叶片泵设计机电零部件设计数字化实践.docx

机电零部件设计数字化实践-全套图纸加153893706目录摘要：31 、叶片泵31.1叶片泵的简介31.2双作用叶片泵的结构及工作原理31.3叶片泵的应用42、软件的介绍42.2 AutoCAD 软件的介绍63三维建模过程:83.1泵体的建模过程83.1.1泵体的建模概览83.1.2泵体的具体建模过程：93.2配油盘的建模133.2.1、配油盘的建模概览133.2.2配油盘的具体建模过程143.3 主轴的建模过程193.4其余零件的建模193.4 叶片泵的装配204 二维工程图的绘制214.1左泵体的工程图绘制214.2主轴的工程图绘制224.3配油盘的工程图绘制234.4总装配图的绘制245心得体会25参考文献26摘要：对于机电专业来说，流体传动与控制是必不可少的一部分，而液压泵又是流体传动与控制系统中必不可少的动力元件。在工作或运行中能以各种不同的方式按工作机构的要求进行控制，是对现代液压系统最基本的要求。液压泵根据其工作时的要求不同，可以采用定排量或变排量工作方式；其结构形式可以是齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等多种形式，其中的叶片泵是广泛使用的一种液压泵。双作用叶片泵的两个吸油区和两个压油区在结构上是径向对称布置的，而且定、转子的安装装配中心重舍，定子内表面的工作曲线可以人为设计，因此，双作用定量叶片泵工作时的流量脉动小，因此，双作用定量叶片泵工作时的流量脉动小、定子和转子的径向受力平衡、容积效率高、噪音低，综合性能优越。本文通过使用软件Solidworks进行叶片泵的三维模型建立，通过软件AutoCAD进行零件及装配图的二维工程图的绘制，通过软件ansys进行部分零件的有限元分析。从而完成这个机电零部件的设计。关键词 : SolidWorks、叶片泵、建模、分析、设计、机电1 、叶片泵1.1叶片泵的简介叶片泵是转子槽内的叶片与泵壳(定子环)相接触，将吸入的液体由进油侧压向排油侧的泵。是一种常见的液压泵。根据结构来分，叶片泵有单作用式和双作用式两种。1、 单作用式叶片泵又称非平衡式泵，一般为变量泵;2、 双作用式叶片泵也称平衡式泵，一般是定量泵。1.2双作用叶片泵的结构及工作原理图3-9所示双作用式叶片泵是由定子6、转子3、叶片4、配油盘和泵体1组成，转子与定子同心安装，定子的内曲线是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧及四段过渡曲线所组成，共有八段曲线。如图3-9所示，转子作顺时针旋转，叶片在离心力作用下，径向伸出，其顶部在定子内曲线上滑动。此时，由两叶片、转子外圆、定子内曲线及两侧配油盘所组成的封闭的工作腔的容积在不断地变化，在经过右上角及左下角的配油窗口处时，叶片回缩，工作腔容积变小，液压缸油液通过压油窗口输出;在经过右下角及左上角的配油窗口处时，叶片伸出，工作腔容积 增加，油液通过吸油窗口吸人。在每个吸 油口与压油口之间，有一段封油区，对应于定子内曲线的四段圆弧处。双作用式叶片泵每转一转，每个工作腔完成吸油两次和压油两次，所以称其为 双作用式叶片栗，又因泵的两个吸油窗口与两个压油窗口是径向对称的，作用于转子上的液压力是平衡的，所以又称为平衡式叶片杲。定子曲线是影响双作用式叶片泵性能的一个关键因素，它将影响叶片泵的流量均勻性、噪声、磨损等问题，过渡曲线的选择主要考虑叶片在径向移动时的速度和加速度应 当均匀变化，避免径向速度有突变，使得加速度无限大，引起刚性冲击;同时又要保证叶片在作径向运动时，叶片顶部与定子内曲线表面不应产生脱空现象。目前，常用的定子曲线有等加速-等减速曲线、高次曲线和余弦曲线等。叶片泵在叶片数确定后，由每两个叶片所夹的工作腔所占的工作空间角度随之确定该角度所占区域应在配油盘上吸油口与压油口之间（封油区内），否则会造成液压缸吸油口与压油口相通;而定子曲线中四段圆弧所占的工作角度应大于液压缸封油区所对应的角度，否则会产生困油现象。