定量葉片泵(雙作用葉片泵)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(送8張CAD圖).doc

定量葉片泵(雙作用葉片泵)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計在廣泛應(yīng)用的各種液壓設(shè)備中，液壓泵是關(guān)鍵性的元件，它們的性能和壽命在很大程度上決定著整個液壓系統(tǒng)的工作能力，隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進步，液壓泵性能越來越完善，在各種工業(yè)設(shè)備、行走機構(gòu)以及船舶和飛機上都得到了廣泛應(yīng)用。因此對于葉片泵相關(guān)知識的學習和認識十分必要，特別是對于從事液壓相關(guān)方面工作的人更顯得尤為重要。本設(shè)計根據(jù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用的葉片泵為基礎(chǔ)，對定量葉片泵即雙作用葉片泵進行設(shè)計。在設(shè)計過程中采納了一些有關(guān)葉片泵的新技術(shù)和新觀點，并用于葉片泵的設(shè)計考慮，設(shè)計中對雙作用葉片泵的葉片傾角進行了探討，并對比兩種觀點的優(yōu)劣，選擇了現(xiàn)今已越來越得到更多人承認的葉片傾角為零的一種觀點。在定子過渡曲線的設(shè)計上也沒有拘泥于傳統(tǒng)的等加速曲線或阿基米德螺旋線等定子曲線選擇，而是結(jié)合現(xiàn)今數(shù)控機床普及的事實大膽選用高次曲線作為定子過渡曲線的設(shè)計基礎(chǔ)。設(shè)計中還主要參考了YB型系列的葉片泵相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，在相關(guān)類型的葉片泵基礎(chǔ)上對葉片泵的定子過渡曲線和葉片前傾角等結(jié)構(gòu)進行了重新設(shè)計，使葉片泵的部分或整體性能有所改善。關(guān)鍵詞：雙作用葉片泵，葉片傾角，定子過渡曲線注：本設(shè)計為已通過答辯并獲得“優(yōu)秀”等級成績的畢業(yè)設(shè)計，特別是本文的CAD圖幾無錯誤，得到了各位答辯老師的一致好評。由于該類設(shè)計資料稀少，作者在設(shè)計中吃了很多苦，所以在文檔中隱藏了部分重要設(shè)計計算過程，如果需要請下載后（去掉背景色）閱讀，謝謝!另本文附有8張CAD圖紙（裝配圖，左、右配流盤零件圖，左、右泵體零件圖，定子零件圖，轉(zhuǎn)子零件圖，傳動軸零件圖），凡下載需CAD圖紙的，請給我發(fā)消息，我會把圖紙發(fā)到你郵箱，純免費的哦.2*本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT*本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 前言前 言液壓泵是現(xiàn)代液壓設(shè)備中的主要動力元件，它決定著整個液壓系統(tǒng)的工作能力。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的功能主要是將電動機及內(nèi)燃機等原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，向系統(tǒng)提供壓力油并驅(qū)動系統(tǒng)工作。 在液壓傳動與控制中使用最多的液壓泵主要有齒輪式、葉片式和柱塞式三大類型。其中葉片泵是在近代液壓技術(shù)發(fā)展史上最早實用的一種液壓泵。葉片泵與齒輪式、柱塞式相比，葉片泵具有尺寸小、重量輕、流量均勻、噪聲低等突出優(yōu)點。在各類液壓泵中，葉片泵輸出單位液壓功率所需重量幾乎是最輕的，加之結(jié)構(gòu)簡單，價格比柱塞泵低，可以和齒輪泵競爭。本設(shè)計對定量葉片泵的設(shè)計以YB系列的雙作用葉片泵為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)今的技術(shù)特點和最新觀點進行設(shè)計，在定子過渡曲線和葉片傾角等設(shè)計上采用了一些有別于傳統(tǒng)的設(shè)計方案，在一定程度上提高了泵的工作性能。