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淮阴工学院毕业设计说明书（论文）摘 要液压动力转向系统由转向泵、分配阀、动力缸及油箱、管路等组成。在动力转向系统中，转向助力泵作为其心脏部件，直接影响到汽车的转向和操作稳定性。汽车动力转向泵具有小排量、高转速的特点。绝大多数转向泵采用液压转向泵，双作用片泵也称为平衡式叶片泵，与齿轮泵、柱塞泵相比，叶片泵由于具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出特点，在各种类型的汽车上获得了广泛的应用。本课题的以大众桑塔纳1.6L 2013款轿车为例设计用于液压助力转向系统的液压转向泵。首先根据桑塔纳1.6L 2013款轿车的外形、轮距、轴距、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数，选择的适合于该轿车的发动机的相关参数。根据这些参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，设计计算出轿车转向泵主要参数并通过试验验证设计的合理性。关键词：助力转向，液压转向泵，叶片，定子，转子ABSTRACTHydraulic power steering system consists of steering pump , distribution valve , power cylinders and tanks, piping and other components. In the power steering system , power steering pump as part of its heart , a direct impact on the car s steering and operational stability. Power steering pump with a small displacement, high speed characteristics. The vast majority steering pump hydraulic steering pumps, vane pumps , also known as double-acting balanced vane pump , compared with gear pumps, piston pumps, vane pumps due to the small size, light weight, uniform flow, low noise salient features on all types of cars to get a wide range of applications .Subject to the Volkswagen Santana sedan 1.6L 2013 for example is designed for hydraulic power steering system hydraulic steering pump . First, according to Santana 1.6L 2013 sedan shape, track , wheelbase , the minimum turning radius of the vehicle weight GVW and maximum speed and other parameters, selected appropriate to the car s engine parameters. Based on these parameters , combined automotive design , automotive theory , mechanical design , and other related knowledge , car steering pump designed to calculate the main parameters and verified by experiment design is reasonable.Keywords: Power steering , Hydraulic steering pumps, Vane, Stator, Rotor目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1汽车助力转向系统概述31.2汽车液压转向泵概述41.3国内外研究现况41.4 本课题研究的意义与价值5第二章 总体设计分析62.1 液压转向泵原理分析62.1.1液压转向泵的构成62.1.2 液压转向泵工作原理分析72.2 设计参数选定82.3液压转向系统性能参数计算82.3.1转向力矩Mr的计算82.3.2 最小工作压力及理论流量计算92.3.3 最大工作压力计算92.3.4 转向油泵的流量匹配92.3.5扭矩计算92.4 方案设计102.4.1泵体结构方案选定102.4.2 叶片倾斜角方案分析选定102.4.3 定子过渡曲线方案选定112.5 实际参数计算112.5.1 流量计算112.5.2功率计算122.5.3 扭矩计算122.5.4 液压转向泵设计计算参数表13第四章 部件设计计算134.1转子的设计134.1.1材料选择144.1.2转子半径144.1.3转子轴向宽度144.1.4转子结构尺寸设计144.2叶片的设计164.2.1叶片材料选择164.2.2 叶片数164.2.3叶片安放角164.2.4叶片的厚度174.2.5叶片的长度174.2.6叶片的结构尺寸设计174.2.7叶片的强度校核184.3定子的设计184.3.1定子材料选择194.3.2定子短半径194.3.3定子长半径194.3.4定子大、小圆弧角194.3.5定子过渡曲线的幅角194.3.6定子过渡曲线设计204.3.7 