主轴的疲劳断裂 [1]
泵的使用可是一项技术活，不同于使用电视那么简单。不正确的使用，很有可能让你的泵处于危险的边缘。相信大家对泵的额定压力以及峰值压力等参数都不陌生，因为这个是我们选择泵的第一关注参数。本期i小编就来和大家聊聊我们为什么要让泵运转在峰值压力之下。
峰值压力是什么
在样本上，非常显眼的两个参数：额定压力以及峰值压力，这应该是大家最熟悉不过的两个参数了。每家样本上都明确标示，系统工作压力不得超过峰值压力，否则泵的使用寿命会缩短或者内部零部件会造成破坏。
泵的峰值压力和额定压力 [2]
当然，针对不同应用领域的泵的峰值压力也会不同，A11VO可以高达400bar，A10VO一般就是350bar。对比闭式泵来说，此压力可以更高，S90系列泵可以高达480bar。
过载的失效模式
相对于壳体压力高以及吸油口压力低的失效模式来说，过载的失效模式就相对简单的多。因为泵的零件绝大部分都是金属材质，所以材质的强度便成了限制峰值压力一个重要因素。瞬间过高的压力冲击极有可能超过材质的强度极限，导致零件产生裂纹甚至开裂；长时间在高压力下工作，会造成金属材质的疲劳，形成疲劳失效。
· 失效模式一
缸体内的柱塞腔是压力冲击最为严重的区域，特别是在过渡区域阶段，压力冲击表现的尤为明显。过高的压力冲击极有可能导致缸体在薄弱区域的失效，比较典型的就是柱塞腔壁的开裂。
缸体腰型槽处的开裂 [1]
· 失效模式二
主轴是泵传递发动机驱动扭矩的唯一路径，泵的所有输出扭矩都需要主轴来承受。泵的过载会超出主轴可传递的最大扭矩能力，从而使得轴断裂。
过载导致的主轴断裂 [3]
· 失效模式三
过载也会增加斜盘和滑动轴承之间的接触力，二者之间相对滑动摩擦力也会随之升高，很容易造成滑动轴承面的磨损。
滑动轴承面的磨损 [1]
失效模式的机理分析
峰值压力的限定是在充分考虑材料的强度极限基础上而设定的，过载的结果便是超过材料强度极限而导致零件的失效。
· 缸体裂纹的来源
缸体的结构设计与缸体材料的许用应力直接相关，从下式可以直观看出。如泵处于过载状态，极有可能导致缸体内的压力超出缸体材料的强度极限，造成裂纹甚至开裂。
缸体结构计算 [4]
同时，仿真的结果也已经证实柱塞腔在过渡阶段的压力冲击要远远大于泵出口的压力，所以可想而知，如果泵出口压力都处于过载状态的话，那么柱塞腔内的瞬态压力将会有多高。
柱塞腔瞬态压力仿真 [5]
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主轴的疲劳断裂原因回答这个问题前，我们需要搞清楚主轴的扭矩来源是什么。主轴的作用是将力矩传递到缸体，来克服转子所受的力矩，进而带动转子的转动，完成吸排油。那转子所受的力矩与柱塞腔的压力有什么关系呢？首先来看一下对于单个柱塞的受力分析。
单个柱塞的受力分析 [6]
从FBD可以看出，缸体和柱塞之间的作用力N1，N2与柱塞腔的压力Fpp紧密关联。即Fpp增大，N1/N2也会随之增大。可以想象，在高压区的所有柱塞，每个柱塞孔都存在N1/N2，而每个N1/N2对缸体旋转中心都存在一个转矩的作用。通过花键和缸体相啮合的主轴，必须克服这所有的转矩后，才能驱动转子的旋转。
缸体转矩分析简图 [6]
如果泵过载，柱塞腔的压力Fpp迅速升高，最终导致轴驱动缸体的扭矩也是直线上升，一旦超过主轴的强度极限，主轴的断裂就在所难免了。
基于上述的分析，我们可以看出，泵的峰值压力设定与其选用的材料强度密切相关。作为我们使用者，虽不需要了解泵的设计理论，但是在允许范围内的正确使用，是我们所要切实关切的。
参考文献：
[1] Oilgear. Failure Analysis – A Guide to Analyzing Axial Piston Pump Failures.
[2] Rexroth. A10V(S)O 31系列技术手册.
[3] Danfoss. 零件失效分析及评估维修指导手册.
[4] 张军辉. 轴向柱塞泵降噪的配流盘及配流方法研究. 浙江大学博士论文 2012.12.
[5] Maha Fluid Power Center.
[6] 张斌. 轴向柱塞泵的虚拟样机及油膜压力特性研究. 浙江大学博士学位论文 2009.10.