葉片泵作為液壓系統(tǒng)主要部件，對其的設(shè)計需要豐富的機械方面的理論知識，以及有關(guān)葉片泵的相關(guān)專業(yè)技術(shù)知識，將其作為我的設(shè)計方向，是我大學四年專業(yè)知識學習的總結(jié)和鍛煉，在設(shè)計過程中也不斷促使我重新認識、理解所學專業(yè)知識，對所學知識有了一次系統(tǒng)的鞏固和提高。最重要的是在這次設(shè)計過程中，對所學理論知識與實踐的結(jié)合，提高了自己的實踐動手能力，并在這過程認識到自己的許多不足，我一定會在今后的學習工作中不斷改進71 *本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 雙作用葉片泵簡介1 雙作用葉片泵簡介1.1雙作用葉片泵組成結(jié)構(gòu) 組成結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤、傳動軸、殼體等 1.2 雙作用葉片泵工作原理 圖1-1 雙作用葉片泵工作原理 Fig 1-1 Double-acting vane pump principle of work 1定子；2吸油口；3轉(zhuǎn)子；4葉片；5壓油口 如圖1-1所示。它的作用原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在于定子表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線八個部分組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。在圖示轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)的情況下，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。泵的兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。 定子內(nèi)表面近似為橢圓柱形,該橢圓形由兩段長半徑R、兩段短半徑r和四段過渡曲線所組成。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,葉片在離心力和建壓后根部壓力油的作用下,在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)作徑向移動而壓向定子內(nèi)表,由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的外表面和兩側(cè)配油盤間形成若干個密封空間,當轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時,處在小圓弧上的密封空間經(jīng)過渡曲線而運動到大圓弧的過程中,葉片外伸,密封空間的容積增大,要吸入油液;再從大圓弧經(jīng)過渡曲線運動到小圓弧的過程中,葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進槽內(nèi),密封空間容積變小,將油液從壓油口壓出,因而,當轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,每個工作空間要完成兩次吸油和壓油,所以稱之為雙作用葉片泵,這種葉片泵由于有兩個吸油腔和兩個壓油腔,并且各自的中心夾角是對稱的,所以作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡,因此雙作用葉片泵又稱為卸荷式葉片泵,為了要使徑向力完全平衡,密封空間數(shù)即葉片數(shù)應(yīng)當是雙數(shù)。1.3 雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)特點1雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子與定子同心;2雙作用葉片泵的定子內(nèi)表面由兩段大圓弧、兩段小圓弧和四段定子過渡曲線組成;3雙作用葉片泵的圓周上有兩個壓油腔、兩個吸油腔，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸、壓油各兩次雙作用式。