电反馈轴向柱塞泵设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 电反馈轴向柱塞泵设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102 学生姓名： 董 博 文 指导教师： 于 玲 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 摘要 液压泵是向液压系统是一种油液的动力元件 ,是液压系统必备的核心元件 ,液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声提高工作性能都十分重要。随着液压传动的推广液压泵显得十分重要。 本设计对轴向柱塞泵分析，对于轴向柱塞泵的分类阐述， ,对于其结构 ,例如 ,柱塞的结构型式滑靴结构型式配油盘结构型式等进行了分析以及设计 ,受力分析 ,计算 及变量分类型式进行了缜密分析，对比其优缺 柱塞泵的配流方式有三种，分别为阀配流，轴配流，端面配流，以上配流方式广泛用于柱塞泵中，因为这种独特的配流方式对于柱塞泵抗高压力，高速化起到不可磨灭的重大作用，可以这样说，没有这三种配流方式就没有柱塞泵，但是这些配流方式在其工作中单一使用，液压系统中的核心元件，液压泵，其作用尤其重大，也是其所需的最主要的元件，随着液压传动的推广，液压泵的作用也逐渐显现出来，显得十分重要。同时也造成了一定程度上的不足在于本次设计中对于柱塞泵的一个重要元件滑靴做了相对详细的介绍和分析，它的存在形式分为三种，对于它的缸体以及结构等 方面也进行了设计。轴向柱的塞泵是现在我国国内所急需的设计，现有的设计与其他发达地区较比有相对较大的差距。目前，我国在此方面虽有很大的进步。但是我们还是要看清自己的不足之处。并且加以改进，在此之前，我们要先清楚的认识到自己与其他发达地区相比的缺点，例如轴向柱塞泵设计的结构类型、配油盘的结构模式等皆需 要进行改进。类型要多样化，规格要多元化。特别是对于其该有的适用的大小尺寸以及是其柱塞的回程结构也做了相应的介绍，柱塞式液压泵是以柱塞在柱塞腔内往复运动，改变其容积而完成吸油和排油的。是容积式液压泵的一个种类，根据其 主要零件塞柱和缸体都是圆柱形的，因而其密封性能很好，精准度也很高，在其工作时承受的压力高而呗广泛应用。作为液压系统中不可取代的系统，轴向柱塞泵更有广阔的发展前景，在于其作用以及优劣等方面的考虑，相对于其他的液压系统来说，轴向柱塞泵更具有优势，其在于抗高压力以及高速化等方面有着不可取代的作用。因而我很怀揣希望展望其后发展。 关键词 : 柱塞泵 ; 液压系统 ; 结构型式 ; 发展 ; to is a is of of to of it is of , as as of to of of in a or in as to a in it be no of is no in is of is it is a to is an a of is t is s a At in we to in we of of to as to be be be of is in It is a of to a is is As in as as to to so an of a 目 录 绪论 . 1 第一章 直轴式轴 向柱塞泵工作原理与性能参数 . 3 轴式轴向柱塞泵工作原理 . 3 轴式轴向柱塞泵主要性能参数 . 3 量流量与容积效率 . 4 率与效率 . 6 第二章 柱塞受力分析与设计 . 7 塞受力分析 . 7 塞底部的液压力. 7 塞惯性力. 8 心反力. 8 盘反力 N . 8 塞与柱塞腔壁之间的接触应力1. 8 塞设计 . 10 塞 结构型式 . 10 塞结构尺寸设计 . 12 塞摩擦副比压 P比功. 14 第三章 滑靴受力分析与设计 . 16 靴受力分析 . 16 离力. 16 紧力. 18 平衡方程式 . 18 靴设计 . 19 余压紧力法 . 19 靴结构型式与结构尺寸设计 . 20 靴结构型式 . 20 构尺寸设计 . 21 第四章 配油盘受力分析与设计 . 25 油盘受力分析 . 25 紧力. 25 离力. 26 油盘设计 . 29 渡区设计 . 29 油盘主要尺寸确定（图 . 29 算比压 p比功 . 31 结论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 绪论 1 绪论 随着液压传动的推广，液压泵显得十分重要。在工厂与生产中的体现是无法比拟的，在大多数领域中是无法忽视的。改革开放以来，我国在此方面的发展与进步显而易见。