毕业设计论文-轴向柱塞泵设计

河北科技学院毕业论文（设计）1河北科技学院学生毕业设计（论文）题目：轴向柱塞泵设计作者：张昆伦学号：Z111331034系别：机电工程系专业：机械制造与自动化年级：2011级指导教师：张少波完成日期：2014年5月20日河北科技学院毕业论文（设计）2目录摘要…………………………………………………………………………………31直轴式轴向柱塞泵工作原理与性能参数………………………………………41.1直轴式轴向柱塞泵工作原理……………………………………………………41.2直轴式轴向柱塞泵主要性能参数…………………………………………………42直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析…………………………………72.1柱塞运动学分析…………………………………………………………………72.2滑靴运动分析……………………………………………………………………93柱塞受力分析与设计………………………………………………………………103.1柱塞受力分析……………………………………………………………………103.2柱塞设计…………………………………………………………………………144缸体受力分析与设计………………………………………………………………184.1缸体的稳定性……………………………………………………………………184.2缸体主要结构尺寸的确定………………………………………………………185柱塞回程机构设计…………………………………………………………………206斜盘力矩分析………………………………………………………………………226.1柱塞液压力矩1M………………………………………………………………236.2带卸荷槽非对称正重迭型配油盘…………………………………………………236.3回程盘中心预压弹簧力矩3M…………………………………………………24结论………………………………………………………………………………………25参考文献…………………………………………………………………………………25致谢………………………………………………………………………………………………26河北科技学院毕业论文（设计）3摘要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。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、边缘学科越来越丰河北科技学院毕业论文（设计）4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。河北科技学院毕业论文（设计）51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1-1-1直轴式轴向柱塞泵工作原理1.2直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max40PMPa额定流量Q=100L/min河北科技学院毕业论文（设计）6最大流量max200/minQL额定转速n=1500r/min最大转速max3000/minnr1.2.1排量﹑流量与容积效率轴向柱塞泵排量bq是指缸体旋转一周，全部柱塞腔所排出油液的容积，即2maxmax4bXxqFsZdsZ=2(19.50.2)(19.50.22)94p创创创≈0.84(L)不计容积损失时，泵的理论流量tbQ为2max4tbbbxbQqndsZn=0.84×1500=1260(L)式中xF—柱塞横截面积；xd—柱塞外径；maxs—柱塞最大行程；Z—柱塞数；bn—传动轴转速。泵的理论排量q为1000100010070.2.15000.95vQqnh´===´（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：13max.pnqC£河北科技学院毕业论文（设计）713300070.220660pC?式中pC是常数，对进口无预压力的油泵pC=5400；对进口压力为5kgf/cm的油泵pC=9100，这里取pC=9100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24bxfqdDZtg中可以看出，柱塞直径zd﹑分布圆直径fD﹑柱塞数Z都是泵的固定结构参数，并且当原动机确定之后传动轴转速bn也是不变的量。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max15～20，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即15gO=。泵实际输出流量gbQ为gbtbbQQQ=100-3=97（ml/min）式中bQ为柱塞泵泄漏流量。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VB定义为实际输出流量gbQ与理论流量tbQ之比，即gbVBtbQQ=9797%100=轴向柱塞泵容积效率一般为b=0.94～0.98，故符合要求。1.2.2扭矩与机械效率不计摩擦损失时，泵的理论扭矩tbM为河北科技学院毕业论文（设计）82bbtbpqM=66120.84101.610(.)2Nmp创=?式中bp为泵吸﹑排油腔压力差。考虑摩擦损失bM时，实际输出扭矩gbM为gbtbbMMM=6661.6100.2101.810(.)Nm???轴向柱塞泵的摩擦损失主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜盘平面之间﹑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tbM与实际输出扭矩gbM之比，即6611.61088.9%1.8101tbtbmbbgbtbbfbMMMMMMMh´=====+?+1.2.3功率与效率不计各种损失时，泵的理论功率tbN2tbbtbbgbNpQnM=6150021.810283()60kwp创?泵实际的输入功率brN为122brbgbbtbmbNnMnM=61500121.610282()600.889kwp创创=泵实际的输出功率bcN为bcbgbbtbbNpQpQgh===3631.610954267()kw创?定义泵的总效率为输出功率bcN与输入功率brN之比，即12btbbbcbbmbbrtbmbpQNNMgghhhhph====0.8890.970.86?河北科技学院毕业论文（设计）9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bh=0.85～0.9,上式满足要求。2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。2.1柱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。2.1.1柱塞行程S图2.1为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fR，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2-1-1柱塞运动分析河北科技学院毕业论文（设计）10cosffhRRa=-所以柱塞行程S为1(1cos)shtgRtggg==-当180aO=时，可得最大行程maxs为max2ffsRtgDtggg==3918039()tgmmO?2.1.2柱塞运动速度分析v将式1(1cos)shtgRtg对时间微分可得柱塞运动速度v为.sinssaftatdddRtgaddduwg===当90a及270时，sin1a，可得最大运动速度max为max150019.52.15819(/)60fRtgtgmmsuwgpO==创=式中w为缸体旋转角速度，atw=。2.1.3柱塞运动加速度a将.sinssaftatdddRtgaddd对时间微分可得柱塞运动加速度a为2.cosaftatdddaRtgaddd当0a及180时，cos1,可得最大运动加速度maxa为2max15008192129(/)60faRtgmswgp骣÷ç==创=÷ç÷ç桫柱塞运动的行程s﹑速度v﹑加速度a与缸体转角a的关系如图2.2所示。河北科技学院毕业论文（设计）11图2-1-2柱塞运动特征图2.2滑靴运动分析研究滑