直轴式横向柱塞泵研究设计

编号 淮安信息职业技术学院毕 业 论 文题 目 直轴式横向柱塞泵研究设计学生姓名学 号院 系 机电工程系专 业 机械制造与自动化班 级指导教师 顾问教师二一五年十一月摘 要I摘 要液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件，它是每个液压系统中不可缺少的核心元件，合理的选择液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。本设计对横向柱塞泵进行了研究设计，主要设计了柱塞泵部分主要的结构，例如，柱塞的结构型式泵体的结构型式缸体的结构型式等进行了一些结构设计，还有对零件的材料选用也进行了相关的研究与测试。该设计最后对柱塞泵的优缺点进行了整体的讨论研究，对今后的发展也进行了展望。关键词:柱塞泵, 工艺路线，发展AbstractIIAbstractHydraulic pump is to provide a certain flow and pressure to the hydraulic system of the power components in the oil, it is the core of each is indispensable in hydraulic system components, reasonable choice of hydraulic pump for the hydraulic system of energy consumption, improve the efficiency of the system, reduce noise, improve the working performance and ensure the reliable work of the system is very important.This design for horizontal plunger pump is analyzed, mainly on the analysis of the structure of plunger pump parts mainly, for example, the structure of the plunger type, structural type of pump body, cylinder body structure and so on are analyzed, and the material selection of parts. The advantages and disadvantages of the design of plunger pump has carried on the overall analysis, the future development are also prospected.Keywords:the inclined dish，pillar pump， outlook目录III目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第一章 绪论 .11.1 横向柱塞泵简介 .11.2 横向柱塞泵的工作原理 .2第二章 横向柱塞泵主要零部件设计 .32.1 柱塞设计 .32.1.1 柱塞结构型式的选择 .32.1.2 柱塞结构尺寸设计 .42.1.3 柱塞摩擦副比压 P比功 验算 .6vP2.2 配油盘设计 .72.3 缸体设计 .102.4 滑靴设计 .132.5 变量机构设计 .152.6 柱塞回程机构设计 .19第三章 横向柱塞泵主要零件受力分析 .213.1 柱塞受力分析 .213.2 滑靴受力分析 .23第四章 总结与展望 .294.1 总结 .294.2 展望 .29致谢 .30参考文献 .31第一章 绪论1第一章 绪论1.1横向柱塞泵简介横向柱塞泵由于柱塞结构紧凑、工作压力高、效率高、容易实现变量等优点，因此被广泛应用于工作压力高、流量大而又需要调节的液压系统中。阀配流横向柱塞泵存轴配流横向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。使其成为一种优良的高压泵，代表当今国际上液压泵制造的先进水平。但是，它技术含量高、加工制造难度大，国际上只有博世（ BOSCH）公司、沃依特（ VOITH）公司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产 90mL 以下规格的泵，沃依特公司只生产 110一 250mLr 规格的泵。我国从 80 年代末 90 年代初有很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，但都没有取得实质性进展。主要因为在理论上有待深化，在实际生产中不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。有些生产厂家在柱塞内孔通过浇铸轴承合金等方法来克服烧研，但效果并不理想。这种办法在小排量泵中使用，虽然能够防止摩擦副烧研的问题，但泵的使用寿命不长。由我国著名的液压专家卢望研究员和材料专家闰秉均教授及其课题组经过多年研究与开发，取得了“过平衡压力补偿方法及双排横向柱塞泵”和“一种新型高压大排量横向柱塞泵”两项技术专利、“合金奥氏体一贝氏体球铁开发应用研究”一项国家新材料技术成果。这些技术成果的取得，使我国横向柱塞泵的研制在设计理论与材料工艺方面取得突破性进展。兰州永新科技股份有限公司以上述两项专利与一项新材料技术成果为支持，成功地开发生产的 JBP系列机电控制式横向柱塞泵，是国家科技部“八五”攻关和国家科技部火炬计划项目。该泵在多家企业进行了 2-3 年的工业考核试验，性能优良。泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。当今社会，可进发展日新月异，人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于横向柱塞泵的研究，使仿真和试验更为接近现实，横向柱塞泵设计和优化的效率大大提高。产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求创新，做到与众不同，正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在：淮安信息职业技术学院毕业设计论文2（1）输送介质的多样性（2）产品结构的差异性（3）运行要求的不同性从输送介质来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体，如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。除了输送对象对泵的结构有不同要求外，泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构也提出了新要求。同时，各个生产厂商在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。1.2横向柱塞泵的工作原理横向柱塞泵是依靠柱塞在缸体孔内的往复运动，造成密封容积的变化，来实现吸油和排油。横向柱塞泵的结构如图 1-1 所示，柱塞的头部安装有滑靴，滑靴底面始终贴着斜盘平面运动。当缸体带动柱塞旋转时，由于斜盘平面相对缸体平面（xoy 面）存在一倾斜角 r，迫使柱塞在柱塞腔内作直线往复运动。缸体按 n 方向旋转，在 范围18036内，柱塞由 开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至 。在这过程中，柱塞腔刚180 0好与配油盘吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔内，这是吸油过程。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘排油窗相通，油液通过排油窗排出。这就是排油过程。可见，缸体每转一圈，各个柱塞有半周吸油、半周排油。如果缸体不断旋转，泵便连续地吸油和排油。1-斜盘 2-回程盘 3-滑靴 4-柱塞 5-缸体 6-配油盘 7-传动轴图 1-1 横向柱塞泵工作原理第二章 横向柱塞泵主要零部件设计3第二章 横向柱塞泵主要零部件设计给定设计参数最大工作压力 max40PM额定流量 =100L/minQ最大流量 max2/inL额定转速 n=1500r/min最大转速 ax30/inr2.1 柱塞设计2.1.1 柱塞结构型式的选择横向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。根据柱塞头部结构，可有以下三种形式：1）点接触式柱塞如图 2-1（a）所示，这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损剥落和边缘掉块，不能承受过高的工作压力，寿命较低。这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。2）线接触式柱塞如图 2-1（b）所示，柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其 值必须限制在规pv定的范围内。3）带滑靴的柱塞如图 2-1（c）所示，柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和磨损，使寿命大大提高。目前大多采用这种横向柱塞泵。淮安信息职业技术学院毕业设计论文4图 2-1 柱塞结构型式可见，柱塞大多做成空心结构，以减轻柱塞重量，减小柱塞运动时的惯性力。采用空心结构还可以利用柱塞底部高压油液使柱塞局部扩张变形补偿柱塞与柱塞腔之间的间隙，取得良好的密封效果。空心柱塞内还可以安放回程弹簧，使柱塞在吸油区复位。但空心结构无疑增加了柱塞在吸排油过程中的剩余无效容积。在高压泵中，由于液体可压缩性能的影响，无效容积会降低泵容积效率，增加泵的压力脉动，影响调节过程的动态品质。综上，本设计选用图 2-1（c）所示的型式。2.1.2 柱塞结构尺寸设计1）柱塞直径 及柱塞分布塞直径ZdfD柱塞直径