利用SolidWorks进行单作用叶片泵设计及其有限元分析

1、无摘要摘要液压泵是随着液压传动技术的产生而产生的，随着我国工业和科学技术的不断发展，机、电、液一体化在整个机械行业所占的比重越来越大，液压传动技术在诸多领域得到了越来越广泛的应用，因此，液压泵作为动力元件成为液压传动元件中不可缺少的一部分，起到非常重要的作用，同时越来越受人们的关注。单作用叶片泵作为液压泵的一种，在液压传动系统中有较为广泛的应用。基于单作用叶片泵的应用范围和优缺点， 本文主要对单作用叶片泵做了从结构设计到部分结构性能分析的工作。其主要过程是通过现有工况确定单作用叶片泵主要的零件尺寸，然后通过 SolidWorks 软件对单作用叶片泵进行三维实体建模和虚拟装配。再对装配体中叶片的

2、运动进行运动学分析和装配体进行动力学分析， 最后对转子的静态应力进行有限元分析。整篇论文对于单作用叶片泵的设计具有参考和实用意义，同时也对单作用叶片泵的优化具有一定的指导作用。关键字关键字：单作用叶片泵，有限元，优化设计无AbstractHydraulic pump is produced with hydraulic transmission technology, With thecontinuous development of industry and science and technology in our country, machine,andelectric, iquid i

3、ntegration in throughout machinery industry by accounted for of shareincreasingly big.Hydraulic drive technology get has increasingly widely of application inmany area.So hydraulic pump as power components became hydraulic drive components inthe not missing of part, up to very important of role, whi

4、le increasingly by people of concern.Single-acting vane pump as a hydraulic pump.There are used in hydraulic transmissionsystem more and more.Based on the scope of application of the single-acting vane pump andthe advantages and disadvantages.This article focuses on single-acting vane pump part made

5、from structural design to structural analysis. Its main processes are determined by existingconditions of single-acting vane pump parts dimensio. Through SolidWorks software forsingle-acting vane pump for three-dimension solid modeling, and virtual Assembly.Assemblyblade motion in kinematics analysi

6、s and Assembly dynamics analysis, static finite elementanalysis of the stress of the last rotor. Papers for the design of single-acting vane pump withreferences and practical significance, as well as optimization of single-acting vane pumpcapable of guiding.Keywords: single-acting vane pump; finite;

7、 optimal design无目录目录摘要. IAbstract. II目录.III1绪论.11.1 课题研究背景.11.1.1 CAD 技术的发展.11.1.2 SolidWorks 软件简介.11.1.3 单作用叶片泵简介.31.2 课题研究的目的与意义.41.3 课题研究的内容.52单作用叶片泵结构的设计及尺寸参数的初定.62.1 单作用叶片泵结构的设计.62.1.1 单作用叶片泵的计算中用到的主要技术参数.62.1.2 确定单作用叶片泵的工况.62.1.3 被设计的单作用叶片泵的结构分析.72.1.4 确定单作用叶片泵的结构.72.1.5 确定单作用叶片泵的参数.72.2 单作用叶片

8、泵的零件尺寸的初定.82.2.1 配油装置尺寸的确定.82.2.2 轴尺寸的初步确定.92.2.3 轴承的选取.102.2.4 轴的受力分析及校核.102.2.5 轴承寿命的校核.122.2.6 压力调节端零件尺寸的确定.133单作用叶片泵零件的三维实体建模.153.1 箱体类零件建模.153.2 调流量端零件的建模.173.3 定子环定位端零件的建模.183.4 配油零件的建模.204单作用叶片泵的虚拟装配.224.1 配油装置的装配.224.2 调压装置零件之间的配合.234.3 箱体配合零件的装配.244.4 总装配.255单作用叶片泵运动学及动力学分析.285.1 对于叶片顶端的运动学

9、分析.285.2 转子动力学分析.306 有限元分析.336.1 转子的静态应力有限元分析.336.2 叶片瞬间静态应变的有限元分析.38论文总结.44无致谢.45参考文献.46附录.47无1绪论绪论1.1 课题研究背景课题研究背景1.1.1 CAD 技术的发展技术的发展制造的全球化、信息化和需求的个性化，都需要企业能在最短的时间内推出用户满意的产品，并且能够开速占领市场。为了适应这种瞬息万变的市场，设计方必须要缩短设计周期，提高产品质量，必须要有先进的实际技术。计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)即利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称 CAD。

10、20 世纪 50 年代美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。 60 年代初期出现了 CAD的曲面片技术， 中期推出商品化的计算机绘图设备。 70 年代， 完整的 CAD 系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了 CAD 技术的发展。80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世， CAD 技术在中小型企业逐步普及。 80 年代中期以来， CAD 技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为 CA

11、D 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在 CAD 中的应用，极大地提高了 CAD 系统的性能；人工智能和专家系统技术引入 CAD，出现了智能 CAD 技术，使 CAD 系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。SolidWorks就是在此历史条件下发展成的一款基于Windows开发的三维CAD系统，SolidWorks 自 1995 年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率。 SolidWor

