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基于UG的轴向柱塞泵设计【6张图/18600字】【优秀机械毕业设计论文】

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基于UG的轴向柱塞泵设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

A0-轴向柱塞泵装配图.dwg

A2-奇数柱塞泵瞬时流量图.dwg

A2-柱塞受力图.dwg

A2-零件图传动轴.dwg

A2-零件图滑靴.dwg

A3-零件图配油盘.dwg

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关键词：: 基于 ug 轴向柱塞设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。60页，18600字。
任务书一份。
开题报告一份。

图纸共6张，如下所示
A0-轴向柱塞泵装配图.dwg
A2-奇数柱塞泵瞬时流量图.dwg
A2-柱塞受力图.dwg
A2-零件图传动轴.dwg
A2-零件图滑靴.dwg
A3-零件图配油盘.dwg

摘要

柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗﹑提高系统的效率﹑降低噪声﹑改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要
本设计对轴向柱塞泵进行了分析,主要分析了轴向柱塞泵的分类,对其中的结构,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和设计,还包括它们的受力分析与计算.还有对缸体的材料选用以及校核很关键;最后对变量机构分类型式也进行了详细的分析,比较了它们的优点和缺点.该设计最后对轴向柱塞泵的优缺点进行了整体的分析,对今后的发展也进行了展望.

关键词: 柱塞泵,液压系统,结构型式,今后发展.

Abstract

Liquid's pressing a pump is the motive component of oil liquid which presses system to provide certain discharge and pressure toward the liquid, it is each core component that the liquid presses the indispensability in the system, reasonable of choice liquid's pressing a pump can consume a ﹑ exaltation the efficiency ﹑ of the system to lower a Zao voice ﹑ an improvement work function and assurance system for liquid pressing system of of dependable work all very important
This design filled a pump to carry on toward the pillar to the stalk analytical, mainly analyzed stalk to fill the classification of pump toward the pillar, as to it's win of structure, for example, the pillar fill of the ﹑ slippery Xue structure pattern ﹑ of the structure pattern went together with the oil dish structure pattern's etc. to carry on analysis and design, also include their is analyze by dint with calculation.The material which still has a body to the urn chooses in order to and school pit very key;Finally measure an organization classification towards change, the pattern also carried on detailed analysis and compared their advantage and weakness.That design end filled the merit and shortcoming of pump to carry on whole analysis toward the pillar to the stalk and also carried on an outlook to aftertime's development.

Keyword: The pillar fills a pump, the liquid presses system, structure pattern, will develop from now on.

摘要…………………………………………………………………………………………… Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ

