定量叶片泵设计与计算

*本科毕业设计（论文） 1 双作用叶片泵简介11 双作用叶片泵简介1.1 双作用叶片泵组成结构组成结构：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等 1.2 双作用叶片泵工作原理为3-19 为245-4532图 1-1 双作用叶片泵工作原理Fig 1-1 Double-acting vane pump principle of work1定子；2吸油口；3转子；4叶片；5压油口如图 1-1 所示。它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成，且定子和转子是同心的。在图示转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。 定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径 R、两段短半径 r 和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和建压后根部压力油的作用下,*本科毕业设计（论文） 1 双作用叶片泵简介2在转子槽内作径向移动而压向定子内表,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,密封空间数即叶片数应当是双数。1.3 双作用叶片泵结构特点1双作用叶片泵的转子与定子同心;2双作用叶片泵的定子内表面由两段大圆弧、两段小圆弧和四段定子过渡曲线组成;3双作用叶片泵的圆周上有两个压油腔、两个吸油腔，转子每转一转，吸、压油各两次双作用式。4双作用叶片泵的吸、压油口对称，转子轴和轴承的径向液压作用力基本平衡;即径向力平衡卸荷式。5双作用叶片泵的所有叶片根部均由压油腔引入高压油，使叶片顶部可靠地与定子内表面密切接触。6传统双作用叶片泵的叶片通常倾斜安放，叶片倾斜方向与转子径向辐射线成倾角 ，且倾斜方向不同于单作用叶片泵，而沿旋转方向前倾，用于改善叶片的受力情况，最近观点认为倾角为 最佳。0*本科毕业设计（论文） 1 双作用叶片泵简介31.4 双作用叶片泵排量和流量计算 r0V2V1为3-20 为311 -R图 1-2 双作用叶片泵的流量计算1-转子 2-叶片 3-定子如图 1-2 所示，泵的排量为 )()/221rRBZVp (1-1)式中 R定子内表面长圆弧半径；r定子内表面短圆弧半径；B转子或叶片宽度；Z叶片数。若叶片厚度为 ，且倾斜 角安装，则它在槽内往复运动时造成叶片泵的排量损失为 cos)(cos2)(ZrRBr双作用叶片泵的真正排量为)(rV)/(3radm(1-2)泵的实际流量为 pvpv ZrRBq cos)()/(3s (1-3)42 双作用叶片泵设计原始参数设计原始参数:额定排量： 9.0/qmlr额定压力： 7pMPa额定转速： 145/inn*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定53 设计方案分析与选定3.1 设计总体思路本设计为定量叶片泵的设计，叶片泵实现定量可以是定心的单作用叶片泵和双作用叶片泵，此处选择双作用叶片泵进行设计。以双作用叶片泵本身的结构特点实现定量，并参考 YB 型叶片泵结构，结合现有新技术和新观点进行双作用叶片泵的设计。3.2 泵体结构方案分析与选定本设计为单级双作用叶片泵，它分为单级圆形平衡式叶片泵和单级方形平衡式叶片泵两种类型。3.2.1 圆形叶片泵圆形叶片泵的主要结构特点和存在问题：1采用固定侧板，转子侧面与侧板之间的间隙不能自动补偿，高压时泄漏严重。只能工作在 7.0MPa 以下的中、低压。2进、出油道都铸造在泵体内称为暗油道，铸造清沙困难。而且油道狭窄，高转速时由于流速过快，流动阻力大，容易出现吸空和气蚀。3侧板与转子均带耳轴，虽然支承定心较好，但毛坯费料，加工不方便。这种结构装配时对后泵盖联接螺钉拧紧扭矩的均匀性要求很严，否则容易导致侧板和转子的倾侧，使侧板与转子端面的轴向间隙不均匀，造成局部磨损。3.2.2 方形叶片泵方形叶片泵主要结构特点与圆形叶片泵相比，主要有以下改进：1简化了结构，在同等排量的情况下，外形尺寸和重量比圆形泵大大减小。2取梢转子和侧板的耳轴，改善了加工工艺性，而且可节省毛坯材料。装配时即使泵盖四个螺栓的拧紧力矩不很均匀，也不致影响侧板与转子端面的均匀密合。3采用浮动压力侧板，提高了容积效率和工作压力。4进油道设在泵体，排油道设在泵盖，均为开式油道，不仅铸造方便，而且油道通畅，即使高转速工作时流动阻力也较小5传动釉输入端一侧的支承较强，能够承受径向载荷，允许用皮带或齿轮直接驱动，有一定的耐冲击和振动能力。