4162轴向柱塞泵结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4162轴向柱塞泵结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,轴向,柱塞,结构设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 许敬贤 学 号： 060104254 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 轴向柱塞泵 指 导 教 师 : 王力 2010 年 3 月 19 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 前言 本文介绍了国内外 轴 向柱塞泵的研制，生产情况。重点叙述了高太低噪声机电控制式 轴 向柱塞泵毓产品的结构特点及性能指标，并对该产品的发展前景与适用场合进行了简要的分析与展望。随着科学技术的不断发展，现代设备的自动化水平越来越高。而液压传动及控制系统以其传递功率大、控制精度高、响应速度快、易于实现机电液一体化控制等优点，被广泛应用于各行 各业中。对作为液压系统动力源 液压泵的要求也愈来愈高。径向柱塞泵以其工作压力高、抗冲击。寿命长、控制精度高、噪声低等优点，引起国内外液压泵生产厂家的重视和使用厂家的青睐。它被广泛应用于冶金、矿山、锻压、注塑、船舶、重型等机械设备中。 2 正文 2 1 国内外 轴 向柱塞泵的研制和生产现状 轴 向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。阀配流 轴 向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺点。国际上 70、 80 年代发展的轴配流 轴 向柱塞泵克服了阀配流配向柱塞泵的不足。由于 轴 向泵结构上的特点，轴配流配向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。使 其成为一种优良的高压泵，代表当今国际上液压泵制造的先进水平。但是，它技术含量高、加工制造难度大，国际上只有博世（ 司、沃依特（ 司等少数几家公司能够生产。而博世公司只能生产 90下规格的泵，沃依特公司只生产 110r 规格的泵。 我国从 80 年代末 90 年代初有很多科研机构与生产厂家开始研究开发这种产品，但都没有取得实质性进展。主要因为在理论上有待深化，在实际生产中不能解决转子与配流轴、滑靴与定子两对摩擦副烧研的问题。有些生产厂家在 柱塞 内孔通过浇铸轴承合金等方法来克服 烧研，但效果并不理想，这种办法在小排量泵中使用，虽然能够防止摩擦副烧研的问题，但泵的使用寿命不长。由我国著名的液压专家卢望研究员和材料专家闰秉均教授及其课题组经过多年研究与开发，取得了 “ 过平衡压力补偿方法及双排 轴 向柱 塞泵 ” 和 “ 一种新型高压大排量 轴 向柱塞泵 ” 两项技术专利， “ 合金奥氏体 一项国家新材料技术成果。这些技术成果的取得，使我国径向柱塞泵的研制在设计理论与材料工艺方面取得突破性进展。兰州永新科技股份有限公司以上述两项专利与一项新材料技术成果为支持，成功地开发生产的 列机电控 制式径向柱塞泵，是国家科技部 “ 八五 ” 攻关和国家科技部火炬计划项目。该泵在多家企业进行了2的工业考核试验，性能优良。 泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二十一世纪，人们在以 环保 、 电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。 的技术发展趋势 产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化 趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。 从输送介质的多样性来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。 除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。 基于可持续发展和 环保 的总体背景，泵的运行 环境 对泵 的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可靠性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。 2 2 1 泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合 进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如 利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中，以数控技术 代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是，从目前国内的情况看， 数控技术 要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前 术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产 设备 为 主。 由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用 术，甚至是计算机集成制造系统（ 柔性制造（ 从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。 与此同时，除利用计算机制图外，还 将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可行性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的 工艺 问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。 