基于UG的軸向柱塞泵設(shè)計

62頁 18000字數(shù)+論文說明書+任務(wù)書+8張CAD圖紙【詳情如下】

基于UG的軸向柱塞泵設(shè)計開題報告.doc

基于UG的軸向柱塞泵設(shè)計論文.doc

外文翻譯--利用被困體積提高軸向柱塞泵的容積效率.doc

奇數(shù)柱塞泵瞬時流量圖.dwg

柱塞受力圖.dwg

柱塞泵三維仿真.swf

柱塞泵任務(wù)書.doc

柱塞腔通油孔圖.dwg

柱塞運動特征圖.dwg

軸向柱塞泵裝配圖.dwg

零件圖傳動軸.dwg

零件圖滑靴.dwg

零件圖配油盤.dwg

摘要

軸向柱塞泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng)的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要

本設(shè)計對軸向柱塞泵進行了分析,主要分析了軸向柱塞泵的分類,對其中的結(jié)構(gòu),例如,柱塞的結(jié)構(gòu)型式﹑滑靴結(jié)構(gòu)型式﹑配油盤結(jié)構(gòu)型式等進行了分析和設(shè)計,還包括它們的受力分析與計算.還有對缸體的材料選用以及校核很關(guān)鍵;最后對變量機構(gòu)分類型式也進行了詳細的分析,比較了它們的優(yōu)點和缺點.該設(shè)計最后對軸向柱塞泵的優(yōu)缺點進行了整體的分析,對今后的發(fā)展也進行了展望.

關(guān)鍵詞: 柱塞泵,液壓系統(tǒng),結(jié)構(gòu)型式,今后發(fā)展.

Abstract

Liquid's pressing a pump is the motive component of oil liquid which presses system to provide certain discharge and pressure toward the liquid, it is each core component that the liquid presses the indispensability in the system, reasonable of choice liquid's pressing a pump can consume a ﹑ exaltation the efficiency ﹑ of the system to lower a Zao voice ﹑ an improvement work function and assurance system for liquid pressing system of of dependable work all very important

This design filled a pump to carry on toward the pillar to the stalk analytical, mainly analyzed stalk to fill the classification of pump toward the pillar, as to it's win of structure, for example, the pillar fill of the ﹑ slippery Xue structure pattern ﹑ of the structure pattern went together with the oil dish structure pattern's etc. to carry on analysis and design, also include their is analyze by dint with calculation.The material which still has a body to the urn chooses in order to and school pit very key;Finally measure an organization classification towards change, the pattern also carried on detailed analysis and compared their advantage and weakness.That design end filled the merit and shortcoming of pump to carry on whole analysis toward the pillar to the stalk and also carried on an outlook to aftertime's development.

Keyword: The pillar fills a pump, the liquid presses system, structure pattern, will develop from now on.

目   錄

摘 要…………………………………………………………………………………………… Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

緒論……………………………………………………………………………………………4

1軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù)……………………………………………… 6

1.1軸向柱塞泵工作原理……………………………………………………………… 6

1.2軸向柱塞泵主要性能參數(shù)………………………………………………………… 6

1.2.3排量﹑流量與容積效率……………………………………………………………… 7

    1.2.2扭矩與機械效率 8

    1.2.3功率與效率…………………………………………………………………………… 9

2 軸向柱塞泵運動學及流量品質(zhì)分析………………………………………… 10

2.1柱塞運動學分析…………………………………………………………………………10

2.1.1柱塞行程S…………………………………………………………………………… 11

2.1.2柱塞運動速度分析v………………………………………………………………… 12

2.1.3柱塞運動加速度a…………………………………………………………………… 13

2.2滑靴運動分析…………………………………………………………………………… 14

2.3瞬時流量及脈動品質(zhì)分析……………………………………………………………… 15

    2.3.1脈動頻率…………………………………………………………………… 15

2.3.2脈動率…………………………………………………………………………………16

3 柱塞受力分析與設(shè)計………………………………………………………………………17

3.1柱塞受力分析……………………………………………………………………………17

3.1.1柱塞底部的液壓力 …………………………………………………………………17

3.1.2柱塞慣性力……………………………………………………………………………18

    3.1.3離心反力 ……………………………………………………………………………18

3.1.4斜盤反力N…………………………………………………………………………… 19

3.1.5柱塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力 和 ………………………………………… 20

3.1.6摩擦力 和 ………………………………………………………………………20

3.2柱塞設(shè)計………………………………………………………………………………… 21

3.2.1柱塞結(jié)構(gòu)型式…………………………………………………………………………22

3.2.2柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計……………………………………………………………………23

3.2.3柱塞摩擦副比壓P﹑比功 驗算……………………………………………………23

4滑靴受力分析與設(shè)計………………………………………………………………………25

4.1滑靴受力分析…………………………………………………………………………… 25

4.1.1分離力…………………………………………………………………………………26

4.1.2壓緊力 ………………………………………………………………………………27

4.1.3力平衡方程式…………………………………………………………………………27

4.2滑靴設(shè)計………………………………………………………………………………… 28

4.2.1剩余壓緊力法…………………………………………………………………………28

4.3滑靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計…………………………………………………………29

4.3.1滑靴結(jié)構(gòu)型式…………………………………………………………………………29

4.3.2結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計………………………………………………………………………  31

5 配油盤受力分析與設(shè)計………………………………………………………………… 32

5.1配油盤受力分析………………………………………………………………………… 32

5.1.1壓緊力 ………………………………………………………………………………33

    5.1.2分離力 …………………………………………………………………………… 34

5.2配油盤設(shè)計……………………………………………………………………………… 35

5.2.1過渡區(qū)設(shè)計……………………………………………………………………………35

    5.2.2配油盤主要尺寸確定…………………………………………………………………37

5.2.3驗算比壓p﹑比功pv………………………………………………………………… 38

6 缸體受力分析與設(shè)計………………………………………………………………………40

   6.1缸體的穩(wěn)定性……………………………………………………………………………40

   6.2缸體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定………………………………………………………………40

    6.2.1通油孔分布圓半徑 和面積F…………………………………………………… 40

    6.2.2缸體內(nèi)﹑外直徑 ﹑ 的確定…………………………………………………… 42

6.2.3缸體高度H…………………………………………………………………………… 43

7柱塞回程機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………………44

8 斜盤力矩分析……………………………………………………………………………… 46

8.1柱塞液壓力矩 ……………………………………………………………………… 46

8.2過渡區(qū)閉死液壓力矩……………………………………………………………………46

    8.2.1具有對稱正重迭型配油盤……………………………………………………………46

    8.2.2零重迭型配油盤………………………………………………………………………47

8.2.3帶卸荷槽非對稱正重迭型配油盤……………………………………………………47

   8.3回程盤中心預壓彈簧力矩 ………………………………………………………… 48

8.4滑靴偏轉(zhuǎn)時的摩擦力矩 …………………………………………………………… 48

8.5柱塞慣性力矩 ……………………………………………………………………… 48

   8.6柱塞與柱塞腔的摩擦力矩 …………………………………………………………49

   8.7斜盤支承摩擦力矩 …………………………………………………………………49

 8.8斜盤與回程盤回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣性力矩 ………………………………………………50

