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1、摘 要斜盘轴向柱塞泵是液压系统中被广泛使的动力元件，用于各类工程机械中。其本身结构的特殊性工作柱塞存在着剩余容积、缸体与柱塞加工修配等相对困难，并且维护成本高、以及缸套加工成本高等问题。 针对上述问题进行以下几方面改进；（1）柱塞内放入填充物；（2）在缸孔内加入内套；（3）采用带内圈轴承改善加工条件。通过上述的措施可有效的提高斜盘轴向柱塞泵的容积效率、降低维护成本提高了性能品质、节约缸套加工成本；在上述改进的基础上设计一款额定压力： ；额定转速： ；额定排量： ml/r的手动伺服变量斜盘轴向柱塞泵，并进行柱塞与滑靴、缸体、斜盘、泵轴的受力分析以及强度校核，结果满足相应的设计要求。 关键词 轴向
2、柱塞泵 斜盘 缸体 柱塞AbstractWobble-axial piston pump is dynamic components which are widely used in various construction machinery in hydraulic system. Because its own special structure 、there is a plunger residual volume、processing and fixing of the cylinder plunger are relatively difficult, the costs of m
3、aintaining and the processing of cylinder is highTo address the above issues carrying on following aspectses improvements: (1) Add cramming in plunger; (2) adding inner sleeve in the cylinder hole; (3) improve the processing conditions with bearing inner ring.Passage of these measures can effectivel
4、y improve the Wobble-axial piston pump volumetric efficiency, reduce the costs of maintaining and enhanced the quality and performance, saving cylinder processing costs; In improving on the basis of the design pressure rated :; Rated Speed : ; Rated Displacement : ml/r manual servo variable axial pi
5、ston pump ramp site, and with the plunger Slipper, block, catch basin, Analysis of the shaft and strength check, the results meets the corresponding design requirements. Keywords Axial piston pump Slanting Cylinder Plunger 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 国内CY系列轴向柱塞泵发展概况11.2 国外轴向柱塞泵发展概况21.3 CY系列轴向柱塞泵的主要用途和
6、应用领域21.4 主要参数3第2章 受力分析42.1柱塞与滑靴的受力42.1.1柱塞（包括滑靴）的移动惯性力62.1.2柱塞吸入油液所需的总吸入力82.1.3滑靴支承面所需的总密封力82.1.4柱塞（位于吸入行程）的总摩擦力102.1.5克服滑靴翻转所需的推压力102.1.6压排过程132.1.7处于压排行程柱塞所受的力152.2 缸体受力162.2.1斜盘的推压力172.2.2缸体与配油盘之间压力场的支撑力及其力矩202.2.3辅助支撑的支撑力232.3 斜盘受力分析272.3.1柱塞作用于斜盘的压力不平衡力矩292.3.2斜盘滑动支承的摩擦力矩312.3.3球铰的摩擦力力矩312.3.4柱
7、塞与滑靴在改变倾角时的惯性力矩322.4 泵轴受力332.4.1泵轴的理论转矩与理论功率332.4.2后斜盘轴向柱塞泵的泵轴受力35第3章 运动分析363.1计算柱塞轴线的分布圆半径和柱塞直径363.2 运动学373.3 输油率及其脉动42第4章 主要部位设计与校核464.1 柱塞副464.2 球铰副514.3 滑靴副524.4 配油部位554.5 泵轴604.5.1花键部分与缸体的连接强度604.5.2与联轴节的连接强度624.5.3泵轴薄弱部位的强度核算63结论64致谢65参考文献66附录168附录277 97第1章 绪论1.1 国内CY系列轴向柱塞泵发展概况我国目前大量使用的CY系列轴向