绪论……………………………………………………………………………………………4
1轴向柱塞泵工作原理与性能参数……………………………………………… 6
1.1轴向柱塞泵工作原理……………………………………………………………… 6
1.2轴向柱塞泵主要性能参数………………………………………………………… 6
1.2.3排量﹑流量与容积效率……………………………………………………………… 7
1.2.2扭矩与机械效率 8
1.2.3功率与效率…………………………………………………………………………… 9
2 轴向柱塞泵运动学及流量品质分析………………………………………… 10
2.1柱塞运动学分析…………………………………………………………………………10
2.1.1柱塞行程S…………………………………………………………………………… 11
2.1.2柱塞运动速度分析v………………………………………………………………… 12
2.1.3柱塞运动加速度a…………………………………………………………………… 13
2.2滑靴运动分析…………………………………………………………………………… 14
2.3瞬时流量及脉动品质分析……………………………………………………………… 15
2.3.1脉动频率…………………………………………………………………… 15
2.3.2脉动率…………………………………………………………………………………16
3 柱塞受力分析与设计………………………………………………………………………17
3.1柱塞受力分析……………………………………………………………………………17
3.1.1柱塞底部的液压力 …………………………………………………………………17
3.1.2柱塞惯性力……………………………………………………………………………18
3.1.3离心反力 ……………………………………………………………………………18
3.1.4斜盘反力N…………………………………………………………………………… 19
3.1.5柱塞与柱塞腔壁之间的接触应力和 ………………………………………… 20
3.1.6摩擦力和 ………………………………………………………………………20
3.2柱塞设计………………………………………………………………………………… 21
3.2.1柱塞结构型式…………………………………………………………………………22
3.2.2柱塞结构尺寸设计……………………………………………………………………23
3.2.3柱塞摩擦副比压P﹑比功验算……………………………………………………23
4滑靴受力分析与设计………………………………………………………………………25
4.1滑靴受力分析…………………………………………………………………………… 25
4.1.1分离力…………………………………………………………………………………26
4.1.2压紧力 ………………………………………………………………………………27
4.1.3力平衡方程式…………………………………………………………………………27
4.2滑靴设计………………………………………………………………………………… 28
4.2.1剩余压紧力法…………………………………………………………………………28
4.3滑靴结构型式与结构尺寸设计…………………………………………………………29
4.3.1滑靴结构型式…………………………………………………………………………29
4.3.2结构尺寸设计……………………………………………………………………… 31
5 配油盘受力分析与设计………………………………………………………………… 32
5.1配油盘受力分析………………………………………………………………………… 32
5.1.1压紧力 ………………………………………………………………………………33
5.1.2分离力 …………………………………………………………………………… 34
5.2配油盘设计……………………………………………………………………………… 35
5.2.1过渡区设计……………………………………………………………………………35
5.2.2配油盘主要尺寸确定…………………………………………………………………37
5.2.3验算比压p﹑比功pv………………………………………………………………… 38
6 缸体受力分析与设计………………………………………………………………………40
6.1缸体的稳定性……………………………………………………………………………40
6.2缸体主要结构尺寸的确定………………………………………………………………40
6.2.1通油孔分布圆半径和面积F…………………………………………………… 40
6.2.2缸体内﹑外直径 ﹑ 的确定…………………………………………………… 42
6.2.3缸体高度H…………………………………………………………………………… 43
7柱塞回程机构设计…………………………………………………………………………44
8 斜盘力矩分析……………………………………………………………………………… 46
8.1柱塞液压力矩 ……………………………………………………………………… 46
8.2过渡区闭死液压力矩……………………………………………………………………46
8.2.1具有对称正重迭型配油盘……………………………………………………………46
8.2.2零重迭型配油盘………………………………………………………………………47
8.2.3带卸荷槽非对称正重迭型配油盘……………………………………………………47
8.3回程盘中心预压弹簧力矩 ………………………………………………………… 48
8.4滑靴偏转时的摩擦力矩 …………………………………………………………… 48
8.5柱塞惯性力矩 ……………………………………………………………………… 48
8.6柱塞与柱塞腔的摩擦力矩 …………………………………………………………49
8.7斜盘支承摩擦力矩 …………………………………………………………………49
8.8斜盘与回程盘回转的转动惯性力矩 ………………………………………………50
8.9斜盘自重力矩 ………………………………………………………………………50
9 变量机构……………………………………………………………………………………51
9.1手动变量机构……………………………………………………………………………51
9.2手动伺服变量机构………………………………………………………………………53
9.3恒功率变量机构…………………………………………………………………………55
9.4恒流量变量机构…………………………………………………………………………56
结论…………………………………………………………………………………………… 57
参考文献………………………………………………………………………………………58
致谢…………………………………………………………………………………………… 59

题目基于UG的轴向柱塞泵设计
设计的主要任务与具体要求：
该课题首先对目前轴向柱塞泵设计的国内外发展状况进行分析，展望轴向柱塞泵设计的方向和发展趋势，然后简述轴向柱塞泵设计的关键技术问题。最后提出自己的设计方案。
轴向柱塞泵参数：公称排量为40ml/r；公称压力16MPa；效率大于86%。
主要任务：
1、完成轴向柱塞泵方案设计；
2、完成设计草图；
3、完成所有参数、尺寸的设计计算。（包括电动机的功率、转速、关键零件的强度等）
4、完成三维装配及工程图（折合成两张以上A0图），并进行UG装配仿真、运动仿真；
5、完成设计说明书（8000字以上）。
6、外文资料的翻译（翻译一篇与该课题相关的英文资料，不少于2000印刷符号）；
进度安排（包括时间划分和各阶段主要工作内容）
第七学期第十七周~第十八周（2010-12~26-2011-1-8）完成毕业设计开题报告
第八学期第一周~第二周（2011-2~27-2011-3-12）完成设计课题的草图
第八学期第二周~第五周（2011-3~13-2011-4-2）完成设计课题的相关计算，迎接中期检查
第八学期第六周～第十周(2011-4-3～2011-5-8) 完成毕业设计说明书及外文资料的翻译
第八学期第十一周 (2011-5-8～2011-5-14) 毕业设计资料提交与审阅
第八学期第十二周（2011-5-15～2011-5-21）毕业答辩
主要参考文献
1．杨可贞《机械设计基础》高等教育出版社2007.9
2．熊良山《机械制造技术基础》华中科技大学出版社2000.11
3．成大先《机械设计手册》化学工业出版社2008.5
4．网络搜索“轴向柱塞泵”
题目基于UG的轴向柱塞泵设计
一、选题背景
轴向柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗﹑提高系统的效率﹑降低噪声﹑改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要
随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压﹑高速化﹑大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，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。是飞机上所用的液压泵中最主要的一种型式。