12、ks 作为三维设计软件具有全面的零件及装配建模功能， 利用该软件还可以快速的生成工程图， SolidWorks 软件还包含零件建模、 装配设计、工程图与钣金等模块， 还与高级图像渲染软件Photo Works高级有限元分析软件Cosmos,结构运动学分析软件 Motionworks，产品数据管理软件 SmarTeam，以及数控加工软件无缝集成，具有强大的辅助设计功能。1.1.2 SolidWorks 软件简介软件简介（1）三维实体建模的形成无SolidWorks 可以建立全相关的三维实体模型，在设计过程中，实体之间可以存在或不存在约束关系，同时，可以利用自动的或用户自定义的约束关系来体现设计意

13、图。实体建模就是在计算机中利用一些基本元素来构造机械零件的完整几何模型， 它包含了完整描述模型的边和表面所必须的所有线框和表面几何信息。除了几何信息外，它还包括了把这些几何体关联到一起的拓扑信息。将某些具有代表性的几何形状定义为特征，并将其所有尺寸村委可调参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造。特征造型就是依次性成各种特征并将其组成所需零件的方法。在进行零件或装配体，SoildWorks 软件使用智能化的，易于理解的几何体（如凸台、切除、孔筋、圆角、倒角、拔模等）建立特征，特征建立后可以直接应用于零件中。用于创建的尺寸与关系可以被记录并存于设计模型中。 通过编辑尺寸数值来

14、驱动几何形状的改变，尺寸标注就不再是“注释”，而是驱动用的“参数”了，这不仅可以使模具体现设计人员的设计意图，而且还能够快速容易的修改模型。（2）虚拟装配的形成全约束是指将形状和尺寸联合起来考虑， 通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。SolidWorks 支持约束，如平行、垂直、水平、竖直、同轴心和重合这样的几何关系。此外，还可以使用方程式来建立参数之间的数学关系。通过使用约束关系和方程式，设计者可以保证设计过程中实现和维持诸如“通空”或“等半径”之类的设计意图。SolidWorks 模型与它的工程图及参考他的装配体的全相关的。对模型的修改会自动反应到与之相关的工程图和装配体中，同样，对工程图

15、和装配体的修改也会反映在当中。（3）SolidWorks 运动学及动力学分析在 SolidWorks 中进行运动学或动力学仿真，使用的是 Motion（2007 及以下版本称 Cosmosmotion）模块，属于 SolidWorks 里面的设计验证工具， SoildWorks Motion使用现有的 SolidWorks 装配体信息来构建运动模拟算例 。还可以将载荷无缝传入Simulation 已进行应力分析， 可以直接显示零部件在某个时间点或整个模拟周期内的应力和位移。在分析单作用叶片泵的时候，会用到 COSMOSFlo Works 高端计算流体力学程序是进行流体分析和传热分析。在单作用用

16、叶片泵的动力分析时用到的是 SolidWorks 自带的 COSMOSFlo Works，用来给高端计算流体力学程序中提供的强大功能来重新定义流体分析和传热分析。（4）SolidWoks 的有限元分析无对于大多数的工程技术问题， 由于物体的几何形状比较复杂或者问题具有某些非线性特征，很少能得到解析解。目前这类问题的的解决途径是利用有限元法。借助计算机来满足工程要求的数值解，这就是数值模拟技术。随着计算机技术的快速发展和普及，有限元分析发迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学领域， 成为一种丰富多彩、应用广泛并且使用高效的数值分析法。主要分析功能：a)系统及部件级分析以 FEA 为例，为

17、了实现有价值的分析，设计的几何部件会需要不同的单元类型，实体、壳、梁、杆进行离散。而且需要充分考虑装配体间的连接关系和接触关系。其中连接关系的处理尤其重要，涉及到螺栓连接、销钉连接、弹簧、点焊、轴承等非常复杂的连接关系。b)多领域的全面分析任何一个产品决计不能仅考虑静强度，必须考虑多领域的问题，比如静强度、动强度、模态、疲劳、参数优化等。图 5 展示了在统一界面下产品的多领域分析。c)面向设计者的多场耦合热-结构、流体-结构、多体动力学-结构等多场分析是目前分析中的一个重要发展方向，他可以解决非常复杂的工程问题。d)特殊行业及领域的需求面对很多行业有很多特殊需求，因此需要特殊的 CAE 模块。

18、例如面对压力容器，需要符合 ASME 标准的压力容器校核工具；面对电子和消费品领域，需要解决跌落分析的能力。e)高级分析需求面对日益复杂的使用环境，必须考虑复合材料、材料非线性、高级机械振动、非线性动力学等高级分析的需求。SolidWorks Simulation 节省了搜索最佳设计所需要的时间和精力，可以最大限度的缩短设计周期，降低测试成本，提高产品质量，大大缩短了产品上市时间，加大利润空间。1.1.3 单作用叶片泵简介单作用叶片泵简介（1）单作用叶片泵工作原理及特点单作用叶片泵也是由转子、定子、 叶片和配油盘等零件组成。与双作用叶片泵明显不同之处是，定子的内表面是圆形的， 转子与定子之间有

