本發(fā)明屬于液壓傳動技術領域，具體是涉及一種磁浮輔助支承柱塞泵。

背景技術：

滑履與斜盤運動副的油膜支承現(xiàn)有三種工作機理，如圖1所示。圖1中(a)中的運動副中滑履的支承力為動壓油膜支承，當滑履與斜盤接觸應力超過油膜耐壓極限，滑履與斜盤產(chǎn)生干摩擦，這種結構應用于早期低壓柱塞泵。隨著柱塞泵應用壓力的提高，(a)的結構不能滿足要求，于是出現(xiàn)了(b)、(c)中的結構。(b)中D_s>D_p，承壓腔的面積略大于柱塞截面積，柱塞內(nèi)細長節(jié)流管處起固定阻尼作用，使承壓腔內(nèi)壓力小于柱塞腔內(nèi)壓力，圓環(huán)與斜盤形成的間隙起可變阻尼作用，在負載變化時使摩擦副間形成適當剛度的油膜，保持完全的流體潤滑，這種工作機理稱之為“負壓緊”。(c)中D_s<D_p，承壓腔的面積略于柱塞截面積，承壓腔的靜壓支承力小于柱塞對滑履的作用力，還需要動壓支承力或接觸反力一起平衡，這種工作機理稱之為“正壓緊”。上述三種工作機理受力都以柱塞對滑履的作用力通過滑履質(zhì)心S，油膜或接觸應力均勻為前提而分析的。

Hook與胡新華對柱塞和滑履的受力進行了分析，得出柱塞對滑履的作用力并不通過滑履的質(zhì)心S，可分解為沿滑履軸線方向的分力p_ps和垂直滑履軸線方向的分力N_ps，p_ps與滑履質(zhì)心的偏心距為e₁，使滑履受傾側(cè)力矩M的作用，如圖2所示。

楊國昌對圖1(c)所示的機理的滑履進行了研究，也認為滑履受傾側(cè)力矩作用，使滑履與斜盤的接觸應力分布不均，在斜盤圓環(huán)最外端點壓力最大，磨損最嚴重。滑履在隨著排量、轉(zhuǎn)速、壓力、溫度的提高，當摩擦副材料的耐磨性和液壓油的潤滑性不夠好時，如圖2所示，滑履外環(huán)端點N點應力隨之增大，磨損增加?；耐猸h(huán)的端點N點在磨損后此處失去支撐，磨損由N點向滑履內(nèi)環(huán)端點M點逐漸內(nèi)移，進而造成整個滑履工作面磨損。

同理也可對圖1(b)進行分析，如圖3所示，傾側(cè)力矩M使滑履間斜盤產(chǎn)生一個夾角為α的楔形油膜。由于楔形一端開口使泄漏增加，圓環(huán)與斜盤間的節(jié)流作用減少，液壓動、靜支承力減少，使滑履中心油膜厚度Δh減小直至平衡。此時楔形油膜支承合力F_p與滑履質(zhì)點的偏心距為e₂，若有接觸應力，則F_n與滑履質(zhì)點的偏心距為e₃，兩者共同與側(cè)傾力矩M平衡，斜盤與柱塞軸線的實際夾角為α+γ。當F_n作用的接觸應力超過油膜耐壓極限時，將在N點造成干摩擦。

目前對滑履與斜盤運動副的工作機理沒有突破上述三種形式，但在結構的細節(jié)上作了很多研究，如利用柱塞和缸體的間隙作為代替易堵塞的細長阻尼孔起節(jié)流作用的結構，許耀銘和德國學者H.Thoma提出了螺旋阻尼槽結構以改善污染堵塞的問題。也有提出減少柱塞球頭尺寸、減少斜盤傾角^[5]來改善傾側(cè)力矩對于滑履的影響。另一些聚焦在摩擦副材料匹配上，如采用不銹鋼等熱膨脹系數(shù)小的材料、表面鍍層等提高表面耐磨性能的材料來提高斜盤滑履副的使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種結構簡單，能夠改善柱塞泵滑履受力、磨損情況的磁浮輔助支承柱塞泵。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種磁浮輔助支承柱塞泵，包括柱塞、滑履及斜盤；所述的柱塞通過球鉸與滑履連接；所述的滑履上背向球鉸的一端置于斜盤的滑履滑道內(nèi)；所述的滑履上和斜盤上分別設有兩極性相反的磁場；斜盤上的磁場在斜盤內(nèi)等強度，而且該磁場與斜盤之間具有夾角。

上述的磁浮輔助支承柱塞泵中，所述的斜盤上滑履滑道內(nèi)設有弧形的磁體布置腔，磁體布置腔內(nèi)設有磁體。

上述的磁浮輔助支承柱塞泵中，所述的滑履上和斜盤上兩磁場產(chǎn)生的斥力的合力不通過滑履的質(zhì)心。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.由于磁場合力矩M_g的存在，本發(fā)明可以減少油膜力矩M_p的要求。在不改變滑履結構的前提下，可減小斜盤與滑履的油膜夾角；若選擇合適的M_g可消除夾角，形成均勻的液壓油膜，減少最大接觸應力及滑履磨損。