定子结构尺寸设计214.4左配流盘的设计224.4.1左配油盘封油区夹角224.4.2左配流盘V形尖槽234.4.3左配流盘结构尺寸设计234.5右配流盘结构设计244.6传动轴的设计254.6.1 材料选择264.6.2 花键轴段的设计264.6.3校核轴段花键的挤压强度274.6.4轴的结构设计274.6.5轴上载荷分析284.6.6按扭转切应力校核轴的强度284.6.7校核轴的刚度294.7泵体的设计304.7.1泵体材料选择304.7.2左泵体结构设计314.7.2右泵体结构设计324.8盖板的设计32第五章 液压转向泵的使用与维护335.1液压转向泵的使用335.2液压转向泵的维护与检查33参考文献35结 论36致 谢36第一章 绪论1.1汽车助力转向系统概述助力转向，顾名思义，就是通过增加外力来抵抗转向阻力，让驾驶者只需更少的力就能够完成转向，也称动力转向，英文为power steering，最初是为了让一些自重较重的大型车辆能够更轻松的操作，但是现在已经非常普及，它让驾驶变得更加简单和轻松，并且让车辆反应更加敏捷，一定程度上提高了安全性。助力转向按照助力的来源不同，可以分为两大类-液压助力和电动助力。淮阴工学院毕业设计说明书（论文）摘 要液压动力转向系统由转向泵、分配阀、动力缸及油箱、管路等组成。在动力转向系统中，转向助力泵作为其心脏部件，直接影响到汽车的转向和操作稳定性。汽车动力转向泵具有小排量、高转速的特点。绝大多数转向泵采用液压转向泵，双作用片泵也称为平衡式叶片泵，与齿轮泵、柱塞泵相比，叶片泵由于具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出特点，在各种类型的汽车上获得了广泛的应用。本课题的以大众桑塔纳1.6L 2013款轿车为例设计用于液压助力转向系统的液压转向泵。首先根据桑塔纳1.6L 2013款轿车的外形、轮距、轴距、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数，选择的适合于该轿车的发动机的相关参数。根据这些参数，再结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，设计计算出轿车转向泵主要参数并通过试验验证设计的合理性。关键词：助力转向，液压转向泵，叶片，定子，转子ABSTRACTHydraulic power steering system consists of steering pump , distribution valve , power cylinders and tanks, piping and other components. In the power steering system , power steering pump as part of its heart , a direct impact on the car s steering and operational stability. Power steering pump with a small displacement, high speed characteristics. The vast majority steering pump hydraulic steering pumps, vane pumps , also known as double-acting balanced vane pump , compared with gear pumps, piston pumps, vane pumps due to the small size, light weight, uniform flow, low noise salient features on all types of cars to get a wide range of applications .Subject to the Volkswagen Santana sedan 1.6L 2013 for example is designed for hydraulic power steering system hydraulic steering pump . First, according to Santana 1.6L 2013 sedan shape, track , wheelbase , the minimum turning radius of the vehicle weight GVW and maximum speed and other parameters, selected appropriate to the car s engine parameters. Based on these parameters , combined automotive design , automotive theory , mechanical design , and other related knowledge , car steering pump designed to calculate the main parameters and verified by experiment design is reasonable.Keywords: Power steering , Hydraulic steering pumps, Vane, Stator, Rotor目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1汽车助力转向系统概述31.2汽车液压转向泵概述41.3国内外研究现况41.4 本课题研究的意义与价值5第二章 总体设计分析62.1 液压转向泵原理分析62.1.1液压转向泵的构成62.1.2 液压转向泵工作原理分析72.2 