2 2 2 产品的标准化与模块化 在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品，总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。 过去的十多年来，新材料 和新 工艺 的运用是推动泵技术发展的一个主要的因素。泵用材料从铸铁到特种金属合金，从橡胶制品、陶瓷等典型非金属材料到工程塑料，在解决泵的耐腐蚀、耐磨损、耐高温等 环境 上都发挥了突出的作用。同时新 工艺 的运用，又更好地使新材料运用到泵的零部件仍至整个泵当中 。如国外有些厂商已设计 并推出了全部采用工程塑料制成的泵。比用一般金属材料生产的泵在强度上毫不逊色，在耐蚀耐磨上更胜一筹。又比如利用新的表面涂覆技术和表面处理技术，同样可解决泵的抗蚀和抗磨问题。新材料的进一步发展和新 工艺 的运用深入，在泵领域内的应用 将更加广泛。 参 考 文 献 1 李培滋 , 王占林 M国防工业出版社 ,1989. 2 曾祥荣 , 叶文柄 , 吴沛容编著 M国防工业出版社 ,1980. 3 何存兴 . 液压元件 M. 北京 :机械工业出版社 ,1982. 4 张赤诚 , 等 . 液压传动 M. 北京 :地质出版社 ,1986. 5 齐任贤 . 液压传动和液力传动 M. 北京 :冶金工业出版社 ,1981. 6 上海煤矿机械研究所编 . 液压传动设计手册 M. 上海 :上海人民出版社 ,1976. 7 （日）市川常雄著 液压技术基本理论 M. 北京 :煤炭工业出版社 ,1975. 8 （美） H E梅里特著 液压控制系统 M. 北京 :科学出版社 ,1979. 9 成大先 . 机械设计手册 M. 北京 :化学工业出版社 ,2004. 10 闻德生 . 开路式柱塞泵 M. 北京 :航空工业出版社 ,1998. 11 吉林工业大学等校编 . 工程机械液压与液力传动 M. 北京 : 机械工业出版社 ,1978. 12 马玉贵 , 马治武 . 新编液压件使用与维修技术大 M. 北京 :中国建材工业出社 ,1998. 13 左健民 . 液压与气压传动 M. 北京 :机械工业出版社 ,1999. 14 文怀兴 . 泵的排量设计工况及优化设计 M. 北京 :机械工业出版社 ,2005. 15 成大先 . 机械设计图册 M. 北京 :化学工业出版社 ,2000. 16 沙毅 ,闻建龙 . 泵与风机 M. 武汉 :中国科学技术大学出版社 ,2005. 17 陈允中 ,曹占文 , 黄红梅 ,邓国强等译 . 泵手册 M. 北京 :中国石化出版社 ,2003. 18 路甬祥 . 液压气动技术手册 M. 北京 :机械工业出版社 ,2002. 19 张耀宸 . 机械加工设计手册 M. 北京 :航空工业出版社 ,1987. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用 的研究手段（途径）： 本课题主要解决一下几个问题： 1：减小泵的噪声问题 2：提高潜水泵的可靠性 3：提高泵的运行效率 要解决以上问题，从泵本身是不能得到很好的解决的， 必须从电机结构开始，研究泵的工作原理和性能参数，然后合理的配置，遵从低耗能，高效率的原则，对各项性能参数进行修改以解决问题。 具体的实施方案是 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 。 本课题即对以上各点，通过对泵的各项性能参数的研究，从数据上分析得出结论，从而解决问题。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 姓名：许敬贤 家庭住址：江苏常州武进奔牛五兴村江沿村名小组 26号 电话： 13585315205 爸爸手机： 15961202688 59828107 邮箱： 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 学 号： 系 ： 机械工程 系 专 业 : 机械工程 专业 设计 (论文 )题目 : 轴向 柱塞泵 设计 指导教师 : (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业 设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2010 年 3 月 注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料 合订成册 ，并统一存放在学生“ 毕业设计（论文）资料袋 ”中（打印件一律用 型）。 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 系： 机械工程系 专业： 机械 工程 指导教师 姓 名 王力 专业技术职 务 硕士助教 课题名称 轴向 柱塞泵设计 适用专业 机械 工程 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 适中 易 备注 : 课题简介 轴 向柱塞泵以其高压力、大流量、长寿命和低噪声的优点而广泛地用于工程机械、锻压机械、矿山机械、皮革机械、冶金机械、机床工业等各种液压设备中 。本课题通过 一种双作用径向柱塞泵 设计与研究，让学生进一步理解液压元件 柱塞泵的工作原理，掌握柱塞泵的设计过程，培养和锻炼学生应用液压传动基本理论分析和解决工程实际问题的能力。 课题应完成的任务和对学生的要求 该课题要求学生具备扎实的机械设计及制造及液压传动基础知识，做到理论联系实际。同时，具备良好的分析能力、自学能力和团队合作精神。在课题研究过程中，要求熟练运用绘图软件，绘制柱塞泵的二维图纸及三维实体模型，完成毕业设计说明书的撰写，并按时提交答辩。 所在专业审定意见： 专业负责人 (签名 )： 年 月 日 注：本课题由 许敬贤 同学选定，学号： 060104254 注： 1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 填 表 说 明 1 该表的填写只针对 1 名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由 2 名及 2 名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。 