斜盘式轴向柱塞泵的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 摘要 . 3 . 4 第 1章 绪论 . 5 第二章 斜盘式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 . 5 斜盘式轴向柱塞泵工作原理 . 5 盘式轴向柱塞泵主要性能参数 . 6 第三章 斜盘式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 . 7 塞运动学分析 . 7 塞行程 s. 7 v . 8 塞运动加速度 a. 8 靴运动分析 . 9 时流量及脉动品质分析 . 10 动频率 . 12 动率 . 12 第四章 柱塞受力分析与设计 . 12 塞受力分析 . 12 塞底部的液压力. 13 塞惯性力 . 13 心反力 . 13 盘反力 N. 14 塞与柱塞腔壁之间的接触力 2 . 14 擦力 . 14 塞设计 . 15 . 15 塞结构尺寸设计 . 15 第五章 滑靴受力分析与设计 . 17 靴受力分析 . 18 离力 . 18 紧力. 19 平衡方程式 . 19 靴设计 . 20 漏功率损失. 20 擦功率损失. 20 靴总功率损失 N . 20 靴结构型式与结构尺寸设计 . 21 靴结构型式 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 构尺寸设计 . 22 第六章 配油盘受力分析与设计 . 23 油盘受力分析 . 23 紧力. 24 离力 . 24 平衡方程式 . 26 油盘设计 . 27 度区设计 . 27 油盘主要尺寸确定 . 29 算比压 p、比功 . 30 第七章 缸体受力分析与设计 . 31 缸体的稳定性 . 31 紧力矩 . 32 离力矩 . 32 矩平衡方程 . 34 缸体径向力矩和径向支承 . 34 向力及径向力矩 . 34 缸体径向力支承型式 . 35 缸体主要结构尺寸的确定 . 36 通油孔分布圆半径 . 36 缸体内、外直径 . 37 结论 . 39 参考文献 . 39 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 斜盘式轴向柱塞泵是液压系统中的主要部件，斜盘式轴向柱塞泵 是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油和排油的，是容积式液压泵，对于 斜盘式轴向柱塞泵柱塞、滑靴、配油盘缸体是其重要部分 ，柱塞是 其主要受力零件之一，滑靴是高压柱塞泵常采用的形式之一，能适应高压力高转速的需要， 配油盘 与缸体 直接影响泵的效率和寿命，由于配油盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了一静压支承，省去了大容量止推轴承 ， 具有结构紧凑，零件少，工艺 性好，成本低，体积小，重量轻，比径向泵结构简单等优点，由于 斜盘式轴向柱塞泵 容易实现无级变量， 维修 方便等优点，因而斜盘式轴向柱塞泵在技术经济指标上占很大优势。 关键词 斜盘 柱塞泵 滑靴 缸体 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he a is a in a is a by to of in to of to of up Is a to to to go an is is it of is of to It to in go of in a of a of a to is is is is is to to to to no so 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 绪论 近年来，容积式液压传动的高压化趋势，使柱塞泵尤其轴向柱塞泵的采用日益广泛。轴向柱塞泵主要有结构紧凑，单位功率体积小，重量轻，压力高，变量机构布置方便，寿命长等优点，不足之处是对油液的污染敏感，滤油 精度要求高，成本高等。轴向柱塞泵分为盘式柱塞泵和阀式柱塞泵，盘式轴向柱塞泵包括斜轴式轴向柱塞泵和斜盘式轴向柱塞泵。 斜盘式与斜轴式轴向柱塞泵相比较，各有所长斜轴式轴向柱塞泵采用了驱动盘结构，使柱塞缸体不承受侧向力，所以，缸体对配油盘的倾复可能性小，有利于柱塞副与配油部位工作，另外，允许的倾角大，可是， 结构复杂，工艺性差，需要使用大容量止推轴承，因而高压连续工作时间往往受到限制，成本高。