基于Solidworks的轴向柱塞泵的设计

目录中文摘要及关键词 .I英文摘要及关键词 .II引言 .11 轴向柱塞泵的工作原理与性能参数 .31.1 轴向柱塞泵的工作原理 .31.2 斜盘式轴向柱塞泵的主要性能参数 .31.2.1 流量、容量、容积效率与结构参数 .41.2.2 扭矩与机械效率 .51.2.3 功率与效率 .62 斜盘式轴向柱塞泵运动学分析 .72.1 柱塞的设计 .72.1.1 柱塞结构形式的选择 .72.1.2 柱塞的结构尺寸设计 .82.1.3 柱塞摩擦副的压力 P及功率 的校核验算 .10v2.2 滑靴的设计 .112.2.1 滑靴结构型式的选择 .122.2.1 滑靴的尺寸的设计 .132.3 油盘的力学分析 .132.3.1 过渡区域的设计 .142.3.2 计算配油盘上重要结构尺寸大小 .142.3.3 校核配油盘压紧力 .14p2.4 缸体结构的设计 .152.4.1 缸体的受力分析 .152.4.2 缸体直径的确定 .163 直轴式轴向柱塞泵重要零件的受力分析 .183.1 对柱塞受力分析 .183.2 对滑靴面上所受到的力进行具体计算 .193.3 对配油盘的受力进行分析 .214 主要零件的材料的选择 .254.1 柱塞与缸体的材料 .254.2 配流盘材料的选择 .254.3 斜盘与压盘的材料选择 .255 Solidworks绘制三维立体图 .265.1 柱塞的三维图 .265.2 滑靴的三维立体 .265.3 配流盘的三维图 .275.4 缸体的三维立体图 .285.5 柱塞泵总装配效果图 .29参考文献 .31致谢 .32内蒙古民族大学本科毕业设计I基于 Solidworks 的轴向柱塞泵的设计摘要伴随着全球的工业技术的不断发展与进步，液压传动的也越来越被广泛的使用，作为液压传动系统的核心部分-液压泵，就显得尤为重要了。液压泵是用来给传动系统输送高压油的运动能力的部件，它是液压传动系统中最重要的一部分，选取一个合适的液压泵对传动体系来说有很大的作用，能够减少在正常工作时的能量消耗，提高工作效率，减少噪音污染，改善运动过程工作性能，使工作系统更加安全、稳定。本文主要对轴向柱塞泵的分类、结构组成进行了较为深入的研究，着重研究了柱塞、滑靴以及配流盘的结构，在此基础上还对其进行受力分析及强度计算，随后设计出符合要求的液压泵结构，最终利用 Solidworks软件对其进行三维模型的建立，并利用 AutoCAD软件绘制完成其主要零件图以及装配图。在本文中采取了带滑靴的柱塞，这种类型的柱塞可以减小能量损失，增加了容积效率，而且柱塞采取了中空的方式，减小了柱塞泵的重量和惯性力矩，提高了承载能力。 关键词：轴向柱塞泵;斜盘;配流盘;柱塞;缸体内蒙古民族大学本科毕业设计IISolidWorks axial piston pump based designAbstractWith the global industrial technology continues to evolve and progress, hydraulic transmission is also becoming more widely used, but as a core part of the hydraulic drive system - hydraulic pump, is particularly important. Hydraulic pump is used to transport parts athleticism drivetrain high pressure oil, which is the hydraulic drive system is the most important part, select an appropriate pump has an invaluable role in the drive system, it is possible to reduce the normal working when energy consumption, improve efficiency, reduce noise pollution, improve the