设计参数选定82.3液压转向系统性能参数计算82.3.1转向力矩Mr的计算82.3.2 最小工作压力及理论流量计算92.3.3 最大工作压力计算92.3.4 转向油泵的流量匹配92.3.5扭矩计算92.4 方案设计102.4.1泵体结构方案选定102.4.2 叶片倾斜角方案分析选定102.4.3 定子过渡曲线方案选定112.5 实际参数计算112.5.1 流量计算112.5.2功率计算122.5.3 扭矩计算122.5.4 液压转向泵设计计算参数表13第四章 部件设计计算134.1转子的设计134.1.1材料选择144.1.2转子半径144.1.3转子轴向宽度144.1.4转子结构尺寸设计144.2叶片的设计164.2.1叶片材料选择164.2.2 叶片数164.2.3叶片安放角164.2.4叶片的厚度174.2.5叶片的长度174.2.6叶片的结构尺寸设计174.2.7叶片的强度校核184.3定子的设计184.3.1定子材料选择194.3.2定子短半径194.3.3定子长半径194.3.4定子大、小圆弧角194.3.5定子过渡曲线的幅角194.3.6定子过渡曲线设计204.3.7 定子结构尺寸设计214.4左配流盘的设计224.4.1左配油盘封油区夹角224.4.2左配流盘V形尖槽234.4.3左配流盘结构尺寸设计234.5右配流盘结构设计244.6传动轴的设计254.6.1 材料选择264.6.2 花键轴段的设计264.6.3校核轴段花键的挤压强度274.6.4轴的结构设计274.6.5轴上载荷分析284.6.6按扭转切应力校核轴的强度284.6.7校核轴的刚度294.7泵体的设计304.7.1泵体材料选择304.7.2左泵体结构设计314.7.2右泵体结构设计324.8盖板的设计32第五章 液压转向泵的使用与维护335.1液压转向泵的使用335.2液压转向泵的维护与检查33参考文献35结 论36致 谢36第一章 绪论1.1汽车助力转向系统概述助力转向，顾名思义，就是通过增加外力来抵抗转向阻力，让驾驶者只需更少的力就能够完成转向，也称动力转向，英文为power steering，最初是为了让一些自重较重的大型车辆能够更轻松的操作，但是现在已经非常普及，它让驾驶变得更加简单和轻松，并且让车辆反应更加敏捷，一定程度上提高了安全性。助力转向按照助力的来源不同，可以分为两大类-液压助力和电动助力。液压动力转向的由来最早要追溯到1902年的2月，英国的Frederick W. Lanchester发明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驱动转向机构。之后类似的发明分别有美国和加拿大的发明家相继注册专利。而在汽车生产厂商中，克莱斯勒率先实现了液压助力转向系统的商业化生产，将其命名为Hydraguide油压转向系统，并于1951年将其搭载在克莱斯勒的第六代Imperial（译为帝王）车型上。随着技术的发展，出现了以电子泵代替机械泵的电子液压助力转向系统，所以目前液压助力的主要分为机械式液压助力和电子液压助力两类。机械式液压助力转向的主要原理，它是基于机械式的齿轮齿条转向机构而来，增加了一整套液力系统，包括储液罐、液压助力泵、与转向柱相连的机械阀、转向机构上的液压缸和能够推动转向拉杆的活塞等等。机械式助力转向提供液压的液压泵由发动机通过皮带驱动。子液压助力，Electro-hydraulic power steering，简称EHPS，其助力原理与机械式液压助力完全相同，而与机械式液压助力最大的区别就是不再使用由发动机通过皮带驱动的液压泵，而是换成了电力驱动的电子泵。图1-1 液压助力转向系统构成1.2汽车液压转向泵概述近几十年来，我国的汽车工业得到了迅速发展，为满足对舒适性和安全性的更高要求，越来越多的汽车车型采用转向系统，液压动力转向系统工作压力高、结构紧凑，动力缸的尺寸小、重量轻；油液具有不可压缩性、灵敏度高；油液的阻尼作用可以用来吸收路面冲击；动力装置无需润滑。故液压动力转向系统有利于节能、降噪以及转向盘操作力控制。液压动力转向系统由转向泵、分配阀、动力缸及油箱、管路等组成。在动力转向系统中，转向助力泵作为其心脏部件，直接影响到汽车的转向和操作稳定性。汽车动力转向泵具有小排量、高转速的特点。绝大多数转向泵采用液压转向泵，双作用片泵也称为平衡式叶片泵，与齿轮泵、柱塞泵相比，叶片泵由于具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出特点，在各种类型的汽车上获得了广泛的应用。除了液压泵外，转向泵内部一般还包括控制流量、压力的阀件，这些阀件和液压泵一起构成了转向泵的液压回路。目前开式液压动力转向系统的应用比闭式系统更为广泛，其能耗问题也比较突出，因此本文选择了开式液压动力转向系统中常用的双作用叶片式转向泵作为研究对象。1.3国内外研究现况叶片泵是目前中高压液压系统中使用较广的一种泵。随着液压技术的不断发展，叶片泵的高压化导致了叶片泵顶部与定子内表面接触应力的急剧升高,加剧了磨损,一旦受力不平衡,会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。50年代后期，国外出现压力等级为14.0Mpa的叶片泵时，其噪声值为75dB(A)，噪声值过高成了一个急需解决的问题。从1960年起国外开始重视叶片泵噪声问题，不断进行降噪研究，到70年代末和80年代中期，一系列性能优良的低噪声叶片泵相继问世，噪声值一般可控制在65dB(A)以下，其中日本油研公司研制的PV2R系列叶片泵，噪声值甚至低至51-62dB(A)，已达到低于同等功率电动机噪声的水平。另外，像美国的Denison“T6”系列叶片泵，都较好的控制了叶片泵的噪声值，属于性能优良的低噪声叶片泵。随着国产汽车工业的发展，国内许多厂家进行了汽车动力转向泵的国产代开发。目前为止，已有许多种动力转向泵实现了国产代。