴 2键 3壳体 4一端盖 5轴承 6垫圈 7一柱塞连杆副 8闭锁螺塞9一蝶形弹簧 10活塞 11螺钉 12变量壳体 13端盖 14一变量活塞 15导杆16一小调节弹簧 17一变量活塞 18一大调节弹簧 19控制阀套 20一螺塞 21控制阀芯 22一调整弹簧 23螺钉 24螺母 25销 26拔销 27螺钉 28螺母29中心轴 30垫圈 31-主轴盖 32螺钉 33弹簧垫片 34、35-密封圈 36柱塞2.1.1 缸体的传动在斜轴泵的发展历史中，斜轴泵的轴与缸体之间曾有过多种传动方 式，但现在主要采用以下3种：中心校式泵轴通过一套双较等速万向节从中心部位驱动缸体旋转。这曾是一 种古老的的结构，在下述无钱式出现后一度几乎要被淘汰，但近年来由 于大摆角柱塞元件的需求及等速万向节的改进，又重新引起人们的重视。中心钱式的优点是缸体运转平稳，所受侧向力较小，允许很大的倾斜角；缺点是结构复杂，缸体中间部位要为万向节留出较大的空间，尺寸不很 紧凑。无钱式泵轴于较接在驱动盘端面球窝中的连杆-柱塞副或特别形状的柱塞 交替拨动缸体旋转，无须另加专门的传动部件，此法由于简单、紧凑、许用的摆角亦较大，现已成为定量和变量斜轴泵及马达的主流结构。缺 第24页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）点是缸摆角速度有周期性波动。A、主轴与缸体之间传递运动的连接件是一个两端为球头的连杆，杆 体呈一锥形，依靠连杆的锥体部分与柱塞内壁的接触带动缸体旋转，对 锥形柱塞斜轴泵来说，连杆与柱塞合二为一体，直接由柱塞的锥体部分 与缸孔内壁接触，带动缸体旋转。B、连杆的大球头与主轴盘的球窝相配，连杆的小球头则与柱塞孔底 布的球窝相连，主轴盘的球窝分布圆直径大于柱塞孔分布圆直径，当主 轴带动连杆大球头旋转时，连杆相当于柱塞轴线发生倾斜，直至连杆的 锥体部分接触柱塞内壁，然后带动缸体旋转。锥齿轮式泵轴径设置在驱动盘和缸体外缘处的一对齿数相同的锥齿轮驱动缸 体旋转。优点是缸体角速度泵轴完全同步且摆角可做的很大，但它只适 用于定量型元件，并由于齿轮传动本身产生的轴向和径向力而加大了泵 轴和缸体轴承的负荷，同时外壳尺寸亦比较大，目前仅见于一个厂家的 列类产品中。2.1.2 缸体的传动斜轴泵各种柱塞所受的液压反力的合力完全要由旋转着的轴承系统 承受，因此斜轴泵必须配置承载能力较高的向心推力轴承系统，有些产 品还采用了特制的专用滚动轴承乃至静压轴承。2.1.3 缸体除支撑和传动方式不同以外，斜轴泵的缸体与斜盘泵的其它结构均第25页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）相似，配流原理也相同，但是由于泵轴不穿过缸体，斜轴泵的缸体直径 有可能做的较小加之侧向力对缸体的倾翻作用也小，所以配流副的工况 比斜盘泵要好些，许用转速通常也较高些。2.1.4 缸体的支撑与斜盘泵相比，斜轴泵缸体承受的侧向力较小，支撑系统较前者略 微简单。早期产品中外置滚针轴承的或滑动轴承支座在一个中心柱销上，如采用的是球面配流副，则配流对缸体亦有一定的径向支撑作用可资利 用。2.1.5 连杆-柱塞副连杆由高强度的刚制成，两端均为球头，一端用压板较接在泵轴驱 动盘的球窝内，另一端则利用滚压工艺较接在钢制的柱塞内，连杆的中 段须制成锥形以配合柱塞内锥度较大的锥孔传递侧向力，柱塞头部和连 杆中心常钻有长孔作为润滑油通道。有些厂家在大摆角的无钱式斜盘泵 中采用了无连杆结构，实际上使用锥形柱塞兼顾了连杆的功能。这中柱 塞深入缸筒内的头部制有球面段，并套有1 2个球面弹性柱塞环构成滑动密封系统，杆布的锥面段则用亦直接向缸筒4传力拨动缸体旋转。采用双较等速万向节驱动缸体的变量泵的柱塞无须传递切向力，常制成 带有较细杆身的鼓形球面活塞的形式，亦装有球面活塞环，使得在缸体 摆角较大时既能保证密封、又不会出现干涉，无论有无连杆，斜轴泵柱 塞的回程能力都优于斜盘泵的，因此前者的自吸性能也较好。第26页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）第27页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）连杆柱塞副结构2.1.6 吸油流道定量斜轴泵缸体倾角固定，其外接吸、排油口可直接通过在后盖或壳体中铸出 的流道与配流盘相应油腔相连，与斜盘泵类似。