一种球面配流柱塞泵的侧向力分析

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柱塞泵是使用最为广泛的液压动力元件之-，而其中端面配流的轴向柱塞泵又是人们研究的重点。-般的端面配流方式采用平面配流盘，且各柱塞平行地分布于缸孔中。本文所介绍的斜柱塞轴向柱塞泵有所不同。

1 柱塞泵的结构及简介本文所介绍的轴向柱塞泵结构简单、体积孝质量轻。该柱塞泵采用球面配流方式，其最大的特点是柱塞缸孔及柱塞与缸体主轴线不是平行周 向分布的，而是存在-定的倾角，这使得整个柱塞缸体近似呈圆台形结构，靠近配流盘的部分尺寸较小，因而配流盘可以做得很小，从而大大降低缸体与配流盘接触面的 pV值。整个泵体结构紧凑 ，能够保持较高的容积效率。

R图 1 斜柱塞泵结构简图 图2 柱塞空间几何关系图2 柱塞的受力分析关 于枉基党力分 万法 的文献 已经 很 多 ，具 体步骤 本文不再--赘述。

如图 3所示，在忽略柱塞所受的离心力、惯性力和弹簧的回程力等因素影响时，可近似得出：r - 3l2(L 1)-2l；-3l2rl cosy ，1、- 瓦干 二 JN - F ( )- F (3)Rk-- 4co sy(4)FRk siny - (5)式中，d为柱塞直径；户为泵的输出压力 ；n为柱塞球头中心半径 If2为柱塞留缸长度，z-L- (设柱塞长度148长度)iN 、N2为缸壁对柱塞反作用的合力，即侧向力；R 为斜盘对单个柱塞的反作用力；F为倾覆力。

圈 3 点 搔 触 斜 枉 器 泵 的 堂 力 分 析 圈y 为工作行程中，斜盘对柱塞反作用力的作用线与柱塞轴线之间的夹角。图3中，即R 与其分量 N 之间的夹角。在-般平行柱塞的轴向泵中，y 即斜盘倾角 y；但本文中的柱塞与缸体轴线有-倾角口，在柱塞随缸体转动过程中，这个夹角 y -/2-0，其中目为柱塞在yOz平面上的投影与柱塞本身所成的角，即 图 2中的 KP 0 。很 显 然，0是 不 断变 化 的，在AKP'O 中运用正弦定理，满足如下关系式：K P K -sin/K-P'01- Z嘶 。

(7)- - )由：鼬 - l(7cR-/8si-nflslnO'(8)S1nL丢 - J可得：tg0- ；si nfl-(Rct。g y(RRtg/，tg) 9)将式(9)分别带人式(2)、(3)有：N1- × ×蒜(Rt咝gy R/tg垫f1) (10) si们- 镉 × ×±垦 堂二 Q塑(垦 g。[± ! r1 1、si们(RtgyR/tgf1)在其他条件相同时，平行缸体中柱塞所受的缸壁侧向力为：N1- ×此时：Z2-L-2Rcos tg)， (13)筹 上式中各数学符号均与前文定义物理意义相同。

综合式(2)、式(10)及式(12)～(14)，借助 Matlab工具可以比较平行柱塞泵和斜柱塞泵所受侧向力 N1的大校图 4所示为柱塞处于压油区[ ∈(O，7c)]时，单个柱塞所受缸壁侧向力N1随转角变化的规律曲线(N 与 N 情况类似 ，故只重点讨论- )。

转角/rad图 4 转角 与单个柱塞所受侧向力N，关系图从图 4中不难看 出：相较于-般的平行柱塞轴向泵，斜柱塞泵中单个柱塞在压油区所受到的侧向力随转动位置的不同而变化较大。当柱塞处于上死点： -0时，y -，卢，柱塞受到的侧向力 N 最大；当柱塞处于下死点 ： -7时，y -y-卢，柱塞受到的侧向力 N1最校而平行柱塞泵中，柱塞所受缸体侧向力随转角不同而变化的范围不如斜柱塞泵 。且柱塞在刚进入压油区的-段时间内，斜柱塞泵中的柱塞所受侧向力情况比平行柱塞泵恶劣；而转过超过 /2的角度后，其所受柱塞侧向力得到改善 ，相较平行柱sneJ vu Fe nx- 主坌塞泵更校从上面各式中可以看出，减小斜盘倾角、减小柱塞倾角均能够减小斜柱塞泵中柱塞所受的侧向力 N1和 N2。

3 结语由于柱塞与缸体轴线存在着-定倾角，斜柱塞式轴向泵中柱塞的运动学方程及排量公式均有别于-般的平行柱塞泵，其所受到的侧向力也有所不同，变化范围较大，可以为以后斜柱塞泵的进-步设计研究工作提供-定的参考。