国内的许多厂家通常采用“反靠”靠模的加工方法加工定子内曲线条件好些的厂家使用精密测会仪器对定子样品尺寸进行较高精度的测绘，然后在数控机床上加工定子内曲线。这些加工方法虽然能较好地仿制出国外定子内曲线的形状，但因在加工过程中不可避免地带入了误差。这种误差为系统误差，导致最终所得的定子内曲线与实际的最佳过渡曲线形状不符，同时，又由于国内当前的生产加工条件差，定子内曲线加工精度难以满足要求，存在加工误差。1.4 本课题研究的意义与价值与齿轮泵或轴向柱塞泵等其他形式的液压泵不同，双作用式叶片泵使用寿命不是取决于轴承的寿命，而主要取决于定子内表面与叶顶的磨损程度。叶片泵是目前中高压液压系统中使用较广的一种泵。叶片泵的高压化会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。噪声不仅给环境带来污染，而且大大影响了泵的使用性能，降低了泵的使用寿命。因此，叶片泵的噪声控制成了一个急待解决的问题。在叶片泵的低噪声研究中，定子内曲线一直被有关专家视为关键因素。为了解决这一问题，有必要对叶片泵定子内曲线进行优化设计，进一步降低叶片泵工作时的噪声，提高其工作效率。第二章 总体设计分析2.1 液压转向泵原理分析2.1.1液压转向泵的构成 组成结构：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。汽车液压转向泵构成如下图：图2-1液压转向泵结构2.1.2 液压转向泵工作原理分析图2-2 液压转向泵工作原理1定子；2吸油口；3转子；4叶片；5压油口 如图2-2所示。汽车液压转向泵定子表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成，且定子和转子是同心的。在图示转子顺时针方向旋转的情况下，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大，为吸油区，在左下角和右上角处逐渐减小，为压油区；吸油区和压油区之间有一段封油区把它们隔开。这种泵的转子每转一转，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为液压转向泵。泵的两个吸油区和两个压油区是径向对称的，作用在转子上的液压力径向平衡，所以又称为平衡式叶片泵。定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径R、两段短半径r和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和建压后根部压力油的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出。2.2 设计参数选定本课题以大众桑塔纳1.6L 2013款轿车为例，设计桑塔纳1.6L 2013款液压助力转向系统转向泵，大众桑塔纳1.6L 2013款轿车的参数如下表：桑塔纳1.6L 2013款参数表项目参数整体参数整备质量1160kg满载质量1640kg轴距2603mm前轮距1460mm后轮距1500mm驱动形式前轮驱动最高车速185km/h发动机参数型号EA211排量1598ml最大功率/转速81kw/5200rpm最大扭矩/转速155N.m/3800rpm车轮参数前轮175/70 R14后轮175/70 R142.3液压转向系统性能参数计算2.3.1转向力矩Mr的计算转向器的扭矩取决于汽车整体转向桥承重载荷、轮胎气压、路面情况及转向桥设计参数，计算公式：Mr （1）式中： Mr-在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N.mm；f-轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；G1-转向前桥负荷，N；P-轮胎气压，MPa；2.3.2 最小工作压力及理论流量计算根据公式1计算的力矩Mr和所选转向器的缸径,Pmin （2）式中：Pmin-转向的最小工作压力，MPa；Mr-在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩， N.m；S0-油缸工作面积，；S1-螺杆外径所占面积， ；RF-扇形齿分度圆半径，m。理论流量(Qo)是根据转向盘最大瞬时转速计算： Q0=60ntS （3）式中：n汽车方向盘最大瞬时转速(转/秒)，轿车取1.5r/S, 其它车辆取1.25r/S；t-助力方向机丝杆螺距；S-助力方向机油缸实际工作面积；2.3.3 最大工作压力计算公式2计算出的转向压力是转向所需要的最小工作压力，由于转向油泵具有安全保护作用，必须保证转向压力不得大于转向油泵设计的安全压力，建议设计的转向压力为安全压力的85%，例如：转向压力为8MPa，那么油泵的安全压力则设计为10MPa。同时该工作压力也是对转向器的安全保护压力。2.3.4 转向油泵的流量匹配根据公式3计算的流量，还必须考虑系统泄露，按如下公式计算： Q1=（1.52) Q0 + Q2 （4）式中：Q0-理论流量（L/min）Q2转向器泄露量（L/min）（与制造水平相关）2.3.5扭矩计算 T= （5）式中：P-油泵压力(MPa)q油泵排量（ml/r）根据上述分析选定本次设计的大众桑塔纳1.6L 2013款轿车液压转向泵选定的参数为：额定排量：额定压力：2.4 方案设计2.4.1泵体结构方案选定本设计为单级液压转向泵，它分为单级圆形平衡式叶片泵和单级方形平衡式叶片泵两种类型。方形叶片泵主要结构特点与圆形叶片泵相比，有有以下优点： 1 简化了结构，在同等排量的情况下，外形尺寸和重量比圆形泵大大减小。2 取梢转子和侧板的耳轴，改善了加工工艺性，而且可节省毛坯材料。3 采用浮动压力侧板，提高了容积效率和工作压力。 4 进油道设在泵体，排油道设在泵盖，均为开式油道，不仅铸造方便，而且油道通畅，即使高转速工作时流动阻力也较小 5 传动釉输入端一侧的支承较强，能够承受径向载荷，允许用皮带或齿轮直接驱动，有一定的耐冲击和振动能力。