斜盘式轴向柱塞泵，由于配油盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了一静压支承，省去了大容量止推轴承，具有结构紧凑，零件少，工艺性好，成本低 ， 体积小，重量轻等优点，从而使该泵获得了迅速发展， 并且由于轴向泵比径向泵结构简单，制造成本低；斜盘式轴向柱塞泵容易实现无级变量，体积小，重量轻，维修方便；因而斜盘式轴向柱塞泵比较其他泵在技术经济指标上占很大优势，所以，斜盘式轴向柱塞泵在不断地改进和发展，其发展方向是：扩大使用范围、提 高参数、改善性能、延长寿命、降低噪声，以适应液压技术不断发展的要求。 斜盘式轴向柱塞泵是液压系统中的主要部件，斜盘式轴向柱塞 泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油和排油的。是容积式液压泵的一种。柱塞式液压泵由于其主要零件柱塞和缸体均为圆柱形，加工方便，配合精度高，密封性能好 ，工作压力高而得到广泛的应用。 轴向柱塞泵有非通轴和通轴两种。非通轴式的径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡以限制缸体的倾斜，因此传动轴只传递扭矩，轴径小，由于存在缸体的倾斜力矩 ，因而制造精度较高，否则易损坏配油盘。但对于通 轴式的传动轴穿过斜盘取消了大轴承，径向载荷由传动轴支撑，并且重量轻、体积小、零件种类少，可以串联辅助泵便于集成化，缸体倾斜力矩由主轴承受，因而转动轴径大。 柱塞是斜盘式轴向柱塞泵的主要受力零件之一；滑靴是目前高压柱塞泵常采用的形式之一，能适应高压力高转速的需要；配油盘设计的好坏也直接影响泵的效率和寿命。 斜盘式轴向柱塞泵被广泛使用与工程机械、 起重运输 、 冶金 、航空、 船舶等都种领域，在航空中普遍用于飞机液压系统，操纵系统及航空发动机燃油系统中，使飞机上所用的液压泵中最主要的一种形式，尤其是在煤炭行业的高压 重载液压系统中，更是得到广泛应用。 第 二 章 斜盘式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 斜盘式轴向柱塞泵工作原理 各种柱塞泵的运动原理都是曲柄连杆机构的演变，因而，它们的运动和动力分析就可以用统一的方程式来描述。 斜盘式轴向柱塞泵主要结构如图 （ 2 柱塞的头部安装有滑靴，滑靴低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（ ）存在一倾斜角，迫使柱塞在柱塞腔内作直线往复运动。如果缸体按图示 180360范围内，柱塞由下死点（对应 180位置）开始 不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至死点（对应 0位置）止。在这个过程中，柱塞腔刚好与配油盘吸油窗相通，油液被吸入柱塞腔内，这是吸油过程。随着缸体继续旋转，在 0180范围内，柱塞在斜盘约束下由上死点开始不断进入腔内，柱塞腔容积不断减小，直至下孔点止。在这个过程中柱塞腔， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 2 3 4 56 7 8图 2斜盘式轴向柱塞泵工作原理 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。由此可见，缸体每转一周，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。 盘式轴向柱塞泵主要性能参数 量与容积效率 轴向柱塞泵排量部柱塞腔所排出油液的容积，即 m a a x 4不计容积损失时，泵理论流量m a 式中 柱塞外径 z 24 ； 柱塞横截面积 22 ； 柱塞 最 大行程 ； Z 柱塞数 取 Z=7； 动轴转速 500 ； 从图可知，柱塞最大行程为 f 231874m a x 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 塞分布圆直径 4； 斜盘倾斜角 取 18 ； 所以，泵的理 论流量是 4500 泵的实际输出流量 2 3 2 11 9 8 21 9 79 5 4 0 0 泵容积效率 %Q泵的机械效率为 %90以，泵的总效率为容积效率 与机械效率之积， %87b 第 三 章 斜盘式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 泵在一定斜盘倾角下工作时，柱塞一方面与缸体一起旋转，沿缸体平面做圆周运动， 另一方面又相对缸体做往复直线运动。