4雙作用葉片泵的吸、壓油口對稱，轉(zhuǎn)子軸和軸承的徑向液壓作用力基本平衡;即徑向力平衡卸荷式。5雙作用葉片泵的所有葉片根部均由壓油腔引入高壓油，使葉片頂部可靠地與定子內(nèi)表面密切接觸。6傳統(tǒng)雙作用葉片泵的葉片通常傾斜安放，葉片傾斜方向與轉(zhuǎn)子徑向輻射線成傾角，且傾斜方向不同于單作用葉片泵，而沿旋轉(zhuǎn)方向前傾，用于改善葉片的受力情況，最近觀點認為傾角為最佳。1.4 雙作用葉片泵排量和流量計算圖1-2 雙作用葉片泵的流量計算 1-轉(zhuǎn)子 2-葉片 3-定子如圖1-2所示，泵的排量為 (1-1) 式中 R定子內(nèi)表面長圓弧半徑；r定子內(nèi)表面短圓弧半徑；B轉(zhuǎn)子或葉片寬度；Z葉片數(shù)。若葉片厚度為，且傾斜角安裝，則它在槽內(nèi)往復運動時造成葉片泵的排量損失為 雙作用葉片泵的真正排量為 (1-2)泵的實際流量為 (1-3) 2 雙作用葉片泵設(shè)計原始參數(shù)設(shè)計原始參數(shù):額定排量：額定壓力： 額定轉(zhuǎn)速：*本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 設(shè)計方案分析與選定3 設(shè)計方案分析與選定3.1 設(shè)計總體思路本設(shè)計為定量葉片泵的設(shè)計，葉片泵實現(xiàn)定量可以是定心的單作用葉片泵和雙作用葉片泵，此處選擇雙作用葉片泵進行設(shè)計。以雙作用葉片泵本身的結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)定量，并參考YB型葉片泵結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)有新技術(shù)和新觀點進行雙作用葉片泵的設(shè)計。3.2泵體結(jié)構(gòu)方案分析與選定本設(shè)計為單級雙作用葉片泵，它分為單級圓形平衡式葉片泵和單級方形平衡式葉片泵兩種類型。3.2.1圓形葉片泵圓形葉片泵的主要結(jié)構(gòu)特點和存在問題：1采用固定側(cè)板，轉(zhuǎn)子側(cè)面與側(cè)板之間的間隙不能自動補償，高壓時泄漏嚴重。只能工作在7.0MPa以下的中、低壓。2進、出油道都鑄造在泵體內(nèi)稱為暗油道，鑄造清沙困難。而且油道狹窄，高轉(zhuǎn)速時由于流速過快，流動阻力大，容易出現(xiàn)吸空和氣蝕。3側(cè)板與轉(zhuǎn)子均帶耳軸，雖然支承定心較好，但毛坯費料，加工不方便。這種結(jié)構(gòu)裝配時對后泵蓋聯(lián)接螺釘擰緊扭矩的均勻性要求很嚴，否則容易導致側(cè)板和轉(zhuǎn)子的傾側(cè)，使側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的軸向間隙不均勻，造成局部磨損。3.2.2方形葉片泵方形葉片泵主要結(jié)構(gòu)特點與圓形葉片泵相比，主要有以下改進： 1簡化了結(jié)構(gòu)，在同等排量的情況下，外形尺寸和重量比圓形泵大大減小。 2取梢轉(zhuǎn)子和側(cè)板的耳軸，改善了加工工藝性，而且可節(jié)省毛坯材料。裝配時即使泵蓋四個螺栓的擰緊力矩不很均勻，也不致影響側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的均勻密合。 3采用浮動壓力側(cè)板，提高了容積效率和工作壓力。 4進油道設(shè)在泵體，排油道設(shè)在泵蓋，均為開式油道，不僅鑄造方便，而且油道通暢，即使高轉(zhuǎn)速工作時流動阻力也較小 5傳動釉輸入端一側(cè)的支承較強，能夠承受徑向載荷，允許用皮帶或齒輪直接驅(qū)動，有一定的耐沖擊和振動能力。3.2.3 方案選定綜上所述，方形葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能夠適應(yīng)高轉(zhuǎn)速和較高壓力工作，耐沖擊、振動能力較強等特點，因此特別適用于工程車輛液壓系統(tǒng)。