方形叶片泵具有结构紧凑，体积小，能够适应高转速和较高压力工作，耐冲击、振动能力较强等特点，因此本次选定方形叶片泵为本设计的叶片泵类型。2.4.2 叶片倾斜角方案分析选定影响压力角大小的因素包括定子曲线的形状反映为角的大小和叶片的倾斜角。实际上定子曲线各点的角是不同的，转子旋转过程中，要使压力角在定子各接触点均保持为最优值，除非叶片倾斜角能在不同转角时取不同的值，且与保持同步反值变化，而这在结构上是不可能实现的。因此，叶片在转子上安放的倾斜角只能取个固定平均合理值，使得运转时在定子曲线上有较多的压力角接近于最优值。由计算机对不同叶片泵所作的计算表明，为使压力角保持为最优值，相府的叶片倾斜角通常需在正负几度沿转子旋转方向朝后倾斜为负的范围内变化，其平均值接近于零度；加之从制远方便考虑，所以近期开发的高性能叶片泵倾向于将叶片沿转子径向放置，即叶片的倾斜角。 a b图3-4 叶片前倾时压力角a压油区 b吸油区设计的平衡式叶片泵的叶片前倾角选择。2.4.3 定子过渡曲线方案选定等加速等减速曲线、正弦加速曲线、余弦加速曲线、修正的阿基米德螺线4种曲线，虽然基本上都能较好地满足输出流量脉动小、限制压力角和叶片不脱离定子的要求，但是它们的力学特性和振动特性却不甚理想。从控制叶片的振动和噪声来说，上述几种定子曲线都不具备良好的特性，对这些曲线进行适当修正虽然可以使特性得到某种程度的改善，促仍然很难根除加速度变化率J的突变和由此产生的激振，北比制造时不易准确控制修正段的长短，所以实际很少应用。 而5次曲线值略小，值略大，输出的流量均匀性基本相同，而值较小。由于建立方程时用边界条件约束了曲线两端的值，所以特性不仅在曲线自身范围内连续光滑，而且在端点上也没有突变，完全消除了“硬冲”、“软冲)是一种综合性能较好的曲线，能获得较好的低噪声效果。 其次，数控机床的普及为加工复杂高次曲线创造了条件，如今非高次曲线由于其较差的力学和振动特性，实际中已经很少使用。 加之，本设计平衡式叶片泵为普通叶片泵，普通叶片泵一般压力范围在，而本设计额定压力为，压力较高，为改善其力学与振动性能，故选择综合性能较好的5次曲线作为叶片泵的定子曲线。综合以上各种定子曲线特性，选择以典型高次曲线即5次曲线作为定子曲线的设计方案。2.5 实际参数计算2.5.1 流量计算（1）平均理论流量 (4-1)（2）实际流量叶片泵为固定侧板型，压力8.0MPa，查泵资料得：容积效率取则 (4-2)2.5.2功率计算（1）输入功率轴功率 (4-3)式中，T为作用在泵轴的扭矩，单位为；为角速度，单位为rad/s；n为转速，单位为r/min。（2）有效输出功率液压功率 (4-4)式中，为泵进出口之间的压力差，取值为7.2Mpa；为出油口压力；为进口压力，单位均为Mpa；Q为泵输出的流量，单位为l/min。（3）理论功率 (4-5)2.5.3 扭矩计算（1）理论扭矩 在没有摩擦损失和泄漏损失的理想情况下，轴功率与液压功率相等，所计算出的功率值为泵的理论功率。这时作用在泵轴上的扭矩是理论扭矩，泵输出的流量是理论流量，因此理论功率可表示 (4-6)其中式中，为理论轴功率；为理论液压功率；q为泵的排量，单位为ml/r。由前面的式子导出驱动泵的理论扭矩为=1.53 N.m (4-7)（2）实际扭矩实际上，泵在运转时要消耗一部分附加扭矩去克服摩擦阻力，所以驱动泵轴所需的实际扭矩比大，实验测得取值=96%。 T=+=1.6Nm (4-8)式中，为损失扭矩；为反映摩擦损失的机械效率。2.5.4 液压转向泵设计计算参数表由上计算得：额定排量qMl/r额定压力pMPa额定转速nr/min平均理论流量 L/min理论扭矩T1.28.052006.241.53输入功率kw有效输出功率 kw理论功率kw实际流量L/min实际扭矩T0.7360.70.755.241.6第四章 部件设计计算4.1转子的设计4.1.1材料选择转子材料选择：4.1.2转子半径 转子作为与轴的连接部分，主要是力的承受着，叶片镶嵌在转子里，它承载着叶片，带动叶片做旋转运动，叶片同时在其中做伸缩运动，转子半径r应根据花键轴孔尺寸和叶片长度L考虑，取花键轴直径初选 (4-1)再根据初选值计算得到的叶片长度L调整r的大小。初选转子半径计算得到叶片泵叶片的长度L为，由式(5-7)得 L=10.0mm由于叶片镶嵌在转子内，且嵌入叶片的槽长度略等于叶片的长度L,根据叶片长度和转子强度考虑，调整转子半径为 (4-2)4.1.3转子轴向宽度转子叶片和定子都有一个共同的轴向宽度B，B增加可减少端面泄漏的比例，使容积效率增加，但B增加会加大油窗孔的过流速度，转子轴向宽度B与流量成正比。在系列设计中，确定径向尺寸后，取不同的宽度B，可获得一组排量规格不同的泵。对于径向尺寸相同的泵，B增大会使配油窗口的过流速度增大，流动阻力增大。据统计资料可略取 (5-3)式中 定子小半径。由式(5-2)，最终确定，取 4.1.4转子结构尺寸设计 图4-1 转子主要结构1转子基本尺寸由计算得到的尺寸，转子的轴向宽度B=25mm。根据转子半径，则考虑转子工作强度和转子上螺钉孔，取转子的大径尺寸D=58mm。2转子轴孔尺寸花键轴孔直径，由传动轴花键设计及花键齿工作高度h=2mm,得内花键大径： 花键轴段设计的键齿宽为5mm，故转子花键孔上齿宽也为5mm3叶片槽尺寸由叶片的设计叶片数z=10；叶片厚t=2mm；叶片长L=10mm；叶片安放角平衡式叶片泵转子所受径向力平衡，主要承受扭转力的作用。由z=10,设计相邻叶片槽夹角由叶片长度L和叶片根部通压力油的孔设计转子槽和转子槽根部通压力油孔位置。叶片长度L=10mm,各通压油孔圆心所在圆上的圆直径为 考虑压油孔直径尺寸，取由叶片厚t=2mm，叶片底部通压油孔直径值取，槽宽为2mm转子轴向宽度B=25mm，得槽长度为25mm。