多排式轴向柱塞液压马达（或液压泵）设计指导书

多排式轴向柱液压马达设计指导书

多排式轴向柱塞液压马达（或液压泵）设计指导书

1 绪 论

在采用轴向柱塞马达和柱塞泵的液压传动系统中，通常采用节流阀或变量等形式实现流量调节。由于调节幅度有限、调速范围小及变速时必须改变流量而造成功率浪费等限制，在系统供油量不变的情况下无法实现低速大扭矩、恒功率变速等功能。为解决这一问题，可采用多排式轴向柱塞液压马达或液压泵。多排式轴向柱塞液压马达，可在系统供油量不变的情况下通过控制多排柱塞的不同组合有效地实现低速大扭矩和恒功率有级变速等功能。而多排式轴向柱塞泵，可实现变功率有级变量，大大拓宽了变量范围。 1 . 1 多排式轴向柱塞马达（或泵）的结构

图 1 双排式轴向柱塞马达或泵的结构示意图

双排式轴向柱塞马达或柱塞泵是多排式轴向柱塞马达或泵中最简单的一种型式，其基本结构如图1所示。外壳由左端盖(1)、右端盖(14)和壳体(7)组成，左端盖、右端盖分别通过螺栓(6)与壳体(7)连接；缸体(8)装在壳体内的马达轴或泵轴(17)上，两者以花键相连一起旋转；在缸体(8)不同的同心圆周上设置多排（此处为两排）柱塞孔及其柱塞(9、20)，每排柱塞的直径相同且均布在圆周上，并且不同圆周上的柱塞错位布置；每个柱塞具有顶底连通的油道，其顶部有球铰与滑靴(11)铰接。在泵的左端设有配流盘(2)，通过圆柱销将其固定在缸体(8)和左端盖(1)之间，配流盘(2)上具有与柱塞排数相同并分别与之对应和连通的腰形油窗孔。同时，在缸体的内圈小孔里设有多个均布的中心弹簧(10)，它的弹簧力一方面将缸体(8)推向配流盘(2)，另外通过压盘钢球(13)和压盘(18)使滑靴(11)紧贴斜盘(12)；位于缸体(8)中心的马达轴或泵轴(17)由固定在左端盖和右端盖

共 31 页，第 1 页

多排式轴向柱液压马达设计指导书

的圆锥滚子轴承(3)支撑，并在右端与半联轴器(16)相联；缸体与左端盖和右端盖连接处以及右端圆锥滚子轴承外设有密封圈(5、15)，并在缸体下部设有出油孔和油塞(19)。

多排式轴向柱塞马达或泵与单排式轴向柱塞马达或泵在结构上相似，可以简单地看成是多个单排式轴向柱塞马达或泵的叠加。所以在受力上，也就可以简单地看成是多个性能相近(由于柱塞的直径和所处的位置不同)的单排式轴向柱塞马达或泵的叠加。 1 . 2 多排式轴向柱塞马达和柱塞泵的工作原理

多排式轴向柱塞马达的工作原理与单排式相似，在图1中，斜盘(12)和配流盘(2)固定不动，柱塞(9、20)可在缸体（8）的柱塞孔内移动。当高压油经配流盘(2)的高压腰形窗口进入缸体（8）的柱塞孔内后，处在高压腔中的柱塞被高压油顶出，经滑靴(11)压在斜盘(12)上。由于斜盘(12)的中心线与缸体（8）的中心线相交一倾角δ，故斜盘(12)经滑靴(11)作用在柱塞(9、20)上与斜盘(12)平面垂直的反作用力F可分解为两个分力：轴向分力Fx和作用在柱塞(9、20)上的液压推力相平衡，垂直分力Fy将使缸体（8）转动，从而带动马达轴(17)转动，并经半联轴器（16）输出。设某一柱塞i的转角（柱塞全缩时为转角度量起始位置，即设为0°，并以柱塞被顶出方向为转角正方向）为?，则在柱塞上产生的转矩为：