但是我们不能盲 目的自满。因为我国的技术水平以及工业水平在此方面与世界级较发达国家和地区还是存在较大差距。所以我国还是要继续努力，争取在全民的共同努力下赶超发达国家。但是我国的发展不能盲目，要有针对性。例如， 容积式液压泵的泵是柱是最理想的结构 ,径向活塞泵的大小 ,径向力 ,常用于大扭力火炬 ,低速的情况下 ,只能用于电动机的压力。相对轴向柱塞泵结构紧凑 ,径向尺寸小 ,转动惯量小 ,所以速度较高。和轴向柱塞泵可以使用多种方式自动调节流量 ,流量大。由于上述特点 ,轴向柱塞泵广泛应用于冶金、船舶、工程机械等多种领域。空气、飞机液压系统、控制系 统和飞机发动机燃油系统。在飞机上使用 这对柱塞泵的结构设计作了详细的研究 ,柱塞泵流量与流动模式分为阀门 ,轴流 ,三面流。在主泵广泛用于三个流模式 ,高速、高压柱塞泵 ,起到不可替代的作用。这些匹配流方式的重要性 ,如果没有这些流模式 ,不会有柱塞泵。然而 ,在柱塞泵与单一使用 ,也带来了它的一些缺点。在这个设计的轴向柱塞泵滑靴结构大概介绍。靴子也有三个方面的概况 ,同时对缸体尺寸、结构和设计 . 柱塞式液压泵主要由，其柱塞在柱塞腔内通过往复运动，来改变柱塞腔容积实现吸油和排油的。所 以也可以说是容积式液压泵的一种。柱塞式液压泵因为其主要零件的形状都是圆柱型的柱塞以及缸体，所以加工等各个方便配合起来精准度高，密封性能良好，因而在工作工作中得到很好地运用。 柱塞液压泵种类很多根据缸体轴线，塞柱的运动方式可分为两种分别是：轴向柱塞式和径向柱塞式。，这也是其运动方式。后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动，这两种可称为液压泵和液压马达用。 产品性能、零部件的质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，。以上都可成为泵的特性，当然也包括外观质量，产品的品质等。就以这单一方面看来是目前泵生产厂商所 关注的。同时也是提高、改进的方面。可是，以我们长期的观察沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 绪论 2 来看，许多的产品在厂家检验合格出厂后没有预期中的那么好的使用，出现了许多方面的问题比如噪音很大，过载有效期降低等发生诸如过载、噪声增大，有效期降低等，而泵这也是泵在在实际的运动当中出现的运动特性也就是说法中的系统特性。 泵产品的技术发展是一种跨科学的研究成果，这也是顺应当今的科学技术发展观，各类学科共同研究。正如科学技术的发展一样，也可以说泵产品的推广也是现在科学发达的必然产物。举例来说泵产品中的屏蔽式泵，改善泵的诸多存在的问题如其轴封的解决方案就须从 电机的结构着手，但是现在所使用的液压泵有着其单一化得缺点，所以说就一单一的泵在于这方面着手是无法实现的；又比如说泵产品噪音大这一问题来看，单一的解决泵的振动是不可能成功的，因为还需要解决电机的风叶以及其磁场所带来的噪音。再以潜水泵可靠性能的如何提高来说，也要在它的电机这一方面想办法。比如我们可以加设过载保护，等方法来提高泵的可靠性。从而也提高了泵的运作效率，但是这一方案必须借助控制技术等别的科学领域的操作。以上诸如此类的实例都证明了现今社会要发展提高泵产品的技术水平一定也要从与其相关的如电机，控制技术，机械 制造等等各种不同的领域下手。从与其相关的各种科目全面的考虑，总结，从而最大限度的提升，发挥机电一体化的综合水平。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 直轴式轴向柱塞泵工作原理与 性能参数 3 第一章 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 轴式轴向柱塞泵工作原理 直轴式轴向柱塞泵主要结构示意图 塞头装有滑靴 ,滑鞋底和斜板的平面运动。气缸驱动柱塞旋转 ,由于斜板表面相对汽缸 (有一个坡度角 ,迫使活塞柱塞腔作为直线往复运动。如果根据图形缸体 范围内的 ,柱塞的下死点 (位置 )开始不断 ,柱塞腔体积增加 ,直到上死点 (位置 )。在这个过程中 ,柱塞腔恰逢配油盘吸油窗口是相互联系的 ,油柱塞腔吸 ,这是吸油的过程。范围内筒旋转 ,柱塞斜板从上死点的限制下不断进入空腔 . 