1.3叶片泵的应用本设计所设计的定量叶片泵即双作用叶片泵是现今已经充分发展成熟的一种液压泵，现今已形成了诸多型号，各种新型叶片泵也在不断的研发中，其应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等都需要应用到叶片泵。随着液压技术的发展，叶片泵作为其中必不可少的动力元件，已经越来越深入到液压系统等各个领域，起到了举足轻重的作用。并已经成为人们生活中不可缺少的一种机械装置，融入到我们生活的每一个角落。2、软件的介绍SolidWorks 软件简介SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。solidworks的发展SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。 solidworks功能特点Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。2.2 AutoCAD 软件的介绍AutoCAD软件是由美国欧特克有限公司(Autodesk)出品的一款自动计算机辅助设计软件，可以用于绘制二维制图和基本三维设计，通过它无需懂得编程，即可自动制图，因此它在全球广泛使用，可以用于土木建筑，装饰装潢，工业制图，工程制图，电子工业，服装加工等多方面领域。AutoCAD的发展CAD(Computer Aided Design）诞生于60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故不能普遍应用。而当时的Autodesk公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。AutoCAD的功能特点功能：AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，以下介绍其基本功能。1、平面绘图：能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。2、绘图辅助工具：AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。3、编辑图形：AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。4、标注尺寸：可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。5、书写文字。能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。6、图层管理功能：图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。7、二次开发。AutoCAD允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言Autolisp、VisualLisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发。特点：AutoCAD与其他CAD产品相比，具有如下特点：1、直观的用户界面、下拉菜单、图标、易于使用的对话框等。2、丰富的二维绘图、编辑命令以及建模方式新颖的三维造型功能。3、多样的绘图方式，可以通过交互方式绘图，也可通过编程自动绘图。能够对光栅图像和矢量图形进行混合编辑。4、产生具有照片真实感（Phone或Gourand光照模型）的着色，且渲染速度快、质量高。5、多行文字编辑器与标准的Windows系统下的文字处理软件工作方式相同，并支持Windows系统的TrueType字体。数据库操作方便且功能完善。6、强大的文件兼容性，可以通过标准的或专用的数据格式与其他CAD、CAM系统交换数据。7、提供了许多Internet工具，使用户可通过AutoCAD在Web上打开、插入或保存图形。 