軸向柱塞泵畢業設計說明書(專業版)

　　

【正文】 輔助支承面上開有寬度為 B的通油槽，起卸荷作用。即 0 fDD? ，然后根據下式驗算其表面滑動速度： ? ?06000Dnvv????? 式中： ??v? —— 配油盤許用表面滑動速度 ? ?/ms，推薦 ? ? 4 ~ 6 /v m s? ? 取 48D mm? 。 01 64xoRdk l? ??? 16011 2xdR? ??? ? ? ?????? 1 oxdR?? 21 ?? 01 xdR?? 把上式帶入滑靴泄漏量公式 3 1216 lnFqRR????可得 ? ? 301 1201128 6 lnPd F F FRlkR? ??? ?? ? ? 整理后可得節流管尺寸為 4 3020112816 ln pd ka FRlaR?? ??? 帶入數據可以求得 0 1d mm?? 0 8l mm? 式中 a 為壓降系數， 1PFa F? 。 圖 4— 2 滑靴結構及分離力分布 18 如圖 4— 2，取微環面 2 rrd? 。當 0oa? 和 180o時，慣性力最大值為 ? ?223 0 . 6 1 5 0 02 0 2 5 1 0 2 2 0 3 3 31 0 6 0ooBf GF m a R tg tg Ng ?? ? ??? ? ? ? ? ? ? ????? (6) 柱塞與缸孔間比壓 P、平均比功 ? ?avgpv驗算 對于柱塞與缸體這一對摩擦副，過大的接觸應力不僅會增加摩擦副之間的磨損，而且有可能壓傷柱塞活缸體。但由于接觸應力大，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。因此，其平均旋轉角速度等于缸體角速度，即 ? ?1500 2 1 5 7 /60h ra d s? ? ?? ? ? ? 瞬時流量及脈動品質分析 柱塞運動速度確定之后，單個柱塞的瞬時流量可寫成 sinti z fQ F R tg? ? ?? 式中 zF 為柱塞橫截面積 , 24zFd??。對于軸向柱塞泵，總效率一般為 ~ ? ? ，上式滿足要求。 1000 351500 ?? ? ? ? /q ml r? 為了避免氣蝕現象，在計算 q 值之后，需按下式做校核計算： 13max pn q C?? 式中： pC —— 常數，對進口無預壓力的油泵 pC =5400；對進口壓力為 25/kgf cm 的油泵 pC =9100。 德國漢堡技術大學的 RolfLasaar分別從柱塞受力角度和泵的實際流量角 度對斜盤式軸向柱塞泵柱塞與缸體的間隙進行了較為詳盡的分析，從柱塞所受摩擦力角度：要求間隙取大者；從泄漏量對流壁的影響角度：要求間隙越小越好。他的多位學生在他的指導下，對軸向柱塞泵的實際流量及脈動系數做了大量的研究。 軸向柱塞泵是利用與傳動軸平行的柱塞在柱塞孔內往復運動所產生的容積變化來進行工作的。近年來，隨著我國經濟的騰飛，在工業現代化和大規模城市化進程中，工程機械、塑料機械、冶金、機床和農業機械等領域對軸向柱塞泵 /馬達的需求十分旺盛，因此提高我國軸向柱塞泵 /馬達的性 能顯得十分迫切，對軸向柱塞泵 /馬達技術革新的要求也十分緊迫！縱覽國內外軸向柱塞泵 /馬達技術的發展演變對認識軸向柱塞泵/馬達的發展趨勢和加快我國軸向柱塞泵 /馬達技術的發展都有著重要的指導意義和現實意義。并用計算機仿真研究軸向柱塞裂流量脈動與柱塞奇偶數、阻尼形式及通油比例等影響因素的關系。 軸向柱塞泵在發展中，基本結構保持了穩定，高速高壓以及良好的控制方法是其發展的方向。 柱塞數 Z，由泵的結構與流量脈動率 ? 來決定，因為是非通軸式所以一般取 Z=7。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和主要零件受力狀況的基礎。 脈動頻率 當 Z=7，即為奇數時 ? ?15002 2 7 3 5 060f n Z H z? ? ? ? ? 脈動率 當 Z=7，即為奇數時 0 .0 2 5 32 4 2 7 4 7tg tgzz? ? ? ?? ??? ? ? ??????? 當 Z為偶數時 2tgzz??? ?? 利用以上兩式計算值，可以得到以下內容： 表 3— 1 脈動率的計算值 Z 5 6 7 8 9 10 11 ? （％） 由以上分析可知： ，流量脈動率下降。高壓油液還可以通過柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄露，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?；ゲ粌H增大了與斜盤得接觸面、減少了接觸應力，而且柱塞底部的高壓油液，經柱塞中心孔 0d? 和滑靴中心孔 0d ，再經滑靴封油帶泄露到泵殼體腔中。此時無論柱塞中心孔 0d? 還是滑靴中心孔 0d ，均不起節流作用。采用滑靴 — 中心孔為薄壁孔節流，受粘度系數 ? 的影響，油溫對節流效果影響較大，油膜穩定性也要差些。 液壓泵工作時，高速旋轉的缸體與配油盤之間作用有一對方向相反的力；即缸體因柱塞腔中高壓油液作用而產生的壓緊力 yp ；配油窗口和風又打油膜對缸體的分離力 fp 。然后進行強度和剛度驗算。實際包角比配油盤油窗包角 0? 有所擴大，如圖 4— 7 所示。具有這種結構的配油盤，當柱塞從低壓腔接通高壓腔時，封閉的油液 會瞬間膨脹產生沖擊壓力。 滑靴結構型式與結構尺寸設計 (1) 確定滑靴結構型式 滑靴結構有如圖 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 ，結構簡單，是目前常用的一種型式。下面對這組力進行分析。 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。單個柱塞隨缸體旋轉一周時，半周吸油，一周排油?；?180176。 