曲轴连杆式低速大扭矩液压马达滑靴副的设计分析

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1、曲轴连杆式低速大扭矩液压马达滑靴副的设计分析徐荣滨DesignofSlipperPairsforCranteshaftConnectingRodTypeLowSpeedLargeTorqueHydraulicMotorXURong-bin（昆山金发液压机械有限公司，江苏昆山215300）摘要：分析了进口液压马达滑靴副的设计，提出了结合静压支承结构设计方法和剩余压紧力设计方法，综合进行滑靴副的设计。关键词：摩擦；滑靴副；液压马达中图分类号：TH137；TH133文献标识码：B文章编号：1008-0813（2015）01

2、-0034-0220引言连杆与曲轴间的摩擦副（称滑靴副）是曲轴连杆式单作用径向柱塞低速大扭矩液压马达的关键摩擦副之一，对于马达的承载能力及其机械效率起着决定性的作用。在工作状态下，这一摩擦副受力大且力的方向随转角变化，又存在较大的运动速度，摩擦磨损严重，因此合理的设计滑靴副，使之形成适当的油膜，减轻磨损，降低油温提高寿命与可靠性是提高曲轴马达性能的关键问题之一。则滑块底面的投影面积：A1=BL=108.2cm等压腔面积：A2=(B-2bB)(L-2bL)=59cm2四周密封带面积：A3=2[BbL+(L-2bL)bB

3、]=49.2cm2有效支承面积：Ae=(B-bB)(L-bL)=81.76cm2柱塞面积：A=πd2=81.04cm24问题的提出我公司生产的某型曲轴连杆式液压马达是某油田主机的液压系统的关键元件，其连杆滑靴采用的就是静压支承的设计，在实际的使用中连杆滑靴副仍常常发生烧瓦现象，同国外产品相比较，马达的滑移性能和外泄漏都不及国外同类产品，不能满足用户的要求。为此，我们对日本川崎SB510产品进行了分析。1图1SB510连杆滑块底面2）按残余压紧力计算连杆滑块瓦面作用力：F′=æπ×d2-Aö×p=2200p（N）è42

4、ø式中p——为柱塞缸的工作压力，MPa。则残余压紧力2川崎马达滑靴副的设计分析日本川崎SB510马达滑靴副的静压支承设计同我′p′=F=0.447p（MPa）A3当n=130转/min时轴瓦出平均速度：们目前的结构类似，但也有独到之处，如封油带面积取得大，节流器前没有过滤器，压降系数取得大等等。现分别以不同的假设对SB510马达滑靴进行计算：1）结构尺寸SB510连杆滑块底面尺寸如图1所示，基本尺寸为：B=97mm，bB=14mm，L=111.5mm，bL=13mm，柱塞直径d=101.6mmπ×203×130π∙D

5、∙nV=1000×60=1000×60=1.38(m/s)式中：偏心轮直径D=203mm，偏心距e=38。瞬时最大速度：π∙(D+2e)∙nπ∙(203+2×38)∙130Vmax===1.899m/s1000×601000×60按上公式计算不同工作压力时的各值见表1。表1p(MPa)p'(MPa)p'V(MPa·m/s)p'Vmax(MPa·m/s)收稿日期：2014-06-17作者简介：徐荣滨（1965-），男，浙江宁波人，高级工程师，学士，现从事液压元件和液压系统领域研究。219.412.917.82511.1

6、15.321.134HydraulicsPneumatics&Seals/No.01.2015使用轴承巴氏合金时的许用值为：[p]=25MPa，[V]=80m/s，[pV]=20MPa∙m/s。推荐[pk]=35~40MPa。由上可见计算值均小于许用值，安全。3）按静压支承进行计算压降系数：设计参数均小于许用安全值是可行的，而且此时节流小孔理解或当负载突变时，防止连杆脱开偏心轮而引起大量漏油而设；（3）SB510该液压马达封油面积较大，从实际测试也可知：外漏较少，因此马达的静态滑移性能较好，而且从实验中也知该马达的启

7、动效率并不低，可见川崎是考虑了综合性能指标后，结合静压支承结构设计方法和剩余压紧力设计方法，综合进行设计的。α=ps=A=81.0481.76=0.99pAe3改进设计与试验根据上述的分析计算，我们对我公司的液压马达阻尼系数：K=KB∙Rf1æL-2bLB-2bBöKB=6μè+JM12-F0.8进行优化设计：将滑靴底面封油带加宽，B、L由于结构限制不做改动，bB/bL由10mm改为12mm,加大了密封面积，使压降系数由0.92提高至0.98，与SB510接近，通过计算可知滑靴的油膜厚度由原来的0.027mm减薄为0

8、.017mm，而较薄的油膜具有较大的刚度，同时0.017mm厚度的油膜也是较为理想的一个值。滑靴工作时最大的PV值仅19.6MPa·m/s，远小于许用值，马达的外泄漏量也仅为原设计的三分之一。优化设计后的JM12-F0.8马达，按照正常的马达装配后，进行台架试验，转速从0起步，逐渐增至马达的最高转速250r/min，并逐级增压至25MPa，测试