   8.9斜盤自重力矩 ………………………………………………………………………50

9 變量機構(gòu)……………………………………………………………………………………51

   9.1手動變量機構(gòu)……………………………………………………………………………51

9.2手動伺服變量機構(gòu)………………………………………………………………………53

   9.3恒功率變量機構(gòu)…………………………………………………………………………55

   9.4恒流量變量機構(gòu)…………………………………………………………………………56

結(jié)論…………………………………………………………………………………………… 57

參考文獻………………………………………………………………………………………58

致謝…………………………………………………………………………………………… 59

緒論

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動也越來越廣，而作為液壓傳動系統(tǒng)心臟的液壓泵就顯得更加重要了。在容積式液壓泵中，惟有柱塞泵是實現(xiàn)高壓﹑高速化﹑大流量的一種最理想的結(jié)構(gòu)，在相同功率情況下，徑向往塞泵的徑向尺寸大、徑向力也大，常用于大扭炬、低轉(zhuǎn)速工況，做為按壓馬達使用。而軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，故轉(zhuǎn)速較高；另外，軸向柱塞泵易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機械、起重運輸、冶金、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普遍用于飛機液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)中。是飛機上所用的液壓泵中最主要的一種型式。

本設(shè)計對柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細的研究，在柱塞泵中有閥配流﹑軸配流﹑端面配流三種配流方式。這些配流方式被廣泛應(yīng)用于柱塞泵中，并對柱塞泵的高壓﹑高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f沒有這些這些配流方式，就沒有柱塞泵。但是，由于這些配流方式在柱塞泵中的單一使用，也給柱塞泵帶來了一定的不足。設(shè)計中對軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)中的滑靴作了介紹，滑靴一般分為三種形式；對缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計；對柱塞的回程結(jié)構(gòu)也有介紹。

柱塞式液壓泵是靠柱塞在柱塞腔內(nèi)的往復運動，改變柱塞腔容積實現(xiàn)吸油和排油的。是容積式液壓泵的一種。柱塞式液壓泵由于其主要零件柱塞和缸休均為圓柱形，加工方便配合精度高，密封性能好，工作壓力高而得到廣泛的應(yīng)用。

    柱塞式液壓泵種類繁多，前者柱塞平行于缸體軸線，沿軸向按柱塞運動形式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類運動，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑向運動。這兩類泵既可做為液壓泵用，也可做為液壓馬達用。

泵的內(nèi)在特性是指包括產(chǎn)品性能、零部件質(zhì)量、整機裝配質(zhì)量、外觀質(zhì)量等在內(nèi)的產(chǎn)品固有特性，或者簡稱之為品質(zhì)。在這一點上，是目前許多泵生產(chǎn)廠商所關(guān)注的也是努力在提高、改進的方面。而實際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測符合發(fā)至使用單位運行后，往往達不到工廠出廠檢測的效果，發(fā)生諸如過載、噪聲增大，使用達不到要求或壽命降低等等方面的問題；而泵在實際當中所處的運行點或運行特征，我們稱之為泵的外在特性或系統(tǒng)特性。

    正如科學技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學科、邊緣學科越來越豐富，跨學科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決泵的噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。

柱

1  直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù)

1．1直軸式軸向柱塞泵工作原理

直軸式軸向柱塞泵主要結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。柱塞的頭部安裝有滑靴，滑靴底面始終貼著斜盤平面運動。當缸體帶動柱塞旋轉(zhuǎn)時，由于斜盤平面相對缸體平面（xoy面）存在一傾斜角 ，迫使柱塞在柱塞腔內(nèi)作直線往復運動。如果缸體按圖示n方向旋轉(zhuǎn)，在 ～ 范圍內(nèi)，柱塞由下死點(對應(yīng) 位置)開始不斷伸出，柱塞腔容積不斷增大，直至上死點(對應(yīng) 位置)止。在這過程中，柱塞腔剛好與配油盤吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔內(nèi)，這是吸油過程。隨著缸體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在 ～ 范圍內(nèi)，柱塞在斜盤約束下由上死點開始不斷進入腔內(nèi)，柱塞腔容積不斷減小，直至下孔點止。在這過程中，柱塞腔剛好與配油盤排油窗相通，油液通過排油窗排出。這就是排油過程。由此可見，缸體每轉(zhuǎn)一跳各個往塞有半周吸油、半周排油。如果缸體不斷旋轉(zhuǎn)，泵便連續(xù)地吸油和排油。

圖中恒流量變量機構(gòu)由帶有節(jié)流閥的雙邊控制閥(恒流量閥)和差動變量缸組成。控制閥C端預壓彈簧調(diào)定后，節(jié)流閥兩側(cè)壓力差在控制閥閥芯上產(chǎn)生的液壓力與彈簧力相平衡，閥芯處于中垃，斜盤傾角固定在某一角度，泵輸出流量為調(diào)定值。

當泵轉(zhuǎn)速增加時，輸出流量也相應(yīng)增加。由于節(jié)流器面積不變，則節(jié)流器兩端壓力差 增大，推動控制閥閥芯左移，帶動變量活塞左移，斜盤傾角減小，流量城少，直至恢復到調(diào)定值。此時，閥芯上液壓力與彈簧力重新平衡閥芯處于中位，斜盤傾角穩(wěn)定，泵輸出流量為恒定值。反之，當泵轉(zhuǎn)速減小后，輸出流量減少。類似的分析可知，斜盤傾角會增加，流量也隨之增加，仍保持為一恒定值。

  圖9.5(b)為變量特性曲線。 為保持調(diào)定流量 的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。從圖中可以看出，從 以上，泵輸出流量不隨轉(zhuǎn)速變化而改變，始終保持恒定值。

恒流量變星泵用于對液壓執(zhí)行機構(gòu)要求速度恒定的設(shè)備中。例如，機床、運輸機械等液壓系統(tǒng)。但是恒流量變量泵恒定流星的精度不高，誤差較大，這也限制了它的應(yīng)用。

結(jié)論

液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng)的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要.

    選擇液壓泵的原則是:根據(jù)主機工況﹑功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求,首先確定液壓泵的類型,然后按系統(tǒng)所要求的壓力﹑流量大小確定其規(guī)格型號.

一般來說,由于各類液壓泵各自突出的特點,其結(jié)構(gòu)﹑功用和運轉(zhuǎn)方式各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵.一般在機床液壓系統(tǒng)中,往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵;而在筑路機械﹑港口機械以及小型工程機械中,往往選擇抗污染能力比較強的齒輪泵;在負載大﹑功率大的場合往往選擇柱塞泵.

正如科學技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學科、邊緣學科越來越豐富，跨學科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決泵的噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。

參 考 文 獻

〔1〕李培滋﹑王占林主編.《飛機液壓傳動與伺服控制》（上冊）.國防工業(yè)出版社.1989

〔2〕曾祥榮﹑葉文柄﹑吳沛容編著.《液壓傳動》.國防工業(yè)出版社.1980

〔3〕何存興主編.《液壓元件》.機械工業(yè)出版社.1982

〔4〕張赤誠等編.《液壓傳動》.地質(zhì)出版社.1986

〔5〕齊任賢主編.《液壓傳動和液力傳動》.冶金工業(yè)出版社.1981

〔6〕上海煤礦機械研究所編.《液壓傳動設(shè)計手冊》.上海人民出版社.1976

〔7〕（日）市川常雄著.雞西煤礦機器廠譯.《液壓技術(shù)基本理論》.煤炭工業(yè)出版社.1975

〔8〕（美）H﹒E﹒梅里特著.陳燕慶譯.《液壓控制系統(tǒng)》.科學出版社.1979

〔9〕成大先主編.《機械設(shè)計手冊》.化學工業(yè)出版社.2004

〔10〕聞德生著.《開路式柱塞泵》.航空工業(yè)出版社.1998

〔11〕吉林工業(yè)大學等校編.《工程機械液壓與液力傳動》.機械工業(yè)出版社.1978

〔12〕AD 811166.1981.