8、开放的体系结构，为其他开发商提供了多元化的开发工具。3三维建模过程:3.1泵体的建模过程3.1.1泵体的建模概览3.1.2泵体的具体建模过程：1、 首先将三个基准面显示出来，然后正视某一基准面，进行建模。然后利用矩形命令，画出一个矩形，然后对矩形的变长进行定义，a=104mm，对矩形进行拉3.1伸处理，命令：特征-拉伸凸台，设置拉伸厚度：78mm。2、 在立方体的矩形面上，在中心点作一个直径80mm的圆，并进行拉伸切除命令，切除厚度为48mm。3、 选择右视基准面，进行草图绘制，在矩形三遍作三条相距6mm的直线，在另一边，作R=210mm的圆，使其最远端距离矩形边为8mm，进行拉伸切除，拉伸厚度两侧平均，总共为58mm，如下图所示：4、 以底面为基准面画草图，中心圆直径58mm，上端圆弧半径为46mm，下端圆弧半径为49mm，上下圆弧所对应的弦线长为36mm，交于直径80mm的圆上。草图画完之后，对其进行拉伸处理，最终成型如下图所示：5、 选择泵体内部凸台为草图基准面，进行草图的绘制:中心圆直径为34mm，上下圆弧的直径为10mm，上下两圆弧圆心距离中心圆距离为21mm，草图绘制完成之后，对其进行拉伸凸台处理，成型到底面，形成凸台。如下图所示：6、 选择泵体的右剖视图，并选择右视基准面作为草图基准面，进行草图的绘制：泵体底面线上，距离中心线39mm处开始，到泵体上表面线上，距离底面为9mm处结束，做一个稍大的多边形，草图绘制完毕，并对其进行旋转切除处理，旋转轴选择中心线，实际成型图如下图所示： 7、 选择泵体底面作为草图基准面，进行草图的绘制，在以泵体中心线为中心的正方形的四个定点为圆心画圆，正方形边长为78mm，圆的直径为26mm，并对其进行拉伸切除处理，其成型图如下图所示：8、 在步骤7的基础上，在同样的位置进行草图绘制，圆的直径为20mm，并对其进行拉伸切除，切除深度为13mm，其成型图如下图所示。9、 在步骤8的基础上，在同样的位置精心草图绘制，圆的直径为13mm，并对其进行拉伸切除，完全贯通，最终成型图如下图所示。 10、 以泵体内凸台为草图基准面，在泵体凸台两侧建立两个圆，直径为7.5mm，深度为5mm，采用孔向导命令，选择对应的开孔类型，具体成型图如下图所示：11、 对泵体的四条边进行倒圆角处理，圆角半径为13mm，成型图如下图所示：12、 在泵体下侧建立凸台，凸台中间圆直径为50mm，宽度为58mm，上下边线与水平线成15夹角。作图完毕，对其进行拉伸凸台处理，成型图如下图所示:13、 以步骤12中新建的凸台面为草图基准面，进行管道的建立，以凸台面中心作一个直径为50mm的圆，并对其进行进行拉伸切除命令，然后对切除的孔，进行螺纹装饰处理，具体成型图如下图所示:14、 对上述建立的凸台进行倒圆角处理，圆角半径为R3R5，最终模型的具体成型图如下图所示：3.2配油盘的建模3.2.1、配油盘的建模概览3.2.2配油盘的具体建模过程1、先调出正视基准面，然后以正视基准面为草图基准面作图，草图参数及草图成型如下图所示，草图绘制完毕，对其进行旋转凸台命令，旋转轴距离草图为9mm,具体成型图如下图所示：2、以配油盘大端面为草图基准面，作一个圆环，圆环外径为37mm，内径为29mm，并对其进行拉伸切除命令，切除深度为3mm，具体成型图如下图所示：3、以配油盘大端面为草图基准面，作圆弧，圆弧内径为57mm，在圆弧两端，用R3圆弧进行缓和，两圆最远距离夹角为54，在圆与外缘之间由直线连接，两直线之间夹角为49，具体成型图如下图所示：4、对步骤三的实体进行镜像处理，采用镜像命令，使其在端面上呈180分布，具体成型图如下图所示：5、以配油盘的大端面为基准面，作直径72mm的圆，并在该圆的边线上做两个呈180分布的M4螺纹孔，深度为9mm，具体成型图如下图所示：6、以配有盘大端面为草图基准面，重复步骤三的过程，取消直线连接，另作一直径为62mm的圆，相交之后删除多余的线条，然后对其进行拉伸切除命令，切除之后，再对其使用镜像命令，具体操作方式如步骤4所示，具体成型图