19、一偏心量 e，配油盘只开一个吸油窗口和一个压油窗口。单作用叶片泵的转子回转时，由于离心力的作用，使叶片无紧靠在定子内壁，这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作区间，当转子按图示的方向回转时，叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这就是吸油腔。叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间逐渐减小，将油液从压油口压出， 这就是压油腔。 叶片泵转子每转一周， 每个工作空间完成一次吸油和压油，称单作用叶片泵。(2)单作用叶片泵的特点优点：结构工艺简单，可以实现各种形式的变量，流量大、压力大、压力稳定、噪音小。缺点：作用在转子上的液压力不平衡，从而使轴和轴承上承受很大的负载，

20、是轴承磨损大，泵的寿命较短。所以单作用叶片泵也称之为非卸荷式叶片泵，一般在中低压场合使用。(3)未来对于单作用叶片的优化a )存在困油现象，通过有限元分析软件对配有盘结构优化，消除困油现象。b)通过对叶片槽倾角的有限元分析， 保证叶片更容易从叶片槽滑出， 提高泵的效率。c)转子的径向液压力不平衡，通过对定子转子的有限元分析，减小径向不平衡力提高泵的工作压力和排量。d)单作用叶片泵的高压化。e)轴向间隙大，容积效率低。f)液压泵与原动机合一。g)液压油纯度对单作用叶片泵性能的影响较大。1.2 课题研究的目的与意义课题研究的目的与意义油泵作为机电产品中的关键部件， 它的性能和寿命在很大程度上决定着

21、整个液压系统的工作能力，因此对油泵的合理设计和正确使用显得格外重要。其结构设计的目的就要使其具有承受更高热负荷和机械负荷的能力，以达到所需的可靠性要求，从而提高机电产品的效率。在 SolidWorks 的标准菜单中包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令， 通过应用这些特征造型技术可以很方便地设计出需要的三维实体,然后对实体特征进行运动学和动力学的分析，达到改善单作用叶片泵性能的目的。机构的运动分析，就是根据给定的原动件的运动规律，求出机构中其他构件的运动规律，根据各构件的位置、速度、加速度等运动参数。其目的在于：通过对机构的位移或轨迹分析，确定各构件在运动过程中所占据的空间大小，判断各构件

22、之间会不会发生无干涉，考察其从动件及其上某些点能否实现预定的位置或轨迹要求。基于构件的速度分析可以了解从动件的速度变化规律是否满足工作要求，其次，由于功率是速度和力的乘积，所以在功率一直的条件下，通过速度分析可以了解结构的受力情况。此外，机构的速度分析还是加速度分析的必要前提。由于机构加速度分析，可以确定各构件及其上某些点的加速度变化规律，这是计算构件惯性力和研究机械动力性能的必要前提。在机构运动过程中，其各个构件都受到力的作用，构建运动的过程也是构件传力过程和做功过程。作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状的重要依据，所以不论是设计新的

23、机械，还是为了合理的使用现有的机械，都必须对现有的机构的受力情况进行分析。研究机构动力分析的目的有二：确定运动副中的反力， 利用 SolidWorks 设计流程图。SolidWorks Simulation 是一个与 SolidWorks 完全集成的设计分析系统。它提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热力分析和优化分析、凭借着强大的功能支持，使用户可以凭借计算机快速解决大型问题。1.3 课题研究的内容课题研究的内容本文利用机械设计中的理论原理和设计思路，包括材料的选取，尺寸的确定，尺寸的校核，零件的润滑，同时也结合了 SolidWorks 三维建模技术和有限元分析技术的基

24、本理论和方法, 利用 SolidWorks 三维建模软件和自带的 SolidWorks Simulation 有限元分析软件， 进行单作用叶片泵的整个设计和分析过程。 SolidWorks 作为专用的机械设计软件，在本文的单作用叶片泵的设计和分析过程中，起到了极其重要的作用本课题主要研究的内容是通过了解单作用叶片泵的工作原理及结构特点，选取适当的单作用叶片泵的工况及相关参数， 在相应的工况下设计出单作用叶片泵的结构及基本尺寸和关键尺寸，以及相关零件的校核；根据确定的尺寸利用 SolidWorks 进行单作用叶片泵零件的三维实体建模零件的虚拟装配以及对装配体进行运动学和动力学分析；最后用 Sol

25、idWorks 进行有限元的分析。无2单作用叶片泵结构的设计及尺寸参数的初定单作用叶片泵结构的设计及尺寸参数的初定2.1 单作用叶片泵结构的设计单作用叶片泵结构的设计2.1.1 单作用叶片泵的计算中用到的主要技术参数单作用叶片泵的计算中用到的主要技术参数（1） 泵的排量（mL/r） 。泵旋转一周所能排出的液体体积。（2） 泵的理论流量（L/min） 。在额定转速时，用计算方法得到单位时间内泵能排出的最大流量。（3） 泵的额定压力（L/min） 。在正常工作条件下，能保证泵长时间运转所能输出的最大流量。（4） 泵的额定压力（MPa） 。在正常工作条件下，保证泵长时间运转的最高压力。（5） 泵的最