〔13〕馬玉貴、馬治武主編.《新編液壓件使用與維修技術(shù)大》.中國建材工業(yè)出版社.1998

〔14〕左健民主編. 《液壓與氣壓傳動》.機械工業(yè)出版社.1999

〔15〕文懷興主編.《泵的排量設(shè)計工況及優(yōu)化設(shè)計》. 北京.機械工業(yè)出版社.2005

〔16〕成大先主編.《機械設(shè)計圖冊》.化學工業(yè)出版社.2000

〔17〕沙毅 聞建龍主編.《泵與風機》.中國科學技術(shù)大學出版社.2005

〔18〕陳允中 曹占文 黃紅梅 鄧國強等譯.《泵手冊》.中國石化出版社.2003

〔19〕路甬祥主編.《液壓氣動技術(shù)手冊》.北京.機械工業(yè)出版社.2002

〔20〕張耀宸.《機械加工設(shè)計手冊》.北京.航空工業(yè)出版社,1987

致   謝

論文是在講師的悉心指導下完成的，在我即將完成學士學位學習之際，衷心感謝老師們給我提供了良好的學習條件、科研環(huán)境和全面鍛煉的機會以及在生活、學習上給予的關(guān)心和幫助。各位老師不僅以其淵博的學識、創(chuàng)造性的思維方式、嚴謹?shù)闹螌W風范、高度的責任感使作者在學術(shù)上受益匪淺、而且言傳身教，以其高尚的人格和坦蕩寬廣的胸懷教導了我做人的道理。值此論文完成之際，瑾向張勇老師以及全系各位老師表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意！在課題的研究和論文撰寫過程中，得到了學院老師的大力支持，在此對你們表示衷心的感謝。