如下图所示：7、以配油盘小端面为草图基准面，作一个圆环，圆环的内径为74mm，外径为80mm，并对其进行拉伸切除命令，切除厚度为4.8mm，具体成型图如下图所示：8、以配油盘小端面为草图基准面，作一个圆环，圆环的外径是68mm，内径是52mm，并对其进行拉伸切除命令，切除厚度为5mm，具体成型图如下图所示：9、以上述所切除的部分的端面为草图基准面，建立如步骤6所示的草图，然后在步骤6中切除的实体草图及刚建立的草图之间建立一条引导线，然后对其进行放样命令，放样完成之后，再对该实体进行镜像命令，使其呈180分布，具体成型图如下图所示：10、将配油盘模型调整到右视基准面，并进入剖视图界面，然后以距离配有盘小端面4.5mm，的位置开始，作一条与中轴线成45夹角的直线，以该直线为轴线，对其进行旋转切除命令，切除的圆柱体直径为2mm，孔的类型为通孔。然后对刚生成的通孔进行镜像命令，使其呈180分布，具体成型图如下图所示：11、调整模型为上视基准面在步骤10的基础上，建立类似的通孔，并与上述通孔呈90分布，其旋转切除轴线与中心轴线夹角为30，通孔的直径为3mm。然后对上述所建立的通孔进行镜像处理，两孔呈180分布，具体成型图如下图所示：12、建立新的草图基准面。基准面1，第一参考选取步骤6中圆弧面，以相切方式定义，第二参考选取中心轴；基准面2，第一参考选取基准面中圆弧与圆弧之间的交界线，第二参考选取中心轴，具体成型图如下图所示：13、以新建基准面2为草图基准面，建立边长为3mm，的三角形，再以新建基准面1为草图基准面，作边长为1.5mm的三角形，并在两基准面上作引导线，然后对其进行放样命令。在放样切除，在放样结束之后，对其特征惊醒镜像处理，最终成型图如下图所示：3.3 主轴的建模过程由于前文讲述过泵体和配油盘的详细建模过程， 在主轴这里就不详细给出具体过程图，以下只给出主轴建模概览，即：从开始到成型的过程。如下图所示：1、 首先调出前视基准面作为草图基准面，进行草图的绘制，草图绘制完毕，进行旋转凸台命令，成型图如上图所示：2、 对步骤1中所生成的轴进行倒角处理，成型图如上图所示：3、 建立新的基准面，基准面距离中心基准面距离为主轴半径，在新的基准面上绘制键槽草图，然后进行拉伸切除命令，具体成型图如上图所示：4、 建立新的基准面，基准面参数1为与步骤3中新建基准面平行，距离为主轴直径，然后进行草图绘制，并进行拉伸切除命令，具体成型图如上图所示：5、 以一轴肩端面为草图基准面，然后进行花键草图的绘制，并进行拉伸切除命令，具体成型图如下图所示：6、 进行花键槽拉伸切除后的倒角处理，最终成型图如上图所示。3.4其余零件的建模由于其他零件结构都很简单，使用的命令都是基础的拉伸(旋转)凸台（切除）等命令，基准面的建立等命令也已经在前文叙述过了，因此在本文中，由于篇幅原因，就不进行详细的叙述，以下是所有零件的名称：01左泵体、02定子、03叶片、04转子、05左配油盘、06右配油盘、07右泵体、08盖板、09轴、10骨架式油封、11密封圈、12轴用弹性挡圈、13轴承、14孔用弹性挡圈、15，16，17密封圈、18开槽圆柱头螺钉、19轴承、20，21内六角圆柱头螺钉3.4 叶片泵的装配为了让各个零件有区分性，故此，先对各个零件进行渲染，即进行外观处理。然后开始转子泵的装配。1、 新建一个装配体，插入零件，选择左泵体，然后点击【视图】命令，选择其中的【原点】，然后将左泵体放在原点出，进行固定。2、 插入其他的与泵体配合的零件，然后进行一系列的装配命令，使其进行装配。3、 重复步骤2，选择相应的装配零件，进行装配。4、 某些零件在建模的时候只建了一个，例如螺钉、叶片等零件，需要重复使用，则在插入零件之后对其使用复制命令：按住【ctrl】，拖动鼠标左键，即可复制相应零件。5、 最终给装配图如下图所示：装配完成之后，对装配体进行爆炸视图处理，让各个零件分散开来，具体爆炸视图如下图所示：4 二维工程图的绘制4.1左泵体的工程图绘制通过三维建模软件solidworks将左泵体的三维模型导入到工程