26、高压力（MPa） 。允许泵在短时间超过额定压力运转时的最高压力。（6） 泵的额定转数（r/min） 。在额定压力下，保证长时间运转的最高转速。（7） 泵的最高转速（r/min） 。在额定压力下，允许泵在短时间内超过额定转速运转时的最高转速。（8） 泵的容积率（%） 。泵的实际输出流量与理论流量的比值。（9） 泵的总效率（%） 。泵输出的液压功率与输入的机械功率的比值。（10）泵的驱动功率（kW） 。在正常工作条件下，泵能驱动液压泵的机械功率。2.1.2 确定单作用叶片泵的工况确定单作用叶片泵的工况根据液压技术使用手册得出单作用叶片泵的技术性能范围和应用范围如下:表 2.1单作用叶片泵的技术性能

27、范围和应用范围压力范围排量范围转速范围最大功率容积效率功率重量比16MPa1320mL/r5002000r/min30KW8592小最高自吸能力流量脉动噪声油污染敏感度变量能力总功率33.5kPa1中中能6481应用范围： 机床、注塑机、液压机、起重运输机械、工程机械、飞机。单作用叶片泵的的应用范围及现有的单作用叶片泵的工作场合，确定其工况为注塑机，其主要参数如下；无流量 Qmax=1L/s 压力 P1=6.4MPa转速 n=1000r/min容积效率 90%2.1.3 被设计的单作用叶片泵的结构分析被设计的单作用叶片泵的结构分析设计的单作用叶片泵主要由配油装置、 压力调节装置、 流量调节装置

28、、 内反馈装置、箱体几部分组成，由轴传动电机动力，带动转子转动，通过叶片、定子、前后配油盘等完成一系列的配油工作；由流量调节螺钉、活塞及辅助装置完成流量的调节作用；以调节弹簧为主要的装置完成单作用叶片泵的反馈工作；箱体起到固定零件、连接电动机等其他辅助工作。2.1.4 确定单作用叶片泵的结构确定单作用叶片泵的结构根据市场现有的单作用叶片泵的结构以及设定工况下对于单作用叶片泵的具体要求，结合相关机械设计中所学的知识，同时相比较现有有单作用叶片泵的相关结构，设计单作用叶片泵的结构。 （见图 2.1）图图 2.1 泵体结构图泵体结构图2.1.5 确定单作用叶片泵的参数确定单作用叶片泵的参数（1）单作

29、用叶片泵的参数选取原则泵的基本参数是压力，流量，转速，效率。一般根据系统的实际工况来选择，为了延长泵的使用寿命， 一般在固定设备中液压系统的正常工作压力可选择泵的额定压力的70%80%选择泵的第二个泵的重要的因素是泵的流量或排量，泵的流量与工况无关，选择泵的流量一般要大于液压系统工作时的最大流量。泵的效率值是泵质量好坏的体无现，一般来说应使主机的的正常工作参数处在泵效率曲线的最高区域，泵转速的选择要大于所需工况下的转速。（2）确定单作用叶片泵的参数单作用叶片泵压力的确定Pp=P1+p=6.9MPa(p 为泵到执行元件间的管路损失，取 0.5MPa）泵流量的确定QKQmax=1.21L/s=72

30、L/min(K 为泄露系数）转速的确定n=1460r/min电动机的选取取泵的总效率为p=0.8，泵的总驱动功率为 P=PpQ/p= 10.35kW根据电动机功率和电动机转速查（机械设计简明手册）符合条件的电动机有：表 2.2 电动机的选取2.2 单作用叶片泵的零件尺寸的初定单作用叶片泵的零件尺寸的初定2.2.1 配油装置尺寸的确定配油装置尺寸的确定(1)确定叶片数 z一般在 715 之间取奇数 选去 11 叶片采用 W6Mo5Cr4V2 合金钢(2) 确定叶片的厚度=1.82.5mm取 2.30mm，叶片倾角初定=20(3)确定转子的半径 Rp 和转子的宽度 B 转子的半径有转子的强度， 叶

31、片的工作高度 （R-r）和花键轴孔的大小而定，通常设计时可以参考母性选用与其流量相似的现有流量泵的尺寸，取 Rp=43mm转子的宽度等于叶片的宽度等于转子的宽度，且取值范为 B=2060mm 之间，故选取 B=40mm(4)偏心距的选取初定为 e=8mm.(5)定子半径 R 的计算由公式 Q=4RBnev 得 R=Q/4nBev=72/414600.40.90.008=0.545m=54.5mmR定子的半径（m） ；e定子相对转子的偏心距（m） ；B定子的厚度（m） ；v容积效率。型号功率/KW转速（r/min）Y160M-4111460无(6) 定子的厚度取 D=12mm，定子采用耐磨合金钢