图 直轴式轴向柱塞泵工作原理 轴式轴向柱塞泵主要性能参数 给定设计参数 最大工作压力 m 0P 定流量 Q =100L/阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 直轴式轴向柱塞泵工作原理与 性能参数 4 最大流量 m a x 2 0 0 / m 定转速 n=1500r/大转速 m a x 3 0 0 0 / m i 排量流量与容积效率 轴向柱塞泵排量部柱塞腔所排出油液的容积，即 2m a x m a s Z d s Z) 2p ) 不计容积损失时，泵的理论流量2 m a b b x bQ q n d s Z n =1500 =1260(L) 式中 柱塞横截面积； 柱塞外径； 柱塞最大行程； Z 柱塞数； 传动轴转速。 泵的理论排量 q 为 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 07 0 . 2. 1 5 0 0 0 . 9 5n h = = =（ ml/r） 为了避免气蚀现象，在计算理论排量时应按下式作校核计算： 13pn q C133000 7 0 . 2 2 0 660 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 直轴式轴向柱塞泵工作原理与 性能参数 5 式中进口无预压力的油泵400；对进口压力为 5油泵100，这里取100 故符合要求。 位移是液压泵的主要性能参数 ,这是泵的几何参数的特点。系列相同结构类型的泵 ,位移越大 ,越大的做功能力。因此 ,液压组件模型命名标准明确规定位移为主要参数区分同一系列产品的不同规格。 从泵的位移公式可以看出 ,柱塞直径、直径分布、 量和原动机后确定传动轴转速是恒定的。如果你想改 变泵的输出流量的方向和大小 ,可以通过改变斜板角度。直轴式轴向柱塞泵的旋转斜盘角度 最大 ,设计轴向泵 ,限制机构 . 泵实际输出流量gb tb Q=1007（ ml/ 式中 泄漏流轴向活塞泵主要由底和油底壳之间的匹配 ,缸体滑靴和旋转斜盘平面、柱塞与柱塞腔之间的石油泄漏。此外 ,不够油抽吸泵 ,柱塞腔底部的空隙 . 成容积损失。 泵容积效率义为实际输出流量 %9710097 向柱塞泵容积效率一般为b=符合要求。 矩与机械效率 不计摩擦损失时，泵的理论扭矩= )( 式中排油腔压力差。 考虑摩擦损失际输出扭矩).(66 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 直轴式轴向柱塞泵工作原理与 性能参数 6 轴向柱塞泵的摩擦损失主要由缸体底面与配油盘之间滑靴与斜盘平面之间柱塞与柱塞腔之间的摩擦副的相对运动以及轴承运动而产生的。 泵的机械效率定义为理论扭矩 率与效率 不计各种损失时，泵的理论功率60150022 泵实际的输入功率)( 泵实际的输出功率33 定义泵的总 效率 为输出功率 12b t b b m h hp h= = = =0 . 8 8 9 0 . 9 7 0 . 8 6? 上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。对于轴向柱塞泵，总效率一般为 上 式 满 足 要 求 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 7 第二章 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，半周吸油一周排油。柱塞在吸油过程与在 柱塞柱塞泵是压力的一个主要组件。一个活塞与缸体旋转时 ,吸油的半周 ,一周内卸油。吸油过程中柱塞和卸油过程中力量是不一样的。主要讨论下柱塞在卸油过程的应力分析和应力分布的柱塞的过程中吸油返回托盘设计的讨论。 塞受力分析 图 图 柱塞受力分析 作用在柱塞上的力有： 塞底部的液压力 第二章 柱塞受力分析与设计 8 柱塞位于排油区时，作用于柱塞底部的轴向液压力)(12560)10(44 3m a x b 式中 塞惯性力直线加速度 a，则柱塞轴向惯性力2 c o s 1 0 1 ( )zB z m a R t g a Ng - = - = 惯性力a 的方向相反，随缸体旋转角 a 按余弦规律变化。当 0a 和 180 时，惯性力最大值为 )(1 5 2 4 32601 5 0 a x 心反力向心加速度生的离心反力径向力。其值为 2 243 9 0 7 ( )15Zt z t m a R Ng t = = = =盘反力 N 斜盘反力通过柱塞球头中心垂直于斜盘平面，可以分解为轴向力 P 及径向力0c o s 1 2 5 6 0 c o s 1 5 1 2 1 3 2 ( )s i n 1 2 5 6 0 s i n 1 5 3 2 5 0 ( )P N = ?= = ?