基于UG的軸向柱塞泵設(shè)計(jì)

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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(shí)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(shū).doc

柱塞腔通油孔圖.dwg

柱塞運(yùn)動(dòng)特征圖.dwg

軸向柱塞泵裝配圖.dwg

零件圖傳動(dòng)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(dòng)力元件,它是每個(gè)液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對(duì)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(jì)對(duì)軸向柱塞泵進(jìn)行了分析,主要分析了軸向柱塞泵的分類,對(duì)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(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),還包括它們的受力分析與計(jì)算.還有對(duì)缸體的材料選用以及校核很關(guān)鍵;最后對(duì)變量機(jī)構(gòu)分類型式也進(jìn)行了詳細(xì)的分析,比較了它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).該設(shè)計(jì)最后對(duì)軸向柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了整體的分析,對(duì)今后的發(fā)展也進(jìn)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(jī)械效率 8

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

2 軸向柱塞泵運(yùn)動(dòng)學(xué)及流量品質(zhì)分析………………………………………… 10

2.1柱塞運(yùn)動(dòng)學(xué)分析…………………………………………………………………………10

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

2.1.2柱塞運(yùn)動(dòng)速度分析v………………………………………………………………… 12

2.1.3柱塞運(yùn)動(dòng)加速度a…………………………………………………………………… 13

2.2滑靴運(yùn)動(dòng)分析…………………………………………………………………………… 14

2.3瞬時(shí)流量及脈動(dòng)品質(zhì)分析……………………………………………………………… 15

    2.3.1脈動(dòng)頻率…………………………………………………………………… 15

2.3.2脈動(dòng)率…………………………………………………………………………………16

3 柱塞受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………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(jì)………………………………………………………………………………… 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(jì)……………………………………………………………………23

3.2.3柱塞摩擦副比壓P﹑比功 驗(yàn)算……………………………………………………23

4滑靴受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………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(jì)………………………………………………………………………………… 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(jì)…………………………………………………………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(jì)………………………………………………………………………  31

5 配油盤受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 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(jì)……………………………………………………………………………… 35

5.2.1過(guò)渡區(qū)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………35

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

5.2.3驗(yàn)算比壓p﹑比功pv………………………………………………………………… 38

6 缸體受力分析與設(shè)計(jì)………………………………………………………………………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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………44

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

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

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

    8.2.1具有對(duì)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(duì)稱正重迭型配油盤……………………………………………………47

   8.3回程盤中心預(yù)壓彈簧力矩 ………………………………………………………… 48

8.4滑靴偏轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)慣性力矩 ………………………………………………50

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

9 變量機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………………………51

   9.1手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………………51

9.2手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)………………………………………………………………………53

   9.3恒功率變量機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………55

   9.4恒流量變量機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………………56

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

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………58

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

緒論

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)也越來(lái)越廣，而作為液壓傳動(dòng)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(shí)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(dá)使用。而軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)流量，流量大。由于上述特點(diǎn)，軸向柱塞泵被廣泛使用于工程機(jī)械、起重運(yùn)輸、冶金、船舶等多種領(lǐng)域。航空上，普遍用于飛機(jī)液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)中。是飛機(jī)上所用的液壓泵中最主要的一種型式。

本設(shè)計(jì)對(duì)柱塞泵的結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)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(duì)柱塞泵的高壓﹑高速化起到了不可估量的作用。可以說(shuō)沒(méi)有這些這些配流方式，就沒(méi)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(lái)了一定的不足。設(shè)計(jì)中對(duì)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(duì)缸體的尺寸﹑結(jié)構(gòu)等也作了設(shè)計(jì)；對(duì)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(fù)運(yùn)動(dòng)，改變柱塞腔容積實(shí)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(yùn)動(dòng)形式可分為軸向柱塞式和徑向往塞式兩大類運(yùn)動(dòng)，后者柱塞垂直于配油軸，沿徑向運(yùn)動(dòng)。這兩類泵既可做為液壓泵用，也可做為液壓馬達(dá)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(jī)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(jiǎn)稱之為品質(zhì)。在這一點(diǎn)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(jìn)的方面。而實(shí)際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測(cè)符合發(fā)至使用單位運(yùn)行后，往往達(dá)不到工廠出廠檢測(cè)的效果，發(fā)生諸如過(guò)載、噪聲增大，使用達(dá)不到要求或壽命降低等等方面的問(wèn)題；而泵在實(shí)際當(dāng)中所處的運(yùn)行點(diǎn)或運(yùn)行特征，我們稱之為泵的外在特性或系統(tǒng)特性。