movement performance, make the system work more secure and stable.This paper mainly axial piston pump classification, structure, composition of specific options, such as the form of the characteristics of a plunger valve plate and slipper were discussed, in addition to its mechanical analysis and calculation, you need to checking its check, you can not exceed the permissible value. Also check the use of the block material is also very critical. To draw the final part drawings and assembly drawings by total Solidworks drawing software.Key word: Axial plunger pump; Swash plate; Port plate;内蒙古民族大学本科毕业设计1引言众多的液压泵系列之中，只有轴向柱塞泵能够在高压力、高转速及流量大的条件下较为理想地工作。轴向柱塞泵的紧密性好，占用空间小，转动时产生的离心力比其他的泵小得多，所以可在高速的条件下进行工作；并且轴向柱塞泵可以调节本身的容量，适用于多种不同的条件下。轴向柱塞泵是利用柱塞在在固定的容积内作直线循环活动，因此增大或减小了柱塞腔中的体积，进而完成了吸油和排油。对于轴向柱塞泵来说，柱塞、配油盘、滑靴以及缸体都是它的重要组成部分。而柱塞是主要的受力零件，滑靴是高压柱塞泵通用的形式，原因是其能够适应高压力高转速条件下的需求，而缸体和配油盘的性能对柱塞泵的工作效率及寿命的作用非常大。它具有紧密性好、占用空间小、质量小、比径向柱塞泵的组成方式简单、经济实惠等特点。它主要应用在工程机械、农业机械、冶金、船舶、机床等领域。最近几年以来，伴随着制造、计算机科技等的不断提高，轴向柱塞泵的高新技术不断推陈出新，且性能越来越好。近年来，我国的经济、科技不断推陈出新，在工业现代化的进程中，机械、冶炼金属等方面对轴向柱塞泵的要求越来越高，所以增加我国在轴向柱塞泵方面的研究，推出新技术也显得更加紧迫。对于轴向柱塞泵的探索及优化的过程已经非常久远了，其中为了改良轴向柱塞泵的脉动流量，减少震动及噪音，各国的专业人员做出了大量的试验，通过实验数据表明：轴向柱塞泵的流量大小被各方面因素的控制，理论的脉动流量比实际的脉动流量小很多，而且柱塞数目的奇或偶不会对脉动系数产生影响。对于轴向柱塞泵的柱塞数选取奇数好还是选取偶数好的问题上，我国科学研究工作者在 1982年了给出了结论“偶数泵同样可以很好地工作” ，而且在1984年对这种观点进行了脉动流量对比测试，实验结果表明：偶数泵略小于奇数泵。但是在 1985年，德国的流体动力研究者从理论上推断出：偶数泵在受力和噪音方面上要比奇数泵好，经过仿真模型实验测出偶数泵的压力脉动是奇数泵的 120%。另外，哈尔滨工业大学的曹楚从计算机辅助制造方面进行研究，对斜盘式轴向柱塞泵做了具体的剖析，结果是:柱塞泵的柱塞数无论是选择奇数还内蒙古民族大学本科毕业设计2是偶数对脉动流量几乎没有影响 1。现在，我国许多大学分别从不同的方面对柱塞泵的流量脉动开始了彻底的探索，而且所得到的结果无一例外地体现了轴向柱塞泵的脉动流量与柱塞数目选择奇数还是偶数没有关系，但是柱塞数目的大小会有影响。所以，对斜盘式轴向柱塞泵的实际流量脉动产生作用的因素是各种各样的，固有的理论分析难以达到较好的效果。大多数学者比较倾向按照配油盘的结构去分析斜盘式轴向柱塞泵的实际脉动流量，进而构成了比较完整综合的计算分析体系，但是泄露量对于真实的脉动流量的作用虽然进行了一定的探索与研究，但是往往缺少一个具体的分析体系。