軸向柱塞泵畢業(yè)設(shè)計說明書(文件)

　

【正文】 回程機構(gòu)設(shè)計與變量機構(gòu) ............................................. 34 柱塞回程機構(gòu)設(shè)計 .................................................. 34 變量機構(gòu) ......................................................... 35 6 SolidWorks 三維制圖 .................................................... 36 Solidworks 簡介 .................................................. 36 主要零件三維圖與工程圖 ........................................... 37 柱塞的三維圖與工程圖 ........................................ 37 滑靴的三維圖與工程圖 ........................................ 37 配油盤的三維圖與工程圖 ...................................... 38 缸體的三維圖與工程圖 ........................................ 39 軸向柱塞泵的裝配體 ............................................... 40 結(jié)論 ..................................................................... 41 參考文獻 ................................................................. 42 致謝 ..................................................................... 43 1 1 緒論 引言 軸向柱塞泵 /馬達是液壓系統(tǒng)中重要的動力元件和執(zhí)行元件，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)液壓和行走液壓領(lǐng)域，是現(xiàn)代液壓元件中使用最廣的液壓元件之一。 近年來，隨著材料、制造、電子 等技術(shù)的發(fā)展，軸向柱塞泵 /馬達的新技術(shù)層出不窮，例如荷蘭 Innas 公司開發(fā)的 Float Cup 結(jié)構(gòu)軸向柱塞泵，丹麥的 SaurDanfoss 公司為工程機械量身定做的 H1 系列的多功能泵，德國 Rexroth 公司推出的電子智能泵等等。 就軸向柱塞泵柱塞數(shù)的奇偶 選擇問題，中國學(xué)者王意在 1982年提出了“偶數(shù)泵可以和奇數(shù)泵工作一樣好”的觀點，并在 1984年，選擇九柱塞泵與他設(shè)計的八柱塞泵進行流量脈動對比測試，實驗表明：八柱塞泵略小于九柱塞泵。鄒駿則在九柱塞泵的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制造出一個八柱塞泵，對八、九柱塞泵作了仿真分析及實驗對比，認為八柱塞泵的總體性能優(yōu)于九柱塞泵。他主要從配油盤的結(jié)構(gòu)上對流量脈動進行了全面的分析研究。在對實際流量進行分析仿真時，利用 b— ? 紊流模型和 SIMPLEST算法對水壓軸向柱塞泵配油過程中的流場進行了三維模擬，揭示了流量變 化及柱塞腔和配流窗口中的流速分布規(guī)律，并指出轉(zhuǎn)速和負載壓力對水壓軸向柱塞泵的流量脈動有較大影響。 蘭州理工大學(xué)的尹文波主要從幾何因數(shù)，即配油盤的結(jié)構(gòu)對實際流量的影響進行分析和仿真，指出軸向柱塞泵瞬時流量脈動系數(shù)比工作介質(zhì)不可壓縮時大一個數(shù)量 級，且與柱塞數(shù)的奇偶性無關(guān)。中國礦業(yè)大學(xué)的劉利國則考慮配油盤實際幾何參數(shù)，根據(jù)柱塞實際排液狀況，得出八柱塞泵流量脈動和七柱塞泵流量脈動相差不大的結(jié)論。實驗結(jié)果指出實驗系統(tǒng)與有真正磨損的柱塞泵相比，其流壁脈動、壓力脈動相當(dāng)一致，這就為進一步的深入研究提供了一定的數(shù)據(jù)依據(jù)。