第四节_轴向柱塞泵和轴向柱塞马达.doc

轴向柱塞泵和轴向柱塞马达 通常把利用柱塞底部密封空间工作的液压泵称为柱塞泵。柱塞泵根据柱塞与转子的位置关系分为两大类，一类柱塞的轴线与转子的轴线一致，称为轴向柱塞泵；一类柱塞沿转子的半径方向布置，称之为径向柱塞泵。轴向柱塞泵具有结构紧凑、单位功率体积小、重量轻、工作压力高、容易实现变量和变量方式多等优点，轴向柱塞泵的缺点是对油液污染较敏感、对油液清洁度要求较高、对材质和加工精度要求亦较高、使用和维护要求比较严、价格昂贵。轴向柱塞泵广泛应用于在工程机械、船舶甲板机械、冶金设备、火炮和空间技术等领域。 一.轴向柱塞泵的分类 按配流方式轴向柱塞泵分为阀式配流轴向柱塞泵和配流盘配流轴向柱塞泵量（又称为端面配流轴向柱塞泵）大类。阀式配流轴向柱塞泵的配流阀通常采用锥阀结构，密封能力强，因而在配流阀处的泄漏量小。但是由于配流阀有一定的质量引起的惯性和柱塞底部死容积的影响，使泵的转速受到了限制。阀式配流的轴向柱塞泵目前应用较少。配流盘配流的轴向柱塞泵根据结构特点又分为斜盘式和斜轴式两类。斜盘式指传动轴轴线与缸体轴线一致，与圆盘轴线倾斜（图3-4-1a）；斜轴式指传动轴轴线与圆盘轴线一致，与缸体轴线倾斜（图3-4-1b）。 图3-4-1 斜盘式轴向柱塞泵根据传动轴是否穿过斜盘分为通轴式和半轴式（又称非通轴式），穿过斜盘的称为通轴式轴向柱塞泵；没有穿过斜盘的称为半轴式轴向柱塞泵。 二.轴向柱塞泵的工作原理 1.斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 图3-4-2为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图。柱塞安放在缸体上均布的缸孔之中（缸体上一般均布着7～9个缸孔），配流盘量腰形槽的对称线与斜盘的上死点（此时柱塞全部伸出）和下死点（此时柱塞全部缩回）的连线在一个平面上。在柱塞的底部柱塞、缸孔和配流盘形成了多个密封工作腔，由于配流盘的分割作用这些工作腔一部分通过配流盘左边的腰形槽与吸油口相通；一部分通过配流盘右边的腰形槽与排由口相通；还一部分除在左右腰形槽之间的过渡区间。当传动轴带动缸体按图示方向旋转时，柱塞一方面随着缸体作圆周运动，一方面在斜盘和柱塞底部弹簧力的作用之下向对于缸体作直线往复运动。柱塞由上死点向下死点运动过程中，处在配流盘的左半部，在斜盘的强制作用下柱塞向缸孔内缩回，柱塞底部的密封空间收缩，于是一部分液体被强制通过缸孔底部的小腰形槽、配流盘左边腰形漕和排油口排出，这就是排由过程。当住塞运动至下死点时，密封工作腔达到了最小值，排油结束。随着缸体的旋转，柱塞又由下死点向上死点运动。在弹簧力的作用下，柱塞线外伸出，柱塞底部的密封空间增大形成真空，油箱中的液体在大气压力的推动之下经过吸有管路、吸油口、配流盘右侧的腰形窗口进入密封空间，填补真空，当柱塞运动之上死点密封空间达到最大值，吸油结束。由于柱塞泵油多个柱塞且在缸体圆周上是均布的，所以在任意瞬时配流盘的左侧和右侧腰形槽均有密封工作腔存在，于是当缸体连续旋转时，泵就可以连续的吸油和排油了。 柱塞的行程由斜盘的倾斜角度γ决定，γ的大小发生变化，则泵的排量发生变化，柱塞泵就成为变量泵了。 图3-4-2 2.斜轴式轴向柱塞泵的工作原理 斜轴式轴向柱塞泵的柱塞通过连杆与交接盘（主轴法兰）铰接，并由于连杆的强制作用使柱塞产生往复运动。 图3-4-3 如图3-4-3所示，法兰传动轴为输入轴，轴的前端做成法兰盘状，盘上有Z个球窝（Z为柱塞数），均布在同一个圆周上，用以支承连杆2的球头，并用压板与法兰盘连在一起形成球铰，其中心点为G，分布圆半径为r。连杆2的另一端球头交界在柱塞3上，其中心点为B，分布圆半径为R。 若法兰轴以角速度Ω等速旋转，当法兰轴旋转某角度θ（θ=Ωt），在连杆2的轴线与柱塞3的轴线之间形成夹角τ时，连杆锥面与与柱塞内壁接触，带动缸体旋转。缸体的转角为φ缸体的旋转角速度为ω，则φ=ωt，连杆将按顺序分别与柱塞内壁接触拨动缸体旋转。因此在运动过程中，从一根连杆与柱塞内壁接触转换为另一根连杆与柱塞内壁接触的过程中，连杆与柱塞内壁间要发生撞击现象。 由于缸体相对与传动轴具有倾角γ，因而在法兰轴旋转时，法兰盘通过连杆带动柱塞在缸体内左直线往复运动。当柱塞外伸时，柱塞底部工作腔容积增加形成真空，油箱中的液体在大气压力的推动之下经过吸油管路和配流盘的吸油窗口吸入油液，这就是斜轴泵的吸油过程；当住塞向缸孔内缩回时柱塞底部工作腔容积收缩，一部分液体被强迫通过配流盘的排油窗口和泵的排油口排出液压泵，这就是斜轴泵的排油过程。 由于柱塞在缸体上时均布的，所以柱塞的伸出和缩回也是在同时进行的。故当传动轴连续旋转时，斜轴泵可以连续的吸入和排出液体。 二.轴向柱塞泵的流量计算 1.斜盘泵的流量计算 1）斜盘泵的排量 由3-4-2可知转子转动一周所有的柱塞所形成的密封工作腔都进行了一次吸油和一次排油。柱塞由上死点运动至下死点完成一次排油。