基于UG的轴向柱塞泵设计
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基于UG的轴向柱塞泵设计论文.doc
外文翻译--利用被困体积提高轴向柱塞泵的容积效率.doc
奇数柱塞泵瞬时流量图.dwg
柱塞受力图.dwg
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柱塞泵任务书.doc
柱塞腔通油孔图.dwg
柱塞运动特征图.dwg
轴向柱塞泵装配图.dwg
零件图传动轴.dwg
零件图滑靴.dwg
零件图配油盘.dwg
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.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.
目 录
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
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
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1.1所示。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（xoy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 ～ 范围内，柱塞由下死点(对应 位置)开始不断伸出，柱塞腔容积不断增大，直至上死点(对应 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 ～ 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。
图中恒流量变量机构由带有节流阀的双边控制阀(恒流量阀)和差动变量缸组成。控制阀C端预压弹簧调定后，节流阀两侧压力差在控制阀阀芯上产生的液压力与弹簧力相平衡，阀芯处于中垃，斜盘倾角固定在某一角度，泵输出流量为调定值。
当泵转速增加时，输出流量也相应增加。由于节流器面积不变，则节流器两端压力差 增大，推动控制阀阀芯左移，带动变量活塞左移，斜盘倾角减小，流量城少，直至恢复到调定值。此时，阀芯上液压力与弹簧力重新平衡阀芯处于中位，斜盘倾角稳定，泵输出流量为恒定值。反之，当泵转速减小后，输出流量减少。类似的分析可知，斜盘倾角会增加，流量也随之增加，仍保持为一恒定值。
图9.5(b)为变量特性曲线。 为保持调定流量 的最低稳定转速。从图中可以看出，从 以上，泵输出流量不随转速变化而改变，始终保持恒定值。
恒流量变星泵用于对液压执行机构要求速度恒定的设备中。例如，机床、运输机械等液压系统。但是恒流量变量泵恒定流星的精度不高，误差较大，这也限制了它的应用。
结论
液压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.
选择液压泵的原则是:根据主机工况﹑功率大小和系统对工作性能的要求,首先确定液压泵的类型,然后按系统所要求的压力﹑流量大小确定其规格型号.
一般来说,由于各类液压泵各自突出的特点,其结构﹑功用和运转方式各不相同,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵.一般在机床液压系统中,往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵;而在筑路机械﹑港口机械以及小型工程机械中,往往选择抗污染能力比较强的齿轮泵;在负载大﹑功率大的场合往往选择柱塞泵.
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。
参 考 文 献
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〔17〕沙毅 闻建龙主编.《泵与风机》.中国科学技术大学出版社.2005
〔18〕陈允中 曹占文 黄红梅 邓国强等译.《泵手册》.中国石化出版社.2003
〔19〕路甬祥主编.《液压气动技术手册》.北京.机械工业出版社.2002
〔20〕张耀宸.《机械加工设计手册》.北京.航空工业出版社,1987
致 谢
论文是在讲师的悉心指导下完成的，在我即将完成学士学位学习之际，衷心感谢老师们给我提供了良好的学习条件、科研环境和全面锻炼的机会以及在生活、学习上给予的关心和帮助。各位老师不仅以其渊博的学识、创造性的思维方式、严谨的治学风范、高度的责任感使作者在学术上受益匪浅、而且言传身教，以其高尚的人格和坦荡宽广的胸怀教导了我做人的道理。值此论文完成之际，瑾向张勇老师以及全系各位老师表示最衷心的感谢，并致以崇高的敬意！在课题的研究和论文撰写过程中，得到了学院老师的大力支持，在此对你们表示衷心的感谢。