4 校核转子槽根强度图4-2 转子槽受力情况叶片和转子槽相互工作面间的作用方式为挤压和磨损由机械设计手册第4篇表4-3-17查得材料的许用挤压应力为 计算转子的最大工作应力 (4-4)式中，T为实际转矩， D转子直径， B转子轴向宽度， 叶片伸出长度，当转子刚刚离开压油区时，转子承受最大挤压应力 (4-5) 故转子槽根满足强度条件。4.2叶片的设计4.2.1叶片材料选择叶片材料选择：高速钢 4.2.2 叶片数叶片数通常取 Z过小，定子曲线对应的幅角小，吸、压油腔区间小，过流面积小，容易造成吸空并使排油阻力增大。Z过大，叶片占用工作容腔的有效容积量大，影响泵的排量，而且转子槽数增多，也影响转子强度，并增加了加工工作量。 从转子、定子所受径向力的对称平衡考虑，z应取偶数。再考虑平衡式叶片泵的输出流量均匀性，在定子曲线上，叶片数z与定子曲线特性适当匹配，即要使处于定子曲线范围内各叶片的径向速度之和保持或近似于常数。由方案设计的选择5次曲线作为定子曲线，则由该曲线性质，它输出流量的均匀性基本相同，且当选高次曲线作定子叶片泵时，叶片一般选择z=10或z=12。综合以上几点，此处选择叶片数为：Z=124.2.3叶片安放角图4-3 叶片前倾角度由设计方案的设计选择4.2.4叶片的厚度叶片厚度应保证在最大压力下工作时具有足够的抗弯强度和钢度。在强度和转子槽制造工艺条件允许的前提下应尽量减薄，以减小叶片根部承受压力作用的面积，减轻对定子的压紧力。叶片厚度，一般取此处，取 4.2.5叶片的长度为使叶片在转子槽内运动灵活，叶片伸缩式留在槽内的最小长度应不小于叶片总长的2/3，即 (4-6) 则 (4-7)调整转子半径后，验算叶片长度值 故叶片长度L=12mm满足要求。4.2.6叶片的结构尺寸设计图4-4 叶片的结构设计叶片结构如图4-4所示，由设计计算得到叶片尺寸：长宽高=叶片倒角查材料取4.2.7叶片的强度校核图4-5 叶片受剪切力图叶片在工作状态下主要承受剪切应力，如图4-5。由机械设计手册第4篇表4-3-17查得材料的许用剪应力为 则叶片工作最大切应力 故 (4-8) 式中，T为实际转矩， D转子直径， B转子轴向宽度， 叶片厚度，叶片强度校核至少应按额定压力的1.25倍考虑由式(4-8)得 故叶片满足强度要求。4.3定子的设计图4-6 定子曲线4.3.1定子材料选择定子材料：4.3.2定子短半径定子的短半径通常取 (4-9)调整转子半径过后，得最终设计结果 (4-10)4.3.3定子长半径根据平均流量公式 又 即 (4-12)将由初选转子半径计算得出及额定转速n，叶片数z，叶片厚t代入上式得 解方程得 调整转子半径后，得到最终定子长半径 解方程得 4.3.4定子大、小圆弧角大圆弧所对应的幅角和小圆弧对应的幅角，通常可取相同值，且等于相邻叶片间隔角，即 (4-13)4.3.5定子过渡曲线的幅角定子过渡曲线对应的幅角通常为 (4-14)4.3.6定子过渡曲线设计定子过渡曲线方程为5次曲线方程，由式(3-10)得： 由上边方程计算得到： 曲线的最大速度： (4-15)曲线的最大加速度： (4-16)曲线的最大加速度变化率： (4-17)代入，得液压转向泵定子曲线方程为 (4-18)式中 的单位为弧度。曲线特性：则由式(4-18)和(4-15)(4-16)(4-17)得，1速度特性 (4-19)该设计的曲线的速度特性： 2该设计曲线的加速度特性： (4-20) 3该设计曲线的加速度变化率特性： (4-21) 4.3.7 定子结构尺寸设计1定子基本尺寸 圆弧角度：由设计计算已获得的定子尺寸，如图5-6定子长半径 ，对应的圆弧角定子短半径 ，对应的圆弧角定子曲线角度：大、小圆弧过渡曲线即定子曲线方程的单位以弧度表示为定子曲线对应的幅度 具体曲线间位置布置如图5-6所示。定子外径：平衡式叶片泵装配时，定子、转子和左、右配油盘用螺钉组装成一份零件后再装入泵体内，由定子最大内半径，按定子所需强度和工作要求，和配流盘配合时油窗大小，结合定子上螺钉的布置等情况，取定子外径2螺钉孔尺寸螺钉的设计选择：参考机械设计手册（单行本）第4篇连接与紧固表4-1-104，选取十字槽圆柱头螺钉（GB/T 8222000）作为定子和配流盘连接用螺钉。螺钉型号：；螺纹径为3mm，螺纹长度70mm 螺钉孔设计：由选择的螺钉型号，定子上螺钉孔直径设计为，2个螺钉孔位置在分布在直径的圆上，分别位于过渡定子曲线夹角的中心点上。通孔设计：在吸油口端连接两配流盘的2个通孔直径选为3.3mm。4.4左配流盘的设计图4-8 配流盘的油窗结构4.4.1左配油盘封油区夹角为了保证叶片泵工作时吸、压油腔不发生沟通，侧板配流盘上的吸油窗口和排油窃口之间的间隔所对应的圆心角必须大于或等于相邻两叶片之间的圆心角 见图332。这样，当叶片尚未进入排油窗时，叶片2已脱离吸油窗，才能处吸、压油腔不互相连通。角与角的比值称为遮盖比，故 (4-32)通常取遮盖比为1.1左右 故 取 4.4.2左配流盘V形尖槽正因为，当相邻两叶片同时处于角范围内时，由两叶片、转子、定子和侧板所围成的容积cdef图中带点部分与吸、排油窗均隔离，出现闭死现象。为了减轻闭死现象的不利影响，在配流盘窗口设计V形尖槽。配流窗口v形尖槽，减缓高压回流液压冲击的v形尖槽应当开在排油窗口的进入端。当闭死容积离开吸油窗口之后，通过v形尖榴逐渐与排油窗口连通，随着转角的增加， v形尖槽的通流截面积的逐渐增大而使两叶片间容腔内的压力p逐步升高，直至完全接通排油窗口，才升压达到压油腔的压力。闭死容积的升压过程与v形尖槽的几何尺寸有关。当V形尖楷的横截面为等边三角形时，随着v形尖槽逐渐进入两叶片间的容腔，按节流作用和油液可V形尖槽所占的幅角在之间，具体数值要通过实验来确定，有些泵为了达到降低噪声的效果，宁可稍许降低容积效率，设计成V形尖槽跨入封油区若干度。取 4.4.3左配流盘结构尺寸设计1整体尺寸:定子外径，则配流盘大径，考虑工艺要求和条件取配流盘宽度。