高压径向柱塞泵连杆的有限元分析

　　为了提高径向柱塞泵的额定压力，在JBP-40 型径向柱塞泵的基础上进行改进，将额定压力由28MPa 提高到35MPa。在高压下对该径向柱塞泵的连杆进行受力分析，并采用ANSYS 软件对其进行静力学有限元分析，验证其强度和刚度。结果表明当额定压力提高到35MPa 时，连杆的强度和刚度是足够的，为高压径向柱塞泵的研究提供了依据。

引言

　　径向柱塞泵是一种容积效率高、运转平稳、流量均匀性好、噪声低、工作压力高的新型液压元件。我校所研制的新型变量径向柱塞泵目前属国内领先技术，但仍不能满足工程机械对高压径向柱塞泵的需求。因此在节约成本、简化工艺的前提下，对该径向柱塞泵进行改进，将额定压力由28MPa 提升到35MPa， 实现径向柱塞泵的高压化，是企业迫切需要解决的难题。连杆作为径向柱塞泵的关键零件之一， 承受压缩力及弯矩的共同作用，故决定在高压35MPa 下对JBP-40 型径向柱塞泵连杆进行有限元分析。

1、径向柱塞泵简介

　　新型径向柱塞泵是一种轴配流径向柱塞泵，柱塞在转子(缸体)内成辐射状配置，滑靴与定子构成一对高速滑动摩擦副。柱塞、转子柱塞孔和配流轴形成密闭容腔，当柱塞向外移动伸出时，密闭容腔增大并与配流轴的进油口相通，液压油液被吸入密闭容腔;当柱塞向内收缩时，密闭容腔减小并与配流轴的出油口相通，液压油液被排挤到出油口。每转1 周，7 个柱塞各完成一次吸油和排油。由大小控制柱塞控制定子的偏心距，通过改变偏心距的大小改变排量。根据工况需要改变泵轴旋转方向时，液流进出油口也将改变。JBP-40 型径向柱塞泵的主要参数有： 额定压力28MPa， 额定转速1500r/min，排量40mL/r。

2、有限元分析

　　2.1、有限元模型

　　径向柱塞泵的连杆是由40Cr 制成的。利用Pro/E软件对连杆进行实体建模(忽略中心阻尼孔处对弹性变形影响不大的结构)，然后再以Parasolid 格式导出*.xmt-txt，再将此文件导入到ANSYS 中。模型导入ANSYS12.0 后，划分网格时，单元类型采用Solid45 单元，单元大小设置为4mm，对其进行非结构网格划分，划分后的有限元模型由9084 个节点和42 278 个单元组成。划分网格后的有限元模型如图1 所示。连杆滑靴的材料模型设置如下：材料为40Cr，弹性模量为206GPa，泊松比为0.28。

图1 连杆的有限元模型

5、结论

　　(1)在额定压力35MPa 下对JBP-40 型径向柱塞泵的连杆进行静力学有限元分析， 其疲劳安全系数大于许用疲劳安全系数，连杆的应变较小，在可承受范围之内，说明连杆的强度、刚度足够;

　　(2)在最高压力43.75MPa 下的有限元分析结果表明连杆的疲劳安全系数偏低，滑靴底面变形较大，不能长时间在此工况下运行;

　　(3)将JBP-40 径向柱塞泵的额定压力由28MPa 提高到35MPa，连杆的强度和刚度足够，对该系列径向柱塞泵的高压化研究有一定的指导意义。