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。在 0～π范圍內 ,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。中國礦業大學的劉利國則考慮配油盤實際幾何參數，根據柱塞實際排液狀況，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論。鄒駿則在九柱塞泵的基礎上，設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于九柱塞泵。 I 軸向柱塞泵設計 摘要 液壓泵是向液壓系統提供一定流量和壓力的油液的動力元件，它是每個液壓系統中不可缺少的核心元件，合理的選擇液壓泵對于降低液壓系統的能耗、提高系統的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統的可靠工作都十分重要。在“流體控制與機器人” 96學術年會上，北京理工大學的張百海教授就通常工況下， 帶有預壓縮角的軸向柱塞泵流量脈動作了分析，認為其流量脈動系數遠遠大于其固有流量脈動系數，且 2 偶數泵和奇數泵具有相同的流量脈動頻率，但他沒有給出實驗證明。他的學生，安徽理工大學劉小華對影響軸向柱塞泵的幾何因素和非 幾何因素 (包括泄漏 )進行了理論分析，同時對實際流量脈動進行了計算 3 仿真和動態測試，最后得出結論：流量脈動劇烈，且流量脈動頻率只與柱塞數有關，與奇偶性無關。如圖 21 中所示回轉方向 ,當缸體轉角在π～ 2π范圍內 ,柱塞向外伸出 ,柱塞底部缸孔的密封工作容積增大 ,通過配油盤的吸油窗口吸油 。因此對液壓元件型號命名的標準中明確規定用排量作為主要參數來區別同一系列不同規格型號的產品。 柱塞運動加速度 a 8 將 s ins s vft v td d du R tgd d d ? ? ?? ? ? ?對時間微分可得到柱塞運動加速度 a 為 2 c o sv v aft a td d da R tgd d d ? ? ?? ? ? ? 當 ? =0176。 12 4 柱塞泵主要部件的設計與受力分析 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。 柱塞受力分析 圖 4— 1 是帶有滑靴的柱塞受力簡圖。當壓緊力與分離想平衡時，封油帶上將保持一層穩定的油膜，形成靜壓油墊。剩余壓緊力法簡單適用，目前大多數滑靴都采用這種方法設計。 (1)過渡區設計 為使配油盤吸排油窗口之間有可靠的隔離和密封，大多數配油盤采用過渡角 1a 大于柱塞腔通油孔包角 0a 的結構，稱正重迭型配油盤。封油帶的包角是變化的。本文先取 5mm?? ，再進行校核。 24 1— 吸油盤 2— 排油窗 3— 過渡區 4— 減震槽 5— 內封油帶 6— 外封油帶 7— 輔助支承面 圖 4— 6 配油盤基本構造 (1) 壓緊力 壓緊力是由于處在排油區是柱塞腔中高壓油液作用在柱塞腔底部臺階上，事缸體受到軸向作用力，并通過缸體作用到配油盤上。但薄壁孔加工工藝性較好。靜壓油池壓力 1p 與柱塞底部壓力 bF 相等，即 1 PpF? 將上式帶入式 ? ?2 2112221ln2 c oszPRdpRF RR ?? ? 中，可得滑靴分離力為 ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 6211 21 4 12 9 10 803 4122 l n2 l n9PRRp F NRR? ?? ? ?? ? ? ? 設剩余壓緊力 y y fp p p? ? ? ，則壓緊系數 0 .0 5 ~ 0 .1 5yypp? ??? ,這里取 滑靴力平衡方程式即為 ? ? ? ? ? ?11 1 0 .1 2 .7 4 2 .4 6 6fp p N?? ? ? ? ? ? 用剩余壓緊力法設計的滑靴，油膜厚度較薄，一般為 左右。由于油液在封油帶環縫中德流動，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。 本設計即采用帶滑靴的柱塞形式進行設計。 ，奇數柱塞泵的脈動率遠小于偶數柱塞泵的脈動率，這就是軸向柱塞泵采用奇數柱塞的根本原因。 柱塞行程 S 圖 3－ 1 為一般帶滑靴的軸向柱塞運動分析圖。 柱塞直徑 d和柱塞分布圓半徑 R 31803 sinqzd ztg??? 當 Z=7時， ? ?330 .0 5 9 0 .0 5 9 2 4 .6 1 .5 820qd cmt g t g? ?? ? ? 由于上式計算出的 mm? 需要圓整化，并按有關標準選取標準直徑，應選 16d mm? 柱塞直徑確定后，應從滿足流量的要求而確定柱塞分部圓半徑。 2 直軸式軸向柱塞泵工作原理與性能參數 直軸式軸向柱塞泵工作原理 軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上 ,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。同時對帶有橫向傾角減振機構的斜盤酌兩種結構形式的泵流量進行了分析與仿真。 軸向柱塞泵國內外研究現狀與發展方向 對軸向柱塞泵的研究可謂歷史悠久，其中為了改善軸向柱塞泵流量脈動，減小振動和噪聲，國內外液壓界科技工作者作了大量的研究和實驗工作，研究表明：軸向柱塞泵的實際流量受到各種因數的影響，其流量脈動遠遠大于理論流量脈動，且脈動系數與柱塞數的奇偶性無關。 關鍵詞： 軸向， 柱塞泵，設計計算， Solidworks II DESIGN OF AXIAL PISTON PUMP ABSTRACT Hydraulic pump is the power ponents which can Provide a certain discharge and press