2.由于磁場的作用，本發(fā)明的斜盤與滑履的油膜夾角將較少或消除，滑履一端“翹起”情況將減輕，動壓支承間隙均勻，使通過滑履泄漏的高壓油減少。

3.由于磁場的作用，本發(fā)明的楔形油膜夾角甚至可變?yōu)樨撝?，滑履與柱塞的實際夾角將顯著減小，滑履球頭副、柱塞副在徑向方向的受力將得到改善、球頭和柱塞的磨損也將減少。

4.由于磁場力的作用，本發(fā)明的主要摩擦副的受力、磨損情況得到改善，楔形油膜夾角減小甚至可以為負值，斜盤傾角就可以較大幅度的增加，可以提高同規(guī)格柱塞的柱塞泵理論排量及功率密度比。

附圖說明

圖1為柱塞泵滑履與斜盤運動副工作機理圖。

圖2為柱塞泵油膜支承不平衡狀態(tài)受力圖。

圖3為柱塞泵油膜支承平衡狀態(tài)受力圖。

圖4為本發(fā)明磁浮輔助油膜結構圖。

圖5為本發(fā)明磁浮輔助支承受力圖。

圖6為本發(fā)明的磁體在斜盤平面布置圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖3-圖6所示，本發(fā)明包括柱塞1、滑履2及斜盤3；所述的柱塞1通過球鉸與滑履2連接；所述的滑履2上背向球鉸的一端置于斜盤3的滑履滑道31內(nèi)。所述的滑履2上和斜盤3上分別設有兩極性相反的磁場，滑履2所受磁場斥力的合力不通過滑履2的質(zhì)心。兩磁場產(chǎn)生的斥力對滑履2質(zhì)心的力矩來平衡柱塞1球頭接觸力對滑履2質(zhì)心的傾側(cè)力矩，使的滑履2與斜盤3運動副間的油膜厚度均勻，或使滑履2與斜盤3運動副間的接觸應力均勻。

斜盤3上的磁場在斜盤3范圍內(nèi)近乎等強度。如圖4所示，本發(fā)明的斜盤3上的滑履滑道31內(nèi)設有弧形的磁體布置腔32，磁體布置腔32內(nèi)設有磁體，斜盤上的磁場由該磁體產(chǎn)生。

本發(fā)明的理論依據(jù)如下：

如圖2所示，以滑履承壓腔底面中心設一柱坐標系，Z軸正向垂直滑履工作面并指向斜盤，斜盤與滑履間流體的N-S運動微分方程為：

斜盤與滑履間流體的微分連續(xù)方程為：

假設流體在滑履副壁面滿足無滑移條件，承壓腔內(nèi)各處壓力處處相等，均為p_r。則邊界條件有：

z＝h時，v_r＝0，v_θ＝0 (5)

時，p＝p_r (6)

時，p＝0 (7)

時，v_r＝0，v_θ＝0 (8)

根據(jù)上述公式及邊界條件，即可求得滑履與斜盤間油膜的壓力場p，該壓力場對滑履工作面的液壓合力F_p為：

滑履工作面油膜壓力對滑履質(zhì)心S的合力矩M_p為：

M_p＝k₁p_s(1-k₂Δh-k₃cosα) (11)

式中k₁、k₂、k₃是與結構有關的系數(shù)。

如圖5所示，若給定一個與斜盤成β角的磁場，使磁場合斥力為F_g，并經(jīng)過滑履工作面的形心O，則磁場作用力對滑履質(zhì)心S的合力矩M_g為：

M_g＝F_gl₀cos(α+β) (12)

M_p+M_g＝P_spe₁ (13)

式中符號說明

1、本發(fā)明能夠減少斜盤滑履副磨損。

根據(jù)式13可知，由于磁場合力矩M_g的存在，可以減少油膜力矩M_p的要求；在不改變滑履2的結構的前提下，又根據(jù)式11，由于M_p減少，斜盤3與滑履2的油膜夾角α減?。蝗暨x擇合適的M_g可消除油膜夾角α，形成均勻的液壓油膜，在前述造成滑履2磨損的極端工況下，將均勻滑履2與斜盤3間的接觸應力，減小了滑履與斜盤間的最大接觸應力，減少了滑履2的磨損。

2、本發(fā)明減少了通過滑履2泄漏的高壓油。

由上述第1點可知，由于磁場的作用，斜盤3與滑履2的油膜夾角α將較小或消除，滑履一端“翹起”情況將減輕，動壓支承間隙均勻，使通過滑履2泄漏的高壓油減少。

3、改善柱塞泵受力、磨損情況。

由圖5可知，滑履2與柱塞1的實際夾角為α+γ。于磁場的作用，楔形油膜夾角α將減小甚至可變?yōu)樨撝?，滑?與柱塞1的實際夾角α+γ也將減小，滑履球頭副、柱塞副在徑向方向的受力將得到改善、球頭和柱塞的磨損也將減少。

4、本發(fā)明提高了斜盤3的允用傾角。

由于磁場力的出現(xiàn)，柱塞泵主要摩擦副的受力、磨損情況得到改善，楔形油膜夾角α減小甚至可以為負值，斜盤傾角γ就可以較大幅度的增加，提高了同規(guī)格柱塞的柱塞泵理論排量及功率密度比。