加之其加工工藝性也比圓形泵優(yōu)越得多，所以在一般工業(yè)機械上也獲得廣泛應(yīng)用，已逐步取代圓形泵。綜合考慮以上因素選定方形葉片泵為本設(shè)計的葉片泵類型。3.3 葉片傾斜角方案分析選定3.3.1 葉片傾角對葉片受力的影響 圖3-1 葉片頂端受力分解圖3-2 轉(zhuǎn)子對葉片的作用力 定子對葉片頂部產(chǎn)生的反作用合力F可以分解為和兩個分力見圖31，其中橫向分力枝葉片靠向轉(zhuǎn)于榴一側(cè)并形成轉(zhuǎn)子槽對葉片的接觸反力和摩擦阻力見圖3-2，對葉片的自由滑動十分不利，嚴重時將會造成轉(zhuǎn)子槽的局部磨損，導致泄漏增加，甚至因摩擦力太大而使葉片被咬住不能伸縮滑動。此外，還使葉片懸伸部分承受彎矩作用，假如力過大，或者葉片懸伸過長，葉片還有可能折斷。因此，分力的存在對葉片泵的壽命和效率都很不利，設(shè)計上應(yīng)設(shè)法盡量減小其數(shù)值。由圖3-1和圖3-2 (3-1)式中，為合力F的作用方向與葉片間的夾角 (3-2)式中，為轉(zhuǎn)子槽與葉片摩擦系數(shù)。合力F與葉片之間的夾角越小，則分力越小。最理想的情況是令葉片的方向正好與F力的作用方向一致，這時，由引起的轉(zhuǎn)于對葉片的接觸反力和摩擦力亦為零，葉片的伸縮滑動將完全不受轉(zhuǎn)于槽阻礙。 圖3-3 葉片傾角與作用力方向在圖3-3中，是定子曲線接觸點處法線方向與葉片方向的夾角，稱為壓力角，是定子與葉片的摩擦角。由圖可見，各角度之間存在如下關(guān)系 (3-3)因此，要使角為0應(yīng)使壓力角等于摩擦角。由此得出結(jié)論；定子曲線與葉片作用的壓力角等于摩擦角時對葉片產(chǎn)生的橫向作用力最小，葉片與轉(zhuǎn)子槽之間的相互作用力和摩擦磨損量最小，所以壓力角的最優(yōu)值為 (3-4)當摩擦系數(shù)時，。 如圖3-3所示，在葉片向旋轉(zhuǎn)方向前傾放置的情況下，吸油區(qū)定子與葉片作用的用力角為 (3-5)式中為定子曲線接觸點A處的法線與半徑OA的夾角，為葉片的傾斜角，即葉片方向與半徑方向OA的夾角。3.3.2葉片傾角的兩種觀點1 傳統(tǒng)觀點：平衡泵葉片應(yīng)具有一定的前傾角傳統(tǒng)觀點認為，平衡式葉片泵的葉片應(yīng)該向旋轉(zhuǎn)方向朝前傾斜放置。以往生產(chǎn)的大多數(shù)葉片泵亦按此原則設(shè)計制造，葉片前傾角其至達。這種觀點的主要理由如圖3-4a所示：定子對葉片作用的橫向分力取決于法向接觸反力和壓力角，即，為了使盡可能沿葉片方向作用，以減小有害的橫向分，壓力角越小越好。因此令葉片相對于半徑方向傾斜一個角度，傾斜方向是葉項沿旋轉(zhuǎn)方向朝前偏斜，使壓力角小于角，即，否則壓力角將較大。2 新觀點：認為取葉片前傾角更為合理影響壓力角大小的因素包括定子曲線的形狀反映為角的大小和葉片的傾斜角。實際上定子曲線各點的角是不同的，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，要使壓力角在定子各接觸點均保持為最優(yōu)值，除非葉片傾斜角能在不同轉(zhuǎn)角時取不同的值，且與保持同步反值變化，而這在結(jié)構(gòu)上是不可能實現(xiàn)的。因此，葉片在轉(zhuǎn)子上安放的傾斜角只能取個固定平均合理值，使得運轉(zhuǎn)時在定子曲線上有較多的壓力角接近于最優(yōu)值。由計算機對不同葉片泵所作的計算表明，為使壓力角保持為最優(yōu)值，相府的葉片傾斜角通常需在正負幾度沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向朝后傾斜為負的范圍內(nèi)變化，其平均值接近于零度；加之從制遠方便考慮，所以近期開發(fā)的高性能葉片泵傾向于將葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置，即葉片的傾斜角。 a b圖3-4 葉片前傾時壓力角a壓油區(qū) b吸油區(qū)3.3.3我傾向的觀點 新觀點：葉片傾角為0.