平衡式三排轴向柱塞泵/马达缸体特性研究

摘要

轴向柱塞泵/马达是液压系统中广泛使用的元件之一，随着我国工业的不断发展，工业设备对轴向柱塞泵/马达性能要求越来越高，但传统的轴向柱塞泵在某些工业领域所表现出的性能也十分有限。本文提出了一种平衡式三排轴向柱塞泵/马达，在提高柱塞泵/马达性能的同时还能降低轴向柱塞泵/马达振动、噪声、摩擦磨损等问题，并能较好的改善缸体的平衡性。轴向柱塞泵中有三对重要的摩擦副，其中的柱塞副、配流副都包含缸体，故缸体是轴向柱塞泵/马达的主要部件，因此对新型的平衡式三排轴向柱塞泵/马达缸体特性的研究显得十分有必要，为此本论文进行了以下研究工作:
　　1.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是在普通轴向柱塞泵的基础上，吸取具有单斜面双排柱塞结构的两排轴向柱塞泵设计经验。采用双斜面的斜盘，内中外排柱塞交错排列的缸体，异侧同排高低压油口对称分布。对普通单排轴向柱塞泵的设计公式进行修正，并对修正后的公式进行二次推导，继而对关键零部件的结构尺寸如缸体中心孔直径d、柱塞的分布圆半径R、吸排油窗孔的面积f0、缸体壁厚δ等进行参数优化，并最终设计出平衡式三排轴向柱塞泵的整体结构，最后对缸体的强度与刚度进行了校核。
　　2.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是一种新型的多排柱塞泵/马达，其缸体上多排柱塞孔交错设置，配流盘的高低压油口对称分布决定了其流量脉动情况与普通单排轴向柱塞泵及普通双排轴向柱塞泵有所区别。对三排泵的流量脉动公式进行推导。以内中外排柱塞数为7、7、14与柱塞数为8、8、16为例，运用MATLAB编程绘制出内排、中排、外排以及总的瞬态流量。分析不同柱塞数目及不同柱塞布置条件下整泵的流量脉动的情况。
　　3.对缸体的动力学特性进行分析，推导出平衡式三排轴向柱塞泵缸体的倾覆力矩的公式，对内中外排柱塞数分别为奇数、奇数、偶数与内中外排柱塞数全部为偶数两种情况的倾覆力矩进行推导，并采用MATLAB编程，探究内中排柱塞数为相同奇数，外排柱塞数为偶数，与内中排柱塞数为相同偶数，且外排柱塞数也为偶数两种情况下缸体的平衡性。
　　4.以平衡式三排轴向柱塞泵缸体为研究对象，通过设计不同的输入输出参数，运用有限元软件中优化模块下的Response Surfaces优化缸体应力参数。与原设计结构相比，优化设计后使得应力减少11.7％。
　　5.建立了平衡式三排轴向柱塞泵配流副平行油膜与楔形油膜泄漏量的数学模型，通过MATLAB编程计算平行油膜泄漏量与楔形油膜的泄漏量腰型槽中心角、油膜中心厚度、密封带压差、密封带半径，分析了上述参数对配流副泄漏量静态特性的影响，并以此为基础进一步探究了配流副泄漏量特性与波动周期、缸体转速、波动幅值之间的关系。

目录

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摘要

插图或附表清单

1 绪论

1．1 引言

1．2 轴向柱塞泵／马达的发展历程

1．3 轴向柱塞泵／马达缸体的研究现状

1．4 课题的主要研究内容

1．5 拟采取的技术措施和方法

2．1 整体结构设计

2．2 缸体的设计

2．2．1 缸体中心孔直径d的计算

2．2．3 吸排油窗孔的面积f0的确定

2．2．4 缸体壁厚δ的设计与计算

2．2．5 缸体长度的设计与计算

2．2．6 缸体的强度与刚度校核

2．2．7 缸体与柱塞的接触强度校核

2．3 本章小结

3 缸体的柱塞孔布置及流量脉动研究

3．1 引言

3．2 三排泵理论流量脉动特陛研究

3．3 三排泵理论流量脉动分析

3．4 减少三排泵流量脉动措施

3．5 本章小结

4 缸体动力学分析

4．1 缸体的力学分析

4．1．1 斜盘对缸体的作用力与力矩

4．1．2 配流盘对缸体的作用力与力矩

4．2 缸体的动力学分析

4．3 本章小结

5 缸体静力学分析与结构优化

5．1 优化设计原理

5．2 缸体受力情况分析

5．2．1 斜盘对缸体的力与力矩

5．2．2 配流盘对缸体的力与力矩

5．3 有限元结果分析

5．4 本章小结

6 配流副泄漏量的研究

6．1 引言

6．2 平行油膜体泄漏的数学模型

6．3 楔形油膜体泄漏的数学模型

6．4 两种油膜体泄漏量静态特性求解与分析

6．4．1 腰型槽中心角对两种油膜体泄漏量静态特性影响

6．4．2 油膜厚度对两种油膜体泄漏量静态特性影响

6．4．3 密封带压差对两种油膜体泄漏量静态特性影响

6．4．4 密封带半径对两种油膜体泄漏量静态特性影响

6．4．5 缸体倾侧角对两种油膜体泄漏量静态特性影响

6．5．1 不同密封带压差对两种油膜体泄漏量动态特性影响

6．5．2 不同初始油膜厚度对两种油膜体泄漏量动态特性影响

6．5．3 不同幅值对两种油膜体泄漏量动态特性影响

6．5．4 不同转速下对两种油膜体泄漏量动态特性影响

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果