由于柱塞泵的流量、壓力脈動相當(dāng)復(fù)雜，涉及若干幾何因素和非幾何因素，至今還沒有人能夠定性地、更沒有人定量地給出哪些幾何因素和非幾何因素在軸向柱塞泵的流量、壓力中所起的作用和地位。軸向柱塞泵有兩種形式 ,直軸式 (斜盤式 )和斜軸式 (擺缸式 ),如圖21 所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理 ,這種泵主體由缸體 配油盤 柱塞 3 和斜盤 4 組成。在 0～π范圍內(nèi) ,柱塞被斜盤推入缸體 ,使缸孔容積減小 ,通過配油盤的壓油窗口壓油。本文中取 ?? = 。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)。即 4 4 16 24 .64fR d m m? ? ? ? 將柱塞分布圓半徑進行圓整取 25fR mm? 。 222?? 扭 矩與機械效率 6 不計摩擦損失時泵的理論扭矩 tbM 為 ? ?6 61 2 0 . 0 2 4 6 1 0 0 . 0 4 7 1 0 /2 2 3 . 1 4btb pqM N m? ??? ? ? ?? 式中 bp 為泵吸、排油腔壓力差。 功率與效率 不計各種損失時，泵的理論功率 tbN 2tb b tb ghN p Q nM??? ? ?615002 3 . 1 4 0 . 0 4 7 1 0 7 3 7 960tbN k w? ? ? ? ? ? 泵的實際輸入功率 brN 為 12br gb bmN nM? ?? ? ?61 5 0 0 12 3 . 1 4 0 . 0 4 3 1 0 7 4 1 96 0 0 . 9 1brN k w? ? ? ? ? ? ? 定義泵的總效率 ? 為輸出功率 bcN 與輸入功率 brN 之比，即 0 .9 5 0 .9 1 0 .8 6tbv b mbrNN? ? ?? ? ? ? ? 上式表明，泵總效率為容積效率與機械效率之積。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傳運動，此運 動使柱塞的磨損和潤滑趨于均勻，是有利的。若斜盤傾斜角為 ? ， 柱塞分布圓半徑fR ，缸體或柱塞旋轉(zhuǎn)角為 ? ， 并以柱塞腔 容積最大時的上死點位置為 0176。或 180176。橢圓的長，短軸分別為 9 長軸 ? ?22 5 3 .2c o s fRb m m??? 短軸 ? ?2 2 50fa R m m?? 設(shè)柱塞在缸體平面上 A點坐標(biāo)為 sinfxR ?? cosfyR ?? 如果用極坐標(biāo)表示則為 矢徑 2 2 2 2 21 c o shfR x y R tg ??? ? ? ? 極角 ? ?2 2 50fa R m m?? 滑靴在斜盤平面 xoy??? 內(nèi)的運動角速度 h? 為 2 2 2c o sc o s c o s s inh tdd ? ??? ? ? ??? ? 由上式可見，滑靴在斜盤平面內(nèi)是不等角速度運動，當(dāng) 2??? 或 32? 時， h? 最大（在短軸位置）為 ? ?m a x1500 260167 /c os c os 20h rad s??? ? ?? ? ? 當(dāng) 0?? 或 ? 時， h? 最小（在長軸位置）為 ? ?m i n 1500c o s 2 c o s 2 0 1 4 7 . 6 /60h r a d s? ? ? ?? ? ? ? ? 由結(jié)構(gòu)可知，滑靴中心繞 o? 點旋轉(zhuǎn)一周的時間等于缸體旋轉(zhuǎn)一周的時間。 當(dāng) 0 2???? 時，取0 1 7 1 422ZZ ??? ? ?,由泵的流量公式可得瞬時流量為 c os 22 sin 2t z fzQ F R tgz???? ????????? 當(dāng) 2? ????時，流量脈動取0 12ZZ ??,同樣由泵的流量公式可得瞬時流量為 3c os22 sin 2t z fzQ F R tgz???? ????????? 當(dāng) 0?? 、 2? 、 ? 、 時，可得瞬時流量的最小值為 3m i n 1 1024t Z fQ F R tg c tg ??? ?? ? ? 11 而當(dāng)4???、 34?、 54?、 時，可得瞬時流量的最大值為 3m a x 1 c s c 1 024t z fQ F R tg ??? ?? ? ? ? 油泵的平均流量 tavgQ 可按下式計算： 232 1 04t a v g fQ n d R Z tg? ? ?? ? ? ? 