理由：傳統(tǒng)觀點是靠經(jīng)驗得出的值，而現(xiàn)代通過先進的計算機技術(shù)已經(jīng)能計算解決這類復雜問題，并通過計算證明了傳統(tǒng)觀點的錯誤。傳統(tǒng)觀點的錯誤還在于： 1在分析定子對葉項的作用力時未考感摩擦力的影響，計算有害的橫向分力使不是以反作用合力F為依據(jù)，而是以法向接觸反力為依據(jù)，因而得出壓力角越小越好的錯誤結(jié)論。實際上由于存在摩擦力，當壓力角時，定子對葉頂?shù)姆醋饔煤狭并不沿葉片方向作用，即并非處于最有利的受力狀態(tài)，這時轉(zhuǎn)子槽對葉片的接觸反力和摩擦力并不為零。 2忽視了平衡式葉片泵的葉片在吸油區(qū)和壓油區(qū)受力情況大不相同，而且吸油區(qū)葉片受力較壓油區(qū)嚴重得多的現(xiàn)實，錯誤地把改善葉片受力的著眼點放在壓油區(qū)而不是吸油區(qū)。葉片向前傾角有利于成小壓力角的結(jié)論實際上只適用于壓油區(qū)。相反，由圖3-4b可見，在吸油區(qū)葉片前傾反而使壓力角增大，變?yōu)椋故芰η闆r更加惡劣。3.3.4 葉片傾角方案選定綜上，設(shè)計的平衡式葉片泵的葉片前傾角選擇。3.4定子過渡曲線方案分析與選定平衡式葉片泵定子大、小圓弧之間過渡曲線的形狀和性質(zhì)決定了葉片的運動狀態(tài)，對泵的性能和壽命影響很大，所以定子曲線問題主要也就是大、小圓弧之間連接過渡曲線的問題。定子曲線的設(shè)計即指的這部分過渡曲線的設(shè)計。由于定子曲線對葉片泵的排量、輸出流量的脈動、沖擊振動、噪聲、效率和使用壽命都有重要影響，所以定子曲線是葉片泵設(shè)計的關(guān)鍵之一。3.4.1雙作用葉片泵性能對定子曲線的要求1使輸出流量脈動小泵瞬時流量公式： (3-6)而 由上式知泵輸出流星的均勻性取決于處在一個區(qū)段定子曲線范圍內(nèi)各葉片徑向運動速度之和是否變化，或者說取決于定子曲線相應(yīng)各點的矢徑變化之和是否能保持為常數(shù)。最簡單的情況是定子曲線的速度特性在整個 角范圍內(nèi)保持為常數(shù)，這時只要處于吸油區(qū)的葉片數(shù)k=常數(shù)，就有常數(shù)=常數(shù)，輸出流量的脈動就為零。2使葉片不脫離定子 雖然平衡式葉片泵在進入工作狀態(tài)后主要靠根部壓力油的作用將葉片頂出與定子保待接觸，但在泵啟動之初，由于根部壓力尚來建立，卻只能依靠離心力使葉片伸出。在這種情況下使葉片與定子保持接觸而不脫空的條件是，即要求對定于曲線的徑向加速度加以限制，以保證葉片的離心加速度大于定于曲線矢徑增長的加速度。這樣，在根部無油壓作用的情況下，吸油區(qū)葉片的徑向運動才能跟上定子曲線矢徑的增長，并對定子有適當?shù)慕佑|壓力。值得注意的是，定子長、短半徑的差值對加速度值的影響很大，如果差值太大，即定子曲線的升程太大，則徑向運動的速度和加速度將很大，有可能會出現(xiàn)葉片的離心力不足以克服加速外伸運動的慣性力，以致跟不上定子曲線矢徑的增長而脫離定子的現(xiàn)象。3 葉片無沖擊振動，低噪聲 如果定子曲線在某些點上的徑向速度發(fā)生突變，則曲線上該點的徑向加速度a在理論上等于無窮大。若，葉片在該點將出現(xiàn)瞬間脫離定子的現(xiàn)象；若，則葉片對定于產(chǎn)生很大的沖擊力，二者均會引起撞擊噪聲和嚴重磨損。有些書中把這種現(xiàn)象稱為“硬沖”，是葉片泵正常工作所不允許的。為了消除徑向速度的突變，要求定子曲線處處光滑連續(xù)，與大、小圓弧的連接點處有公共切線。 根據(jù)分斬，定子曲線加速度的急劇變化和加速度變化率的突變也會使葉片對定子的壓緊力發(fā)生變化，是引起葉片振動沖擊產(chǎn)生噪聲的重要原因。把因加速度突變而引起的沖擊稱為“軟沖”。 無沖擊、低噪聲對定子曲線的要求是曲線的速度、加速度和加速度變化率J都連續(xù)光滑變化，沒有突變。此外，為了減輕閉死容積高壓回流或高壓噴流所引起的沖擊和高壓流體噪聲，往往還要求擴大定子曲線的范圍角，使定子曲線具有預壓縮或預擴張的功能。4使葉片的受力狀態(tài)良好 圖3-5 定子曲線的壓力角 定子曲線某點矢徑與曲線該點的法線之夾角稱為定于曲線的壓力角，如圖3-5所示。