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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Design of Slipper Pairs for Cranteshaft Connecting Rod Type Low Speed Large Torque Hydraulic MotorXU Rong-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）01-0034-0220引言连杆与曲轴间的摩擦
2、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 = 2BbL +(L - 2bL )bB = 49.2cm2有效支承面积：Ae = (B - bB)(L - b
3、L) = 81.76cm2柱塞面积：A = d2 = 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 1 SB510 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 = d2 - A p = 2200p（N） 42 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
4、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=101.6mm 203 130DnV =1000 60 =1000 60= 1.38 (m/s)式中：偏心轮直径 D=203mm，偏心
5、距 e=38。瞬时最大速度：(D + 2e)n(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 1 p( MPa ) p( MPa ) pV( MPam/s ) pVmax (MPam/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。219.412.917.8 25 11.1 15.3 21.1 34Hydraulics Pneumatics & Seals/No.01.2015使 用 轴 承 巴 氏 合 金 时 的 许
6、用 值 为 ： p = 25MPa ，V = 80m/s ， pV = 20MPam/s 。 推荐 pk = 3540MPa 。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。 = ps = A = 81.0481.76 = 0.
7、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 = KBRf1 L - 2bLB - 2bB KB = 6 +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 0.017mm，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
8、值仅 19.6MPam/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，测试马达的各 项数据，均正常，换向重复试验，结果也均正常，各项指 标均优于标准的要求。在连续工作 8h 后，马达没有故 障，分解马达，检查连杆轴瓦，情况良好，没有磨损现 象。投入批量生产后经过近一年的统计，工厂台架出 厂试验没有发现烧瓦现象。bbBL式中 取 = 20 10-8 厘泊。（取油温=50） 1 85.5 69 则 KB =+= 9.512
9、 1066 20 10-8 1413 实测川崎 SB510 连杆内节流阻尼堵长 l = 8.2mm ，内孔直径 do = 0.5mm 。 略去起始段效应有：128l128 20 10-8 0.82Rf = 1.069d 43.1416 0.0540得到阻尼系数：K = 9.512 106 1.069 = 10.17 106由于 = 1 1 + Kh331 - =31 - 0.99 h = 0.010mmK0.99 10.17 106支承在额定压力下的泄漏计算：qi = psh L - 2bL3B - 2bB +4结论经 长 时 间 的 台 架 试 验 和 石 油 机 械 上 的 长 时 间 使
10、6bBbL式中：ps = p = 21 0.99 = 20.8MPa qi = 20.8 0.010 8.5536.9 用，可靠性较之原设计有较大的提高，拆检油田使用 1年的马达发现滑靴瓦面磨损比较均匀，且无异常现象， 表明该马达的静压支承改进设计是较为成功的。 1.4 + 1.3 6 20 10-8= 5.05mm3 / sec= 0.303L/ min马达正常运转时相当于 2.5 个缸在工作，支撑总泄漏为：0.303 2.5 = 0.757L/ min4）分析结论通过上述的计算，分析川崎 SB510 马达可知：（1）滑靴处设计如按静压支撑设计，一般压降系数参考文献成大先.机械设计手册（第三
11、版）M.北京:化学工业出版社,2001. 陈卓如.低速大扭矩液压马达理论、计算与设计M.北京:机 械工业出版社,1989. 雷天觉.液压工程手册M.北京：机械工业出版社,1990 徐绳武.柱塞式液压泵M.北京：机械工业出版社,1985. 许耀铭.油膜理论和液压泵和马达的摩擦副设计M .北京： 机械工业出版社,1984. 陈卓如，潘社卫，金朝銘，张守礼.曲轴连杆液压马达摩擦副 的研究综述J.液压气动与密封，1996（, 4）：9-12甄 少 华.低 速 大 扭 矩 液 压 马 达 M.北 京:人 民 交 通 出 版 社,1995.1234 5取 = 2 ，为了缩小结构，该处压降系数是可取得较大3一 些 ，国 内 曲 轴 连 杆 液 压 马 达 此 处 压 降 系 数 取 为0.80.9，而 该 液 压 马 达 取 0.99， 较 大 ，经 初 步 计 算h = 0.010mm ，比一般设计偏小一些；（2）滑靴处如按残余压紧力理解，从粗略计算可知6735