Ti?Fx?R?tan??sin? (0) 式中：

R——为柱塞在缸体中的分布圆半径； Fx——轴向分力，Fx?A?pe，其中

A为柱塞的横截面积，pe为系统额定工作压力。

全部柱塞产生的转矩之和即为多排式轴向柱塞马达的输出转矩。

随着马达的转动，被高压油完全顶出之后的柱塞将在斜盘(12)和滑靴(11)的推动下向柱塞孔底部运动，同时回油油路被接通，低压油经配流盘（2）的低压腰形窗口进入油箱以完成排油。通过液压阀等液压元件可控制各排柱塞副或单独、或多排组合动作，从而实现实现低速大扭矩和恒功率有级变速等功能。

多排式轴向柱塞泵的工作原理也与单排式相似，外部动力经半联轴器（16）带动泵轴（17）和缸体（8）一起转动，位于低压区的柱塞在压盘(18)和滑靴(11)的联合作用下被抽出，低压油经配流盘（2）的低压腰形窗口进入缸孔，完成泵的吸油过程。随着泵的继续转动，柱塞将在斜盘(12)和滑靴(11)的联合作用下向缸底运动以挤压油液，缸孔中的高压油经配流盘（2）的高压腰形窗口到达泵的出口，实现了泵的排油过程。各排每个柱塞副按一定的次序独立完成吸油、排油工作，它们排出的高压油在泵的出口有序叠加，从而得到连续均匀的高压油。各排柱塞副排出的高压油有各自的油路通向液压系统，并经液压阀等液压元件实现每排液压油的任意组合。

共 31 页，第 2 页

多排式轴向柱液压马达设计指导书

1 . 3 多排式轴向柱塞马达和柱塞泵的特点

如图1所示，多排式轴向柱塞马达或柱塞泵相当于多个轴向柱塞马达或泵并联。通过改变参与工作的柱塞副排数，可实现低速大扭矩和恒功率有级变速等功能。而多排式轴向柱塞泵，可实现变功率有级变量，大大拓宽了变量范围。

多排式轴向柱塞马达或柱塞泵的特点之二还在于它们完全可逆。所以多排式轴向柱塞马达不但继承了单排式轴向柱塞马达的工作压力高、较大的输出扭矩和功率、效率高、低速稳定性好、启动效率高等优点，更有结构简单、外形尺寸小，容易实现低速大排量、恒功率变速及“微动”功能，最终达到无级变量和无级调速的目的。

多排式轴向柱塞马达和柱塞泵的特点之三还在于它可以构成可变速的静液压传动系统。所谓静液压传动，就是以液压泵和液压马达为主组成、附加各种变量控制单元和传动元件(控制阀或变速箱)，成为一种无级变速的传动装置。图2所示的静液压系统中，多排式轴向柱塞泵通过控制元件与1、2、3、4通道连接，直接控制多排式轴向柱塞马达，由于它们都具有较大的变量范围，因而调速范围宽，经过适当的设计，不需变速箱，由液压马达直接驱动负载，对高速方案和低速方案都适用。由于液压泵和液压马达均可变量或变速，所以静液压传动装置可调范围扩大。当液压泵处于最大排量，液压马达处于最小排量时，传动装置可以输出最小扭矩和最高转速；当液压泵处于最小排量，液压马达处于最大排量时，传动装置可以输出最大扭矩和最低转速。这样，在发动机功率不变的情况下，可大大扩大功率利用范围。如考虑发动机油门调节之后，可获得更加理想的动力特性曲线。近年来，变量方式采用点比例控制方式的越来越多，与微电子技术相结合，实现智能化控制，根据不同的工况，选择不同的工作模式和控制模式，更有利于功率的合理利用和节约能耗。

