直轴式横向柱塞泵研究设计

第三章 横向柱塞泵主要零件受力分析

p1(l0?l2)2将式代入Nsin??p1?p2?pt?0求解接触长度l2。为简化计算，力?2p2l2矩方程中离心力Pt相对很小可以忽略，得

6ll?4l0?3fdZl0 l2?0?21mm

12l?6fdZ?6l0（5-9）

p1(l0?l2)2将式代入Ncos??fp1?fp2?pb?ps?0可得 ?2p2l2????1??P1?(Nsin??pt)1?2?(l0?l2)??1 ??lx2??2

1???(57?103?sin15??122.5)??1???20.1(kN)?2.557?（5-10）

Nsin??Pt57?103?sin15??122.5 P2???5823(N)

(l0?l2)2(78?57.6)2?1?1117lx2l?l?dd??l?将以上两式代入p1?l?l0?02??p2?l?2??fp1z?fp2z?ptlt?0可得

3?22?3??P?PB?f?Pt N?b?13(KN)

cos??f?sin?式中?为结构参数，且

2(l0-l2)2(78-57.6)+1+12lx117 j===1.78 22(l0-l2)(78-57.6)-1-1117lx23.2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d0?和滑靴中心孔d0，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。

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

pD把滑靴压向斜盘，称为压紧力y；另一是由滑靴面直径为1的油池产生的静压pp力f1与滑靴封油带上油液泄漏时油膜反力f2，二者力图使滑靴与斜盘分离开，

p称为分离f。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，

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形成静压油垫。下面对这组力进行分析。（1）分离力pf

图3-2 滑靴结构及分离力分布

图3-2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

??3(p1?p2) q?

R26?lnR1若pz?0，则

q???3p1R6?ln2R1

式中?为封油带油膜厚度。

封油带上半径为r的任仪点压力分布式为

Rln2pr?(p1?p2)r?P2

Rln2R1若pz?0，则

Rln2r pr?p1Rln2R124

第三章 横向柱塞泵主要零件受力分析

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。封油带上总的分离力pf可通过积分求得。如图4-4，取微环面2?rdr，则封油带分离力pf2为 pf2??油池静压分离力pf1为

2 pf1??R 1p1R2R1pr2?dr??p1R2ln2R1(2R2?212 R?)?1P R1总分离力pf为

Pf?Pf1?Pf2?6?105(KN)

（2）分离力py

滑靴所受压紧力主要由柱塞底部液压力pb引起的，即 Py?PbP2Pb?dZ?12.95(KN) cosg4cosg（3）力平衡方程式

当滑靴受力平衡时，应满足下列力平衡方程式

py?pf

pb?(R22?R12) d?P1 R24cos?2lnR1Rdz2ln2pR1即 1? 2pb2(R2?R12)cos??2z将上式代入式q???3p1R6?ln2R1中，得泄漏量为

pd3pbdz2 q= =3 L/min （5-26） 2212m(R2-R1)cosg

除了上述主要力之外，滑靴上还作用有其他的力。如滑靴与斜盘间的摩擦力，由滑靴质量引起的离心力，球铰摩擦力，带动滑靴沿斜盘旋转的切向力等。这些力有的使滑靴产生自转，有利于均匀摩擦；有的可能使滑靴倾倒而产生偏磨，并破坏了滑靴的密封，应该在滑靴结构尺寸设计中予以注意。

3.3配油盘受力分析

不同类型的横向柱塞泵使用的配油盘是有差别的，但是功用和基本构造则相同。图5-7是常用的配油盘简图。

液压泵工作时，高速旋转的缸体与配油盘之间作用有一对方向相反的力；即缸体因柱塞腔中高压油液作用而产生的压紧力py；配油窗口和封油带油膜对缸体

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1-辅助支撑面 2-外封油带 3-内封油带 4-吸油窗 5-过渡区 6-减震槽 7-排油窗

图3-3配油盘基本构造

（1）压紧力py

压紧力是由于处在排油区是柱塞腔中高压油液作用在柱塞腔底部台阶上，使缸体受到轴向作用力，并通过缸体作用到配油盘上。

1对于奇数柱塞泵，当有(Z?1)个柱塞处于排油区时，压紧力py1为

2Z?1?2.dzpb?pyma x py1?249?1????392?10?6?12560?24150(N) 241当有(Z?1)个柱塞处于排油区时，压紧力py2为

2Z?1?2.dzpb?pymi n py2?249?1????392?10?6?12560?19320(N) 24平均压紧力py为

Py?（2）分离力

分离力由三部分组成。即外封油带分离力pf1，内封油带分离力pf2，排油窗高压油对缸体的分离力。

对于奇数泵，在缸体旋转过程中，每一瞬时参加排油的柱塞数量和位置不同。封油带的包角是变化的。实际包角比配油盘油窗包角?0有所扩大，如图5-8所示。

1(Py?Py2)?2173(5N) 2126