二、课题设计
2.1课题的内容
本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流﹑轴配流﹑端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压﹑高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸﹑结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。
该课题首先对目前轴向柱塞泵设计的国内外发展状况进行分析，展望轴向柱塞泵设计的方向和发展趋势，然后简述轴向柱塞泵设计的关键技术问题。最后提出自己的设计方案。
轴向柱塞泵参数：公称排量为40ml/r；公称压力16MPa；效率大于86%。
主要任务：
1、完成轴向柱塞泵方案设计；
2、完成设计草图；
3、完成所有参数、尺寸的设计计算。（包括电动机的功率、转速、关键零件的强度等）
4、完成三维装配及工程图（折合成两张以上A0图），并进行UG装配仿真、运动仿真；
5、完成设计说明书（8000字以上）。
6、外文资料的翻译（翻译一篇与该课题相关的英文资料，不少于2000印刷符号）；
三、课题研究现状
美国的柱塞泵发展最早，质量也最好。我国研究的起步较晚，随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压﹑高速化﹑大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，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。

四、课题设计方案
本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流﹑轴配流﹑端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压﹑高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸﹑结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。
柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔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休均为圆柱形，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。
柱塞式液压泵种类繁多，前者柱塞平行于缸体轴线，沿轴向按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类运动，后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动。这两类泵既可做为液压泵用，也可做为液压马达用。
泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。
正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。
柱塞式液压泵的显著缺点是结构比较复杂，零件制造精度高，成本也高，对油液污染敏感。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。

五、预期结果
综上所述，按照此方案的设计，可以满足要求达到标准。
六、设计主要步骤
1.1轴向柱塞泵工作原理
1.2轴向柱塞泵主要性能参数
1.2.3排量﹑流量与容积效率
1.2.2扭矩与机械效率
1.2.3功率与效率
2 轴向柱塞泵运动学及流量品质分析
2.1柱塞运动学分析
2.1.1柱塞行程S
2.1.2柱塞运动速度分析
2.1.3柱塞运动加速度
2.2滑靴运动分析
2.3瞬时流量及脉动品质分析
2.3.1脉动频率
2.3.2脉动率
3 柱塞受力分析与设计
3.1柱塞受力分析
3.1.1柱塞底部的液压力
3.1.2柱塞惯性力
3.1.3离心反力
3.1.4斜盘反力N
3.1.5柱塞与柱塞腔壁之间的接触应力和
3.1.6摩擦力和
3.2柱塞设计
3.2.1柱塞结构型式
3.2.2柱塞结构尺寸设计
3.2.3柱塞摩擦副比压P﹑比功验算
4滑靴受力分析与设计
4.1滑靴受力分析
4.1.1分离力
4.1.2压紧力
4.1.3力平衡方程式
4.2滑靴设计
4.2.1剩余压紧力法
4.3滑靴结构型式与结构尺寸设计
4.3.1滑靴结构型式
4.3.2结构尺寸设计
5 配油盘受力分析与设计
5.1配油盘受力分析
5.1.1压紧力
5.1.2分离力
5.2配油盘设计
5.2.1过渡区设计
5.2.2配油盘主要尺寸确定
5.2.3验算比压p﹑比功pv
6 缸体受力分析与设计
6.1缸体的稳定性
6.2缸体主要结构尺寸的确定
6.2.1通油孔分布圆半径和面积F
6.2.2缸体内﹑外直径 ﹑ 的确定
6.2.3缸体高度H
7柱塞回程机构设计
8 斜盘力矩分析
8.1柱塞液压力矩
8.2过渡区闭死液压力矩
8.2.1具有对称正重迭型配油盘
8.2.2零重迭型配油盘
8.2.3带卸荷槽非对称正重迭型配油盘
8.3回程盘中心预压弹簧力矩
8.4滑靴偏转时的摩擦力矩
8.5柱塞惯性力矩
8.6柱塞与柱塞腔的摩擦力矩
8.7斜盘支承摩擦力矩
8.8斜盘与回程盘回转的转动惯性力矩
8.9斜盘自重力矩
9 变量机构
9.1手动变量机构
9.2手动伺服变量机构
9.3恒功率变量机构
9.4恒流量变量机构

七、进度计划
序号任务名称开始时间结束时间
1 选题
2 查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定系统设计方案
3 开题
4 进行毕业设计
5 中期检查
6 上交毕业设计正稿打印版及电子材料，毕业设计及设计说明书光盘，完成毕业答辩ppt
7 毕业答辩
八、参考文献
[1] 霍继昌，机械制造工艺学及夹具设计。北京：中国展堂出版社，1987年
[2] 李华，机械制造技术。北京：机械工业出版社，1997.8
[3] 倪小丹，杨继荣，熊运昌，机械制造技术基础。北京：清华大学出版社，2007.3
[4] 上海市大专院校机械制造工艺学协作组，机械制造工艺学（修订本）。福建：福建科学技术出版社，1996.10第2版
[5] 周宏甫，机械制造技术基础. 北京：高等教育出版社，2005重印
[6] 李守勇，机械制造工艺与机床夹具。北京：机械工业出版社，1994.7
[7] 于光国，马俊，张兴发，机床夹具设计。重庆：重庆大学出版社，1995.12
[8] 孙光华，工装设计. 北京：机械工业出版社，1998，5
[9] 彭庆林，陈从桂，箱体加工工艺方案分析。南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001
[10] 于靖华，基于特征的箱体零件CAPP系统的研究。大连，大连大学机械工程学院1001—2265(2006)06—0094—03