- 本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 姓 名： 學 號： 指 導 教 師 ： 2011 年 3 月 20 日 - 1 - 本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 系別 機電工程系 專業(yè) 機械設(shè)計制造及 其自動化 班級 姓名 學號 聯(lián)系方式 題目 基于 軸 向柱塞泵設(shè)計 一、 選題背景 軸向柱塞泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動力元件 ,它是每個液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件 ,合理的選擇液壓泵對于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng)的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動也越來越廣，而作為液壓傳動系統(tǒng)心臟的液壓泵就顯得更加重要了。在容積式液壓泵中，惟有柱塞泵是實現(xiàn)高壓﹑高速化﹑大流量的一種最理想的結(jié)構(gòu)，在相同功率情況下，徑向往塞泵的徑向尺寸大、徑向力也大，常用于大扭炬、低轉(zhuǎn)速工況，做為按壓馬達使用。而軸向柱 塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，故轉(zhuǎn)速較高；另外，軸向柱塞泵易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機械、起重運輸、冶金、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普遍用于飛機液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)中。是飛機上所用的液壓泵中最主要的一種型式。 二、課題設(shè)計 題的內(nèi)容 本設(shè)計對柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細的研究，在柱塞泵中有閥配流﹑軸配流﹑端面配流三種配流方式。這些配流方式被廣泛應(yīng)用于柱塞泵中，并對柱塞泵的高壓﹑高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f沒有這些這些 配流方式，就沒有柱塞泵。但是，由于這些配流方式在柱塞泵中的單一使用，也給柱塞泵帶來了一定的不足。設(shè)計中對軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)中的滑靴作了介紹，滑靴一般分為三種形式；對缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計；對柱塞的回程結(jié)構(gòu)也有介紹。 該課題首先對目前軸向柱塞泵設(shè)計的國內(nèi)外發(fā)展狀況進行分析，展望軸向柱塞泵設(shè)計的方向和發(fā)展趨勢，然后簡述軸向柱塞泵設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題。最后提出自己的設(shè)計方案。 軸向柱塞泵參數(shù)：公稱排量為 40ml/r；公稱壓力 16率大于 86%。 - 2 - 主要任務(wù)： 1、完成軸向柱塞泵方案設(shè)計； 2、完成設(shè)計草圖； 3、完成所有參數(shù)、尺寸的設(shè)計計算。（包括電動機的功率、轉(zhuǎn)速、關(guān)鍵零件的強度等） 4、完成三維裝配及工程圖（折合成兩張以上 ），并進行 配仿真、運動仿真； 5、完成設(shè)計說明書（ 8000 字以上）。 6、外文資料的翻譯（翻譯一篇與該課題相關(guān)的英文資料，不少于 2000 印刷符號）； 三、 課題研究現(xiàn)狀 美國的柱塞泵發(fā)展最早，質(zhì)量也最好。我國研究的起步較晚，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動也越來越廣，而作為液壓傳動系統(tǒng)心臟的液壓泵就顯得更加重要了。在容積式液壓泵中，惟有柱塞泵是實現(xiàn)高壓﹑高速化﹑大流量的一種最理 想的結(jié)構(gòu)，在相同功率情況下，徑向往塞泵的徑向尺寸大、徑向力也大，常用于大扭炬、低轉(zhuǎn)速工況，做為按壓馬達使用。而軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，故轉(zhuǎn)速較高；另外，軸向柱塞泵易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機械、起重運輸、冶金、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普遍用于飛機液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)中。 四、 課題設(shè)計方案 本設(shè)計對柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細的研究，在柱塞泵中有閥配流﹑軸配流﹑端面配流三種配流方式。這些配流方式被廣泛應(yīng)用于柱塞泵中，并對柱塞 泵的高壓﹑高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f沒有這些這些配流方式，就沒有柱塞泵。但是，由于這些配流方式在柱塞泵中的單一使用，也給柱塞泵帶來了一定的不足。設(shè)計中對軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)中的滑靴作了介紹，滑靴一般分為三種形式；對缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計；對柱塞的回程結(jié)構(gòu)也有介紹。 柱塞式液壓泵是靠柱塞在柱塞腔內(nèi)的往復運動，改變柱塞腔容積實現(xiàn)吸油和排油的。是容積式液壓泵的一種。柱塞式液壓泵由于其主要零件柱塞和缸休均為圓柱形，加工方便配合精度高，密封性能好，工作壓力高而得到廣泛的應(yīng)用。 柱塞式液壓泵種類 繁多，前者柱塞平行于缸體軸線，沿軸向按柱塞運動形式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類運動，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑向運動。這兩類泵既可做為液壓泵用，也可做為液壓馬達用。 - 3 - 泵的內(nèi)在特性是指包括產(chǎn)品性能、零部件質(zhì)量、整機裝配質(zhì)量、外觀質(zhì)量等在內(nèi)的產(chǎn)品固有特性，或者簡稱之為品質(zhì)。在這一點上，是目前許多泵生產(chǎn)廠商所關(guān)注的也是努力在提高、改進的方面。而實際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測符合發(fā)至使用單位運行后，往往達不到工廠出廠檢測的效果，發(fā)生諸如過載、噪聲增大，使用達不到要求或壽命降低等等方面的問題；而泵 在實際當中所處的運行點或運行特征，我們稱之為泵的外在特性或系統(tǒng)特性。 正如科學技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學科、邊緣學科越來越豐富，跨學科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決泵的噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明 要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。 柱塞式液壓泵的顯著缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜，零件制造精度高，成本也高，對油液污染敏感。這些給生產(chǎn)、使用和維護帶來一定的困難。 五、 預期結(jié)果 綜上所述，按照此方案的設(shè)計，可以滿足要求達到標準。 六、設(shè)計主要步驟 向柱塞泵工作原理 向柱塞泵主要性能參數(shù) 量﹑流量與容積效率 矩與機械效率 率與效率 2 軸向柱塞泵運動學及流量品質(zhì)分析 塞運動學分析 塞行程 S 塞運動速度分析 塞運動加速度 靴運動分析 時流量及脈動品質(zhì)分析 - 4 - 動頻率 動率 3 柱塞受力分析與設(shè)計 塞受力分析 塞慣性力 盤反力 N 塞設(shè)計 塞結(jié)構(gòu)型式 塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 塞摩擦副比壓 P﹑比功4 滑靴受力分析與設(shè)計 靴受力分析 離力 平衡方程式 靴設(shè)計 余壓緊力法 靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 靴結(jié)構(gòu)型式 構(gòu)尺寸設(shè)計 5 配油盤受力分析與設(shè)計 油盤受力分析 油盤設(shè)計 渡區(qū)設(shè)計 油盤主要尺寸確定 算比壓 p﹑比功 缸體受力分析與設(shè)計 體的穩(wěn)定性 - 5 - 體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 油孔分布圓半徑面積 F 體內(nèi)﹑外直徑1D﹑2體高度 H 7 柱塞回程機構(gòu)設(shè)計 8 斜盤力矩分析 渡區(qū)閉死液壓力矩 有對稱正重迭型配油盤 重迭型配油盤 卸荷槽非對稱正重迭型配油盤 程 盤自重力矩9量機構(gòu) 動變量機構(gòu) 動伺服變量機構(gòu) 功率變量機構(gòu) 流量變量機構(gòu) 七、進度計劃 序號 任務(wù)名稱 開始時間 結(jié)束時間 1 選題 2 查閱中、外文獻資料，外文資料翻譯，確定系 - 6 - 統(tǒng)設(shè)計方案 3 開題 4 進行畢業(yè)設(shè)計 5 中期檢查 6 上交畢業(yè)設(shè)計正稿打印版及電子材料，畢業(yè)設(shè)計及設(shè)計說明書光盤，完成畢業(yè)答辯 畢業(yè)答辯 2011011、參考文獻 [1] 霍繼昌，機械制造工藝學及夾具設(shè)計。