塞与柱塞腔壁之间的接触应力1触应力1 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 9 擦力112( ) ( 2 0 1 0 0 5 8 2 3 ) 0 . 1 2 5 9 2 . 3 ( ) p f N= + = + ?式中 f 为摩擦系数，常取 f =里取 分析柱塞受力，应取柱塞在柱塞腔中具有最小接触长度，即柱塞处于上死点时的位置。此时， N10y 12s i n 0tN p p p 000 00s i 0l 柱塞最小接触长度，根据经验0l=()d ，这里取0l=2d =78 l 柱塞名义长度，根据经验 l = (.7)d ，这里取0l=3d =117 柱塞重心至球心距离，l 2 7 8 5 7 . 6 2 0 . 4l m - =以上虽有三个方程，但其中2要增加一个方程才能求解。 根据相似原理有 1 m 02 m p l 又有 1 1 m a x 0 21 ()2p p l l2 m a x 212 p l d所以 2021 222() 将式 2021 222() 代入 12s i n 0tN p p p 求解接触长度 2l 。为简化计算，力矩方程中离心力 )(46 0002 z 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 10 将式 2021 222() 代入12c o s 0f p f p p p 可得 2201 )(1)s i n(t )(03 )(5 8 2 3)(s i 将以上两式代入 02233 2122001 57s in.c o s 式中 为结构参数。 2 202222022() ( 7 8 5 7 . 6 )11117 1 . 7 8( ) ( 7 8 5 7 . 6 ) 11117+= = =塞设计 塞结构型式 轴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： 点接触型柱塞 ,如图 一个 )。柱塞头作为一个球体 ,和旋转斜盘为点接触 ,各部分 ,简单的处理和方便。但由于接触应力大 ,柱塞头磨损、 剥落和下降沿 ,能在高压下工作 ,使用寿命低。在这种点接触柱塞泵在早期 ,现在很少有应用程序。 (2)线接触柱塞 ,如图 b)。柱塞头配有摇摆 ,摇摆头下方可以左右旋转柱塞球窝的中心。摇摆你的头是球形或飞机和斜板或表面接触 ,为了降低接触应力 ,提高泵的工作压力。摆动头和斜板的接触表面之间的空腔壳油润滑 ,等于平均滑动轴承 ,其值必须被限制在规定的范围内。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 11 与滑靴柱塞 (3),如图 c),柱塞头也配有摆头 ,称为滑靴 ,可以摇摆柱塞球头中心。滑靴与斜盘表面接触 ,接触应力小 ,能在高压下工作。高压油也可以通过柱塞中心孔和滑靴中心孔 ,沿滑靴表面泄漏 ,维护和之间有一层油膜润滑斜板 ,从而减少摩擦和磨损 ,大大增加。目前主要采用轴向柱塞泵。 （ a） ( b ) ( c ) 图 柱塞结构型式 图 闭薄壁柱塞 从图 见，三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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 12 因此，采用何种型式的柱塞要从工况条件性能要求整体结构等多方面权衡利弊，合理选择。 航空液压泵通常采用图 式的封闭壁结构。这种结构不仅有足够的刚度，而且重量减轻 10% 20%。剩余无效容积也没有增加。但这种结构工艺比较复杂，需要用电子束焊接。 塞结构尺寸设计 柱 塞直径柱塞分布塞直径 都是互相关联的。根据统计资料，在缸体上各柱塞孔直径 75%，即 由此可得 9 3 . 8 20 . 7 5 0 . 7 5md ? =式中 m 为结构参数。 m 随柱塞数 于轴向柱塞泵，其 m 值如表 Z 7 9 11 m 泵的理论流量据流量公式可得柱塞直径3 4 2 0 . 3z n 由上式计算出的应按有关标准选取标准直径 ,应选取 20柱塞直径从满足流量的要求而确定柱塞分布圆直径 24 1 . 9 5 3 9d m md t g Z = = 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 13 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，为使柱塞不致被卡死以及保持有足够的密封长度，应保证有最小留孔长度0l，一般取： 20 (1 0 ( 2 2 此，柱塞名义长度 l 应满足： 0 m a x m i nl l s l?