基于UG的轴向柱塞泵设计

内容简介：: - 本科毕业设计开题报告题目：系别：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：指导教师： 2011 年 3 月 20 日 - 1 - 本科毕业设计开题报告系别机电工程系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号联系方式题目基于轴向柱塞泵设计一、选题背景轴向柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件 ,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件 ,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压高速化大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，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。是飞机上所用的液压泵中最主要的一种型式。二、课题设计题的内容本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流轴配流端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。该课题首先对目前轴向柱塞泵设计的国内外发展状况进行分析，展望轴向柱塞泵设计的方向和发展趋势，然后简述轴向柱塞泵设计的关键技术问题。最后提出自己的设计方案。轴向柱塞泵参数：公称排量为 40ml/r；公称压力 16率大于 86%。 - 2 - 主要任务： 1、完成轴向柱塞泵方案设计； 2、完成设计草图； 3、完成所有参数、尺寸的设计计算。（包括电动机的功率、转速、关键零件的强度等） 4、完成三维装配及工程图（折合成两张以上），并进行配仿真、运动仿真； 5、完成设计说明书（ 8000 字以上）。 6、外文资料的翻译（翻译一篇与该课题相关的英文资料，不少于 2000 印刷符号）；三、课题研究现状美国的柱塞泵发展最早，质量也最好。我国研究的起步较晚，随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压高速化大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，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。四、课题设计方案本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流轴配流端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔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休均为圆柱形，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。柱塞式液压泵种类繁多，前者柱塞平行于缸体轴线，沿轴向按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类运动，后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动。这两类泵既可做为液压泵用，也可做为液压马达用。 - 3 - 泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。柱塞式液压泵的显著缺点是结构比较复杂，零件制造精度高，成本也高，对油液污染敏感。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。五、预期结果综上所述，按照此方案的设计，可以满足要求达到标准。六、设计主要步骤向柱塞泵工作原理向柱塞泵主要性能参数量流量与容积效率矩与机械效率率与效率 2 轴向柱塞泵运动学及流量品质分析塞运动学分析塞行程 S 塞运动速度分析塞运动加速度靴运动分析时流量及脉动品质分析 - 4 - 动频率动率 3 柱塞受力分析与设计塞受力分析塞惯性力盘反力 N 塞设计塞结构型式塞结构尺寸设计塞摩擦副比压 P比功4 滑靴受力分析与设计靴受力分析离力平衡方程式靴设计余压紧力法靴结构型式与结构尺寸设计靴结构型式构尺寸设计 5 配油盘受力分析与设计油盘受力分析油盘设计渡区设计油盘主要尺寸确定算比压 p比功缸体受力分析与设计体的稳定性 - 5 - 体主要结构尺寸的确定油孔分布圆半径面积 F 体内外直径1D2体高度 H 7 柱塞回程机构设计 8 斜盘力矩分析渡区闭死液压力矩有对称正重迭型配油盘重迭型配油盘卸荷槽非对称正重迭型配油盘程盘自重力矩9量机构动变量机构动伺服变量机构功率变量机构流量变量机构七、进度计划序号任务名称开始时间结束时间 1 选题 2 查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定系 - 6 - 统设计方案 3 开题 4 进行毕业设计 5 中期检查 6 上交毕业设计正稿打印版及电子材料，毕业设计及设计说明书光盘，完成毕业答辩毕业答辩 2011011、参考文献 1 霍继昌，机械制造工艺学及夹具设计。北京：中国展堂出版社， 1987 年 2 李华，机械制造技术。北京：机械工业出版社， 3 倪小丹，杨继荣，熊运昌，机械制造技术基础。北京：清华大学出版社， 4 上海市大专院校机械制造工艺学协作组，机械制造工艺学（修订本）。福建：福建科学技术出版社， 2 版 5 周宏甫，机械制造技术基础 . 北京：高等教育出版社， 2005 重印 6 李守勇，机械制造工艺与机床夹具。北京：机械工业出版社， 7 于光国，马俊，张兴发，机床夹具设计。重庆：重庆大学出版社， 8 孙光华，工装设计 . 北京：机械工业出版社， 1998， 5 9 彭庆林，陈从桂，箱体加工工艺方案分析。南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001 10 于靖华，基于特征的箱体零件统的研究。大连，大连大学机械工程学院 1001 2265(2006)06 0094 03 指导教师意见：指导教师签名：年月日 - 7 - 教研室审核意见：教研室主任签名：年月日备注：本开题报告须装入学生的毕业设计（论文）档案袋存档。