内蒙古民族大学本科毕业设计31 轴向柱塞泵的工作原理与性能参数1.1 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵是把柱塞沿着主轴的方向平均地布置在缸体的柱塞孔内的一种液压泵。轴向柱塞泵分为径向和轴向两种形式，如图 1-1所示为直轴式轴向柱塞泵的结构组成，这种泵由缸体 1、配油盘 2、柱塞 3和斜盘 4等部分组成 2。柱塞沿圆周均匀且对称的分布在缸体的内部，而斜盘与缸体的中心线之间有一定的倾斜角度，而柱塞被弹簧的弹力紧固在斜盘上，配油盘和斜盘是固定不动的，当电动机在传动装置的连接下使柱塞泵开始工作时，带动了斜盘在缸体内部转动，从而推动了柱塞在柱塞腔内进行循环往复的直线运动，并且在配油盘的配油口的作用下实现了吸油与压油的过程。根据图 1-1中所示，当缸体的旋转的角度为 180360之间时，柱塞是处于伸长状态的，从而使柱塞根部与缸体之间的体积扩大、压力缩小，然后经过配油口进行 的动作；当缸体的吸 油旋转角度为 0180之间时，柱塞向刚体内收缩，导致柱塞底部与缸体之间的容积变小，所以增大了内部的压力，因此实现了排油的动作。每当缸体旋转360，所有的柱塞都完成一次吸油与压油的过程。当改变了斜盘的倾斜角度，柱塞的伸长量随之改变，柱塞底部与缸体之间的最大容积也发生相应的变化，柱塞泵的排量会发生变化，当斜盘的倾斜的方向被更改时，则可以改变吸油与排油的方向，能够变为双向变量泵。 456121-缸体 2-配油盘 3-柱塞 4-斜盘 5-传动轴 6-弹簧图 1-1 轴向柱塞泵的结构原理图内蒙古民族大学本科毕业设计41.2 斜盘式轴向柱塞泵的主要性能参数给定设计参数最大工作压力 ，额定压力Mpa60maxpaM20额定流量 ，额定转速in/L1Qmin/3nr1.2.1 流量、容量、容积效率与结构参数是指柱塞在缸体的带动下转动 360，所有的柱bq轴 向 柱 塞 泵 的 几 何 排 量塞压出油的体积 3，即（1-tan442max2fbZDdSd1）式中： 柱塞直径 ；d柱塞数；Z柱塞分布圆直径；fD斜盘倾角。泵的理论流量 为q（1-vnQ10q2）式中： 油泵的容积效率，我们通常取 ,本文中取 。v97.0. 95.0v（1-3）rmLq/14.569.031在柱塞中通常会发生气体腐蚀现象，所以在分析完排量时，还需要进行做检验计算：（1-pCqn31max4）式中： 常数，对于进口无预压的油泵 取 5400；对于进口压力为pCp的油泵 。2/5ckgf910p内蒙古民族大学本科毕业设计5pC45.19.56033所以主参数排量符合设计要求。根据上面的泵的几何排量计算公式 4，柱tan442max2fbZDdSdq塞直径 ，分布圆直径 ，柱塞数 都在很大程度上影响液压泵的性能，而且dfDZ当选择了电动机之后则传动系统的转速 n也随之确定。当提高或减小流量的大小或方向，提高或减小斜盘的倾斜度即可。在斜盘式轴向柱塞泵中，斜盘的最大倾斜度 的值在 范围之内，max185在本文中由于遭到结构等条件的作用，令 。18对于柱塞数 Z的值，可以根据实际的经验来确定，一般在半圆环型的情况下 ，而在贯通轴型的情况下 ，这样能够使得结构更加的紧凑。所以79Z在本文中可取 。在最初计算时 ，则可以按照下面的公式进行计算 ：75.02fRZd fR（1-5）mcZqf 3.tan12.33然后再通过排量公式来确定柱塞的直径：（1-6）cZRqdf 8.21.tan由于上面公式中计算出的 需要进行圆整，所以应选 。m8.21 md2排量的大小是对柱塞泵的性能影响最大的参量之一 5，在型号完全一致的柱塞泵中，当排量越大时，泵做功大小也随之增大，所以在一般情况下用泵的排量来区分泵的型号。1.2.2 扭矩与机械效率在不计摩擦损失的情况下，泵的扭矩即为理论扭矩 大小为：tbM（1-7）mNqpb 66t 1047.1.3204M其中 为泵吸、排油腔压力差。bp内蒙古民族大学本科毕业设计6需要考虑摩擦损失，泵的扭矩即为泵的实际扭矩 大小为：gbM（1-8）mNMbtgb 666 1043.105.1047. 斜盘式轴向柱塞泵的由摩擦所引起的能量损失严重的有三处，分别发生在缸体底面和配油盘面之间、两个滑靴平面中间、柱塞与缸体接触部分出现的地方滚动轴承转动时也会产生一定程度的摩