2 “ 课题性质” 一栏： A产品设计； B 工程技术研究； C软件开发； D研究论文或调研报告； E其它。 3 “课题来源” 一栏： A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题； B企、事业单位委托课题； C院、系级基金课题； D自拟课题。 4 “课题简介” 一栏： 主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南京理工大学紫金学院 毕业设计（论文）任务书 系 ： 机械工程系 专 业 ： 机械 工程 学 生 姓 名： 学 号： 设计 (论文 )题目 ： 轴 柱塞泵设计 起 迄 日 期 : 设计 (论文 )地点 : 指 导 教 师 : 专业 负责 人 : 发任务书日期 : 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业 的负责人 审查、系领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2008 年 3 月 15 日”或“ 2008 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，了解 工程设计的一般方法和步骤， 掌握如何根据毕业设计要求检索相关设计资料和参考文献， 综合运用所学的基础理论知识、专业知识和计算机辅助设计知识 ，并根据一般的设计原则确定 双作用径向柱塞泵 总体设计方案，在此基础上进行零部件结构设计， 加深对所学专业理论知识的理解和认识，锻炼解决实际工程问题的能力，同时培养独立思考和分析解决问题的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容 和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 要求学生 在掌握相关知识基础之上，完成以下工作： 1. 了解 双作用径向柱塞泵 的 工作原理 ； 2. 根据毕业设计要求确定 柱塞泵 的总体设计方案 ； 3. 建立 柱塞泵 的结构参数 ； 4. 对 柱塞泵 的 动力 装置 及执行机构进行结构设计； 5. 运用计算机辅助设计技术建立 柱塞泵 主要零部件的工程图纸。 6. 原始数据： 额定流量 ： 100l/大流量 ： 200l/大工作 压力： 40定转速： 1500r/高转速： 3000r/做毕业设计期间，学生应做 到以下几点： 1. 严格遵守学校纪律，不得无故缺勤； 2. 认真对待毕业设计工作，要有刻苦钻研的精神，认真、按时、独立地完成毕业设计任务； 3. 按照毕业设计规范撰写并按时进行毕业答辩。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 执行机构主要零部件工程图纸 4主要参考文献： 1 王积伟 2 版） M械 工业出版社， 2009. 2 吴宗泽 第 2 版） M等教育出版社， 1999. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2010 年 2 月 24日 3月 19 日 3 月 20日 3月 31 日 4 月 1 日 5月 10 日 5 月 11日 5月 25 日 5 月 26日 6月 1 日 查阅与课题相关的中外文献 ,写开题报告 (含文献综述 ),完成外文资料翻译 熟悉 双作用径向柱塞泵的 工作原理，确定总体方案设计 完成 双作用径 向柱塞泵动力 装置及执行机构结构设计和零部件工程图纸设计 撰写毕业设计说明书 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 系意见： 系领导： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 57 页 1 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 柱 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。文） 第 2 页 共 57 页 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。 文） 第 3 页 共 57 页 2 直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数 2 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 给定设计参数 最大工作压力 m a x 40P M Pa文） 第 4 页 共 57 页 额定流量 Q =100L/大流量 m a x 2 0 0 / m i 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 ）（）（ ) 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 0 7 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 C文） 第 5 页 共 57 页 06 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 ，并且当原动机确定之后传动轴转速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7（ ml/ 式中 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流量 = 97 97%100=轴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，泵的理论扭矩文） 第 6 页 共 57 页 ).(6 式 中排油腔压力差。 考虑摩擦损失）（或或 N . 