广师天河学院本科毕业设计任务书系别机电工程系专业机械设计制造及自动化班级本机制 072 学生姓名林麒学号 2007610743149 指导教师方小天职称高级工程师题目基于轴向柱塞泵设计设计的主要任务与具体要求：该课题首先对目前轴向柱塞泵设计的国内外发展状况进行分析，展望轴向柱塞泵设计的方向和发展趋势，然后简述轴向柱塞泵设计的关键技术问题。最后提出自己的设计方案。轴向柱塞泵参数：公称排量为 40ml/r；公称压力 16率大于 86%。主要任务： 1、完成轴向柱塞泵方案设计； 2、完成设计草图； 3、完成所有参数、尺寸的设计计算。（包括电动机的功率、转速、关键零件的强度等） 4、完成三维装配及工程图（折合成两张以上），并进行配仿真、运动仿真； 5、完成设计说明书（ 8000 字以上）。 6、外文资料的翻译（翻译一篇与该课题相关的英文资料，不少于 2000 印刷符号）；进度安排（包括时间划分和各阶段主要工作内容）第七学期第十七周第十八周（ 20106 完成毕业设计开题报告第八学期第一周第二周（ 20117 完成设计课题的草图第八学期第二周第五周（ 20113 完成设计课题的相关计算，迎接中期检查第八学期第六周第十周 (20112011 完成毕业设计说明书及外文资料的翻译第八学期第十一周 (20112011 毕业设计资料提交与审阅第八学期第十二周（ 20112011 毕业答辩主要参考文献 1 杨可贞机械设计基础高等教育出版社熊良山机械制造技术基础华中科技大学出版社成大先机械设计手册化学工业出版社网络搜索“ 轴向柱塞泵 ” 指导教师签名教研室审核意见系审核意见任务接受人（签名）年月日负责人：年月日负责人：年月日年月日备注： 1、本任务书一式三份，由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，系、指导教师和学生各执一份。 2、本任务书须装入学生的毕业设计（论文）档案袋存档。摘要柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件 ,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件 ,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要本设计对轴向柱塞泵进行了分析 ,主要分析了轴向柱塞泵的分类 ,对其中的结构 ,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和设计 ,还包括它们的受力分析与计算最后对变量机构分类型式也进行了详细的分析 ,比较了它们的优点和缺点整体的分析 ,对今后的发展也进行了展望 . 关键词 : 柱塞泵 ,液压系统 ,结构型式 ,今后发展 . s a is of to it is in of s a a of to a an of of a to on to to of as to its of of ue of s to on is by a to in to an on of to on to on an to s a 2 目录摘要绪论 4 1 轴向柱塞泵工作原理与性能参数 6 向柱塞泵工作原理 6 向柱塞泵主要性能参数 6 量流量与容积效率 7 矩与机械效率 . 8 率与效率 9 2 轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 10 塞运动学分析 10 塞行程 S 11 塞运动速度分析 v 12 塞运动加速度 a 13 靴运动分析 14 时流量及脉动品质分析 15 动频率 15 动率 16 3 柱塞受力分析与设计 17 塞受力分析 17 塞底部的液压力 17 塞惯性力 18 心反力 18 19 塞与柱塞腔壁之间的接触应力1 20 20 塞设计 21 塞结构型式 22 塞结构尺寸设计 23 塞摩擦副比压 P比功 23 3 4 滑靴受力分析与设计 25 靴受力分析 25 离力 26 紧力27 平衡方程式 27 靴设计 28 余压紧力法 28 靴结构型式与结构尺寸设计 29 靴结构型式 29 构尺寸设计 31 5 配油盘受力分析与设计 32 油盘受力分析 32 紧力33 离力 34 油盘设计 35 渡区设计 35 油盘主要尺寸确定 37 算比压 p比功 38 6 缸体受力分析与设计 40 体的稳定性 40 体主要结构尺寸的确定 40 油孔分布圆半径面积 F 40 体内外直径1D2 42 体高度 H 43 7 柱塞回程机构设计 44 8 斜盘力矩分析 46 塞液压力矩1M 46 渡区闭死液压力矩 46 有对称正重迭型配油盘 46 重迭型配油盘 47 卸荷槽非对称正重迭型配油盘 47 4 程盘中心预压弹簧力矩3M 48 靴偏转时的摩擦力矩4M 48 塞惯性力矩5M 48 塞与柱塞腔的摩擦力矩6M 49 盘支承摩擦力矩7M 49 盘与回程盘回转的转动惯性力矩8M 50 盘自重力矩9M 50 9 变量机构 51 动变量机构 51 动伺服变量机构 53 功率变量机构 55 流量变量机构 56 结论 57 参考文献 58 致谢 59 基于学生姓名：学生学号：院（系）：年级专业：指导教师： 2011 年 3 月 22 号基于摘要轴向柱塞泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件 ,它是每个液压系统中不可缺少的核心元件 ,合理的选择液压泵对于液压系统的能耗提高系统的效率降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要本设计对轴向柱塞泵进行了分析 ,主要分析了轴向柱塞泵的分类 ,对其中的结构 ,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和设计 ,还包括它们的受力分析与计算最后对变量机构分类型式也进行了详细的分析 ,比较了它们的优点和缺点对今后的发展也进行了展望 . 关键词 : 柱塞泵 ,液压系统 ,结构型式 ,今后发展 . s a is of to it is in of s a a of to a an of of a to on to to of as to its of of ue of s to on is by a to in to an on of to on to on an to s a - 1 - 目录摘要绪论 4 1 轴向柱塞泵工作原理与性能参数 6 向柱塞泵工作原理 6 向柱塞泵主要性能参数 6 量流量与容积效率 7 矩与机械效率 . 