2轴孔尺寸:左配油盘的轴孔壁作为左轴承外圈的轴向定位，由手册上查得61902型深沟球轴承外圈的安装尺寸，定位高度,因此，左配油盘轴孔直径 (5-33)C为轴孔倒角，查机械设计手册第一篇零件倒圆与倒角 GB/T 6403.41986表1-5-10，得 C=1.0mm故求得轴孔直径 3配流盘端面环槽:配流盘端面环槽与叶片槽底部相通，由转子叶片压力油孔尺寸，各孔圆心位置，孔直径，取环槽分度圆，环槽宽度，槽深4配油窗口:计算得到的配油盘封油区夹角，配流盘V形尖槽，则计算配油盘吸油窗口夹角和压油窗口夹角： 配油窗口吸、压排油窗口需要根据转子和定子的配合安装位置确定，且配油窗口在四段过渡定子曲线上，则配油窗口分圆直径在上。取左配流盘两吸油窗口宽度为5mm，且为不通孔深5mm，吸油窗口为缺口型，夹角为，在吸油口入口端，吸油窗口较大，扩大角度为。5螺钉孔:由定子设计选择的螺钉型号，且定子上螺钉孔直径为，4个螺钉孔位置在分布在直径的圆上，分别位于过渡定子曲线中心点上。则左配油盘上螺钉孔直径为且2个螺钉孔位置分布在直径的圆上，在吸油窗口中心点上。6V形尖槽:压油窗口V形尖槽：平衡式叶片泵叶片当随着转子向前转动，一但接通排油窗口，由于压差悬殊，压油腔的高压油将在瞬间内反冲入两叶片间的容腔。使该腔压力迅猛升高，出现所谓酌“高压回流”，造成很大的压力冲击。每转过一个角都如此重复一次。这种周期性的高压回流液压冲击不仅导致叶片泵输出流量和输出压力的脉动，更重要的是造成定子环的径向振动，从而产生噪声并加快定子内曲面与叶顶的磨损，对叶片泵的正常工作影响极大。叶片泵越是工作在高压，上述闭死现象所造成的高压回流液压冲击也越严重。因此在压油窗口设计V形尖槽，尖槽夹角由上面的计算知4.5右配流盘结构设计1右配流盘与左配流盘大部分尺寸相同，吸、压油窗口位置也相同，不同在于，右配流盘的吸油窗口为不通孔，深为5mm，压油窗口为通孔与配流盘环形槽相通，环形槽宽8mm，深5mm.右配流盘螺纹孔为M3，与左配流盘螺钉孔配合安装螺钉。2在右配流盘上开有2个的孔和2个的孔，分别为2个mm向叶片槽底部输送压力油的孔，使压力油进到叶片底部，叶片在压力油和离心力作用下压向定子表面，保证紧密接触以减少泄漏。转子两侧泄漏的油液经传动轴与右配流盘孔中的间隙，经另2个孔流回吸油腔。3配流盘轴孔根据装配情况知， (5-34)取右侧板轴孔直径配流盘右端与右泵体配合，右端轴承6005型其尺寸为故与右泵体装配的该段直径为4参考机械设计手册第10篇润滑与密封表10-4-5,选择O形橡胶密封圈作为密封件，型号为 G GB/T3452.11992 G GB/T3452.11992参考机械设计手册第10篇润滑与密封轴向密封沟槽尺寸 表10-4-8 G GB/T3452.11992的沟槽尺寸为槽外直径 80.0mm+5.3mm=85.3mm；槽宽；深；槽内直径 G GB/T3452.11992沟槽尺寸为槽外直径50.0mm+3.6mm=53.6mm；槽宽；槽深结合右配流盘上孔，槽等工作强度要求，右配流盘总宽45mm，和右泵体配合尺寸为15mm.5参考机械设计手册第1篇表1-5-12配流盘与右泵体配合段倒角为4.6传动轴的设计平衡式叶片泵由于叶片所受径向力平衡，故轴主要承受扭矩作用，承受的弯矩很小，故称为传动轴。4.6.1 材料选择轴主要承受扭矩作用，在轴上有扭转切应力，由机械设计表15-1选择轴常用材料中剪切疲劳极限较高的材料。4.6.2 花键轴段的设计图4-9 传动轴花键轴段结构由转子设计中选择的花键轴孔直径为 花键连接为多齿工作，承载能力高，对中性、导向性好，齿根较浅，应力集中小，轴的强度削弱小，平衡式叶片泵主要承受扭矩作用且对运行是对中和稳定性有一定要求，因此选择将轴段加工成花键轴，并选择为矩形花键轴。设齿的工作高度为 (5-35)式中 h花键齿工作高度，mm D矩形花键大径，mm d矩形花键小径，mm C矩形花键齿倒角尺寸，mm又由配合关系得 (5-36)由取C=1mm,得 d=17mm取键数 N=4，键宽B=5mm即花键轴规格为 式中 N键数 d矩形花键小径，mm D矩形花键大径，mm B键宽，mm4.6.3校核轴段花键的挤压强度由机械设计手册第4篇表4-3-29得花键连接许用压强 又花键挤压强度 (5-37)式中 T转矩， 各齿载荷不均匀系数，一般取 齿数，即键数 z=N 齿的工作长度，mm;即转子宽度 平均直径，mm，矩形花键 矩形花键大径，mm h花键齿工作高度，mm，矩形花键C倒角尺寸 故轴段花键的挤压强度满足要求。4.6.4轴的结构设计图4-10 轴上零件的装配1拟定轴上零件的装配方案如图，由图5-10知和轴上配合零件，为左右轴承、转子和密封圈。左、右配流盘不靠传动轴轴定位。2设计轴上B-F段由花键轴段的设计D=16mm，确定D-E段直径 轴肩E-F段为右轴承定位轴肩,由右轴承型号：6004基本尺寸：安装尺寸：则轴肩 则 3密封圈配合轴段设计参考机械设计手册第10篇润滑与密封旋转轴唇形密封圈GB 138711992的表10-4-12，选择密封圈为型号: FB 25 40 GB 138711992FB:带副唇内包骨架型尺寸: 内径d=20mm,外径D=35mm,宽度4确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册第1篇表1-5-12取轴端倒角为A-B轴端其余，轴肩处圆角半径均为r=1.0mm.4.6.5轴上载荷分析根据轴的结构图做出轴的计算简图和扭矩图。从轴的结构图以及扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。轴扭矩4.6.6按扭转切应力校核轴的强度参考机械设计表15-3 轴常用几种材料的及值得,传动轴材料为，平衡式叶片泵旋转轴的许用扭转切应力参考机械设计表15-4 抗弯、抗扭截面系数计算公式得,花键截面的抗扭截面系数计算公式为 ，z为花键齿数校核轴的扭转强度:在危险截面C处： =1234.753 4.6.7校核轴的刚度平衡式叶片泵的传动轴在载荷作用下，将发生扭转变形。