根據(jù)高等數(shù)學的知識： (3-7) 當葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置時，定子曲線的壓力角也就是葉片與定子接觸的壓力角。壓力角過大會使定子對葉片的作用力與葉片方向之間的夾角增大，導致橫向分力的增大見圖3-1、圖3-2，使葉片受力狀態(tài)惡化，影響泵的壽命和效率。 由式可見，越大，相應(yīng)的越小，則越大。因此，為了不使壓力角過大，應(yīng)限制定子曲線徑向速度的最大值。3.4.2定子曲線應(yīng)具備的特性 綜上所述，對定子曲線的速度、加速度和加速度變化率等特性和曲線升程的具體要求歸納如下：1速度特性 要求速度特性曲線連續(xù)光滑，沒有突變。最大速度值受葉片與定子接觸壓力角合理值的限制。圖3-6定子曲線的速度組合為保證泵的輸出流量脈動小要求相鄰間隔為葉片間隔角的任意點之速度組合等于或近于常數(shù)。例如如圖3-6所示，設(shè)葉片的間隔角為，吸油區(qū)范圍內(nèi)有兩塊葉片，其所在點是1-2，或1)-2)，或等。要求 2加速度特性 要求加速度特性曲線連續(xù)光滑，沒有突變，不出現(xiàn)加速度為無窮大的點。最大加速度值受葉片不脫離定子條件的限制。 3加速度變化串 要求曲線連續(xù)光滑，沒有突變，不出現(xiàn)J值為無窮大的點。的最大值受低噪聲性能要求的限制。 J值在較小范圍內(nèi)變化且保持連續(xù)的定子曲線能在一定程度上控制葉片的振動，稱為低噪聲曲線。不但限制J值連續(xù)變化的大小，而且在曲線端點上也不出現(xiàn)J值突變的曲線能消除激振作用，更好地實現(xiàn)葉片無沖擊的徑向運動，稱為無沖擊低噪聲曲線。4升程 當定子長半徑一定時，增大升程可以不增大泵的外形尺寸而獲得較大的排量。但無論何定子曲線，其均與成正比，故前述有關(guān)限制值的要求同時也限制了允許的最大升程。由于不同類型曲線的值與之間的比例系數(shù)不同，所以采取不同的定子曲線時，允許的最大升程即允許的長、短半徑之差也不同。值得注意的是，上述對特性的要求也應(yīng)包括定子曲線與長、短徑圓弧的連接點在內(nèi)，當定子曲線在端點上不能按上述特性要求與圓弧段光滑連接時，在連接處應(yīng)設(shè)一小段經(jīng)修正的連接過渡曲線。3.4.3各種定子曲線的分析、比較和選擇1等加速等減速曲線等加速等減速曲線是目前應(yīng)用的最廣泛的一種曲線，它的優(yōu)點是在葉片不“脫空”的條件下，可以得到最大的值，此外，因曲線是斜直線，容易組合成=常數(shù)的情形，即容易實現(xiàn)瞬時流量均勻。其缺點是最大壓力角偏大，在=0、=和=三點存在“軟沖”點。 a b 圖3-7等加速等減速曲線的速度組合a，k=2 b,k4如圖3-7所示，只要定子曲線范圍角正好是葉片間隔角的偶倍數(shù)，即處在定子曲線范圍內(nèi)的葉片數(shù)k保持為某個偶數(shù)，運動過程中葉片所在點的速度組合就能保持為常數(shù)，使輸出流量脈動為零。 當時，k=2圖3-7a，有 當時， k4 圖3-7b，有 由圖，等加速等減速曲線的特性曲線雖然連續(xù)，但有不光滑的折點。在和三處出現(xiàn)加進度的突變，使J為無窮大，產(chǎn)生很大的沖擊振動。最大加速度值以等加速曲線為最小，因而不易出現(xiàn)葉片與定子的脫空；或者說，在滿足葉片不脫空條件的情況下，等加速曲線允許定于長、短半徑有較大的差值。2正弦加速曲線正弦加速曲線雖然消除了加速度的突變，但在曲線端點和處仍有J的突變，存在激振作用。圖3-8 等加速與正弦加速的過渡曲線圖 圖中點劃線為等加速曲線、實線為正弦加速曲線3余弦加速曲線在定子長、短半徑和曲線范圍角一定的情況下余弦曲線的值和最大壓力角較小，葉片受力情況較好。但曲線在和處存在加速度的突變，該兩處的J為無窮大，激振嚴重。4修正的阿基米德螺線修正范圍角圖3-9 “圓修”的阿基米德螺線 其中虛線段式表示“圓修”過以后的修正段對于阿基米德螺線，如果兩端不作修正，則在整個角范圍內(nèi)速度，只要角等于葉片間隔角的整數(shù)倍，速度組合就等于常數(shù)。但這種曲線在和的端點上速度有突變，以致加速度出現(xiàn)無窮大，所以必須對曲線兩端進行修正。圖4-4采取的是正弦加速修正，修正后兩端角范圍內(nèi)的速度是變化值，這時只要適當配置修正范圍角和葉片數(shù)，仍可獲得較理想的速度組合。