8 率与效率 9 2 轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 10 10 塞行程 S 11 塞运动速度分析 v 12 塞运动加速度 a 13 靴运动分析 14 时流量及脉动品质分析 15 动频率 15 动率 16 3 柱塞受力分析与设计 17 17 塞底部的液压力 17 塞惯性力 18 心反力 18 19 塞与柱塞腔壁之间的接触应力1 20 20 塞设计 21 塞结构型式 22 塞结构尺寸设计 23 塞摩擦副比压 P比功 23 - 2 - 4 滑靴受力分析与设计 25 靴受力分析 25 离力 26 27 平衡方程式 27 靴设计 28 余压紧力法 28 29 靴结构型式 29 构尺寸设计 31 5 配油盘受力分析与设计 32 油盘受力分析 32 33 离力 34 油盘设计 35 渡区设计 35 油盘主要尺寸确定 37 p比功 38 6 缸体受力分析与设计 40 体的稳定性 40 体主要结构尺寸的确定 40 油孔分布圆半径面积 F 40 直径1D2 42 43 7 柱塞回程机构设计 44 8 斜盘力矩分析 46 塞液压力矩1M 46 渡区闭死液压力矩 46 有对称正重迭型配油盘 46 重迭型配油盘 47 卸荷槽非对称正重迭型配油盘 47 程盘中心预压弹簧力矩3M 48 靴偏转时的摩擦力矩4M 48 塞惯性力矩5M 48 - 3 - 塞与柱塞腔的摩擦力矩6M 49 盘支承摩擦力矩7M 49 盘与回程盘回转的转动惯性力矩8M 50 盘自重力矩9M 50 9 变量机构 51 动变量机构 51 动伺服变量机构 53 功率变量机构 55 流量变量机构 56 结论 57 参考文献 58 致谢 59 4 绪论随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压高速化大流量的一种最理想的结构，在相同功率情况下，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。而轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，故转速较高；另外，轴向柱塞泵易于变量，能用多种方式自动调节流量，流量大。由于上述特点，轴向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，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。是飞机上所用的液压泵中最主要的一种型式。本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流轴配流端面配流三种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对轴向柱塞泵结构中的滑靴作了介绍，滑靴一般分为三种形式；对缸体的尺寸结构等也作了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔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休均为圆柱形，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。柱塞式液压泵种类繁多，前者柱塞平行于缸体轴线，沿轴向按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类运动，后者柱塞垂直于配油轴，沿径向运动。这两类泵既可做为液压泵用，也可做为液压马达用。泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电 5 机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。柱塞式液压泵的显著缺点是结构比较复杂，零件制造精度高，成本也高，对油液污染敏感。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。 6 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 1 1 直轴式轴向柱塞泵工作原理直轴式轴向柱塞泵主要结构如图示。柱塞的头部安装有滑靴，滑靴底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平面（）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 n 方向旋转，在 180 360 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，直至上死点 (对应 0 位置 )止。在这过程中，柱塞腔刚好与配油盘吸油窗相通，油液被吸人柱塞腔内，这是吸油过程。随着缸体继续旋转，在 0 180 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。在这过程中，柱塞腔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，缸体每转一跳各个往塞有半周吸油、半周排油。如果缸体不断旋转，泵便连续地吸油和排油。图轴式轴向柱塞泵工作原理轴式轴向柱塞泵主要性能参数轴向柱塞泵参数：公称排量为 40ml/r；公称压力 16 效率大于 86%。 7 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= 2(1 9 . 5 0 . 2 ) (1 9 . 5 0 . 2 2 ) 94p 创创创 ) 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 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。排量是液压泵的主要性能参数之一，是泵几何参数的特征量。相同结构型式的系列泵中，排量越大，作功能力也越大。因此，对液压元件型号命名的标准中明确规定用排量作为主参数来区别同一系列不同规格型号的产品。从泵的排量公式 24b x fq d D Z 中可以看出，柱塞直径布圆直径塞数且当原动机确定之后传动轴转速 8 变的量。