轴向柱塞泵及轴向柱塞马达 轴向柱塞压马达与轴向液压泵相比有哪些特点
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柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵。与齿轮泵相比，这种泵有许多优点。①构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；②只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；③柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合使用。
1.轴向柱塞泵的工作原理
轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。轴向柱塞泵有两种形式，直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式）。
如图8-4所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理，这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度，柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上（图8-4中为弹簧），配油盘2和斜盘4固定不转，当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图8-4中所示回转方向，当缸体转角在0～π范围内时，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油；在π～2π范围内时，柱塞被斜盘推入缸体，使缸孔容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量，改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。
图8-4 轴向柱塞泵的工作原理
配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度L应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度L1。但不能相差太大，否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽，以减小冲击和噪声。
斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角，传动轴端部圆盘用连杆与缸体中的每个柱塞相联结，当传动轴转动时，通过连杆与柱塞内孔侧面接触带动柱塞和缸体一起转动，并迫使柱塞在缸体中作往复运动，借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大，泵的强度较高，但和直轴式相比，其结构较复杂，外形尺寸和质量均较大。
轴向柱塞泵的优点是：结构紧凑、径向尺寸小，惯性小，容积效率高，目前最高压力可达40.0MPa，甚至更高，一般用于工程机械、压力机等高压系统中，但其轴向尺寸较大，轴向作用力也较大，结构比较复杂。
2.轴向柱塞泵的排量和流量计算
如图8-4所示，柱塞的直径为d，柱塞分布圆直径为D，斜盘倾角为γ时，柱塞的行程为s＝Dtanγ，所以当柱塞数为z时，轴向柱塞泵的排量（每转输出流量）为：
液压动力头岩心钻机设计与使用
设泵的转数为n，容积效率为ηv则泵的实际输出流量为：
液压动力头岩心钻机设计与使用
实际上，由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是脉动的，当柱塞数为奇数时，脉动较小，且柱塞数多脉动也较小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11。
3.轴向柱塞泵的结构特点
（1）典型结构：图8-5所示为一种直轴式轴向柱塞泵的结构。
柱塞的球状头部装在滑履内，以缸体作为支撑的缸体弹簧推压回程盘，回程盘和柱塞滑履一同转动。在排油过程中借助斜盘推动使柱塞作轴向运动；在吸油时依靠回程盘和弹簧组成的回程装置将滑履紧紧压在斜盘表面上滑动，这样的泵具有自吸能力。在滑履与斜盘相接触的部分有一油室，它通过柱塞中间的小孔与缸体中的工作腔相连，压力油进入油室后在滑履与斜盘的接触面间形成了一层油膜，起着静压支承的作用，同时减小磨损。传动轴通过左边的花键带动缸体旋转，由于滑履贴紧在斜盘表面上，柱塞在随缸体旋转的同时在缸体中作往复运动。缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配油盘与泵的进出口相通的。随着传动轴的转动，液压泵就可连续地吸油和排油。
图8-5 直轴式轴向柱塞泵
（2）变量机构：轴向柱塞泵的一个很大的优点就是容易做成变量泵，由前面排量公式可知，若要改变轴向柱塞泵的输出流量，只要改变斜盘的倾角，即可改变轴向柱塞泵的排量和输出流量，图中变量机构由偏置活塞和LS（负载敏感）控制阀组成。
4.轴向柱塞马达的工作原理
轴向柱塞马达的工作原理如图8-6所示，当压力为p的高压油输入到进油腔时，处于进油腔的柱塞（图8-6中左侧柱塞），在压力油作用下外伸压在斜盘上，而斜盘对柱塞产生垂直于斜盘方向的反作用力N，其可分解为沿柱塞方向的力F和垂直于柱塞方向的力T。若作用在柱塞底部的油液力为p，柱塞直径为d，力F和N之间的夹角为γ时，它们分别为
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图8-6 轴向柱塞马达的工作原理
力T通过柱塞对缸体产生转矩，使缸体旋转，缸体再通过传动轴向外输出转矩和转速。上述分析是针对一个柱塞的情况，整个轴向柱塞马达的输出转矩是由z个柱塞的合转矩所构成。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马达的平均转矩。
轴向柱塞马达容积效率高，调速范围大，因此必须通过减速器来带动工作机构；其结构尺寸和转动惯量小，换向灵敏度高，输出转矩小。因此适用于转矩小，转速高和换向频繁的场合。
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