【轴向柱塞泵的主要零部件设计计算过程案例】5900字

轴向柱塞泵的主要零部件设计计算过程案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u31701.1柱塞设计 2101651.2滑靴设计 6299281.2.1滑靴的结构型式的选择 8318771.2.2滑靴结构尺寸设计 8166391.3配流盘设计 999391.1.1过渡区设计 10182071.1.2配流盘主要尺寸确定 1024851.1.3验算比压p、比功pv 1126581.4缸体设计 12170242.4.1通油孔分布圆和面积 12290281.4.2缸体内﹑外直径﹑的确定 1335641.4.3缸体高度H 15286511.5柱塞回程机构设计 15188411.6变量机构设计 1626211.6.1手动变量机构 17146471.6.2手动伺服变量机构 1879551.6.3恒功率变量机构 181.1柱塞设计柱塞可分为以下三种形式：1）点接触式柱塞:图2-1（a）2）线接触式柱塞:图2-1（b）3）带滑靴的柱塞图2-1（c）2-1（a）它的柱塞的头部是一个完整的球形表面，这个柱塞头和斜盘的接触是电接触。由于他们之间的接触应力非常的大，很容易就会发生磨损，根本不能够承受比较大的工作的压力，所以现在已经很少使用这种柱塞形式了。2-1（b）的柱塞的头部装配有一个摆动的头，它的下半部分的那个球体，可以绕着这个柱塞的球窝的中心来进行摆动，摆动的头的上半部分则是球面或者是一个平面，他与斜盘的接触形式保持线接触或者也可以保持面接触，摆动头和斜盘的相接触的面之间依靠壳体的腔内的润滑油液来进行润滑，差不多和普通的滑动轴承一样，它的[pv]的取值必须要限制在规定的范围以内。2-1（c）它的柱塞的头部和上一个一样都装上了一个摆动头，我们将这个摆动头称之为滑靴，这个摆动头可以绕着柱塞头的中心部位进行摆动。从而可以减少他们之间的摩擦以及他们之间的磨损，使使用的寿命可以得到大大的增加，就现在而言，这种形式的柱塞形式被用来广泛使用在轴向柱塞泵中。图2-1柱塞结构型式从图2-1可以看出,这三种形式的柱塞大多都可以把他们做出空心的结构,这样做的话就可以用来减轻柱塞的质量,然后可以减小柱塞它在运动的时候的惯性力。但是这种空心的结构毫无疑问的增加了柱塞它在吸取油液和压出油液的这个过程中的剩余的无效的容积。本次设计选取图2-1（c）的柱塞泵。1.1.2柱塞结构尺寸设计1）柱塞直径及柱塞分布塞直径根据资料显示，柱塞的直径d、还有柱塞的分布圆的直径D以及柱塞的数量z，他们之间都是相互关联的。在缸体上面的每一个的柱塞孔它的直径d所占有的弧的长度大概是分布圆的周长它的75%左右，也就是说：从而我们就可以计算出公式里面的m是结构参数，m它的取值范围是根据柱塞的数量Z来决定的，其值如表2-1所示。表2-1柱塞结构参数Z7911m1.11.94.5（2-1）取γ=20°由上式可得，选取d=16mm计算得：（2-2）2）柱塞名义长度因为柱塞它的圆球的中心有一个很大的作用力——径向力T，为了使柱塞它不致被卡死，并且保持它有着足够的一个密封的长度，所以我们应该保证留有最小的留孔长度，一般取：这里取。因此，柱塞名义长度应满足：式中—柱塞最大行程；—柱塞最小外伸长度，一般取。根据经验数据，柱塞名义长度常取：这里取。3）柱塞球头直径按经验常取，如图2-2所示。