要想改变泵输出流量的方向和大小，可以通过改变斜盘倾斜角来实现。对于直轴式轴向柱塞泵，斜盘最大倾斜角5 20 ，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即 15g O= 。泵实际输出流量gb tb QV=1007（ ml/ 式中塞泵泄漏流量。轴向柱塞泵的泄漏流量主要由缸体底面与配油盘之间滑靴与斜盘平面之间及柱塞与柱塞腔之间的油液泄漏产生的。此外，泵吸油不足柱塞腔底部无效容积也造成容积损失。泵容积效率义为实际输出流量 = 97 97%100=轴向柱塞泵容积效率一般为b=符合要求。不计摩擦损失时，泵的理论扭矩2 V= 6 61 2 0 . 8 4 1 0 1 . 6 1 0 ( . )2 ?式中排油腔压力差。考虑摩擦损失际输出扭矩g b tb MV= 6661 . 6 1 0 0 . 2 1 0 1 . 8 1 0 ( . )? 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 661 1 . 6 1 0 8 8 . 9 %1 . 8 1 01t b t b t b = = = = =+?+ 功率与效率 9 不计各种损失时，泵的理论功率b tb b g bN p Q n MV = 615002 1 . 8 1 0 2 8 3 ( )60 ? 泵实际的输入功率122b r b g b b t b n M n M = 61 5 0 0 12 1 . 6 1 0 2 8 2 ( )6 0 0 . 8 8 9 创 =泵实际的输出功率b c b g b b t b bN p Q p Q 63 1 . 6 1 0 9 5 4 2 6 7 ( ) 定义泵的总效率为输出功率 12b t b b m h hp h= = =V=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，总效率一般为式满足要求。 10 2 直轴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，使柱塞轴线上任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时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。图斜盘倾斜角为，柱塞分布圆半径为体或柱塞旋转角为 a，并以柱塞腔容积最大时的上死点位置为 0 ，则对应于任一旋转角 a 时，图塞运动分析 11 c o R a= 为 1 ( 1 c o s )s h t g R t = 80a O= 时，可得最大行程m a x 2 3 9 1 8 0 3 9 ( )t m 柱塞运动速度分析 v 将式1 (1 c o s )s h 对时间微分可得柱塞运动速度 v 为 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d du w g= = = 当 90a 及 270 时， a ，可得最大运动速度 m a x 15001 9 . 5 2 . 1 5 8 1 9 ( / )60fR t g t g m m su w g p O= 创 =式中 w 为缸体旋转角速度，塞运动加速度 a 将 . s i ns s a ft a td d d R t g ad d d 对时间微分可得柱塞运动加速度 a 为 2. c o sa ft a td d t g ad d d 当 0a 及 180 时， , 可得最大运动加速度s速度 v加速度 a 与缸体转角 12 图塞运动特征图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，即滑靴中心在斜盘平面 ? 内的运动规律（如图其运动轨迹是一个椭圆。椭圆的长短轴分别为长轴 2 392 4 0 . 4 ( )c o s c o s 1 5m = = =短轴 2 2 3 9 ( ) m m=设柱塞在缸体平面上 A 点坐标为 a如果用极坐标表示则为矢径 2 2 2 2 21 c o x y R t g a 极角 ( c o s c o s )a r c t g a 滑靴在斜盘平面内的运动角速度h为 13 2 2 2c o sc o s c o s s i nh a aq g= + 由上式可见，滑靴在斜盘平面内是不等角速度运动，当2a 32时，h最大（在短轴位置）为 m a x c o g=1500 260 1 6 2 ( / )c o s 1 5 r a d 当 0a 时，h最小（在长轴位置）为 m i n 1500c o s 2 c o s 1 5 1 5 2 ( / )60h r a d sw w g p O= 创 =由结构可知，滑靴中心绕 o 点旋转一周（ 2 ）的时间等于缸体旋转一周的时间。因此，其平均旋转角速度等于缸体角速度，即 1500 2 1 5 7 ( / )60ap r a d sw w p= = ?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 2 s i nt i z t f F R t g a 式中24。泵柱塞数为 9，柱塞角距（相邻柱塞间夹角）为 22 0 . 79Z ，位于排油区的柱塞数为0Z，那么参与排油的各柱塞瞬时流量为 123s i ns i n ( )s i n ( 2 )t z ft z ft z R t g R t g R t g g qw g q=+ 0s i n ( 1 ) t z R t g a Z 泵的瞬时流量为 1 2 0t t t Q Q 4 0100s i n ( 1 )1s i n s i n ( )s i t g a t 由上式可以看出，泵的瞬时流量与缸体转角与柱塞数有关。 /2/2/2/2图奇数柱塞泵瞬时流量对于奇数柱塞，排油区的柱塞数为当 0 时，取1 9 1 522Z +=，由泵的流量公式可得瞬时流量为 c o s 22 s i z Q F R t 当 2时，取0 12，同样由泵的流量公式可得瞬时流量为 3c o s i z Q F R t 15 当 a=0Z 2Z时，可得瞬时流量的最小值为 m i s i n 2t z R t 奇数柱塞泵瞬时流量规律见图 2 3 我们常用脉动率和脉动频率 f 表示瞬时流量脉动品质。定义脉动率 m a x m i 这样，就可以进行流量脉动品质分析。