图2 多排式轴向柱塞泵(马达)组成的静液压系统

共 31 页，第 3 页

多排式轴向柱液压马达设计指导书

2 多排式轴向柱塞马达（泵）主要零部件的设计指导

为保证多排式轴向柱塞马达能顺利驱动负载，其设计通常以最大额定输出扭矩作为设计要求。在系统供油量不变（恒功率）的情况下，单排式轴向柱塞马达只有一种输出速度和输出扭矩，而双排式轴向柱塞马达有大、中、小三档、三排式轴向柱塞马达有七档输出速度和输出扭矩。

在主要零部件设计计算之前需要初步选定或计算确定的参数有：

? 系统额定工作压力pe，低压系统，取0～25 MPa；中压系统，取》25～80MPa；

中高压系统，取》80～160MPa；

? 系统最高工作压力pmax，可根据上述选定的系统额定工作压力pe确定； ? 柱塞的排数。通常取二排或三排。

? 多排式轴向柱塞马达的最大额定输出扭矩T（N-m）。如已知负载的额定功率

P（kW）和转速n（转/分），则最大额定输出扭矩T可由下式计算确定：

T?9550P(kW)n(r/min)??N?m

式中η为负载输入端至马达输出端之间传动系统的机械效率。如是减速传动则上

述公式的结果还需除以传动比i。至于各档扭矩的大小，可根据负载的具体要求计算确定或自已选定。例如双排式轴向柱塞马达的最小档扭矩可取1/3额定输出扭矩（此时转速最高），中档可取2/3额定输出扭矩。三排式轴向柱塞马达各档扭矩可用类似方法确定。

? 每排柱塞副的数目Z。为便于布置，各排柱塞副的数目Z相同，一般可根据

输出扭矩T的大小取7、9、11或13个。 ? 斜盘倾角δ，通常在14°～18°范围内选定。

该设计为三排式轴向柱塞马达（泵）的设计，每排柱塞数目取为9个。系统额定工作压力pe取值为25MP，斜盘倾角δ取值为14°，大中小柱塞取值分别为30mm/25mm/20mm。

2.1 缸体的设计计算

缸体的设计计算要确定的主要结构尺寸有：缸体的外形尺寸——外径Dt和长度Lt，各排柱塞孔的直径dj和各排柱塞孔中心分布圆直径Dj等。这些尺寸一般可通过试算方法确定。以下为三排式轴向柱塞马达的具体计算过程：

系统额定工作压力pe取值为25MP，斜盘倾角δ取值为

共 31 页，第 4 页

多排式轴向柱液压马达设计指导书

14°，大中小柱塞取值分别为30mm/25mm/20mm。△取值为7。 1）内中外排柱塞直径d1、d2、d3和柱塞中心圆直径D1、D2、D3 。

首先试取内排小号柱塞孔的直径d1，并根据相邻两柱塞孔孔壁间的距离△不小于某一定值的原则，计算确定内排柱塞孔中心分布圆直径D1。△的大小与缸体强度有关，通常按经验取△=4～7mm（低压系统取小值，中压系统取中值，高压系统取大值），必要时才由缸体强度计算确定，或根据选定值△对缸体强度验算。△与Dj和dj的关系可由图3和下式（2）确定。

?/2?dj???Dj?Sin? ?

???360/Z?按同样的方法可确定中排中号柱塞孔的直径d2和中排柱塞孔中心分布圆直径D2。但在确定D2时除了要考虑相邻两中号柱塞孔孔壁间的距离△不小于上述给定值外，还要受到相邻的中号柱塞孔和小号柱塞孔壁间的距离△2的限制。△2的取值同△，△2与d1、d2和D1、D2的关系可由图4和式（3）确定。

?2?(

d3 、D3、△3的值的算法同d2 、D2 、△2。

由以上计算可求得：

D12)?(2D22)?2?2D1D21??Cos?/2?(d1?d2) 222共 31 页，第 5 页

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库多排式轴向柱塞液压马达（或液压泵）设计指导书在线全文阅读。