32、(7) 配油盘尺寸 半径 R1=D+R=72.5mm，厚度 B1=5mm（8） 弹簧挡圈的选取由机械设计课程设计手册可知,mm40轴径d,d=36.539. 090. 0mm,h=1.560. 015. 0mm,d1=2.5mm。图图 2.2 弹簧挡圈弹簧挡圈2.2.2 轴尺寸的初步确定轴尺寸的初步确定选择轴的材料为 45 钢，正火处理，由机械设计手册得其强度值：许用应力由表 15-6 查得：MPab2001，计算轴的载荷由 T=Me=9549P/n=954911/1460=71.9N.m得D3/16T=0.0395m=39.5mm取泵轴的直径为 40mm考虑到轴上零件从轴的两端依次安装，轴从

33、右侧装入（轴承轴承、卡环，轴上零件依次从左侧装入(轴间套、右配油盘、转子、定子、左配油盘、O 型圈)。轴承处直径：d1=40mm轴承处长度：mml271(轴承宽度 B+2mm+卡环厚度 5mm+2mm=27mm)转子处直径：d2=40mm转子处长度：mml502（转子宽度 40mm+2 配油盘厚度 5mm=50mm)后盖到左配油盘之间的长度mml353（插入后盖的长度为 30mm） MPa40无右配油盘到轴承左端之间的长度mml404箱体内部总长度mmllllL1523550402743211箱体外部轴径 d3=36mm 长度l5=40mm选用普通键连接，按机械设计课程设计手册轴径mmdd40

34、42查相应键的尺寸Lhb为：mmmmmm40812，其中mmrmm40. 025. 0，轴上槽深mmt0 . 5毂上槽深mmt3 . 31按机械设计课程设计手册轴径 d3=36mm 查相应键的尺寸Lhb为mmmmmm28810其中mmrmm40. 025. 0，轴上槽深mmt0 . 5毂上槽深mmt3 . 312.2.3 轴承的选取轴承的选取考虑用到滑动轴承，mm40轴径d，由机械设计课程设计手册 ，若选用圆柱滚子轴承轴承， 型号为 NF208， 由参考书 3 查得有关数据为： 外径 D=80mm， 孔径mmd40，mmB18，1minsr，基本额定动载荷 Cr=51.5kN，基本额定静载荷

35、Cor=53kN。轴承采用脂润滑，根据机械设计课程设计手册选用毡圈密封。2.2.4 轴的受力分析及校核轴的受力分析及校核先对叶片泵理论应力值进行粗略计算，由于忽略液体对转子的作用。即可得输入转子的扭矩约为 T= PpQ =1.2L/s6.9MPa=8280 Nm对转子进行受力分析及力的分解，排油压力对转子的力可以分解为轴向力 Ft和径向力Fr（单位均为 N） ，分解示意图如 2.3。图图 2.1 转子受力分析图转子受力分析图无(1)轴的受力分析圆周力 Ft=22dT=4082802=414KN径向力 Fr= Fttan=414tan20=150.68KN（2）确定跨度L1=21305+4021

36、=40mmL2=40215+40+2127=78.5mm（3）求轴的支反力，做轴的受力图121LLFLFtB=139.75KNFA=Ft-BF=414-139.75=274.25N（3）该截面轴径mmd40，槽宽mmb12，槽深mmt0 . 5，则此截面的抗弯、抗扭截面模量 W、WT分别为：40254051240162162323dtdbtdWT=10728.8mm340254051240322322323dtdbtdW=5364.4mm查机械设计手册得等效系数：05. 0，0由表 1-7 尺寸系数：91. 0，89. 0由表 1-8 表面质量系数：9 . 0由表 1-12 许用安全系数： 5

37、 . 13 . 1s由表 1-4 应力集中系数：键槽处:76. 1k，54. 1k；配合处：89. 1k，无46. 1k；按规定取中最大值,则76. 1k，54. 1k（4）扭矩作用下的安全系数005. 021.3191. 09 . 089. 12751makS=3.82转矩作用下的安全系数069. 469. 489. 09 . 054. 11401makS=3.7综合安全系数7 . 388.1582. 388.1582. 32222SSSSS SS 满足疲劳强度要求2.2.5 轴承寿命的校核轴承寿命的校核轴向载荷为：FA=414-139.75=274.25N径向载荷为：Fr= Fttan=2

38、74.25tan20=99.81N由机械设计可知，对于 NF208 型轴承，Fd=YFt2=67. 0225.274=91.87N。故右侧轴承有“压紧“的趋势，左侧轴承有被”放松“的趋势，于是NFFaa12.336 Fd2NFa87.91 Fd1由机械设计知轴承 NF208（25）的判别系数67. 0e，故无eFFa65. 068.15087.9111再由机械设计表 13-5，查得11X,01Y,41. 02X,67. 02Y,因而轴承的当量动载荷为NFYFXPa68.15087.91068.1501111118 . 12 . 1Pf，取中间值5 . 1Pf，1tf，又上文已经确定 Cor=5

39、3kN，假设轴承一年大修一次，ht6300630013616168.1505 . 15300017 .38560106010PfCfnLPrtIIh=56331930h符合使用寿命要求。2.2.6 压力调节端零件尺寸的确定压力调节端零件尺寸的确定(1)大活塞确定材料 45 钢弹簧所受力为 Fr= Fttan=414tan20=150.68KN最大压力 P=6.9Mp有公式 PAx= Fr可知，Ax= 218mm受压端直径 d=x8A=23.56mm(2).弹簧的确定由 GB/T1239.6-92 可知，选取材料为 65Mn,外径取 D=30mm,可得内径 d=15mm,自由长度 l=65mm,