8、柱塞泵，2003年全国的总产量达到了20万台1-2。这类泵的最大特点是采用大轴承支承缸体，具有压力高、工艺性好、成本低、维修方便等优点，比较适合国情，因此，成为当今我国应用最广的开式油路轴向柱塞泵。CY型轴向泵从1966年开始设计以来，经过CY14-I，CYI4-lA，CYI4-IB几个发展阶段，每一个发展阶段泵的性能、寿命都得到提高，品种也不断增长。但是，从1982年CY14-1B轴向泵定型以来，已经过去20余年的时间，该泵发展停滞、变化不大。近年来，世界上柱塞泵技术已有长足进步，加上国内对使用CY14-1B泵的更高要求，迫切需要对CY14-1B轴向泵进行更新，开发一种噪声更低、自吸性能更好
9、、节能、省料、使用更可靠的轴回柱塞泵，这就是Q*CY14-1BK轴向柱塞泵3-7。早期的斜盘式轴向泵的压力都只有7MPa，但现代液压传动系统均要求更高的压力。目前定量斜盘式轴向柱塞泵的压力已达21-48 MPa，这是因为我们在各自的发展过程中，突破了一些关键技术8-10。2003年产量估计有近20万台，被我国各行各业广泛采用，特别是应用于开式油路固定式机械设备CY14-1 B轴向泵从1972年开始设计研制，1982年定型，但此后20多年的时间，变化不大，有些厂家生产20余年，没有任何改。但是世界上的柱塞泵发展有了长足的进步，然而CY14-1 B轴向泵的使用中也发现不少问题，柱塞在压排油液终了时
10、，柱塞底腔仍有一些油液未排除，当柱塞进入吸入行程时，这样便损失一部分吸入容积，降低了容积效率。进行改进，往柱塞腔填入尼龙，减小柱塞腔的残留空间，提高容积效率11-13。 以及缸体外套使用轴承钢，加工非常不方便，从加工制造角度考虑变换其他材料。对CYI4-1 B轴向泵进行更新的改造。这就是研制CY系列轴向泵的目的。1.2 国外轴向柱塞泵发展概况国外从上世纪80年代以来，轴向柱塞泵的结构、材料、工艺上虽然都有不少进步，但一个最重要的动向是向着个性化发展，即针对不同的需要，发展专用类型的泵。例如闭式油路用泵、开式油路用泵。这类泵的发展主要是为了满足行走机械静液压传动的需求，行走机械要求所使用的泵液压
11、装置体积小、重量轻、转速高，而静液压传动系统又实现了系统标准化，因此发展闭式油路用集成化的油泵静液传动装置就成为必然的趋势之一，这种装置将闭式系统的所有元件(有的甚至包括过滤器)都集成在泵和马达上，用户使用时只要装上油箱联接两根管道，就可以使系统运转14-15。开式系统大多数用于固定式机械，它的主要需求是噪声低、自吸能力好、节能。因此进出油口不对称的开式系统用泵、新的节能和与电子技术相结合的变量型式就应运而生。为了满足系统对于不同压力的需求，又出现了开式油路用重型泵(压力25 MPa以上)和轻型柱塞泵(压力25 MPa以下)，但从近期发展动向看，又有重型泵轻量化，轻型泵参数重型化的趋势。在轴向
12、泵的使用中，闭式油路用泵和马达主要是解决系统集成化问题，以满足工程机械和建设机械静液压传动的要求；而开式油路用泵主要需求是降低噪声、提高自吸能力，开发新的节能和与电子技术相结合的变量型式，以满足固定式机械的多种要求。开式油路用泵又分为重型泵(压力25MPa)和轻型泵(压力25MPa)，其发展趋势是重型泵轻量化，参数重型化。据有关资料介绍，国外对闭式油路用泵和马达与开式油路用泵分别进行了个性化设计，以发挥各自的优点16-17。1.3 CY系列轴向柱塞泵的主要用途和应用领域斜盘式轴向柱塞泵，由于体积小，重量轻，液压伺服变量机构简，惯性小，故较适合用于移动设备与自动控制系统，作为液压动力源。斜盘式轴
13、向柱塞泵是现代液压传动系统中广泛使用的动力元件也是可实现无级变量的两类泵。1906年斜盘式轴向泵第一次使用于军舰的炮塔上到现在已有近90年的历史;从H. F. Vickers先生1925年发明叶片泵到现在也有70余年了。几十年来，这类泵一直在不断地改进、发展、竞争。现在，斜盘式轴向泵已占领液压系统大部分的变量泵市场和部分高压(20 MPa以上)定量泵和液压马达市场，丧失了绝大部分中高压(20 MPa)以下定量泵和液压马达市场。1.4 主要设计参数额定排量： ml/r额定压力： 额定转速： 斜盘最大摆角： 变量方式： 手动伺服第2章 受力分析液压泵将原动机输给的转矩，通过其内各机件传递、变换以流
14、体压力能传输出去。下面将讨论柱塞于滑靴、缸体、斜盘及泵轴等受力情况。2.1柱塞与滑靴的受力柱塞有两种工作过程：吸入行程和压排行程，其受力状况是不同的，论述如下：吸入行程，即柱塞由中心加力弹簧经过压盘和滑靴拖动，向缸外移动，使其低腔形成负压而吸入油液的过程。所以，中心加力弹簧的弹簧力必须克服下述诸力：柱塞（包括滑靴）的总惯性力；柱塞吸入油液的总吸入力；滑靴支撑面所需的密封力；柱塞（位于吸入行程）的总摩擦力；克服滑靴翻转所需的推压力。中心加力弹簧必须满足下式： （2-1）在计算受力分析之前我们先估算一下柱塞副的质量，在算惯性力用到。估算柱塞的尺寸如（2-1）图所示。图2-1 柱塞简图L=0.128，d=0.032，L1=0.088，d1=0.022，d2=0.024估算柱塞的体积： 柱塞的整个体积V为： 材料密度：柱塞的粗略质量为：一般为了简化问题结构参数C取处的值：如果球杯高度过大会增加摩擦面积，增加损耗，接触面积过小会使柱塞于滑靴脱落，所以应稍小一些就可以取根据经验给出 。图2-2 滑靴简图如图2-2所示粗算滑靴的体积： 柱塞和滑靴总质量：2.1.1柱塞（包括滑靴）的移动惯性力单个柱塞（包括滑靴）的移动惯性力为：式中 柱塞与滑靴的质量（）；第i个柱塞的相对加速（）。将（3-6）式代入上式，得到 （2-2）因此，所有与吸入和压排油腔相同的柱塞得总惯性力为：