修正的阿基米德螺線雖然特性曲線均連續(xù)無突變，但在等處加速度特性曲線出現(xiàn)不光滑的折點，所以J有突變，仍然有激振作用。增大修正范圍角，可以減小J值突變的幅度。5高次型曲線高次曲線能夠充分滿足葉片泵對定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化率等項特性的要求，尤其在控制葉片振動、降低噪聲方面具有突出的優(yōu)越性，為現(xiàn)代高性能低噪聲葉片泵廣泛采用。 高次曲線的一般表達式為 (3-8) 為了使的三階導數(shù)存在而且連續(xù)光滑變化，方程的次數(shù)至少不得低于5次，即要求。 當n5時，矢徑的三階導數(shù)為，是一個二次多項式，還可以進一步求解兩次導數(shù)。因此是一條光滑連續(xù)的曲線。若，則不能滿足此要求。但是，隨著方程次數(shù)的增高，矢徑二階、三階導數(shù)的最大值將增大。因此，為了限制值，以保證葉片受力良好，不脫離定子，方程次數(shù)也不宜太高，一股取?？紤]加工難度，這里主要分析典型高次曲線即5次曲線。為了使定子曲線兩端與大、小圓弧連續(xù)光滑銜接，5次曲線必須滿足的最基本的邊界條件是：當時當時滿足以上兩組六項邊界條件的高次曲線方程是5次曲線方程： (3-9)根據(jù)邊界條件1，確定前三項系數(shù)為 故曲線方程變?yōu)?為了方便后面進一步計算各項系數(shù)，將方程改寫為 (3-10)相應(yīng)有 (3-11) (3-12)根據(jù)邊界條件，當，即時，可列出線性代數(shù)方程組: 解此方程組得到其余三項系數(shù)為 因此滿足前述基本邊界條件的5次曲線方程為 (3-13)這是適用于葉片泵定子的最簡單的高次曲線方程，稱為典型高次曲線方程。典型高次曲線方程的各項特性見圖4-5。與等加速等減速曲線相比，這種曲線值略小，值略大，輸出的流量均勻性基本相同，而值較小。由于建立方程時用邊界條件約束了曲線兩端的值，所以特性不僅在曲線自身范圍內(nèi)連續(xù)光滑，而且在端點上也沒有突變，完全消除了“硬沖”“軟沖)是一種綜合性能較好的曲線，能獲得較好的低噪聲效果。但是由于在邊界上沒有設(shè)置約束加速度變化率J的條件，所以盡管J在曲線自身范圍內(nèi)連續(xù)光滑，但在兩均與圓弧銜接處仍有一定的突變，即端點上仍有一定的激振沖擊。 a 5次曲線的矢徑 b5次曲線的速度 c5次曲線的加速度 d5次曲線的加速度變化率圖3-10 5次曲線各項特性3.4.4定子過渡曲線方案綜合分析、選定等加速等減速曲線、正弦加速曲線、余弦加速曲線、修正的阿基米德螺線4種曲線，雖然基本上都能較好地滿足輸出流量脈動小、限制壓力角和葉片不脫離定子的要求，但是它們的力學特性和振動特性卻不甚理想。從控制葉片的振動和噪聲來說，上述幾種定子曲線都不具備良好的特性，對這些曲線進行適當修正雖然可以使特性得到某種程度的改善，促仍然很難根除加速度變化率J的突變和由此產(chǎn)生的激振，北比制造時不易準確控制修正段的長短，所以實際很少應(yīng)用。 而5次曲線值略小，值略大，輸出的流量均勻性基本相同，而值較小。由于建立方程時用邊界條件約束了曲線兩端的值，所以特性不僅在曲線自身范圍內(nèi)連續(xù)光滑，而且在端點上也沒有突變，完全消除了“硬沖”、“軟沖)是一種綜合性能較好的曲線，能獲得較好的低噪聲效果。 其次，數(shù)控機床的普及為加工復雜高次曲線創(chuàng)造了條件，如今非高次曲線由于其較差的力學和振動特性，實際中已經(jīng)很少使用。 加之，本設(shè)計平衡式葉片泵為普通葉片泵，普通葉片泵一般壓力范圍在，而本設(shè)計額定壓力為，壓力較高，為改善其力學與振動性能，故選擇綜合性能較好的5次曲線作為葉片泵的定子曲線。綜合以上各種定子曲線特性，選擇以典型高次曲線即5次曲線作為定子曲線的設(shè)計方案。*本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 參數(shù)的計算4 參數(shù)的計算4.1 流量計算4.1.1平均理論流量 (4-1)4.1.2實際流量葉片泵為固定側(cè)板型，壓力7.0MPa，查泵資料得：容積效率取則 (4-2)4.2功率計算4.2.1輸入功率軸功率 (4-3)式中，T為作用在泵軸的扭矩，單位為；為角速度，單位為rad/s；n為轉(zhuǎn)速，單位為r/min。