40、压缩量l=26mm。(3).调压螺栓的选取选取 M12 的螺栓，公称长度 l=30mm(4).垫圈的确定外径mmD400，内径 d=27mm,厚度 H=5mm注：零件配合时，满足的工艺要求（1）叶片和转子槽内的配合间隙机要室叶片和槽间的泄漏很小，又要使叶片在槽内能自由滑动，当叶片厚度一定时，其配合间隙为 0.010.02mm。无（2） 叶片的宽度比转子的宽度小0.01mm， 转子的宽度比定子的宽度小0.020.04mm.。(3)定子两端面的平行度允差 0.002mm。（4）定子两段和空垂直度允差 0.008mm。（5）转子两端面平行度允许差 0.003mm。（6）叶片槽对转子端面垂直度允许差

41、0.02mm。（7）叶片槽两端面平行度允许差 0.01mm。（8）定子内表面曲面粗糙度 0.00040.0001mm。（9）叶片滑动表面粗糙度 0.1。（10）配油盘表粗糙度 0.2。无3单作用叶片泵零件的三维实体建模单作用叶片泵零件的三维实体建模零件的结构形状是根据零件在装配体中的功能进行设计的，尽管结构形状千变万化，但却都是有一些基本体组合而成。比如拉伸体、旋转体、扫描体、放样体。这些基本体在 SolidWorks 软件中称为特征，可以从无到有建立特征，也可以编辑特征。3.1 箱体类零件建模箱体类零件建模1 上端盖的建模（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文

42、件”的对话框。单击“零件”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“上端盖”，再单击“保存”完成文件命名。(以下各尺寸均默认单位 mm)（2）选择工具栏中的“草图绘制”按钮，选择绘图界面中的“前视基准面”，确定绘图基准面，单击“直线”按钮，在下拉菜单中选择“中心线”，以原点为中心，绘制一条水平线和竖直线。再单击“直线”按钮，绘制以原点为中心的长方形。再单击“直线”按钮，在下拉菜单中选择“中心线”，连接长方形的对角线，单击圆按钮，在对角线上的四个定点方向换四个圆，选择“智能尺寸”按钮，分别单击长方形边线的顶点，确定长度为 50*60，选中绘制

43、的四个圆，确定圆心的半径为 3,圆心到中心的距离为 32，单击“退出草图”，选择“特征”中的“凸台拉伸”，拉伸长度设置为 15，完成拉伸如图 3.1。图图 3.13.1 上端盖螺纹孔拉伸上端盖螺纹孔拉伸（3）选中凸台拉伸 2 面，单击绘制草图，单击圆按钮，以中心为圆心，绘制半径为 15 的圆，单击“退出草图”， 选择“特征”中的“凸台拉伸”，拉伸长度设置为 5，完成拉伸。选中凸台拉伸 3 面，单击绘制草图，单击“圆”按钮，以直线顶无点为圆心，绘制半径为 6 的圆，单击“退出草图”， 选择“特征”中的“拉伸切除”，选择“完全贯穿”，铸造面倒圆角，完成如图 3.2 的零件图。3.23.2 上端盖三

44、维建模生成图上端盖三维建模生成图2 前端盖的建模（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“零件”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“前端盖”，再单击“保存”完成文件命名。（2） 选择工具栏中的“草图绘制”按钮，选择绘图界面中的“前视基准面”， 单击“直线”按钮，在下拉菜单中选择“中心线”，以原点为中心，绘制一条水平线和竖直线。再单击“直线”按钮，绘制以原点为中心的长方形。再单击“直线”按钮，在下拉菜单中选择“中心线”， 择“智能尺寸”按钮，分别确定草图长方形的长度，如图 3.3，单击“退

45、出草图”，（3）选择“特征”中的“凸台拉伸”，拉伸长度设置为 40，选中凸台拉伸面 1，选择工具栏中的“草图绘制”按钮，单击“圆”按钮，以原点为圆心，绘制半径为 20mm 的圆，单击“退出草图”， 选择“特征”中的“拉伸切除”，深度为 55mm,选择“特征”中的“凸台拉伸”，拉伸长度设置为 40，选中凸台拉伸面 1，选择工具栏中的“草图绘制”按钮，单击“圆”按钮，以原点为圆心，绘制半径为 80mm的圆，选择“特征”中的“凸台拉伸”，拉伸长度设置为 15mm。生成图 3.4。无图图 3.33.3 前端盖草图前端盖草图图图 3.43.4 前端盖三维建模生成图前端盖三维建模生成图3.2 调流量端零件