图2-2柱塞尺寸图这里取为了让柱塞它在排油结束的时候，圆柱面能够完全的进入柱塞的柱塞腔，应该使柱塞球头它的中心到圆柱面保持有一定的距离，一般取它的取值范围是0.4~0.55，我们在这里取。4）柱塞均压槽在以前，我们都要在柱塞它的表面进行加工，它的加工深度是0.3~0.8mm、它的加工宽度则是0.3~0.7mm、至于它的加工间距的话，我们的一般加工范围是2~10mm，这样加工出一个环形的均压槽，希望它能够起到平衡两侧的侧向力，改善他们的润滑的条件，以及可以起到储存污染物的一个作用。但是，因为柱塞他收到的一个径向力是非常的大的，均压槽的这个作用并不是非常的明显，反而会非常容易的划伤缸体孔它的内部的表面。所以的话，现在有很多的受到压力高的柱塞泵已经不在柱塞的表面开设均压槽了，因为并没有什么实际作用。1.1.3柱塞-缸体孔摩擦副比压P﹑比功的验算（2-3）应在摩擦副材料允许范围内，即（2-4）由此可得柱塞缸体摩擦副最大比功为（2-5）﹑﹑的值，可参考表2-1。表2-1材料性能材料牌号许用比压Mpa许用滑动速度m/s许用比功Mpa.m/sZQAL9-430860ZQSn10-115320球墨铸铁105181.2滑靴设计对于滑靴的设计，就一般情况而言，我们使用的是剩余压紧力法，完全平衡型的静压支撑滑靴，在多年一来，一直是受到人们的重视的，但是就现在的情况而言，主要受限于理想的状态，在实际生活中，我们的柱塞泵很少采用的，有以下几点原因：滑靴上面的作用力不是很好计算，它的摩擦力、离心力什么的都是会随着滑靴它的运动轨迹的改变发生变化的；滑靴不仅有着沿斜盘的滑动运动，而且还有绕着柱塞头的一个自转的运动；在实际的运转中，我们会发现柱塞头它经常会受到一个冲击的载荷它的作用，而且还有着起动和停止的这种工作状态，所以要一直保持油膜的稳定，可以说是根本不可能的；还有就是，阻尼管制造是相当的困难，并且还容易发生堵塞；即使我们能解决上述问题，可以让负载力和它的支持力达到一个基本的平衡，但是也做不到平衡滑靴它上面的倾覆力矩，更不能解决滑靴它在这个力矩的作用下面发生的一系列磨损。所以我们现在使用的还是剩余紧压力设计的方法。用剩余紧压力的方法来设计滑靴，它的步骤是相当的的简单的：根据我们的经验，先选择+=。在式子里，和分别是滑靴它底部上面密封带它的内半径和外半径，d则是柱塞直径。根据推荐选取-它的取值范围·，一般是（0.1~0.15）d，对于直径比较大的滑靴，我们选取的是最小值，如果是直径比较大的滑靴，那么我们就选它的最大值。接下来就是我们就是对于压紧系数它的一个确定。静压油池它的压力和柱塞的底部它的压力是一样的，所以：=将上式代入式中，可得滑靴分离力为（2-6）设剩余压紧力，则压紧系数，这里取0.1。滑靴力平衡方程式即为1.2.1滑靴的结构型式的选择滑靴结构有如图2-3所示的3种型式。图2-3滑靴结构型式图2-3为按剩余紧压力法设计的三种滑靴结构。图2-3（a）所示为滑靴基本结构，它包涵密封带、通油孔、油室。这是早期的滑靴结构。实践证明，这种结构的滑靴工作起来并不理想，必须附加一些其他因素才能很好的工作。图2-（b）和图2-3（c）分别为国内和国外两种斜盘泵中采用的滑靴结构，其主要特点如下：增设了内辅助它的一个支撑面，所以就可以用来减小滑靴它的底面的一个接触比压;增设外辅助支撑面，可保护密封带减小密封带宽度加大进油孔直径采用耐磨性好的摩擦副材料经比较，本设计采用图2-3（a）所示的结构型式。