級數(shù)柱塞泵瞬時流量規(guī)律見圖 3— 4 我們常用脈動 率 ? 和脈動頻率 f來表示瞬時流量脈動品質(zhì)。 泵瞬時流量是一周期脈動函數(shù)。單個柱塞隨缸體旋轉(zhuǎn)一周時，半周吸油，一周排油。根據(jù)柱塞頭部結(jié)構(gòu)，可以有以下三種形式： ?點接觸式柱塞，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。 ?帶滑靴的柱塞，柱塞頭部同樣裝有一個擺動頭，稱為滑靴，可以繞柱塞球頭部中心擺動。 柱塞結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 （ 1）柱塞直徑 d 及柱塞分部圓半徑 fR 在 中我們已經(jīng)求出： 柱塞直徑 16d mm? 柱塞分部圓半徑 25fR mm? (2) 柱塞名義長度 L 如圖 4— 1所示，應(yīng)選定下列主要參數(shù)： h —— 柱塞行程（ cm） minl —— 柱塞最小外伸長度（ cm） 0l —— 柱塞最小接觸長度（ cm） l —— 柱塞名義長度（ cm） h 值在結(jié)構(gòu)計算中以確定，一般在 ? ?1~? 范圍內(nèi)，而 minl 及 l 值一般可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)來取： min ? 13 ? ?0 ~ 2ld? 取 0 24l d mm?? 而 ? ?m in 0 2 .7 ~ 3 .7l h l l d? ? ? ? 這里取 3 48l d mm?? (3) 柱塞球頭直徑 1d 按經(jīng)驗常取 1d ? 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 dl ，取 8dl d mm?? (4) 柱塞均壓槽 高壓柱塞泵中往往在柱塞表面開有環(huán)形均壓槽，起均衡側(cè)壓力、改善潤滑條件和存儲贓物的作用。 圖 4— 1 柱塞受力簡圖 作用在柱塞上的力有： (1) 柱塞底部的液壓力 PF 柱塞位于排油區(qū)時，作用于柱塞底部的軸向液壓力 pF 為 14 ? ? ? ?2m a x23641 6 1 0 4 0 1 0 8 0 3 8 .44ppF d pFN?? ??? ? ? ? ? ? 式中 maxP 為泵的最大工作壓力。 慣性力方向與加速度的方向相反，隨缸體旋轉(zhuǎn)角 a按余弦規(guī)律變化。同時在鋼表面噴鍍適當(dāng)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。這種結(jié)構(gòu)能適應(yīng)高壓力和高轉(zhuǎn)速的需要。下面對這組力進行分析。封油帶上總的分離力 fP 可通過積分求得。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。滑靴泄漏量少，容積效率較高。 滑靴結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 (1) 確定滑靴結(jié)構(gòu)型式 滑靴結(jié)構(gòu)有如圖 43所示為簡單型，靜壓油池較大，只有封油帶而無輔助支承面 ，結(jié)構(gòu)簡單，是目前常用的一種型式。根據(jù)流體力學(xué)細長孔流量 q為 ? ?4010128bd p pq lk? ? ?? 式中 0d 、 0l 細長管直徑、長度 ； K修正 系數(shù)。 把上式帶入 3 1216 lnFqRR???? 中，有 ? ?2 30 11 2124 6 l nPd FgC F FRrR? ????? 整理后可得節(jié)流孔尺寸 320 2121213 l n PadFR gaCR r??? ? ? ?? 帶入數(shù)據(jù)可以求得 0 1d mm? 以上提供了設(shè)計節(jié)流器的方法 。 為防止油液中污粒堵塞節(jié)流器，節(jié)流器孔徑應(yīng) ? 22 配油盤受力分析與設(shè)計 配油盤是軸向柱塞泵主要 零件之一，可以隔離和分配吸、排油油液以及承受由高速旋轉(zhuǎn)的鋼鐵傳來的軸向載荷。具有這種結(jié)構(gòu)的配油盤，當(dāng)柱塞從低壓腔接通高壓腔時，封閉的油液 會瞬間膨脹產(chǎn)生沖擊壓力。 (2)配油盤主要尺寸確定 圖 4— 5 配油盤主要尺寸 如圖 4— 5所示，求的配油盤主要尺寸如下： ① 配流窗口分部圓直徑