46、的建模调流量端零件的建模（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“零件”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“调压弹簧”，再单击“保存”完成文件命名。（2）选择工具栏中的“草图绘制”按钮，选择绘图界面中的“前视基准面”，选中圆按钮，将指针移动到草图原点，单击并移动指针，再次单击，完成元的绘制。单击工具栏中的“智能尺寸”按钮，。选择圆，在左侧弹出的对话框中输入圆的半径为 22.5mm，单击。单击菜单栏“插入”“曲线”“螺旋线/涡旋线”，在弹出的螺旋线属性对话框中，设“定义方式”为“螺距”为

47、4 和“圈数”为 10，单击确定。（3）选择右视基准面，单击草图工具栏中的“圆”按钮，将指针移动到螺旋线起点捕捉到该点，并单击移动指针完成圆的绘制。单击智能尺寸按钮设置圆的半径为 3.5mm，单击，然后单击工具栏中的退出草图按钮。（4）在 command manager 特征中单击“扫描”按钮，将螺旋线设置为路径，同时将簧条圆设置为轮廓，在“扫描”对话框中单击确定。如图 3.5，完成弹簧的三维造型，如图 3.6。无图图 3.53.5 弹簧路径生成弹簧路径生成图图 3.63.6 调节弹簧三维图调节弹簧三维图3.3 定子环定位端零件的建模定子环定位端零件的建模定子环固定端选用的是一个紧定螺钉，而紧

48、定螺钉属于标准件，所以直接可以从solidworks 工具库中选取。（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“零件”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“紧定螺钉”，再单击“保存”完成文件命名。（2）单击菜单栏“工具”“插件”，如图 3.7 在插件对话框软件产品中选择Solidworks Toolbox 和 SolidWorks Toolbox Browser,选择确定。图图 3.73.7 插件的选取插件的选取无（3）单击绘图界面右侧的“设计库”按钮，然后依次在零件库中选择“Toolbox

49、”“GB”“screws”“ 紧定螺钉”，选择“带长爪开槽定位螺钉”，右击选择生成零件，在左侧弹出的对话框中选择类型为 M12，长度定为 60mm。，单击确定。如图 3.8。图图 3.83.8 紧定螺钉紧定螺钉对于与之对应的六角螺母可以用同样的方法完成三维建模，选择时选用“螺母”“六角螺母”“球面六角螺母”如图 3.9，在这里就不做介绍。图图 3.93.9六角螺母的调用六角螺母的调用无3.4 配油零件的建模配油零件的建模（1） 转子三维图的建模图图 3.103.10 定子环定子环（2）叶片三维图的模型图图 3.113.11 叶片叶片无（3）配油盘的三维建模图图 3.123.12 叶片叶片（4）

50、转子的三维建模图图 3.133.13 转子图转子图无4单作用叶片泵的虚拟装配单作用叶片泵的虚拟装配4.1 配油装置的装配配油装置的装配（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“装配体”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“装配体 1”，再单击“保存”完成文件的命名。（2）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，在轴所在的文件夹中选取轴的零件图，将光标移至界面中央，单击鼠标插入轴零件，用同样方法插入键零件和转子零件图。（3）单击装配体工具栏中的配合按钮，界面的

51、左侧出现 Property Manager,如图 4.1，在界面的图形区域中选择轴上的键槽侧面和键的侧面，单击“重合”按钮，然后单击按钮完成键与轴之间侧面的配合。用相同的方法，选取键与键槽地面，配合关系选择重合，键端面和键槽侧面，配合关系选择重合。（4）选中转子轴配合的圆柱面，同时选中轴的圆柱面，单击“轴同心”按钮，再单击完成轴与转子同轴心的配合关系。选取转子的上端面，在选择轴大直径端的端面，单击“距离”选项，设定距离值为 55mm,再单击后完成整个轴与转子的配合。如图 4.2。图图 4.14.1 配合关系的确定配合关系的确定图图 4.24.2 装配体装配体 1 1无4.2 调压装置零件之间的

52、配合调压装置零件之间的配合调压装置主要是用来调压和单作用叶片泵的反馈工作的完成，在实体造型的过程中主要考虑到零件的密封性和弹簧的压力调节大小，来决定弹簧的长度和其承载压力的大小，所以调压端零件的尺寸主要是根据上面通过压力的计算而得到的尺寸完成图形的三维造型。（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“装配体”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“装配体 2”，再单击“保存”完成文件的命名。（2）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，在调压装置所在的文件夹中选

53、取弹簧的零件图，将光标移至界面中央，单击鼠标插入弹簧零件，用同样方法插入垫片垫圈和活塞的零件图。（3）单击装配体工具栏中的配合按钮，界面的左侧出现 Property Manager,在界面的图形区域中选择垫圈的圆柱面和垫片的圆柱面，单击“轴同心”按钮，然后单击按钮完成垫片 1 与垫圈的同心配合。用同样的方法完成垫片 2 的同心配合。（4）选中垫片 1 和垫圈中的任意一个端面，在 Property Manager 中选中配合关系为“重合”，然后单击按钮完成垫片 1 和垫圈的重合关系的配合。用同样的方法确定垫圈和垫片 2 的重合关系，在选取垫片 2 的重合面时，选择没有凸台拉伸的一端即可。（5）选