动频率当 Z=9，即为奇数时 15002 2 9 4 5 0 ( )60f n Z H z= 创 =动率当 Z=9，即为奇数时 . ( ) 0 . 0 2 6 %2 4 2 9 4 9t g t p p = ?创利用以上两式计算值，可以得到以下内容：表柱塞泵流量脉动率由以上分析可知：（ 1）随着柱塞数的增加，流量脉动率下降。（ 2）相邻柱塞数想比，奇数柱塞泵的脉动率远小于偶数柱塞泵的脉动率。这就是轴向柱塞泵采用奇数柱塞的根本原因。从中还可以看出，奇数柱塞中，当 13Z 时 ,脉动率已小于 1%从泵的Z （ %） 6 0 2 4 6 16 结构考虑 ,轴向柱塞泵的柱塞数常取 Z=7 9 11. 泵瞬时流量是一周期脉动函数流量的脉动必然要引起压力脉动使系统工作不稳定 ,当泵的脉动频率与液压油柱及管路的固有频率相当 ,就产生了谐振的条件 ,谐振时压力脉动可能很高 ,这时系统的构件有极大的潜在破坏性几分钟之内管路或附件即可达到疲劳破坏极限力脉动在管路或附件中激励起高频率的机械震动将引起导致管路附件及安装构件的应力一般是最容易受到破坏的部位对飞机液压系统尤其重要 . 在设计液压泵和液压系统时，要考虑采取措施抑制或吸收压力脉动，避免引起谐振。对于压力脉动的幅值，在航空液压标准中有严格的规定，例如航标变量泵通用技术条件（ 83）中规定：在任何情况下，压力脉动均不超过额定出口压力的 10% 。实际上 10% 的指标还是偏大，但由于制造工艺上的原因，压力脉动的指标还不能定的很严格，但降低泵的压力脉动无疑是今后液压技术发展的一种趋势。 17 3 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排油过程中的受力情况是不一样的。下面主要讨论柱塞在排油过程中的受力分析，而柱塞在吸油过程中的受力情况在回程盘设计中讨论。塞受力分析图图柱塞受力分析作用在柱塞上的力有：塞底部的液压力用于柱塞底部的轴向液压力2 3 6m a x ( 2 0 1 0 ) 4 0 1 0 1 2 5 6 0 ( )44d p = 创创 =式中 18 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。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 = ?= = ?轴向力 P 与作用于柱塞底部的液压力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应力1虑到柱塞与柱塞腔的径向间隙远小于柱塞直径及柱塞腔内的接触长度。因此，由垂直于柱塞腔的径向力 T 和离心力擦力112( ) ( 2 0 1 0 0 5 8 2 3 ) 0 . 1 2 5 9 2 . 3 ( ) p f N= + = + ? 19 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 式中 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 2 20 0 02 06 4 3 6 7 8 1 1 7 4 7 8 3 0 . 1 3 9 7 85 7 . 6 ( )1 2 6 6 1 2 1 1 7 6 0 . 1 3 9 6 7 8l l f d ll m ml f d -? 创 ?= = =- - ? 创 -?将式 2021 222() 代入12c o s 0f p f p p p 可得将以上两式代入可得 1 2 5 6 0 1 0 1 0 . 1 1 . 7 8 1 2 2 . 55 7 ( )c o s s i n c o s 1 5 0 . 1 1 . 7 8 s i n 1 5b B f Nf jg j g + 创= = =- - ?式中为结构参数。 20 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：点接触式柱塞，如图 a）所示。这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损剥落和边缘掉块，不能承受过高的工作压力，寿命较低。这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。线接触式柱塞，如图 b）所示。柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其必须限制在规定的范围内。带滑靴的柱塞，如图 c）所示。柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，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。目前大多采用这种轴向柱塞泵。 21 （ 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。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。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 22 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 Z 而定。对于轴向柱塞泵，其 m 值如表示。 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 = = 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 . 4 1 . 8 ):30 ( 2 2 :因此，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： 20 2 : 23 30 3 :这里取 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。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 31m a x 312 2 2 0 . 1 1 0 2 1 3 03 9 1 0 2 0 . 4 p a p M p 创= = = =创 24 柱塞相对缸体的最大运

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