1.2.2滑靴结构尺寸设计图2-4滑靴外径的确定滑靴在斜盘上的布局，应使倾角时，互相之间仍有一定的间隙s，如图2-4所示。1）滑靴外径：（2-7）一般取s=0.2～1，这里取0.2。2）油池直径初步计算时，可设定，这里取0.8.3）中心孔﹑及长度用剩余压紧力法设计滑靴，取（或）=0.8～1.5=1.0mm1.3配流盘设计配流盘它是轴向柱塞泵的一个主要的零部件，它的作用就是用来隔离并且分配吸油夜和压油液和承受高速度旋转运动的缸体它所传递过来的较大的轴向的载荷。虽然轴向柱塞泵的类型是非常的多的，他们使用的配流盘也是有很大的差别的，但是他们的功能和作用以及他们的基本结构都是一样的我们通过配流盘的设计就可以得到内封油带的一个尺寸、吸油窗口的尺寸和压油的窗口它的尺寸以及要用来辅助的支承面的每一个部分的具体的尺寸。1.1.1过渡区设计为了能够让配流盘用来吸油的窗口和用来排油的窗口，他们之间的隔离以及他们之间的密封具有一定的可靠性，从前就一般的配流盘来说，我们所采用的间隔角θ都是等于或者稍微大于一点点缸体端面的柱塞用来使油液通过的孔的包角θ的结构，对于这种结构的配流盘，我们通常把它称为零遮盖型配流盘或者称之为正重叠型配流盘。而对于这种结构意义上的配流盘，当柱塞从低压的腔开始把高压的腔接通的时候，在柱塞腔里面封闭着的油液在一瞬间就会受到剧烈的压缩，并且这种压缩会带来一个冲击压力；反之当柱塞它从受到压力较大的腔室里面把受到压力较低的的腔室接通的时候，被封闭起来的油液就会在一瞬间发生膨胀，从而产生一个类似的卸除压力冲击的过程。就这种高压腔室和低压腔室交替着的压力冲击，就是柱塞泵会产生噪声的最主要的原因，在这同时他还会降低泵它的流量脉动品质，并且这种状况还会影响泵它的使用寿命。1.1.2配流盘主要尺寸确定图2-5配流盘主要尺寸1）配油窗尺寸满足要求。式中—泵理论流量；—配油窗面积，；—许用吸入流速，=2～3m/s。由此可得=2）封油带尺寸在这里我们设，内封油带它的宽度是，外面封油带它的宽度则是，和确定方法为：我们考虑到了外面封油带是在大半径这边，并且再加上离心力的一个作用，泄漏量应该会比内封油带的泄漏量要大，所以我们取略大于，即 当配油盘受力平衡时，将压紧力计算示与分离力计算示带入平衡方程式可得（2-8）解方程得：1.1.3验算比压p、比功pv配流盘的总支承面积F为在式子里面，—辅助支承面通油槽总面积；并且﹑—吸﹑排油窗口面积。根据估算：配流盘比压p为（2-9）式中—配流盘剩余压紧力；—中心弹簧压紧力；—根据资料取300pa；在配流盘和缸体配流端面这一对摩擦副的材料和结构尺寸确定了之后，我没应该验算pv值，即式中—平均切线速度，=。根据资料取。1.4缸体设计下面通过计算确定缸体主要结构尺寸2.4.1通油孔分布圆和面积图2-6柱塞腔通油孔尺寸式中﹑为配油盘配油窗口内﹑外半径。通油孔面积近似计算如下：式中—通油孔长度，； —通油孔宽度，；1.4.2缸体内﹑外直径﹑的确定图2-7缸体结构尺寸缸体强度可按厚壁筒验算（2-10）式中—筒外径，且=100mm。—缸体材料许用应力，对ZQAL9—4：=600～800缸体刚度也按厚壁筒校验：=（2-11）式中E—缸体材料弹性系数；—材料波桑系数，对刚质材料=0.23～0.30，青铜=0.32～0.35；—允许变形量，一般刚质缸体取，青铜则取；符合要求。