变量斜盘泵缸体倾角可变，流道配置比较复杂，尤以双向变量泵为甚：A、双向变量斜轴泵。缸体摆动范围很大，需要把缸体和配流盘装在一个摇架中以便能经 过中立位置像两个方向偏摆。它的吸、排油腔只能通过摇架内曲折的流 道经由支撑耳轴中的摇臂调节摇架的摆角。这样的泵有些甚至设有独立 的外壳，而将该摇架总成直接安装在油箱中，或与其它元件共用一个壳 体。第28页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）B、单向变量斜轴泵缸体摆角较小，除某些产品仍具有上述双向泵类似的结构外，新一 代产品均改用滑枕式配流盘的背面制成与泵体后盖内弧形，滑到相匹配 的圆柱面，两者配合面上的各自窗口特定的位置保证了在整个摆角范围 内的流道始终畅通，而又有可靠的密封。变量操纵机构则通过一根插入 配流盘背面中心孔内的球面拨销来调节缸体配流盘的摆角。2.2斜轴式柱塞泵的工作原理变量活塞是一个阶梯状的柱塞，它的上端直径较小称为变量活塞的小端，而下 部直径较大称为变量活塞大端。变量活塞大端有一横孔，穿过一个拨销，拨销的左 端与配流盘的中心孔相配合，拨销的右端套在导杆上。当变量活塞上下滑动时便带 动配流盘沿着后盖的弧形滑道滑动，从而改变缸体轴线与主轴之间的夹角。变量活塞的上腔是通过油道与压油口的高压油相通，同时这股高压油连通到控 制阀心的两个台阶之间。当压力不高时，压力油作用于先导活塞上并推动导杆传到 控制阀心上的力小于或等于调节弹簧的力时，高压油被控制阀心的两个台阶封住，高压油通不到变量活塞所在的大腔。这时，变量活塞上腔为高压、下腔为低压，在 压差的作用下变量活塞处于下端，即处于最大摆角，流量最大。当压力升高时，高 压油通过喷嘴作用到先导活塞上端并推动控制阀心。由于这个推动力大于调节弹簧 力，控制阀心向下移动，使高压油通过一横孔流入变量活塞的下腔。这时，变量活 塞上下两端压力相等，由于下端面积大而上端面积小，所以变量活塞在两端压力差 的作用下向上运动，从而使摆角变小，实现了变量的目的。与此同时，套在导杆上 的大小弹簧也受到压力，该压力通过导杆作用于先导活塞上，使先导活塞下端受到 的力与上端的液压力相平衡，导杆对控制阀心的压力减小，这时控制阀心下端受调 第29页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）节弹簧的弹簧力大于上端导杆对它的压力便向上移动，直到切断阀套上横孔的控制 油路，于是变量活塞就固定在某一个位置上。图11,2-1泵工咋总理伺L一主轴;2一连杆;3一柱窸;4一缸体；5配流盘当负载压力减小，低于恒功率曲线上的某一点时，则调节弹簧通过作用于控制 阀心、导杆传到先导活塞上的压力大于先导活塞上端的液压力时，控制阀心在调节 弹簧的作用下向阀套上方移动，将变量阀心大腔的控制油与低压腔沟通，变量活塞 第30页琉刈W 火学 隼业依计 g攵）小端压力高而大端压力低，变量活塞又在压差的作用下向下移动，使缸体与主轴之 间的摆角增大。同时，大小弹簧对先导活塞的压力减小，先导活塞在上面压力的作 用下又推动导杆和控制阀心下移，直到与调节弹簧的力相平衡，这时变量活塞又在 某一位置处于新的平衡状态。当压力升高，开始变量以后，压力升高则流量减小，泵从大摆角向小摆角变化。相反，当压力减小，则泵从小摆角向大摆角变化，流量增大。因此，可以始终大致 保持流量与压力的乘积不变，即所谓恒功率变量。2.3 A2F型斜轴泵结构分析A2F型斜轴式柱塞泵定量泵具有代表意义的斜轴泵。图2.21为斜轴式轴向柱塞泵的工作原理图。传动轴5的轴线相对于 缸体3有倾角，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互较接的连杆4相连。当 传动轴5沿图示方向旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3 起绕缸 体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内做往复运动，使柱塞孔底 部的密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配流盘1上的窗口 a 和b实现吸油和压油。与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体