柱塞连杆副的几何形状对轴向柱塞式液压机械质量的影响.pdf

弓 ； ， 柱塞 连杆副的几何形状对轴 向柱塞式 液压机 械质量 的影 响 ． 童象群 庳乡 翟 最 丁 摘要对于柱塞连杆剐来说。采用鼓形表面的连杆能降低柱塞内径公差对连杆与柱塞 轴线夹角变化的影 响． 稳定两个零件的接触点．结果降低 了液压机械的振动和噪声 可以 延 长机 槭 的寿命 ． 叙 词 昱 建 塞 直 堡 垄 楚 在 斜轴式轴 向柱塞 液睚 机械中。靠连杆 带 动缸体 旋转 ，经过 连杆 和柱 塞 的的接触。传递 克服 缸体端 面与配油 盘之 间的摩擦力所需 的力 矩。 在现有 的柱塞连 杆副结 构 中，从理论 上 来说 当连杆驱动 缸体时，柱塞 裙部或者连 杆 的锥度通常都能使接合表 面沿直线接触． a】 b 圈I 柱塞 的内径公差对连杆与柱塞接触点赢度 的影响 这些结构 的缺 点是连杆 和柱 塞内表 面的制 造公差 对连杆 的偏 转角影响很大 ，实际接触 点 可能在理论接触线的上部或者下方．例如，柱 塞 直径减小 时 实 际接触点 A在连杆下部 图 l a 柱塞直径增大时，实际接触点 B在 连杆 上部 图 1 b 。从 图 1可 以看 出， 柱塞的 内 径 公 差 将 引 起 连 杆 偏 角5 的 变 化 l a 2 和连杆驱动缸体的力作用点的 盎化。 ． 点 接触 导致 产生较大接 触应 力和磨损． 对 于不 同的柱塞 连杆副有不 同的连杆与柱塞轴线 间的最大 偏角。加上连杆 驱动缸体的施力 点的 急剧 变化．这 对缸体旋转 的均匀性 有害。使机 械的振动和噪声增大。降低寿命．计算结果表 明 连杆 偏离柱塞 轴 的偏角 的变化对液 睚机 械 的不协调 性影响最大 占 8 0 ／ o ． 为 了降 低 液压 机 械 的不 协调 性 。 减 轻 振 动， 降低噪声和柱塞连杆 副的接触应力。增 加使用寿命，研制出鼓形表面连杆 图 2 ． 为 了加大 接触面积从而 降低接触应 力． 圆 弧 半径 R应 尽 可能选 得 大一 些． 另 外 圆弧 半径 R 和弧 AK6的长度还 应 满足下 列条件 柱塞内径和连杆半径公差在极限值时，不会在 A 、B两点发生接 触． 圆弧 A K6的作图 已知柱塞的名义直径 和偏角 6 给定 A K、B三点的高度。根据 公 式求 出连 杆上这些点所在位置 的直 径 参照 图 2 ． d d 二 c osO 式中d lⅢ 连杆与柱塞接触点的连杆直径 B 柱塞 舟径 连杆转动 中心与柱塞计算接触点之 间的轴 囱距离 通 过理 论 接 触 点 K 作 一 条 与连 杆轴 线 成 角的直 线， 再 以半 径 R 作 一 圆弧。 让此 一 31 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 圆弧通 过 A、K、I ； 三 点，而 且使该 圆弧的 中 点位于 这 条直线 上． 在规 定范围 内．对于 同种类型 的产品．是 否具 有最 佳的技术经济指标， 与它 们的功能性 参数 的允许偏差有 密切 的关 系。 这是因 为整机 质量取决于它的部件质量．柱塞连杆组件制 造 质量 的评价 指 标为 为了求 出偏 角 反推 导出解析关系式 i n 6 生 ‘ 一 dha 可通过该公式 来分 析连 杆和柱塞的极 限尺 寸对偏 角 5的影 响。 圈 2 带曲线形支承面的连杆 当转换 为新结构连杆时，必须求出接触面 的范围 、连杆与柱塞 之问的最大压力及 它们的 接近 距 离 。 活塞 与连杆接 触时，它们 的主法向截 面都 经 过理 论 接 触 点 。 并 彼 此 重 合 图 3 。 图 中。具有同样的 、Y坐标 值的两点 Ⅳl 和 2 之间的距离等于 z z2 。此距离 可 用连杆表 面 的 圆 弧 l 】 、 l 2 和 柱 塞 表 面 的 圆 弧 K2 I 、J 来 表示 2 Z广Z9 x 2 [ K l l -- 】} 气 I2 一 2 1 假 设 z广 常 数 ， I一 2 2 A。 】 『 _ J 2 B，便可 得到椭 圆族方 程式 2 B y 2 C 一 3 2 一 或 写成 手 1 并 约 定Y 轴 描椭 圆的长 半轴配置。 当 已知连杆 的圆弧半 径和柱塞半径 时．对 于实 际的 3 1 0 ． 2 4 4和 3 1 1 ． 2 2 4型 液压 机械， 便 可 算出 确 定 接 触 面 积 的 参 数 值 ． A0 0 0 8 8 ra m； B0 ． 