这两个运动的合成，使柱塞轴线上一点的运动轨迹是一个椭圆。此外，柱塞还可能有由于摩擦而产生的相对缸体绕其自身轴线的自转运动，此运动使柱塞的磨损和润滑趋于均匀，是有利的。 塞运动学分析 柱塞运动学分析，主要是 研究柱塞相对缸体的往复直线运动。即分析柱塞与缸体做相对运动是的行程、速度和加速度，这种分析是研究泵流量品质和主要零件受力状况的基础 。 塞行程 s 下图为一般带滑靴的轴向柱塞泵运动分析图。若斜 盘倾角为 ，柱塞 分布圆半径为体或柱塞旋转角为，并以柱塞腔容积最大时的上死点位置为 00 ，则对应于任一旋转角时， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m a 塞运动分析 co 所以柱塞行程 f )co （ 3 当 =1800时，可得最大行程318372 0m a x 塞运动速度 v 将式 （ 3对时间微分可得柱塞运动速度 v 为 s f （ 3 当 090 及 0270 时， 1 ，可得最大运动加速度m a x 式中 为缸体旋转角速度，t。 塞运动加速度 a 将式（ 3时间微分可得柱塞运动加速度 c o s2 f（ 3 当 00 及 0180 时， 1 ，可得最大运动加速度买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2022m a x / f 靴运动分析 研究滑靴的运动，主要是分析它相对斜盘平面的运动规律，也即滑靴中心在斜盘平面 图），其运动轨迹是一个椭圆。椭圆的长、短轴分别为 长轴 f 短轴 437222 设柱塞在缸体平面上 A 点坐标 那么 坐标为 如果用极坐标表示则为 矢径 2222 c 极角 )c c o s 滑靴在斜盘平面 的运动角速度k为 222 s s co s 靴在斜盘内是不等角速度运动，当 =2、 23时，k最大（在短轴位置）为 sr a o o s 0m a x 当 0 、 时，k最小（在长轴位置）为 sr a s 0m i n 由结构可知，滑靴中心绕 点旋转一周（ 2 ）的时间等于缸体旋转一周的时间。因此其买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 平均旋转角速度等于缸体角速度，即 时流量及脉动品质分析 柱塞运动速度确定之后，单个柱塞的瞬时流量可写成 s 式中 柱塞截面积， 222 Z ）（。 柱塞数为 Z=7,柱塞角距为722 Z，位于排油区地柱塞数为 么参与排油的各个柱塞瞬时流量为 s )s 2 )2s 3 . . )1(s 00 ) 泵的瞬时流量为 0. 01)1(s s s s 0 （ 3 由上式可以看出，泵的瞬时流量与缸体转角 有关，也与柱塞数有关。 对于奇数 （ Z=7） 排油区的柱塞数为 70 42 10 式（ 3知瞬时流量为 c o s ( 当7227 32 10 式（ 3得瞬时流量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3c o s ( 当 0 、Z、Z2、时，可得瞬时流量的最小值为 2 272s i o i o i n当、时，可得瞬时流量的最大值为 i i a x奇数柱塞泵瞬时流量规律见图 /2数柱塞泵 定义脉动率 a x 中由瞬时流量公式在 2周期内积分求平均值而得无论奇数泵还是偶数泵均为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动频率 因为奇数柱塞泵， 所以 21000mi n/1500722 动率 因为奇数柱塞泵， 所以 %2 Z 根据计算值，将脉动率 与柱塞 Z 画成下图的曲线 图 3动率 与柱塞数 由以上分析可知： （ 1） 随着柱塞数的增加，无论偶数柱塞泵还是奇数柱塞泵，流 量脉动率都下降。 （ 2） 相邻柱塞数相比，奇数柱塞泵的脉动流量远小于偶数柱塞泵的 脉动率。 第 四 章 柱塞受力分析与设计 柱塞是柱塞泵主要受力零件之一。单个柱塞随缸体旋转一周时，半周吸油、半周排油。柱塞在吸油过程与在排油过程中的受力情况是不一样的。 