*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定63.2.3 方案选定综上所述，方形叶片泵具有结构紧凑，体积小，能够适应高转速和较高压力工作，耐冲击、振动能力较强等特点，因此特别适用于工程车辆液压系统。加之其加工工艺性也比圆形泵优越得多，所以在一般工业机械上也获得广泛应用，已逐步取代圆形泵。综合考虑以上因素选定方形叶片泵为本设计的叶片泵类型。3.3 叶片倾斜角方案分析选定3.3.1 叶片倾角对叶片受力的影响 FtFp图 3-1 叶片顶端受力分解*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定7LlF12T图 3-2 转子对叶片的作用力定子对叶片顶部产生的反作用合力 F 可以分解为 和 两个分力见图 3ptF1，其中横向分力 枝叶片靠向转于榴一侧并形成转子槽对叶片的接触反力和tF摩擦阻力见图 3-2，对叶片的自由滑动十分不利，严重时将会造成转子槽的局部磨损，导致泄漏增加，甚至因摩擦力太大而使叶片被咬住不能伸缩滑动。此外， 还使叶片悬伸部分承受弯矩作用，假如 力过大，或者叶片悬伸过长，t tF叶片还有可能折断。因此， 分力的存在对叶片泵的寿命和效率都很不利，设tF计上应设法尽量减小其数值。由图 3-1 和图 3-2(3-1)cosinPtF式中， 为合力 F 的作用方向与叶片间的夹角(3-2)1122rfT式中， 为转子槽与叶片摩擦系数。rf合力 F 与叶片之间的夹角 越小，则分力 越小。最理想的情况是令叶片tF的方向正好与 F 力的作用方向一致，这时 ，由 引起的转于对叶0,tt片的接触反力和摩擦力亦为零，叶片的伸缩滑动将完全不受转于槽阻碍。*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定8OFpFtf 1NnAN图 3-3 叶片倾角与作用力方向在图 3-3 中， 是定子曲线接触点处法线方向与叶片方向的夹角，称为压力角， 是定子与叶片的摩擦角。由图可见，各角度之间存在如下关系(3-3)因此，要使 角为 0 应使压力角等于摩擦角 。由此得出结论；定子曲线与叶片作用的压力角 等于摩擦角 时对叶片产生的横向作用力 最小，叶片与转子槽之间的相互作用力和摩擦磨损量最小，所tF以压力角的最优值 为op(3-4)0arctgf当摩擦系数 时， 。 0.13f 7op如图 3-3 所示，在叶片向旋转方向前倾放置的情况下，吸油区定子与叶片作用的用力角 为(3-5)1式中 为定子曲线接触点 A 处的法线与半径 OA 的夹角， 为叶片的倾斜角，1即叶片方向与半径方向 OA 的夹角。3.3.2 叶片倾角的两种观点1 传统观点：平衡泵叶片应具有一定的前倾角 1传统观点认为，平衡式叶片泵的叶片应该向旋转方向朝前倾斜放置。以往生产的大多数叶片泵亦按此原则设计制造，叶片前倾角其至达 。这种014:*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定9观点的主要理由如图 3-4a 所示：定子对叶片作用的横向分力 取决于法向接触tF反力 和压力角 ，即 ，为了使 尽可能沿叶片方向作用，以减小nFsintFnF有害的横向分 ，压力角 越小越好。因此令叶片相对于半径方向倾斜一个角t度 ，倾斜方向是叶项沿旋转方向朝前偏斜，使压力角 小于 角，即1 ，否则压力角 将较大。2 新观点：认为取叶片前倾角 更为合理10影响压力角 大小的因素包括定子曲线的形状反映为 角的大小和叶片的倾斜角 。实际上定子曲线各点的 角是不同的，转子旋转过程中，要使压力1角 在定子各接触点均保持为最优值 ，除非叶片倾斜角 能在不同op1转角时取不同的值，且与 保持同步反值变化，而这在结构上是不可能实现的。因此，叶片在转子上安放的倾斜角只能取个固定平均合理值，使得运转时在定子曲线上有较多的压力角接近于最优值 。由计算机对不同叶片泵所作op的计算表明，为使压力角 保持为最优值，相府的叶片倾斜角 通常需在正负1几度沿转子旋转方向朝后倾斜为负的范围内变化，其平均值接近于零度；加之从制远方便考虑，所以近期开发的高性能叶片泵倾向于将叶片沿转子径向放置，即叶片的倾斜角 。10Ft NnNp 1a*本科毕业设计（论文） 3 设计方案分析与选定10NFnN 1 tpOb图 3-4 叶片前倾时压力角a压油区 b吸油区3.3.3 我倾向的观点 新观点：叶片倾角为 0.理由：传统观点是靠经验得出的值，而现代通过先进的计算机技术已经能计算解决这类复杂问题，并通过计算证明了传统观点的错误。传统观点的错误还在于：1在分析定子对叶项的作用力时未考感摩擦力 的影响，计算有害的横向fF分力 使不是以反作用合力 F 为依据，而是以法向接触反力 为依据，因而得tF n出压力角 越小越好的错误结论。实际上由于存在摩擦力 ，当压力角 f时，定子对叶顶的反作用合力 F 并不沿叶片方向作用，即并非处于最有0利的