66 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， (泵实际的输入功率122b r b g b b t b n M n M = )( 002 6 泵实际的输出功率)( 定义泵的总 效率 为输出功率 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 。 文） 第 7 页 共 57 页 3 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。 塞行程 S 图 一般带滑靴的轴向柱塞运动分析图。 若斜盘倾斜角为 ， 柱塞分布圆半径为缸体或柱塞旋转角为 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 c o R a=- 所以柱塞行程 S 为 文） 第 8 页 共 57 页 1 ( 1 c o s )s h t g R t = 80a O= 时，可得最大行程m a x 2 )(3918039 0 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 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柱塞运动的行程 s速度 v加速度 a 与缸体转角 文） 第 9 页 共 57 页 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 tg a 滑靴在斜盘平面 内的运动角速度h为 文） 第 10 页 共 57 页 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 )/(15215c m i n sr s h 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 )/(1572601 5 00 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 文） 第 11 页 共 57 页 1 2 0t t t Q Q 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 文） 第 12 页 共 57 页 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 动率 当 Z=9，即为奇数时 % 以 得到以下内容： 表 柱塞泵流量脉动率 Z （ %） 6 0 2 4 6 文） 第 13 页 共 57 页 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 液阻 ,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。 文） 第 14 页 共 57 页 4 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 柱塞受力分析 图 (带有滑靴的柱塞受力分析简图 ) 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)(125601040)1020(44 63m a 式中大工作 压力。 塞惯性力对缸体往复直线运动时，有直线加速度 a，则柱塞轴向惯性力文） 第 15 页 共 57 页 2 c o s 1 0 1 ( )zB z m a R t g a Ng - = - = 惯性力加速度 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 pt g 601 5 0 2m a x 015=243(N) 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0)(325015s ）（ 轴向力 P 与作用于柱塞底部的液压力它轴向力相平衡。而径向力 T 则对主轴形成负载扭矩，使柱塞受到弯矩作用，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1文） 第 16 页 共 57 页 12( ) ( 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 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 002002 6612 346 )( 712 文） 第 17 页 共 57 页 将 式 2021 222() 代入 可得 将以上两式代入 可得 )(5715s i s 278, 11 2 5 6 0s i s 00 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 文） 第 18 页 共 57 页 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。 （ 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，文） 第 19 页 共 57 页 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。 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 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 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 文） 第 20 页 共 57 页 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： 20pa 30pa 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m i n 0 . 2 7 . 8zl d m m=。 根据经验数据，柱塞名义长度常取： 这里取 3 1 1 7l d m m= 柱塞球头直径1 d 如图 示。 