塞受力分析 图示是带有滑靴的柱塞受力分析简图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 4塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 塞底部的液压力用于 柱塞底部的轴向液压力22 ）（ 式中 塞惯性力 塞相对缸体往复直线运动时，有直线加速度 a，则柱塞轴向惯性力 co s2 式中 惯性力 a 方向相反，随缸体旋转角按余弦规律变化。当 =00和 1800时，惯性力最大值为 m a x 心反力 塞随缸体绕主轴作等速度圆周运动，有向心加速度 生的离心反力 径向力。其值为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 盘反力 N 斜盘反力通过柱塞球头 轴向力 衡。而径向力 柱塞受到弯矩作用 ，产生接触应力，并使缸体产生倾倒力矩。 塞与柱塞腔壁之间的接触力 2 该力是接触应力 虑到柱塞与柱塞腔的径向间隙远小于柱塞直径及柱塞在柱塞腔内的接触长度。因此，由垂直于柱塞轴线的径向力 T 和离心力 擦力 塞与柱塞腔之间的摩擦力 f )( 21 式中 系数，常取 f=取 f=析柱塞受力，应取柱塞在柱塞腔中具有最小接触长度，即柱塞处于死点时的位置。此时N、 得： 0y 0s 1 0z 0c 1 00 M 022)3()3( 21222001 ZZ 式中 0l 柱塞最小接触长度 40 ； l 柱塞名义长度 4 ; 解放程组得： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 118s i )(11s i 8s i s i 00 18s i i s b 式中 )(1)(22222222022220 为结构参数 塞设计 塞结构型式 轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞 有三种型式 ,(1)点接触式柱塞 ,(2)线接触式柱塞 ,(3)带滑靴的柱塞 柱塞头部同样装有一个摆动头 , 称滑靴 ,可绕柱塞球头中心摆动 接触应力小 ,能承受较高的工作压力 沿滑靴平面泄露 ,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 并且这种型式的柱塞大多做成空心结构 ,以减轻柱塞重量 ,减小柱塞运动的惯性力 取得良好的密封效果 使柱塞在吸油区复位 . 塞结构尺寸设计 柱塞分布圆直径 塞直径 柱塞分布圆直径 和柱塞数 Z 是互相关联的 在缸体上各柱塞孔直径 占的弧长约为 分布圆周长 75% , 即 75.0文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由此可得 式中 m 随柱塞数 当泵的理论流量根据流量公式可得柱塞直径 94500443 03 柱塞直径 确定后 ,应从满足流量的要求而确定柱塞分布圆直径 即 71 5 0 071824 9 5 0 044 222 2. 柱塞名义长度 L 由于柱塞圆球中心作用有很大的 径向力 T,为使柱塞不致被 以及保持有足够的密封长度 ,应保持有最小留孔长度 ,一般取 0 0(0 因为 以 因 此 ,柱塞名义长度 l 应满足 : m a x0 式中 柱塞最大行程 ; 柱塞最小外伸长度 ,一般取 . 根据经验数据 ,柱塞名义长度常取 : 0 0 同理 6244) 经验常取 18) 如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 4塞尺寸图 为使柱塞在排油结束时圆柱而能完全进入柱塞腔 ,应使柱塞球头中心至圆柱面保持一定的距离 一般 取 d 高压柱塞泵中往往在柱塞表面开有环形压力槽 ,起均衡侧向力 ,改善润滑条件和存贮赃物的作用 图 均 压 槽 的 尺 寸 常 取 : ; 宽 ; 间距0102 取 . 实际上 ,由于柱塞受到的径向力很大 ,均压槽的作用并不明显 ,还容易划伤缸体上柱塞孔壁面 塞摩擦副比压 p 、 比功 算 取柱塞伸出最长时的 最大接触应力作为计算比压值 ,则 22311m a x /30/2 柱塞相对缸体的最大运动速度 在摩擦副材料允许范围内 , f / 0m a x 由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功 220311m a xm a x 选用 18料 . 