北京：中國展堂出版社， 1987 年 [2] 李華，機械制造技術(shù)。北京：機械工業(yè)出版社， 3] 倪小丹，楊繼榮，熊運昌，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)。北京：清華大學出版社， 4] 上海市大專院校機械制造工藝學協(xié)作組，機械制造工藝學（修訂本）。福建：福建科學技術(shù)出版社， 2 版 [5] 周宏甫，機械制造技術(shù)基礎(chǔ) . 北京：高等教育出版社， 2005 重印 [6] 李守勇，機械制造工藝與機床夾具。北京：機械工業(yè)出版社， [7] 于光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設(shè)計。重慶：重慶大學出版社， 8] 孫光華，工裝設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社， 1998， 5 [9] 彭慶林，陳從桂，箱體加工工藝方案分析。南華大學機械工程學院，湖南衡陽421001 [10] 于靖華，基于特征的箱體零件 統(tǒng)的研究。大連，大連大學機械工程學院 1001— 2265(2006)06— 0094— 03 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 - 7 - 教研室審核意見： 教研室主任簽名： 年 月 日 備注：本開題報告須裝入學生的畢業(yè)設(shè)計（論文）檔案袋存檔。 基于 學生姓名： 學生學號： 院（系）： 年級專業(yè)： 指導教師： 2011 年 3 月 22 號基于 Ⅰ 摘要 軸向柱塞泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動力元件 ,它是每個液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件 ,合理的選擇液壓泵對于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng)的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性 能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要 本設(shè)計對軸向柱塞泵進行了分析 ,主要分析了軸向柱塞泵的分類 ,對其中的結(jié)構(gòu) ,例如 ,柱塞的結(jié)構(gòu)型式﹑滑靴結(jié)構(gòu)型式﹑配油盤結(jié)構(gòu)型式等進行了分析和設(shè)計 ,還包括它們的受力分析與計算 最后對變量機構(gòu)分類型式也進行了詳細的分析 ,比較了它們的優(yōu)點和缺點 對今后的發(fā)展也進行了展望 . 關(guān)鍵詞 : 柱塞泵 ,液壓系統(tǒng) ,結(jié)構(gòu)型式 ,今后發(fā)展 . Ⅱ s a is of to it is in of s a a ﹑ of to a an of of a to on to to of as to it's of of ue of s to on is by a to in to an on of to on to on an to s a - 1 - 目 錄 摘 要 …………………… ……………………… ……………………………………………… Ⅰ ··················································································· Ⅱ 緒論 …………………………………………………………………………………………… 4 1 軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) ……………………………………………… 6 向柱塞泵工作原理 ……………………………………………………………… 6 向柱塞泵主要性能參數(shù) ………………………………………………………… 6 量﹑流量與容積效率 ……………………………………………………………… 7 矩與機械效率 ................................................................................... 8 率與效率 …………………………………………………………………………… 9 2 軸向柱塞泵運動學及流量品質(zhì)分析 ………………………………………… 10 ……………………………………………………………………… 10 塞行程 S…………………………………………………………………………… 11 塞運動速度分析 v………………………………………………………………… 12 塞運動加速度 a…………………………………………………………………… 13 靴運動分析 …………………………………………………………………………… 14 時流量及脈動品質(zhì)分析 ……………………………………………………………… 15 動頻率 …………………………………………………………………… 15 動率 ………………………………………………………………………………… 16 3 柱塞受力分析與設(shè)計 ……………………………………………………………………… 17 ………………………………………………………………………… 17 塞底部的液壓力…………………………………………………………… 17 塞慣性力 ………………………… ………………………………………………… 18 心反力……………………………………………………………………… 18 …………………………………………………………………………… 19 塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力1…………………………………… 20 ………………………………………………………………… 20 塞設(shè)計 ………………………………………………………………………………… 21 塞結(jié)構(gòu)型式 ………………………………………………………………………… 22 塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 …………………………………………………………………… 23 塞摩擦副比壓 P﹑比功………………………………………………… 23 - 2 - 4 滑靴受力分析與設(shè)計 ……………………………………………………………………… 25 靴受力分析 …………………………………………………………………………… 25 離力 ………………………………………………………………………………… 26 ………………………………………………………………………… 27 平衡方程式 ………………………………………………………………………… 27 靴設(shè)計 ………………………………………… ……………………………………… 28 余壓緊力法 ………………………………………………………………………… 28 ……………………………………………………… 29 靴結(jié)構(gòu)型式 ………………………………………………………………………… 29 構(gòu)尺寸設(shè)計 ……………………………………………………………………… 31 5 配油盤受力分析與設(shè)計 ………………………………………………………………… 32 油盤受力分析 ……………………………………………… ………………………… 32 ………………………………………………………………………… 33 離力……………………………………………………………………… 34 油盤設(shè)計 ……………………………………………………………………………… 35 渡區(qū)設(shè)計 …………………………………………………………………………… 35 油盤主要尺寸確定 …… …………………………………………………………… 37 p﹑比功 …………………………………………………………… 38 6 缸體受力分析與設(shè)計 ……………………………………………………………………… 40 體的穩(wěn)定性 …………………………………………………………………………… 40 體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 ……………………………………………………………… 40 油孔分布圓半徑面積 F………………………… ………………………… 40 直徑1D﹑2………………………………………………… 42 …………………………………………………………………………… 43 7 柱塞回程機構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………………………………… 44 8 斜盤力矩分析 ……………………………………………………………………………… 46 塞液壓力矩1M……………………………………………………………………… 46 渡區(qū)閉死液壓力矩 …………………………………………………………………… 46 有對稱正重迭型配油盤 …………………………………………………………… 46 重迭型配油盤 ……………………………………………………………………… 47 卸荷槽非對稱正重迭型配油盤 …………………………………………………… 47 程盤中心預壓彈簧力矩3M………………………………………………………… 48 靴偏轉(zhuǎn)時的摩擦力矩4M…………………………………………………………… 48 塞慣性力矩5M……………………………………………………………………… 48 - 3 - 塞與柱塞腔的摩擦力矩6M………………………………………………………… 49 盤支承摩擦力矩7M………………………………………………………………… 49 盤與回程盤回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣性力矩8M……………………………………………… 50 盤自重力矩9M……………………………………………………………………… 50 9 變量機構(gòu) …………………………………………………………………………………… 51 動變量機構(gòu) ……………………………………………………………… …………… 51 動伺服變量機構(gòu) ……………………………………………………………………… 53 功率變量機構(gòu) ………………………………………………………………………… 55 流量變量機構(gòu) ………………………………………………………………………… 56 結(jié)論 …………………………………………………………………………………………… 57 參考文獻 ……………………………………………………………………………………… 58 致謝 …………………………………………………………………………………………… 59 4 緒論 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動也越來越廣，而作為液壓傳動系統(tǒng)心臟的液壓泵就顯得更加重要了。