多排式轴向柱塞液压马达（或液压泵）设计指导书(3)

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同时，为了控制油窗孔处的油流速度，通油面积S0通常应满足下式：

S0??d2nD2120v0?222tan? (mm2)

式中：v0——油窗孔处的允许通流速度，一般v0?3~6 m/s； n ——马达的转速，转/分。

将式中的d2、D2换成或d1、D1或d3、D3即可求出小号或大号柱塞孔对应的?0和S0。

当小号柱塞孔直径与大号柱塞孔相差不大时，为加工方便，小号和大号柱塞孔的油窗孔面积可与中号柱塞缸孔相同。

5）各排柱塞副的吸排油量Vi和给定流量q下液压马达的转速

各排柱塞副的理论吸排油量Vi等于单个柱塞往复运动一次的吸排油量与每排柱塞数Z的乘积，即：

Vi?Si?Ai?Z?Di?tan????di42?Zi?1,2 （mm）

3

如已知系统的给定流量q（mm3/分），则三排式轴向柱塞马达的转速可分为以下七个档位：

各柱塞副不可能没有泄漏，因此各排柱塞副的实际吸排油量将大于它们的理论吸排油量Vi，其大小等于理论吸排油量Vi除以液压马达的容积效率ηV；液压马达实际的各档转速将低于它的理论转速，其大小等于液压马达的理论转速ni乘以液压马达的容积效率ηV。

多排式轴向柱塞马达和单排式轴向柱塞马达相同，其最低稳定转速一般为30～50转/分，最高使用转速一般为1000～3000转/分。

为了改善多排式轴向柱塞马达的起、制动性能，应尽量减小缸体的转动惯量，其方法是尽量将多余的材料去掉。

2.2 柱塞的设计计算

在三排式轴向柱塞马达中，大中小号柱塞的作用主要是利用密封容积完成吸油和排

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油动作以推动缸体转动，同时通过柱塞的中心阻尼孔，将一小部分油液注入滑靴以形成静压支撑。三排式轴向柱塞马达的设计与单排式基本相似，主要有柱塞副材料的选择、柱塞的结构与尺寸，以及柱塞副间隙的确定等问题。 1）柱塞副材料的选择

柱塞在缸孔之间做往复运动，其受力复杂。柱塞副的材料选用，通常有两种方案可供选择：

（1） 柱塞为硬材料，缸孔为软材料； （2） 柱塞为软材料，缸孔为硬材料。

当采用第一种方案时，其柱塞的材料通常选用12CrNi、18CrMnTiA、9SiCr、CrMn、T7A、T8A等。上述材料通过整体淬火，或渗碳淬火，或氮化热处理后均可得到HRC60以上的硬度；而缸体常采用硬度甚软的QAL9-4铝青铜等，加工制造较为方便。但运行后多为缸孔磨损，修理较为困难。

当采用第二种方案时，缸体可采用38CrMoALA氮化钢，缸孔与配流端面表面氮化硬度高达HV>900。而柱塞可采用低合金工具钢CrWMn，并在运动副表面电镀铍青铜。 2）柱塞的结构与尺寸

柱塞的结构通常如图6所示，为了减小柱塞的重量，一般将柱塞内部淘空，同时右端做成球头以方便和滑靴构成球铰。各部尺寸如下：

① 柱塞的长度la

柱塞的长度lai等于柱塞完全伸出时在孔内的内留长度（也称留缸长度）l0di、最小外伸长度l外伸i和柱塞行程Di?tan?之和，即：

lai?l0di?l外伸i＋Di?tan? i=1，2 ，3

式中 ：l外伸i?0.2?di~0.5?di，为了减小缸体的总长Lt，l外伸i应尽量取小值。l0di的确定同前，Di为各排柱塞孔中心分布圆直径。

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② 球头直径dq及注油孔球冠(图6柱塞右端平面)直径dg 球头直径dqi一般按经验选取，

dqi?(0.7~0.8)?di

为使柱塞球头不遮住滑靴的注油孔(如图9所示，滑靴的注油孔直径为d4)，应使

dgi?dqi?sin??d4i

式中 d4i的尺寸一般取1.0 mm。 可求得：

为了避免球头与滑靴的挤压应力?q过大，必要时还应对球头强度进行校核：

式中 [?q]——滑靴材料的许用比压，如滑靴的材料选用铬钢，其[?q]＝100 MPa。

di——各排柱塞的直径 ③ 阻尼孔直径df和长度lf

阻尼孔直径df和长度lf的设计详见2.3节中滑靴的结构设计。 ④ 空腔直径dk及长度lk

为减小柱塞移动惯性力和回转部分（缸体、柱塞、滑靴等）的转动惯量，通常将柱塞内部淘空，或者淘空后镶嵌其他密度较小的材料，如塑料等。如双排式轴向柱塞马达采用四支撑双阻尼效应（见后）的柱塞副，柱塞内部淘空而不镶嵌其他材料。空腔的直

?qi?(di/cos?)?dd2qi22gi?d2gips??q （18）

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径应综合考虑柱塞的强度和柱塞的重量，通常取dki?0.5?di；

而空腔的长度lki应根据柱塞颈部的强度和阻尼孔长度要求共同决定，通常取

lki?0.8?lai。

⑤ 四支撑双阻尼孔的直径dp及距柱塞底面的距离lp1，lp2。

图7表示柱塞位于全伸附近并向柱塞孔底部推进（液压马达开始排油、液压泵开始压油位置）时柱塞的受力示意图。当柱塞的最小外伸长度l外伸过大、柱留缸长度l0d过小且柱塞副间隙过小或过大时，Fn的轴向分力Fn·cosδ有可能不足以克服图中向左诸力而使柱塞无法向柱塞孔底部推进。这种现象被称为卡缸现象。为了避免卡缸现象的出现，必要时可采用所谓的“四支撑（或三支撑）双阻尼孔结构”的柱塞副。这种结构的柱塞在其长度方向的两个横截面上沿圆周均匀开有四个（或三个）直径足够小的圆孔——阻尼孔。当液压马达或液压泵工作时，从阻尼孔中流出的压力油可以形成静压支撑柱塞，

以保持柱塞副的油膜厚度，从而改善柱塞的受力状况，避免卡缸现象的出现。

在图7中，F1和F2为柱塞孔壁对柱塞分布压力的合力。为获得最好的“静压支撑”效果，四支撑（或三支撑）双阻尼孔的位置通常定在这两个合力位置处，即取在距柱塞底面l0d?l13，

l23处。即：

l13lp1?l0d?

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lp2?l23

式中l1、l2的表达式可根据图7导出：

l1?6?la?2?l0d?3f?d6??2?la?l0d?f?d??l0d＝

3?la?l0d?l0d6la?3l0d2 3?la?l0d?2l0d6?la?3?l0d2l2?l0d?l1?l0d?6?la?2?l0d?3?f?d6??2?la?l0d?fd??l0d?

分别将小号柱塞、大号柱塞的参数代入式（23）和（24）即可计算出小号柱塞的l11、l21、大号柱塞的l12、l22、再代入式（21）和（22）即可计算出小号柱塞的lp11、lp21及大号柱塞的lp12、lp22。

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