第五章 滑靴受力分析与设计
目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构.滑靴不仅增大了与斜盘的接触应力,而且柱塞底部的高压油液,经柱塞中心孔 d0' 和滑靴中心孔d0 ,再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中.由于油液在封油带环缝中的流动.使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜,大大减少了相对运动件间的摩擦损失,提高了机械效率.这种结构能适应高压力和高转速的需要.
5.1 滑靴受力分析
液压泵工作时,作用于滑靴上有一组方向相反的力.一是柱塞底部液压力力图把滑靴压向斜盘,称为压紧力py;另一是由滑靴面直径为 D1的油池产生的静压力Pf1与滑靴封油带上油液泄露时油膜反力Pf2 ,二者力图使滑靴与斜盘分离开,称为分离力Pf .当紧压力与分离力相平衡时,封油带上将保持一层稳定的油膜,形成静压油垫. 5.1.1 分离力Pf 图为柱塞结构与分离力分布图. δ 图4-3 滑靴结构及分布力分布 根据流体力学平面圆盘放射流可知,油液经滑靴封油带环缝流动的泄露量q的表达式为
q???3(p1?p2)R6?ln2R1
若p2?0 ,则
q???3p1R6?ln2R1
式中 ? 为封油带油膜厚度.
封油带上半径为r 的任一点压力分布式为
R2r?p pr?(p1?p2)2R2lnrln
若p2?0 ,则
R2r pr?p1Rln2R1ln从上式可以看出 由上式可以看出，封油带上压力 随半径增大而呈对数规律下降。 Pf2??p12lnR2R12(R2?R12)?p1?R12 油池静压分离力Pf1为 Pf1??R12p1 总分离力Pf为 Pf?Pf1?Pf2?2?(R22?R12)R2ln2R126p1??(31.5?22.05)?102ln31.522.05 ?31.5?106?70.2KN5.1.2 压紧力Py 滑靴所受压紧力主要由柱塞底部液压力pb引起的，即 Pb?2pb?31.5?1062Py??dZ??0.024??14.9KN 0cos?4cos?4cos185.1.3 力平衡方程式
当滑靴受力平衡时，应满足下列力平衡方程式
Py?Pf
?pb?(R22?R12)d?p1
R4cos?2ln2R12Zq???3p1R6?ln2R1
得泄流量为
q????3pbdz2212?(R2?R12)cos???0.01?31.5?10?0.02422362? ?197ml12?0.05?（31.5?22.05）?cos185.2 滑靴设计 滑靴设计常用剩余压紧力法和最小功率法 选用最小功率损失法 最小功率损失法的特点是：选取适当油膜厚度，使滑靴泄漏功率损失法与摩擦功率损失之和最小，保持最高功率。 5.2.1 泄漏功率损失?NV 已知滑靴在斜盘上的泄漏流量q ，。若不计吸油区的损失，则滑靴在排油区域的泄漏功率损失为 ?dz2?3pb1?NV?pbq?2224?(R2?R12)cos????0.01?31.5?102236? ?171ml24?0.05?（31.5?22.05）cos185.2.2 摩擦功率损失?Nm 滑靴在斜盘上的运动轨迹是椭圆，为简化计算，近似认为是柱塞分布圆。因此滑靴摩擦功率损失为 u2?Nm?F?u??(R2?R12)?Rf? ?2式中 F?—液体粘性摩擦力， F???(R2?R12)?u?；
u—切线速度，u?Rf?
2?R12)—滑靴摩擦（支承）面积； ?(R2 ?u?—液体粘性摩擦应力，?为液体粘性系数，?为油膜厚度。
将u?Rf?代入上式中可得
?2R2f?Nm??(R?R)??2221???（31.52?22.052）?0.05?157?37?268ml0.0122
5.2.3 滑靴总功率损失?N
?N??NV??Nm ?2R2f?? ? 2?24?(R2?R12)co?s2?dz2?3pb令?(?N)?0,可得最佳油膜厚度?0为 ???0?2(R2?R12)??Rf4pbdZ8cos?(31.52?22.052)?0.05?157?0.03724??8cos18? 631.5?10?0.024?0.012mm由上式计算出的油膜厚度，可使滑靴功率损失最小，效率最高。最佳油膜厚度在?0?0.01~0.03mm范围。 5.3 滑靴结构型式与结构尺寸设计 5.3.1 滑靴结构型式 滑靴的结构型式如图
图5-1 滑靴结构型式 关于滑靴的结构，应该防止由于倾斜而引起密封带出现偏磨，所以往往在密封带外面加上一道断开的外辅助支承面环带。这样，即使滑靴出现某些偏磨，也不会破坏滑靴的平衡设计，从而延长了滑靴的寿命。为了减小对滑靴底面的比压，并防止由于压力冲击而引起滑靴底面沉凹的变形（这种变形引起松靴），常常在滑靴的密封带内侧加上一个或几个内辅助支承环带，为了不影响滑靴的支承力，并使密封环带内侧压力迅速伸展，内辅助支承面在圆周上是断开的。
为了提高滑靴的拉脱强度，可以将滑靴的收口部位加厚。滑靴的球面圆柱度和椭圆度不大于0.003mm，与柱塞球头铆合时的径向间隙应不大于0.01mm，与柱塞球头的接触面积不小于70%。滑靴的材料可采用青铜或高强度的黄铜制造。要特别注意材料中心不允许有疏松和偏析，否则容易引起疲劳强度损坏。
5.3.2 结构尺寸设计 1. 滑靴外径D2
滑靴在斜盘上的布局，应使倾斜角??0时，互相之间仍有一定间隙s，如图
图5-2 滑靴外径D2的选定
滑靴外径D2为
D2?Dfsin
?Z?s?74?sin?7?0.6?31.5mm