在容積式液壓泵中，惟有柱塞泵是實現(xiàn)高壓﹑高速化﹑大流量的一種最理想的結(jié)構(gòu)，在相同功率情況下，徑向往塞泵的徑向尺寸大、徑向力也大，常用于大扭炬、低轉(zhuǎn)速工況，做為按壓馬達使用。而軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，故轉(zhuǎn)速較高；另外，軸向柱塞泵易于變量，能用多種方式自動調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機械、起重運輸、冶金、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普遍用于飛 機液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)中。是飛機上所用的液壓泵中最主要的一種型式。 本設(shè)計對柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細的研究，在柱塞泵中有閥配流﹑軸配流﹑端面配流三種配流方式。這些配流方式被廣泛應(yīng)用于柱塞泵中，并對柱塞泵的高壓﹑高速化起到了不可估量的作用?？梢哉f沒有這些這些配流方式，就沒有柱塞泵。但是，由于這些配流方式在柱塞泵中的單一使用，也給柱塞泵帶來了一定的不足。設(shè)計中對軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)中的滑靴作了介紹，滑靴一般分為三種形式；對缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計；對柱塞的回程結(jié)構(gòu)也有介紹。 柱塞式液壓泵是靠柱塞在柱 塞腔內(nèi)的往復運動，改變柱塞腔容積實現(xiàn)吸油和排油的。是容積式液壓泵的一種。柱塞式液壓泵由于其主要零件柱塞和缸休均為圓柱形，加工方便配合精度高，密封性能好，工作壓力高而得到廣泛的應(yīng)用。 柱塞式液壓泵種類繁多，前者柱塞平行于缸體軸線，沿軸向按柱塞運動形式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類運動，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑向運動。這兩類泵既可做為液壓泵用，也可做為液壓馬達用。 泵的內(nèi)在特性是指包括產(chǎn)品性能、零部件質(zhì)量、整機裝配質(zhì)量、外觀質(zhì)量等在內(nèi)的產(chǎn)品固有特性，或者簡稱之為品質(zhì)。在這一點上，是目前許多泵生產(chǎn)廠 商所關(guān)注的也是努力在提高、改進的方面。而實際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測符合發(fā)至使用單位運行后，往往達不到工廠出廠檢測的效果，發(fā)生諸如過載、噪聲增大，使用達不到要求或壽命降低等等方面的問題；而泵在實際當中所處的運行點或運行特征，我們稱之為泵的外在特性或系統(tǒng)特性。 正如科學技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學科、邊緣學科越來越豐富，跨學科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決泵的 噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電 5 機風葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。 柱塞式液壓泵的顯著缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜，零件制造精度高，成本也高，對油液污染敏感。這些給生產(chǎn)、使用和維護帶來一定的困難。 6 1 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數(shù) 1． 1 直軸式軸向柱塞泵工 作原理 直軸式軸向柱塞泵主要結(jié)構(gòu)如圖 示。柱塞的頭部安裝有滑靴，滑靴底面始終貼著斜盤平面運動。當缸體帶動柱塞旋轉(zhuǎn)時，由于斜盤平面相對缸體平面（ ） 存在一傾斜角 ? ， 迫使柱塞在柱塞腔內(nèi)作直線往復運動。如果缸體按圖示 n 方向旋轉(zhuǎn)，在 180? ～ 360? 范圍內(nèi)，柱塞由下死點 (對應(yīng) 180? 位置 )開始不斷伸出，柱塞腔容積不斷 增大，直至上死點 (對應(yīng) 0? 位置 )止。在這過程中，柱塞腔剛好與配油盤吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔內(nèi)，這是吸油過程。隨著缸體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在 0? ～ 180? 范圍內(nèi)，柱塞在斜盤約束下由上死點開始不斷進入腔內(nèi)，柱塞腔容積不斷減小，直至下孔點止。在這過程中，柱塞腔剛好與配油盤排油窗相通，油液通過排油窗排出。這就是排油過程。由此可見，缸體每轉(zhuǎn)一跳各個往塞有半周吸油、半周排油。如果缸 體不斷旋轉(zhuǎn)，泵便連續(xù)地吸油和排油。 圖 軸式軸向柱塞泵工作原理 軸式軸向柱塞泵主要性能參數(shù) 軸向柱塞泵參數(shù)： 公稱排量為 40ml/r； 公稱壓力 16 效率大于 86%。 7 量與容積效率 軸向柱塞泵排量部柱塞腔所排出油液的容積，即 2m a x m a s Z d s Z???= 2( 1 9 . 5 0 . 2 ) ( 1 9 . 5 0 . 2 2 ) 94p 創(chuàng) 創(chuàng) 創(chuàng)≈ ) 不計容積損失時，泵的理論流量2 m a b b x bQ q n d s Z n??? =1500 =1260(L) 式中 柱塞橫截面積； 柱塞外徑； 柱 塞最大行程； Z— 柱塞數(shù)； 傳動軸轉(zhuǎn)速。 泵的理論排量 q 為 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 07 0 . 2. 1 5 0 0 0 . 9 5n h ′= = =′（ ml/r） 為了避免氣蝕現(xiàn)象，在計算理論排量時應(yīng)按下式作校核計算： 13pn q C￡133000 7 0 . 2 2 0 660 式中進口無預壓力的油泵400；對進口壓力為 5油泵100，這里取100 故符合要求。 排量是液壓泵的主要性能參數(shù)之一，是泵幾何參數(shù)的特征量。相同結(jié)構(gòu)型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。因此，對液壓元件型號命名的標準中明確規(guī)定用排量作為主參數(shù)來區(qū)別同一系列不同規(guī)格型 號的產(chǎn)品。 從泵的排量公式 24b x fq d D Z ??中可以看出，柱塞直徑布圓直徑塞數(shù) 且當原動機確定之后傳動軸轉(zhuǎn)速 8 變的量。要想改變泵輸出流量的方向和大小，可以通過改變斜盤傾斜角 ? 來實現(xiàn)。對于直軸式軸向柱塞泵，斜盤最大傾斜角5? ??～ 20? ，該設(shè)計是通軸泵，受機構(gòu)限制，取下限，即 15g O= 。 泵實際輸出流量gb tb Q??=1007（ ml/ 式中 軸向柱塞泵的泄漏流量主要由缸體底面與配油盤之間﹑滑 靴與斜盤平面之間及柱塞與柱塞腔之間的油液泄漏產(chǎn)生的。此外，泵吸油不足﹑柱塞腔底部無效容積也造成容積損失。 泵容積效率義為實際輸出流量 ?= 97 97%100=軸向柱塞泵容積效率一般為b??=符合要求。 不計摩擦損失時，泵的理論扭矩2?= 6 61 2 0 . 8 4 1 0 1 . 6 1 0 ( . )2 ?式中排油腔壓力差。 考慮摩擦損失際輸出扭矩g b tb M??= 6661 . 6 1 0 0 . 2 1 0 1 . 8 1 0 ( . )? 軸向柱塞泵的摩擦損失主要由缸體底面與配油盤之間﹑滑靴與斜盤平面之間﹑柱塞與柱塞腔之間的摩擦副的相對運動以及軸承運動而產(chǎn)生的。 泵的機械效率定義為理論扭矩 661 1 . 6 1 0 8 8 . 9 %1 . 8 1 01t b t b t b = = = = =+?+ 率 9 不計各種損失時，泵的理論功率b tb b g bN p Q n M???= 615002 1 . 8 1 0 2 8 3 ( )60 ? 泵實際的輸入功率122b r b g b b t b n M n M?? ???= 61 5 0 0 12 1 . 6 1 0 2 8 2 ( )6 0 0 . 8 8 9 創(chuàng) =泵實際的輸出功率b c b g b b tb bN p Q p Q =3 63 1 . 6 1 0 9 5 4 2 6 7 ( ) 定義泵的總 效率 ? 為輸出功率 12b t b b m h hp h= = = =0 9 0 0 ? 上式表明，泵總效率為容積效率與機械效率之積。對 于軸向柱塞泵，總效率一般為式滿足要求。 10 2 直軸式軸向柱塞泵運動學及流量品質(zhì)分析 泵在一定斜盤傾角下工作時，柱塞一方面與缸體一起旋轉(zhuǎn)，沿缸體平面做圓周運動，另一方面又相對缸體做往復直線運動。這兩個運動的合成，使柱塞軸線上任一點的運動軌跡是一個橢圓。此外，柱塞還可能有由于摩擦而產(chǎn)生的相對缸體繞其自身軸線的自轉(zhuǎn)運動，此運動使柱塞的磨損和潤滑趨于均勻，是有利的。 塞運動學分析 柱塞運動學分析，主要是研究柱塞 相對缸體的往復直線運動。即分析柱塞與缸體做相對運動時的行程﹑速度和加速度，這種分析是研究泵流量品質(zhì)和主要零件受力狀況的基礎(chǔ)。 