文） 第 21 页 共 57 页 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zd ，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 M p p a x 柱塞相对缸体的最大运动速度 文） 第 22 页 共 57 页 表 材料性能 t g f /8/0m 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 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。 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 1 15 3 20 球 磨铸铁 10 5 18 文） 第 23 页 共 57 页 5 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 21 2 221p p 文） 第 24 页 共 57 页 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 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 文） 第 25 页 共 57 页 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 = + = = ? ? 紧力力 2 12560 1 3 ( )c o s 4 c o s c o s 1 5d K = = = =平衡方程式 当 滑靴受力平衡时，应满足下列力平衡方程式 2221121()4 c o s 2 l 即 2 2112221 ) c o R 将上式代入式 31216 中，得 泄漏量为 m i n)/(315c 114(10212 )1039(12 06227 2333212223 除了上述主要力之外，滑靴上还作用有其他的力。如滑靴与斜盘间的摩擦力，由滑靴质量引起的离心力，球铰摩擦力，带动滑靴沿斜盘旋转的切向力等。这些力有的使滑靴产生自转， 有利于均匀摩擦；有的可能使滑靴倾倒而产生偏磨，文） 第 26 页 共 57 页 靴的密封，应该在滑靴结构尺寸设计中予以注意。 靴设计 滑靴设计常用剩余压紧力法。 余压紧力法 剩余压紧力法 的主要特点是：滑靴工作时，始终保持压紧力稍大于分离力，使滑靴紧贴斜盘表面 。 此时无论柱塞中心孔0d还是滑靴中心孔0d，均不起节流作用。静压油池压力1 1p=112221 ) c o R 中，可得滑靴分离力为 22 2 2 621121() ( 1 4 1 1 ) 1 0 1 2 5 6 0 3 . 1 ( )142 l n2 l p 设剩余压紧力y y fp p p ，则压紧系数 ，这里取 滑靴力平衡方程式即为 (1 ) (1 0 . 1 ) 3 . 1 2 . 7 9 ( )p N 用剩余压紧力法设计的滑靴，油膜厚度较薄，一般为 右。滑靴泄漏量少，容积效率教高。但摩擦功率较大，机械效率会降低。若选择适当的压紧系数 ，剩余压紧力产生的接触应力也不会大，仍有较高的总效率和较长的寿命。剩余压紧力法简单适用，目前大多数滑靴都采用这种方法设计。 靴结构型式与结构尺寸设计 靴结构型式 滑靴结构有如图 示的几种型式。图中（ a）所示为简单型，静压油池较大，只有封油带而无辅助支承面。结构简单，是目前常用的一种型式。 文） 第 27 页 共 57 页 图 a） 图中 （ b）所式滑靴增加了内外辅助支承面。减小了由剩余压紧力产生的比压，同时可 以克服滑靴倾倒产生的偏磨使封油带被破坏的情况。 图 b） 图中（ c）所示的滑靴在支承面上开设了阻尼形螺旋槽与缝隙阻尼共同形成液阻。从而实现滑靴油膜的静压支承。 文） 第 28 页 共 57 页 图 c） 滑靴结构型式 构尺寸设计 下面以简单型滑靴为例，介绍主要结构尺寸的选择和计算。 滑靴外径2使倾角 0 时，互相之间仍有一定的间隙 s，如图 滑靴外径22 s i n 3 9 s i n 0 . 2 4 ( )9 s m 一般取 s=1，这里取 油池直径1设定 0，这里取 120 . 8 0 . 8 4 3 . 2D D m m 中心孔0d0d文） 第 29 页 共 57 页 如果用剩余压紧力法设计滑靴，中心孔0以不起节流作用。为改善加工工艺性能，取 0d（或0d） = 如果采用静压支承或最小功率损失法设计滑靴，则要求中心孔 0d（或0d）对油液有较大的阻尼作用，并选择最佳油膜厚度0 0 . 0 1 0 . 0 2 。节流器有以下两种型式： /图 滑靴外径2（ a） 节流器采用节流管时，常以柱塞中心孔0d作为节流装置，如图 示。根据流体力学 细长孔流量 q 为 4010()128 bd p 式中 0d0l 细长管直径长度； K 修正系数； 001 64l 文） 第 30 页 共 57 页 16011 2 . 6 2 01 01 把上式代入滑靴泄漏量公式 31216可得 4 301 1201()128 6 l p p 整理后可得节流管尺寸为 4 3020112816 l n a 代入数据可以 得0d=1 0 8l 中 a 为 压降系数，1p 。当 2 0 73a 时，油膜具有最大刚度，承载能力最强。为不使封油带过宽及阻尼管过长，推荐压降系数 a =里取 （ b） 节流器采用节流孔时，常以滑靴中心孔0图 据流体力学薄壁孔流量 q 为 2012 ()4 bd p 式中 系数，一般取 C= 把上式代入 31216 中，有 2 30 11212 ()4 6 l p 文） 第 31 页 共 57 页 整理后可得节流孔尺寸 3202121. . l n r 代入数据可以求得 0 1d 上提供了设计节流器的方法。从上 两 式中可以看出，采用节流管的柱塞 滑靴组合，公式中无粘度系数 ，说明油温对节流效果影响较小，但细长孔的加工工艺性较差，实现起来有困难。 采用滑靴 中心孔为薄壁孔节流，受粘度系数 的影响，油温对节流效果影响较大，油膜稳定性也要差些。但薄壁孔加工工艺性较好。 为防止油液中污
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