    正如科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科越來(lái)越豐富，跨學(xué)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(wèn)題，必須從電機(jī)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，單局限于泵本身是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的；解決泵的噪聲問(wèn)題，除解決泵的流態(tài)和振動(dòng)外，同時(shí)需要解決電機(jī)風(fēng)葉的噪聲和電磁場(chǎng)的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機(jī)內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等措施；提高泵的運(yùn)行效率，須借助于控制技術(shù)的運(yùn)用等等。這些無(wú)一不說(shuō)明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機(jī)、控制技術(shù)等方面同時(shí)著手，綜合考慮，最大限度地提升機(jī)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)缸體帶動(dòng)柱塞旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于斜盤平面相對(duì)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(fù)運(yùn)動(dòng)。如果缸體按圖示n方向旋轉(zhuǎn)，在 ～ 范圍內(nèi)，柱塞由下死點(diǎn)(對(duì)應(yīng) 位置)開(kāi)始不斷伸出，柱塞腔容積不斷增大，直至上死點(diǎn)(對(duì)應(yīng) 位置)止。在這過(guò)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(guò)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(diǎn)開(kāi)始不斷進(jìn)入腔內(nèi)，柱塞腔容積不斷減小，直至下孔點(diǎn)止。在這過(guò)程中，柱塞腔剛好與配油盤排油窗相通，油液通過(guò)排油窗排出。這就是排油過(guò)程。由此可見(jiàn)，缸體每轉(zhuǎn)一跳各個(gè)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(jī)構(gòu)由帶有節(jié)流閥的雙邊控制閥(恒流量閥)和差動(dòng)變量缸組成。控制閥C端預(yù)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(dāng)泵轉(zhuǎn)速增加時(shí)，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(dòng)控制閥閥芯左移，帶動(dòng)變量活塞左移，斜盤傾角減小，流量城少，直至恢復(fù)到調(diào)定值。此時(shí)，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(dāng)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(huì)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(duì)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求速度恒定的設(shè)備中。例如，機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)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(dòng)力元件,它是每個(gè)液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓泵對(duì)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(jī)工況﹑功率大小和系統(tǒng)對(duì)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(hào).

一般來(lái)說(shuō),由于各類液壓泵各自突出的特點(diǎn),其結(jié)構(gòu)﹑功用和運(yùn)轉(zhuǎn)方式各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選擇合適的液壓泵.一般在機(jī)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(jī)械﹑港口機(jī)械以及小型工程機(jī)械中,往往選擇抗污染能力比較強(qiáng)的齒輪泵;在負(fù)載大﹑功率大的場(chǎng)合往往選擇柱塞泵.

正如科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科越來(lái)越豐富，跨學(xué)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(wèn)題，必須從電機(jī)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，單局限于泵本身是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的；解決泵的噪聲問(wèn)題，除解決泵的流態(tài)和振動(dòng)外，同時(shí)需要解決電機(jī)風(fēng)葉的噪聲和電磁場(chǎng)的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機(jī)內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等措施；提高泵的運(yùn)行效率，須借助于控制技術(shù)的運(yùn)用等等。這些無(wú)一不說(shuō)明要發(fā)展泵技術(shù)水平，必須從配套的電機(jī)、控制技術(shù)等方面同時(shí)著手，綜合考慮，最大限度地提升機(jī)電一體化綜合水平。

參 考 文 獻(xiàn)

〔1〕李培滋﹑王占林主編.《飛機(jī)液壓傳動(dòng)與伺服控制》（上冊(cè)）.國(guó)防工業(yè)出版社.1989

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

〔3〕何存興主編.《液壓元件》.機(jī)械工業(yè)出版社.1982

〔4〕張赤誠(chéng)等編.《液壓傳動(dòng)》.地質(zhì)出版社.1986

〔5〕齊任賢主編.《液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)》.冶金工業(yè)出版社.1981

〔6〕上海煤礦機(jī)械研究所編.《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.上海人民出版社.1976

〔7〕（日）市川常雄著.雞西煤礦機(jī)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(xué)出版社.1979

〔9〕成大先主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》.化學(xué)工業(yè)出版社.2004

〔10〕聞德生著.《開(kāi)路式柱塞泵》.航空工業(yè)出版社.1998

〔11〕吉林工業(yè)大學(xué)等校編.《工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)》.機(jī)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(guó)建材工業(yè)出版社.1998

〔14〕左健民主編. 《液壓與氣壓傳動(dòng)》.機(jī)械工業(yè)出版社.1999

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

〔16〕成大先主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》.化學(xué)工業(yè)出版社.2000

〔17〕沙毅 聞建龍主編.《泵與風(fēng)機(jī)》.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2005

〔18〕陳允中 曹占文 黃紅梅 鄧國(guó)強(qiáng)等譯.《泵手冊(cè)》.中國(guó)石化出版社.2003

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

〔20〕張耀宸.《機(jī)械加工設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京.航空工業(yè)出版社,1987

致   謝

論文是在講師的悉心指導(dǎo)下完成的，在我即將完成學(xué)士學(xué)位學(xué)習(xí)之際，衷心感謝老師們給我提供了良好的學(xué)習(xí)條件、科研環(huán)境和全面鍛煉的機(jī)會(huì)以及在生活、學(xué)習(xí)上給予的關(guān)心和幫助。各位老師不僅以其淵博的學(xué)識(shí)、創(chuàng)造性的思維方式、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、高度的責(zé)任感使作者在學(xué)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(dǎo)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(guò)程中，得到了學(xué)院老師的大力支持，在此對(duì)你們表示衷心的感謝。