1.4.3缸体高度H从图2-7中可确定缸体高度H为式中—柱塞最短留孔长度；—柱塞最大行程；—为了能够方便的研磨加工，留下来的退刀槽的长度，应该尽量的取的短一些—缸体厚度，一般=（0.4～0.6），这里取0.5=8。1.5柱塞回程机构设计斜盘式轴向柱塞泵一般都有柱塞回程结构我们所说的回程盘是一个平面圆盘，就如2-8所展示的那样。在回程盘上面它是滑靴的安装的孔径的大小，而则是滑靴它的安装孔的分布圆的一个直径。这两个尺寸是回程盘里面最为关键的尺寸，如果没有设计好的话会让滑靴的颈部以及滑靴的肩部都会造成严重的磨损。接下来我们主要是研究一下这两个关键尺寸·的确定方法。图2-8回程盘结构尺寸就像前面所说的那样子，滑靴它在我们斜盘的平面上面的一个运动轨迹他是一个椭圆形，那么我们来计算这个椭圆形的长短轴：短轴长轴从图2-8中可以看出回程盘上安装孔中心O与长﹑短轴端点A或B的最大偏心距相等，且为，因而（2-12）为了使滑靴在不干扰返回盘的情况下向任何方向偏移，回程盘的安装孔直径应大于拖鞋的直径D。同时，考虑到加工、安装等误差，安装孔与滑靴径部之间应留有适当的间隙J。安装孔的直径为式中—滑靴颈部直径；—间隙，一般取=0.5～1mm。1.6变量机构设计我们使用的轴向柱塞泵，他们会通过变动的定量的机构，然后去改变斜盘泵它斜盘倾斜的角，也可以改变斜轴泵摆动的角度，通过这种方式，就可以改变流量流动的方向和流量的大小。可以变量的机构非常的多，按照它控制变量的方式可以分类为手动电动什么的，如果根据用来执行变量的机构，那么就可以分成机械式、液压缸式，就像图2-9所展示的那样。如果根据它的性能参数，我们还可以分为恒功率式、恒压式、恒流量式等。上面那些各种各样的变量机构，一般情况下我们都是把他们组合在一起使用的，比如，像图2-9（a）所展示的那样，手动的变量机构一般都是使用杠杆的，或者通过手轮转动，使丝杠发生转动，然后让斜盘运动改变它的倾斜角度;像图2-9（b）所展示的那样，在图中c那个地方使用手轮或者干脆用杠杆输入进去一个位移量，我们把它叫做手动伺服变量式；而像图2-9（c）所展示的那样，用一个外液压源并且是带有电磁阀的进行控制，它能够实现远程液控变量式，如果我们再用伺服阀把变量缸控制起来的话，并且让这个泵他出口那边的压力恒定不变，那么就可以成为恒压变量形式。变量的形式是有很多种的，接下来我们着重简绍几种变量形式1.6.1手动变量机构手动变量机构它的一个原理图以及它的变量特性就如图2-10所展示的那样图2-10手动变量机构原理及特征从图中我们可以看出，手动变量的机构他是能够实现双向变量的，其中流量Q的方向，流量Q的大小是与变量的行程机构y成正比的。1.6.2手动伺服变量机构这种变量机构，它使用的方式是机械的，然后通过这种方式让伺服阀带动变量缸，这样改变斜盘倾斜的角，最终实现一个变量。它的原理就如图2-11所展示的那样。图2-11手动伺服变量机构在图里面，伺服变量的机构它是由两种组成的分别是双边控制阀，还有一个是差动变量缸。其中控制阀它的阀套连接着变量的活塞杆，然而变量缸它的缸体和柱塞泵的泵体连接在一起。当控制阀处于中间位置的时候，斜盘会在一定的位置上面稳定住。变量的时候如果控制阀c那边往左边移动，图里面的油路2和油路1就被接通，变量缸的A腔室和B腔室多少泵的出口压力。因为B侧它的压力会比A侧大，变量活塞就会往右边运动，推动斜盘它的倾斜的角度会变小，流量也会变小。就这