第 五 章 滑靴受力分析与设计 目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构 而且柱塞底部的高压油液 ,经柱塞中心 孔 0经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中 使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜 ,大大减少了相对运动件间的摩擦损失 ,提高了机械效率 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 靴受力分析 液压泵工作时 ,作用于滑靴上有一组方向相反的力 称为压紧力一是由滑靴面直径为 靴封油带上油液泄露时油膜反力 二者力图使滑靴与斜盘分离开 ,称为分离力 当紧压力与分离力相平衡时 ,封油带上将保持一层稳定的油膜 ,形成静压油垫 . 离力 图为柱塞结构与分离力分布图 . 图 4靴结构及分布力分布 根据流体力学平面圆盘放射流可知 ,油液经滑靴封油带环缝流动的泄露量 12213 若 02 p ,则 1213 式中 为封油带油膜厚度 . 封油带上半 径为 r 的任一点压力分布式为 1( 2222 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 若 02 p ,则 1221r 从上式可以看出 由上式可以看出，封油带上压力 随半径增大而呈对数规律下 降。 21121221212 )( 油池静压分离力 1211 总分离力 6622112212221紧力起的，即 s s 0 622 平衡方程式 当滑靴受力平衡时，应满足下列力平衡方程式 P 11221222c o s4 1213 得泄流量为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 o o s)(1222263212223）（靴设计 滑靴设计常用剩余压紧力法和最小功率法 选用最小功率损失法 最小功率损失法的特点是：选取适当油膜厚度，使滑靴泄漏功率损失法与摩擦功率损失之和最小，保持最高功率。 漏功率损失知滑靴在斜盘上的泄漏流量 q ，。若不计吸油区的损失，则滑靴在排油区域的泄漏功率损失为 o o s)(24212263212232）（擦功率损失靴在斜盘上的运动轨迹是椭圆，为简化计算，近似认为是柱塞分布圆。因此滑靴摩擦功率损失为 ( 2122 式中 F 液体粘性摩擦力， ( 2122 ； u 切线速度， )( 2122 滑靴摩擦（支承）面积； u 液体粘性摩擦应力， 为液体粘性系数， 为油膜厚度。 将 代入上式中可得 2222222122）（靴总功 率损失 N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 222122232c 24令 ,0)( o c o 46222421220由上式计算出的油膜厚度，可使滑靴功率损失最小，效率最高。 范围。 靴结构型式与结构尺寸设计 靴结构型式 滑靴的结构型式如图 图 5靴结构型式 关于滑靴的结构，应该防止由于倾斜而引起密封带出现偏磨，所以往往在密封带外面加上一道断开的外辅助支承面环带。这样，即使滑靴出现某些偏磨，也不会破坏滑靴的平衡设计，从而延长了滑靴的寿命。为了减小对滑靴底面的比压，并防止由于压力冲击而引起滑靴底面沉凹的变形（这种变形引起松靴），常常在滑靴的密封带内侧加上一个或几个内辅助支承环带，为了不影响滑靴的支承力，并使密封环带内侧压力迅速伸展，内辅助支承面在圆周上是断开的。 为了提高滑靴的拉脱强度 ，可以将滑靴的收口部位加厚。滑靴的球面圆柱度和椭圆度不大买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 于 柱塞球头铆合时的径向间隙应不大于 柱塞球头的接触面积不小于 70%。滑靴的材料可采用青铜或高强度的黄铜制造。要特别注意材料中心不允许有疏松和偏析，否则容易引起疲劳强度损坏。 构尺寸设计 1. 滑靴外径 靴在斜盘上的布局，应使倾斜角 0 时，互相之间仍有一定间隙 s，如图 图 5靴外径 选定 滑靴外径 f 一般取 取 2. 油池直径 步计算时，设定 21 3. 中心孔0d、 0以柱塞中心孔 0滑靴结构及分离力分布图 所示。根据流体力学细长孔流量 q 为 128 )( 式中 0d、0l 细长管直径、长度； K 修正系数； 0064