若变形量发生超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至丧失机器应有的工作性能。因此，对传动轴进行刚度校核。1许用扭转角的选取为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取；对于精密传动轴，可取；对于精度要求不高的轴，可大于。此处，根据传动轴的工作情况和传动精度要求，选择许用扭转角为 将承受扭矩的轴段看成由三段阶梯轴组成J-D段：平均圆截面直径为长度为 D-E段：直径 长度 E-K段：直径 长度扭转刚度校核计算 式中： T轴所受的扭矩， G轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材， 轴截面的极惯性矩，对于圆轴， L阶梯轴受扭矩作用的长度，mm分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前. z阶梯轴受扭矩作用的段数 2传动轴的三段轴的刚度计算 则 故传动轴的刚度满足要求。4.7泵体的设计4.7.1泵体材料选择1铸件材料铸件一般用灰铸铁铸造，灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨，因此，其基体的强度和硬度不低于相应的钢，抗拉强度大，消振能力比钢大10倍。灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，铸件壁厚增加则强度降低。因此，本设计选择灰铸铁HT200作为泵体铸造材料。2铸件的壁厚参考机械设计手册第一篇常用设计资料表1-2-3查得，灰铸铁HT150最小壁厚：一般铸造条件下，最小允许壁厚 改善铸造条件下，最小允许壁厚 4.7.2左泵体结构设计1泵体外形根据转子、配油盘直径尺寸，且靠密封圈装在泵体和泵盖中，间隙配合，故泵体内圆直径。根据最小允许壁厚和外壁螺栓连接的工作要求，泵体宽度和高度的尺寸为 泵体长度，根据转子、配流盘、轴承装配长度和泵体底部壁厚设计，综合考虑，取泵底部壁厚15mm，轴承孔宽度查轴承尺寸得7mm,转子、配油盘在泵体内的安装配合长度25mm+25mm+15mm,轴承底部孔深3mm，则泵体总长2吸油腔尺寸吸油腔宽度：吸油腔是保证叶片泵正常工作吸油的重要结构，把它设计在与壳孔内圆成的范围内，则吸油腔宽度为吸油腔长度：吸油腔与右配流盘的吸油窗口相通，由此得到吸油口螺纹：参考普通螺纹基本尺寸GB/T 1961981的表4-1-3，由吸油腔宽度42.5mm选择螺纹尺寸M20作为吸油孔口尺寸。3轴承安装孔泵体底部轴承孔由选择的轴承型号决定，由轴承型号为61901型及其尺寸，则轴承孔径为。4螺栓孔布置泵体连接螺栓选择六角头螺栓C级GB/T 57802000，由机械设计手册第4篇连接与紧固表4-1-76，选择螺栓型号为。则 泵体螺栓孔为,分布在泵体的四个角上，圆心为15mm.4.7.2右泵体结构设计1泵体外形与右泵体配合，故泵体宽和高均为110mm，长度由内孔结构决定，计算得长为60mm。2阶梯孔与右配流盘配合的内孔，为过渡配合，由配流盘尺寸的内孔径为80mm；另一孔与右轴承配合，由选择的轴承型号6005的外圈为47，则孔径为47mm.3压油口螺纹选择M20作为压油口螺纹标准。参考机械设计手册第10篇润滑与密封表10-4-5选择O形橡胶密封圈 G GB/T 3452.11992参考表10-4-8，所选密封沟槽尺寸，槽宽，槽深轴承润滑，泵体内油飞溅直接润滑轴承橡胶密封圈是用耐油橡胶制成的，利用弹簧使橡胶与轴保持一定的压力，密封性可靠。有两种结构，一种密封圈内装有金属骨架，靠外圆与孔配合实现轴向固定；另一种是没有金属骨架，使用时，必须轴向固定。此处选第一种结构，橡胶油封内带有金属骨架，与孔配合安装，不需要再有轴向固定。4.8盖板的设计1作用：固定轴承和安装旋转密封圈进行密封2类型：选择凹缘式凹缘式轴承端盖调整轴向间隙方便，密封性好。3材料：铸铁铸造HT150具体尺寸参看图纸。第五章 液压转向泵的使用与维护5.1液压转向泵的使用使用叶片泵时，必须符合以下使用条件的限制，否则难以达到预期性能和寿命。1液压油的种类不同型号的叶片泵对各种类型液压油的适应性不同，同一型号的叶片泵使用不同类型液压油时所允许的工作压力也不同。具体使用时注意产品上的规定。一般叶片泵都适用于石油基液压油，但只有一部分叶片泵适用于合成液压油和含水液压油，压力在14.0Mpa时，必须使用抗磨液压油，改善叶片顶部与定子的磨损。2液压油的粘度范围设计的叶片泵以较低转速启动，由于离心力较小，为便于叶片沿径向伸出与定子接触，不能使用粘度太大的油液，一般限制在100以下。3油温范围允许工作油温主要受油液性质、密封圈材质以及零件热变形的限制，一般可在-10+70范围内工作，较理想的工作温度是2055，-1010属于危险启动温度。4吸入口压力吸入口压力过低，会由于溶解在油液中的空气分离而产生气泡，出现气穴现象，导致气蚀和噪声。一般允许的最低吸入压力不得低于-0.02Mpa，不得高于0.050.15Mpa。一般限制吸油高度不超过500mm较为适宜。5转速和转向转速应符合规定的转速范围，尤其是启动转速不得低于规定的最低转速。一般允许的最低转速为600r/min。由于叶片顶部形状的不对称性，叶片安放角的倾斜方向以及吸、压油 口的不一致性等原因，一般叶片泵都不允许正、反转双向使用。需要反转时，必须将泵拆开后按转向要求重新装配。5.2液压转向泵的维护与检查经常性的维护、检查对于液压转向泵是有益无害的。1经常检查工作油液是否污染、浊化、变质，及时发现及时更换。正常情况下，更换油液的期限视工作条件而定，连续使用时间较长时，一般一年更换一次为好。2在寒冷地区使用时，要更换凝点较低、粘度较低的液压油。3经常检查、清洗滤油器，连续使用一般不超过23个月，以保持油液清洁，吸油流畅。4发现有外泄露或空气进入时，应及时检修和补充油液。5经常检查油箱的液面高度和有无气泡情况。6检查油温是否超过规定允许的最高