圖 斜盤傾斜角為 ? ，柱塞分布圓半徑為體或柱塞旋轉(zhuǎn)角為 a，并以柱塞腔容積最大時的上死點位置為 0? ，則對應(yīng)于任一旋轉(zhuǎn)角 a 時， 圖 塞運動分析 11 c o R a= 為 1 (1 c o s )s h t g R t = 80a O= 時，可得最大行程m a x 2 3 9 1 8 0 3 9 ( )t m 柱塞運動速度分析 v 將式1 (1 c o s )s h ? ? ?對時間微分可得柱塞運動速度 v 為 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d du w g= = = 當 90a ?? 及 270? 時， a?? ，可得最大運動速度 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR t g t g m m su w g p O== 創(chuàng) =式中 w 為缸體旋轉(zhuǎn)角速度， 塞運動加速度 a 將 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d d? ? ?? ? ?對時間微分可得柱塞運動加速度 a 為 2. c o sa ft a td d t g ad d d?? ??? ? ? 當 0a ?? 及 180? 時， ,?? 可得最大運動加速度s﹑速度 v﹑加速度 a 與缸體轉(zhuǎn)角 12 圖 塞運動特征圖 靴運動分析 研究滑靴的運動，主要是分析它相對斜盤平面的運動規(guī)律，即滑靴中心在斜盤平面 ? 內(nèi)的運動規(guī)律（如圖 其運動軌跡是一個橢圓。橢圓的長﹑短軸分別為 長軸 2 392 4 0 . 4 ( )c o s c o s 1 5m = = =短軸 2 2 3 9 ( ) m m==設(shè)柱塞在缸體平面上 A 點坐標為 a??如果用極坐標表示則為 矢徑 2 2 2 2 21 c o x y R t g a?? ? ? ?極角 ( c o s c o s )a r c t g a??? 滑靴在斜盤平面 ? ? 內(nèi)的運動角速度h?為 13 2 2 2c o sc o s c o s s i nh a aq g== + 由上式可見，滑靴在斜盤平面內(nèi)是不等角速度運動，當2a ??﹑ 32?時，h?最大（在短軸位置）為 m a x c o g==1500 260 1 6 2 ( / )c o s 1 5 r a d 當 0a? ﹑ ? 時，h?最?。ㄔ陂L軸位置）為 m i n 1500c o s 2 c o s 1 5 1 5 2 ( / )60h r a d sw w g p O== 創(chuàng) =由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 o? 點旋轉(zhuǎn)一周（ 2? ）的時間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周的時間。因此，其平均旋轉(zhuǎn)角速度等于缸體角速度，即 1500 2 1 5 7 ( / )60ap r a d sw w p= = ?時流量及脈動品質(zhì)分析 柱塞運動速度確定之后，單個柱塞的瞬時流量可寫成 2 s i nt i z t f F R t g a? ? ???式中24。 泵柱塞數(shù)為 9，柱塞角距（相鄰柱塞間夾角）為 22 0 . 79Z??? ???，位于排油區(qū)的柱塞數(shù)為0Z，那么參與排油的各柱塞瞬時流量為 123s i ns i n ( )s i n ( 2 )t z ft z ft z R t g R t g R t g g qw g q==+ …… …… 0s i n [ ( 1 ) ]t z R t g a Z? ? ?? ? ?泵的瞬時流量為 1 2 0t t t Q Q? ? ? ? 14 ? ?0100s i n ( 1 )1s i n s i n ( )s i t g a t ? ???????? ? ?????由上式可以看出，泵的瞬時流量與缸體轉(zhuǎn)角 與柱塞數(shù)有關(guān)。 ∏/2∏/2∏/2∏/2圖 奇數(shù)柱塞泵瞬時流量 對于奇數(shù)柱塞，排油區(qū)的柱塞數(shù)為 當 0 ?時，取1 9 1 522Z ++==，由泵的流量公式可得 瞬時流量為 c o s 22 s i z Q F R t ? ????????? 當 2??時，取0 12?，同樣由泵的流量公式可得瞬時流量為 3c o s i z Q F R t ? ????????? 15 當 a=0﹑Z?﹑ 2Z?﹑……時，可得瞬時流量的最小值為 m i s i n 2t z R ??奇數(shù)柱塞泵瞬時流量規(guī)律見圖 2— 3 我們常用脈動率 ? 和脈動頻率 f 表示瞬時流量脈動品質(zhì)。 定義脈動率 m a x m i 這樣，就可以進行流量脈動品質(zhì)分析。 動頻率 當 Z=9，即為奇數(shù)時 15002 2 9 4 5 0 ( )60f n Z H z== 創(chuàng) =動率 當 Z=9，即為奇數(shù)時 . ( ) 0 . 0 2 6 %2 4 2 9 4 9t g t p p = ?創(chuàng)利用以上兩式計算值，可以得到以下內(nèi)容： 表 柱塞泵流量脈動率 由以上分析可知： （ 1） 隨著柱塞數(shù)的增加，流量脈動率下降。 （ 2） 相鄰柱塞數(shù)想比，奇數(shù)柱塞泵的脈動率遠小于偶數(shù)柱塞泵的脈動率。這就是軸向柱塞泵采用奇數(shù)柱塞的根本原因。 從中還可以看出，奇數(shù)柱塞中，當 13Z? 時 ,脈動率已小于 1%從泵的Z ? （ %） 6 0 2 4 6 16 結(jié)構(gòu)考慮 ,軸向柱塞泵的柱塞數(shù)常取 Z=7﹑ 9﹑ 11. 泵瞬時流量是一周期脈動函數(shù) 流量的脈動必然要引起壓力脈動 使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定 ,當泵的脈動頻率與液壓油柱及管路的固有頻率相當 ,就產(chǎn)生了諧振的條件 ,諧振時壓力脈動可能很高 ,這時系統(tǒng)的構(gòu)件有極大的潛在破壞性 幾分鐘之內(nèi)管路或附件即可達到疲勞破壞極限 力脈動在管路或附件 中激勵起高頻率的機械震動將引起導致管路﹑附件及安裝構(gòu)件的應(yīng)力 一般是最容易受到破壞的部位 對飛機液壓系統(tǒng)尤其重要 . 在設(shè)計液壓泵和液壓系統(tǒng)時，要考慮采取措施抑制或吸收壓力脈動，避免引起諧振。對于壓力脈動的幅值，在航空液壓標準中有嚴格的規(guī)定，例如航標《變量泵通用技術(shù)條件》（ 83）中規(guī)定：在任何情況下，壓力脈動均不超過額定出口壓力的 10%? 。實際上 10%? 的指標還是偏大，但由于制造工 藝上的原因，壓力脈動的指標還不能定的很嚴格，但降低泵的壓力脈動無疑是今后液壓技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。 17 3 柱塞受力分析與設(shè)計 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。單個柱塞隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時，半周吸油﹑一周排油。柱塞在吸油過程與在排油過程中的受力情況是不一樣的。下面主要討論柱塞在排油過程中的受力分析，而柱塞在吸油過程中的受力情況在回程盤設(shè)計中討論。 塞受力分析 圖 圖 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 塞底部的液壓力用于柱塞底部的軸向液壓力2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44d p == 創(chuàng)創(chuàng) =式中 18 塞慣性力直線加速度 a，則柱塞軸向慣性力2 c o s 1 0 1 ( )zB z m a R t g a Ng - = - = 慣性力a 的方向相反，隨缸體旋轉(zhuǎn)角 a 按余弦規(guī)律變化。 心反力向心加速度生的離心反力徑向力。其值為 2 243 9 0 7 ( )15Zt z t m a R Ng t = = = =盤反力 N 斜盤反力通過柱塞球頭中心垂直于斜盤平面，可以分解為軸向力 P 及徑向力0c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s i n 1 2 5 6 0 s i n 1 5 3 2 5 0 ( )P N = ?= = ?軸向力 P 與作用于柱塞底部的液壓力徑向力 柱塞受到彎矩作用，產(chǎn)生接觸應(yīng)力，并使缸體產(chǎn)生傾倒力矩。 塞與柱塞腔壁之間的接觸應(yīng)力1慮到柱塞與柱塞腔的徑向間隙遠小于柱塞直徑及柱塞腔內(nèi)的接觸長度。因此，由垂直于柱塞腔的徑向力 T 和離心力 擦力112( ) ( 2 0 1 0 0 5 8 2 3 ) 0 . 1 2 5 9 2 . 3 ( ) p f N= + = + ? 19 式中 f 為摩擦系數(shù)，常取 f =里取 分析柱塞受力，應(yīng)取柱塞在柱塞腔中具有最小接觸長度，即柱塞處于上死點時的位置。此時， N﹑1 0y?? 12s i n 0tN p p p? ? ? ? ?式中 0l—— 柱塞最小接觸長度，根據(jù)經(jīng)驗0l= ()d ，這里取0l=2d =78 l—— 柱塞名義長度，根據(jù)經(jīng)驗 l = (.7)d ，這里取0l=3d =117 柱塞重心至球心距離，l 2 7 8 5 7 . 6 2 0 . 4l m - =以上雖有三個方程，但其中2要增加一個方程才能求解。 根據(jù)相似原理有 1 m 02 m p l 又有 1 1 m a x 0 21 ()2p p l l??2 m a x 212 p l d?所以 2021 222() 將式 2021 222() 代入 12s i n 0tN p p p? ? ? ? ?求解接觸長度 2l 。為簡化計算，力矩方程中離心力 2 20 0 0206 4 3 6 7 8 1 1 7 4 7 8 3 0 . 1 3 9 7 85 7 . 6 ( )1 2 6 6 1 2 1 1 7 6 0 . 1 3 9 6 7 8l l f d ll m ml f d -? 創(chuàng) ?= = =- - ? 創(chuàng) -?將式 2021 222() 代入12c o s 0f p f p p p? ? ? ? ? ?可得 將以上兩式代入可得 1 2 5 6 0 1 0 1 0 . 1 1 . 7 8 1 2 2 . 55 7 ( )c o s s i n c o s 1 5 0 . 