+式中 柱塞最大行程； 柱塞最小外伸长度，一般取m i n 0 . 2 7 . 8zl d m m=。 根据经验数据，柱塞名义长度常取： ( 2 0 3 里取 3 1 1 7l d m m= 柱塞球头直径1 0 如图 示。 图 柱塞尺寸图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 14 为使柱塞在排油结束时圆柱面能完全进入柱塞腔，应使柱塞球头中心至圆柱面保持一定的距离般取 ( 0 )这里取 0 . 5 1 9 . 5d m m=。 柱塞均压槽 高压柱塞泵中往往在柱塞表面开有环行均压槽，起均衡侧向力改善润滑条件和存储赃物的作用。均压槽的尺寸常取：深 h=距 t=2 10际上，由于柱塞受到的径向力很大，均压槽的作用并不明显，还容易滑伤缸体上柱塞孔壁面。因此，目前许多高压柱塞泵中的柱塞不开设均压槽。 塞摩擦副比压 P比功对于柱塞与缸体这一对摩擦副，过大的接触应力不仅会增加摩擦副之间的磨损，而且有可能压伤柱塞或缸体。其比压应控制在摩擦 副材料允许的范围内。取柱塞伸出最长时的最大接触应力作为计算比压值，则 柱塞相对缸体的最大运动速度 tg f /a x 由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功 1m a x m a 1 0 . 5 5 1 1 . 5 5 . / 6 0 . /v R t g M p a m s p v M p a m = ? = 上式中的许用比压 p 许用速度 v 许用比功 值，视摩擦副材料而定，可参考表 表 材料性能 材料牌号 许用比压 p （ 许用滑动速度 v （ m/s） 许用比功 （ m/s） 4 30 8 60 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 柱塞受力分析与设计 15 1 15 3 20 球磨铸铁 10 5 18 柱塞与缸体这一对摩擦副，不宜选用热变形相差很大的材料，这对于油温高的泵更重要。同时在钢表面喷镀适当厚度的软金属来减少摩擦阻力，不选用铜材料还可以避 免 高 温 时 油 液 对 铜 材 料 的 腐 蚀 作 用 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 滑靴受力分析与设计 16 第三章 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。滑靴不仅增大了与斜盘的接触面减少了接触应力，而且柱塞底部的高压油液，经柱塞中心孔 0d 和滑靴中心孔0d，再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中。由于油液在封油带环缝中的流动，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。这种结构能适应高压力和高转速的需要。 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。一是柱塞底部液压力图把滑靴压向斜盘，称为压紧力一是由滑靴面直径为1者力图使滑靴与斜盘分离开，称为分离压紧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。下面对这组力进行分析。 离力 11 为柱塞结构与分离力分布图。根据流体学平面圆盘放射流动可知，油液经滑靴封油带环缝流动的泄漏量 q 的表达式为 31221()6 若 0，则 31216 式中 为封油带油膜厚度。 封油带上半径为 r 的任仪点压力分布式为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 滑靴受力分析与设计 17 21 2 221p p 若 0，则 2121 从上式可以看出，封油带上压力随半径增大而呈对数规律下降。封油带上总的分离力 图 滑靴结构及分离力分布 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 滑靴受力分析与设计 18 如图 微环面 2则封油带分离力22 2 2 212 2 1 1 11212 ( )2 l r p d R R P 油池静压分离力121 1 1 p总分离力22 25211 2 121() ( 1 4 1 1 ) 2 0 . 1 6 1 0 ( )142 l n2 l f p p p K = + =