54、中活塞的圆柱面，再选取垫片 1 的圆柱面，配合关系为同心，单击按钮。（6）选择设计树 Feature Manager 中的“前视基准面”，选中装配体中的“参考几何体”，分别设置向上和向下的距离为 32.5mm 生成新的基准面，基准面 4 和基准面 5。（7）单击装配体工具栏中的配合按钮，选择基准面 4 和垫片 2 的下端面，配合关系选为“重合”，单击按钮。用同样的方法确定活塞和基准面 5 的重合关系，完成调压装置零件之间的配合。如图 4.3。无图图 4.34.3 装配体装配体 2 24.3 箱体配合零件的装配箱体配合零件的装配（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks

55、文件”的对话框。单击“装配体”按钮，再单击窗口中的“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“装配体 3”，再单击“保存”完成文件的命名。（2）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，在箱体装置所在的文件夹中选取前端盖、上端盖、后箱体的零件图，将光标移至界面中央，单击鼠标插入后箱体零件，用同样方法插入前端盖和上端盖的零件图。（3）单击装配体工具栏中的配合按钮，选中上端盖的圆柱面和后箱体配油端的圆柱面，配合关系选为“轴同心”，单击选项；再选中上端盖的底面和后箱体配油端的上端面，配合关系选为“重合”，单击选项；最后选中上端盖的侧面面和

56、后箱体配油端的侧面，配合关系选为“平行”，单击选项。（4）单击装配体工具栏中的只能装配按钮，单击 Porterty Manager 中的“选择”对话框，如图 4.4。将光标移至图形区域，并选中上端盖的四个螺纹孔，单击“添加”，选择“自动更新长度”，单击单击选项，完成智能扣件。（5）重复上述操作，用同样的方法，就可以完成前端盖和后箱体的配合，最终生成装配体 3。如图 4.5。无图图 4.44.4 箱体智能扣件箱体智能扣件图图 4.54.5 装配体装配体 3 34.4 总装配总装配（1）单击标准工具栏上的“新建”，弹出“新建 SolidWorks 文件”的对话框。单击“装配体”按钮，再单击窗口中的

57、“确定”按钮，单击工具栏中的“文件”命令及下拉菜单中的“保存”，输入文件名“总装图”，再单击“保存”完成文件的命名。（2）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，在三维零件装置所在的文件夹中选取装配体 1、装配体 2、装配体 3 的装配图、后配油盘、定位销，将光标移至界面中央，单击鼠标插入装配体 1，用同样方法插入装配体 2 和装配体 3 的装配图。（3）单击装配体工具栏中的配合按钮，选取定位销的圆柱面和后箱体上销孔的圆柱面，配合关系选为“轴同心”，单击选项确定，选中定位销的端面和后箱体上销孔的端面，配合关系选为“重合”，单击选项确定。用同样的方法确定另外一个定

58、位销的配合关系。（4）进行装配体 1 和装配体 3 的装配，为了便于装配，需要将前端盖隐藏，具体方法是先选择设计树 Feature Manager 中的前端盖选中，后右击选中“隐藏零部件”选项，显示隐藏。单击装配体工具栏中的配合按钮，选中轴的圆柱面，同时选中装配体 3 中后箱体直径为 40mm 的圆柱面，配合关系选为“轴同心”，单击选项确定，选中转子的右端面，同时选中后配油盘的左端面，配合关系选为“重合”，单击选项确定。无（5）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，插入轴承和弹簧卡环的零件图，如图 4.6 和图 4.7，轴承和弹簧卡环是从标准件中调入，单击装配

59、体工具栏中的配合按钮，选择轴承的内圆柱面与轴的圆柱面，配合关系选为“轴同心”，单击选项确定，选中轴承的内圆柱面的端面与轴的直径为 40mm 的端面，配合关系选为“重合”，单击选项确定，完成轴承的配合关系。 在选择弹簧卡环的内圆柱面和轴承的外圆柱面， 配合关系选为 “轴同心”，单击选项确定， 选中弹簧卡环的端面和轴承外圈的端面， 配合关系选为 “重合”，单击选项确定，完成卡环与轴承的配合。图图 4.64.6 滚子轴承滚子轴承图图 4.74.7 弹簧挡圈弹簧挡圈（6）上端盖和后箱体的配合属于智能扣件，通过配合关系为“轴同心”确定同轴关系，选择四个螺纹孔，用智能扣件即可完成其配合，在这里不多做介绍。

60、（7）单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，插入调节螺杆和调节螺母的零件图，同时插入装配体 2，单击装配体工具栏中的配合按钮，选择调节螺杆的螺纹和螺母的螺纹，选择“配合”“机械配合”“螺旋”，如图 4.8，“圈数”为 18，“距离/圈数”为 2，单击选项确定，单击“插入零部件”，在左侧“插入零部件”对话框中选择打开文档的“浏览”，选取装配体 2 的装配图，单击装配体工具栏中的配合按钮，选取垫片的端面，和螺杆的下端，配合关系选为“重合”如图 4.9，单击选项确定，完成整个流量调节端的配合。无图图 4.84.8 螺栓的配合选取螺栓的配合选取图图 4.94.9 螺母