1 1 . 7 8 s i n 1 5b B f Nf jg j g ++ 創(chuàng)= = =- - ?式中 ? 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 20 2 202222022() ( 7 8 5 7 . 6 )11117 1 . 7 8( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117++= = =塞設(shè)計 塞結(jié)構(gòu)型式 軸向柱塞泵均采用圓柱形柱塞。根據(jù)柱塞頭部結(jié)構(gòu)，可有以下三種形式： ① 點接觸式柱塞，如圖 a）所示。這種柱塞頭部為一球面，與斜盤為點接觸，其零件簡單，加工方便。但由于接觸應(yīng)力大，柱塞頭部容易磨損﹑剝落和邊緣掉塊，不能承受過高的工作壓力，壽命較低。這種點接觸式柱塞在早期泵中可見，現(xiàn)在很少有應(yīng)用。 ② 線接觸式柱塞，如圖 b）所示。柱塞頭部安裝有擺動頭，擺動頭下部可繞柱塞球窩中心擺動。擺動頭上部是球面或平面與斜盤或面接觸，以降低接觸應(yīng)力，提高泵工作壓。擺動頭與斜盤的接觸面之間靠殼體腔的油液潤滑，相當于普通滑動軸承，其 ? ?必須限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 ③ 帶滑靴的柱塞，如圖 c）所示。柱塞頭部同樣 裝有一個擺動頭，稱滑靴，可以繞柱塞球頭中心擺動?；ヅc斜盤間為面接觸，接觸應(yīng)力小，能承受較高的工作壓力。高壓油液還可以通過柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持與斜盤之間有一層油膜潤滑，從而減少了摩擦和磨損，使壽命大大提高。目前大多采用這種軸向柱塞泵。 21 （ a） ( b ) ( c ) 圖 柱塞結(jié)構(gòu)型式 圖 閉薄壁柱塞 從圖 見，三種型式的 柱塞大多做成空心結(jié)構(gòu)，以減輕柱塞重量，減小柱塞運動時的慣性力。采用空心結(jié)構(gòu)還可以利用柱塞底部高壓油液使柱塞局部擴張變形補償柱塞與柱塞腔之間的間隙，取得良好的密封效果。空心柱塞內(nèi)還可以安放回程彈簧，使柱塞在吸油區(qū)復位。 但空心結(jié)構(gòu)無疑增加了柱塞在吸排油過程中的剩余無效容積。在高壓泵中，由于液體可壓縮性能的影響，無效容積會降低泵容積效率，增加泵的壓力脈動，影響調(diào)節(jié)過程的動態(tài)品質(zhì)。 因此，采用何種型式的柱塞要從工況條件﹑性能要求﹑整體結(jié)構(gòu)等多方面權(quán)衡利弊，合理選擇。 航空液壓泵通常采用圖 式的封閉壁結(jié)構(gòu)。這 種結(jié)構(gòu)不僅有足夠的剛度，而且重量減輕 10%～ 20%。剩余無效容積也沒有增加。但這種結(jié)構(gòu)工藝比較復雜，需要用電子束焊接。 ① 柱塞直徑柱塞分布塞直徑 都是互相關(guān)聯(lián)的。根據(jù)統(tǒng)計資料，在缸體上各柱塞孔直徑 75%，即 22 ?由此可得 9 3 . 8 20 . 7 5 0 . 7 5md ? =式中 m 為結(jié)構(gòu)參數(shù)。 m 隨柱塞數(shù) Z 而定。對于軸向柱塞泵，其 m 值如表 示。 Z 7 9 11 m 泵的理論流量據(jù)流量公式可得柱塞直徑3 4 2 0 . 3z n 由上式計算出的應(yīng)按有關(guān) 標準選取標準直徑 ,應(yīng)選取 20柱塞直徑從滿足流量的要求而確定柱塞分布圓直徑 24 1 . 9 5 3 9d m md t g Z = = ② 柱塞名義長度 l 由于柱塞圓球中心作用有很大的徑向力 T，，為使柱塞不致被卡死以及保持有足夠的密封長度，應(yīng)保證有最小留孔長度0l，一般?。? 20 (1 . 4 1 . 8 )0 ( 2 2 此，柱塞名義長度 l 應(yīng)滿足： 0 m a x m i nl l s l?+式中 柱塞最大行程； 柱塞最小外伸長度，一般取m i n 0 . 2 7 . 8zl d m m==。 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，柱塞名義長度常?。? 20 2 . 7 3 . 5 )23 30 3 . 2 4 . 2 )里取 3 1 1 7l d m m== ③ 柱塞球頭直徑1 0 如圖 示。 圖 柱塞尺寸圖 為使柱塞在排油結(jié)束時圓柱面能完全進入柱塞腔，應(yīng)使柱塞球頭中心至圓柱面保持一定的距離般取 ( 0 . 4 0 . 5 5 )這里取 0 . 5 1 9 . 5d m m==。 ④ 柱塞均壓槽 高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開有環(huán)行均壓槽，起均衡側(cè)向力﹑改善潤滑條件和存儲贓物的作用。均壓槽的尺寸常?。荷?h=距 t=2～ 10際上，由于柱塞受到的徑向力很大，均壓槽的作用并不明顯，還容易滑傷缸體上柱塞孔壁面。因此，目前許多高壓柱塞泵中的柱塞不開設(shè)均壓槽。 ﹑比功對于柱塞與缸體這一對摩擦副，過大的接觸應(yīng)力不僅會增加摩擦副之間的磨損，而且有可能壓傷柱塞或缸體。其比壓應(yīng)控制在摩擦副材料允許的范圍內(nèi)。取柱塞伸出最長時的最大接觸應(yīng)力作為計算比壓值，則 [ ]31m a x 312 2 2 0 . 1 1 0 2 1 3 03 9 1 0 2 0 . 4 p a p M p 創(chuàng)= = = < =創(chuàng) 24 柱塞相對缸體的最大運動速度 [ ]3m a x 1 9 . 5 1 0 4 . 6 6 1 5 1 0 0 . 5 5 / 8 / t g t g m s v m -== 創(chuàng) ? < = 由此可得柱塞缸體摩擦副最大比功[ ]1m a x m a 1 0 . 5 5 1 1 . 5 5 . / 6 0 . /v R t g M p a m s p v M p a m = ? < = 上式中的許用比壓 ??p ﹑許用速度 ??v ﹑許用比功 ? ?值，視摩擦副材料而定，可參考表 材料牌號 許用比壓 ??p （ 許用滑動速度 ??v （ m/s） 許用比功 ? ?（ m/s） 4 30 8 60 1 15 3 20 球磨鑄鐵 10 5 18 表 材料性能 柱塞與缸體這一對摩擦副，不宜選用熱變形相差很大的材料，這對于油溫高的泵更重要。同時在鋼表面噴鍍適當厚度的軟金屬來減少摩擦阻力，不選用銅材料還可以 避免高溫時油液對銅材料的腐蝕作用。 25 4 滑靴受力分析與設(shè)計 目前高壓柱塞泵已普遍采用帶滑靴的柱塞結(jié)構(gòu)?；ゲ粌H增大了與斜盤的接觸面﹑減少了接觸應(yīng)力，而且柱塞底部的高壓油液，經(jīng)柱塞中心孔0d?和滑靴中心孔0d，再經(jīng)滑靴封油帶泄露到泵殼體腔中。由于油液在封油帶環(huán)縫中的流動，使滑靴與斜盤之間形成一層薄油膜，大大減少了相對運動件間的摩擦損失，提高了機械效率。這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)高壓力和高轉(zhuǎn)速的需要。 靴受力分析 液壓泵工作時，作用于滑靴上有一組方向相反的力。一是柱塞底部液壓力圖把滑靴壓向斜盤，稱為壓緊力一是由滑靴面直徑為1者力圖使滑靴與斜盤分離開，稱為分離壓緊力與分離力 相平衡時，封油帶上將保持一層穩(wěn)定的油膜，形成靜壓油墊。下面對這組力進行分析。 離力— 11 為柱塞結(jié)構(gòu)與分離力分布圖。根據(jù)流體學平面圓盤放射流動可知，油液經(jīng)滑靴封油帶環(huán)縫流動的泄漏量 q 的表達式為 31221()6??? 若 0，則 31216?? 式中 ? 為封油帶油膜厚度。 封油帶上半徑為 r 的任儀點壓力分布式為 21 2 221p p ? ? 若 0，則 26 2121 從上式可以看出，封油帶上壓力隨半徑增大而呈對數(shù)規(guī)律下降。封油帶上總的分離力 圖 滑靴結(jié)構(gòu)及分離力分布 如圖 微環(huán)面 2則封油帶分離力22 2 2 212 2 1 1 11212 ( )2 l r p d R R P ?? ? ? ?? 油池靜壓分離力1 27 21 1 1 p??總分 離力22 25211 2 121() ( 1 4 1 1 ) 2 0 . 1 6 1 0 ( )142 l n2 l f p p p K = + = = ? ? 緊力 2 12560 1 3 ( )c o s 4 c o s c o s 1 5d K = = = =平衡方程式 當滑靴受力平衡時，應(yīng)滿足下列力平衡方程式 2221121()4 c o s 2 l ??? 即 2 2112221 ) c o R ?? ?將上式代入式 31216?? 中，得泄漏量為 32 3 3 3 22 2 7 2 2 6210 . 0 0 1 2 0 . 1 1 0 ( 3 9 1 0 ) 3 ( / m i n )1 2 ( ) c o s 1 2 2 1 0 ( 1 4 1 1 ) 1 0 c o s 1 5 = =- 創(chuàng) ? 創(chuàng)除了上述主要力之外，滑靴上還作用有其他的力。如滑靴與斜盤間的摩擦力，由滑靴質(zhì)量引起的離心力，球鉸摩擦力，帶動滑靴沿斜盤旋轉(zhuǎn)的切向力等。這些力有的 使滑靴產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，有利于均勻摩擦；有的可能使滑靴傾倒而產(chǎn)生偏磨，并破壞了滑靴的密封，應(yīng)該在滑靴結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計中予以注意。 28 靴設(shè)計 滑靴設(shè)計常用剩余壓緊力法。 余壓緊力法 剩余壓緊力法的主要特點是：滑靴工作時，始終保持壓緊力稍大于分離力，使滑靴緊貼斜盤表面。此時無論柱塞中心孔0d?還是滑靴中心孔0d，均不起節(jié)流作用。靜壓油池壓力1 1p=112221 ) c o R ?? ?中，可得滑靴分離力為 22 2 2 621121() ( 1 4 1 1 ) 1 0 1 2 5 6 0 3 . 1 ( )142 l n2 l p ? ?? ??? ? ? ? 設(shè)剩余壓緊力y y fp p p? ? ?，則壓緊系數(shù) 0 . 0 5 0 . 1 5?? ，這里取 滑靴力平衡方程式即為 (1 ) (1 0 . 1 ) 3 . 1 2 . 7 9 ( )p N?? ? ? ? ? ?用剩余壓緊力法設(shè)計的滑靴，油