0 0 4 7 mm 。 圈 3 柱塞连杆副接触时刻的横截面圈 应用物体接触时的弹性变形理论．如已知 接 触处 物体表 面的圆弧半径、物体接 触点的弹 性常数．物体材料的弹性常数和载荷，就能确 定连杆和柱塞在 变形后 的接触面积。 为了算 出连杆 与柱塞问的载荷．必 须求 出 缸体与配油盘 之间的摩 擦力矩 M r O ． 5 t Z S CDc r , 式中 配油盘与缸体问的摩擦系数 △p 工作液压力和缸体压紧配油盘的 压缩弹簧作用在配油盘上的载荷 De p 配 油盘 的平均 直径，8 2 mm 3 1 0 2 2 4和 3 1 1 2 2 4液 压 机 械 的 缸 体 用 E p 0 1 2 青 铜 制 作 ， 而 配 油 盘 用 的 是 3 8 X2 MI OA 钢。 缸 体与 配油 盘 之 间的接 触 压力 建议 取 1 ． 3 8 MP a 。摩擦 副在油 中在 上述接触 压力条件 下 0 ． 0 6 9 ，根 据经验 数据 。Z X p HRC5 5 ， 其淬 硬层 的分 布应如 图 l 所示 。热处理 的难点在 于 要在台肩与轮缘之间的圆角处得到合适的淬硬 层分布。 当两个半 体焊成 支重轮之后．还要 经过镗 孔 、加 工端 面、钻 孔和攻 丝 ，最 后精 镗到 O ． 0 2 5 4 mm 的公 差。 支重轮总 成 由精加工 后 的 焊件 、轴 、轴 瓦、 密封件 和润滑剂组成． 支重 轮 总 成 存 在 的 最 主 要 问 题 是 ， 使 用 不 到 l O 0 0 h ， 内孔涨大，轴瓦外表面被拉伤，从而 使 支重 轮在 短时 间内就丧 失工作能 力． 为了掌握 内孔 涨大 的原 因，在装 配前，对 所有 支重轮 的内孔 尺寸作 了检查， 当然 支重轮 对轴 瓦 的加载和 装配都 是合 适 的。结果 发 现， 支 重 轮 的 内 孔 在 感 应 淬 火 时 收 缩 了大 约 O ． 5 0 8 mm。 感 应 淬 火 的条 件 是 频 率 2 k Hz 、 功率 1 7 0 k W，淬 火时间 7 0 s ， 淬火结束 8秒后 用压力水 冷却 到室温。 由于感应粹 火后，m1 O 1 ． 6 mm 的 内孔需 进 行精加 工， 因此在现场使用 中就出 了问题 支 重 轮在 工作 中释放 出淬火应 力， 引起收缩，致 使 内孔涨大。 这时，M T 2 8 ． 4 2 H m 作用 在连杆上的集 中外 力 P M T，R 6 31 5 N R 为外 力 P的作用 点到缸 体轴线 的距 离，它等 于 4 5 mm。 利用有关文选所提出的公式，求得连杆与 柱塞间的最大压力为 6 4 0 MP a ．连杆与柱塞的 间距 s 6 1 0 mm 根据材料的机械性能，按强度条件求出连 杆 与柱 塞 接触 处 的最大 压力 ，并 进行 实 际 配 置．鼓形连杆 与柱 塞 的周期性 接触可能 产生疲 劳剥落。它类 似于齿轮齿面 的周 期性接触， 因 此 ， 可 以 利 用 齿 轮 传 动 的 国 家 标 准 r OCT2 1 3 5 4 8 7 。柱塞连杆 副经 渗氮处理 后 表面 的平 均硬度 为 HV5 5 0 7 5 0 。对于 经这种 化学热处理的合金钢，其接触持久强度极 限为 口 1 0 5 0 MP a ， 在 这 里 柱 塞 连 杆 副 中 口6 4 0 M P a ， 以保 证 柱塞 连杆 副 的工作 可 靠 性和使 用年 限。 3 1 0 ． 2 2 4和 3 1 1 ． 2 2 4 液 压 机 械 的 试 验 连 杆， 经液压泵和液压 马达两种 工况试 验 ，对试 验样 机和成批 生产 的液压 机械 的噪声特 性作了 对 比， 测 试 频 率 为 1 6 ．3 2 ．6 5 1 2 5 、 5 0 0 、 1 0 0 0 、 2 0 0 0 、 4 0 O 0 、 8 0 0 0 Hz , 液 压 机 械 工 作 压力 为 8 、 l 6 、 ．2 O和 2 5 MP a 试 验样 机 柱塞 的 内径 公差 由原成 批生 产时的 O ．0 5加大到 0 ． 1 mm， 实测样机噪声等 级仍 与原 成批生产 的 液压机械相 同，试验样 机 的振 动幅度较小，某 些工况低到 4 0 ％。 童康祥廖绍贤供稿 一 33 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m