4.2.2有效輸出功率液壓功率 (4-4)式中，為泵進出口之間的壓力差，取值為6.3Mpa；為出油口壓力；為進口壓力，單位均為Mpa；Q為泵輸出的流量，單位為l/min。4.2.3理論功率 (4-5)4.3 扭矩計算4.3.1理論扭矩 在沒有摩擦損失和泄漏損失的理想情況下，軸功率與液壓功率相等，所計算出的功率值為泵的理論功率。這時作用在泵軸上的扭矩是理論扭矩，泵輸出的流量是理論流量，因此理論功率可表示 (4-6)其中式中，為理論軸功率；為理論液壓功率；q為泵的排量，單位為ml/r。由前面的式子導出驅(qū)動泵的理論扭矩為=10.268 Nm (4-7)4.3.2實際扭矩實際上，泵在運轉(zhuǎn)時要消耗一部分附加扭矩去克服摩擦阻力，所以驅(qū)動泵軸所需的實際扭矩比大，實驗測得取值=96%。 T=+=10.445 Nm (4-8)式中，為損失扭矩；P為電動機功率，本次設(shè)計中用的是10KW；為反映摩擦損失的機械效率。4.4 雙作用葉片泵設(shè)計計算參數(shù)表由上計算得：額定排量qMl/r額定壓力pMPa額定轉(zhuǎn)速nr/min平均理論流量 L/min實際扭矩T9.07.0145013.0510.445輸入功率kw有效輸出功率 kw理論功率kw實際流量L/min實際扭矩T1.5861.2791.52310.96210.445*本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 整體設(shè)計計算5 整體設(shè)計計算5.1轉(zhuǎn)子的設(shè)計5.1.1材料選擇轉(zhuǎn)子材料選擇：5.1.2轉(zhuǎn)子半徑 轉(zhuǎn)子作為與軸的連接部分，主要是力的承受著，葉片鑲嵌在轉(zhuǎn)子里，它承載著葉片，帶動葉片做旋轉(zhuǎn)運動，葉片同時在其中做伸縮運動，轉(zhuǎn)子半徑r應(yīng)根據(jù)花鍵軸孔尺寸和葉片長度L考慮，取花鍵軸直徑 初選 (5-1)再根據(jù)初選值計算得到的葉片長度L調(diào)整r的大小。初選轉(zhuǎn)子半徑計算得到葉片泵葉片的長度L為，由式(5-7)得 L=10.0mm由于葉片鑲嵌在轉(zhuǎn)子內(nèi)，且嵌入葉片的槽長度略等于葉片的長度L,根據(jù)葉片長度和轉(zhuǎn)子強度考慮，調(diào)整轉(zhuǎn)子半徑為 (5-2)5.1.3轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾绒D(zhuǎn)子葉片和定子都有一個共同的軸向?qū)挾菳，B增加可減少端面泄漏的比例，使容積效率增加，但B增加會加大油窗孔的過流速度，轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾菳與流量成正比。在系列設(shè)計中，確定徑向尺寸后，取不同的寬度B，可獲得一組排量規(guī)格不同的泵。對于徑向尺寸相同的泵，B增大會使配油窗口的過流速度增大，流動阻力增大。據(jù)統(tǒng)計資料可略取 (5-3)式中 定子小半徑。由式(5-2)，最終確定，取 5.1.4轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 圖5-1 轉(zhuǎn)子主要結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)子基本尺寸由計算得到的尺寸，轉(zhuǎn)子的軸向?qū)挾菳=25mm。根據(jù)轉(zhuǎn)子半徑，則考慮轉(zhuǎn)子工作強度和轉(zhuǎn)子上螺釘孔，取轉(zhuǎn)子的大徑尺寸D=58mm。2轉(zhuǎn)子軸孔尺寸花鍵軸孔直徑，由傳動軸花鍵設(shè)計及花鍵齒工作高度h=2mm,得內(nèi)花鍵大徑： 花鍵軸段設(shè)計的鍵齒寬為5mm，故轉(zhuǎn)子花鍵孔上齒寬也為5mm3葉片槽尺寸由葉片的設(shè)計葉片數(shù)z=10；葉片厚t=2mm；葉片長L=10mm；葉片安放角平衡式葉片泵轉(zhuǎn)子所受徑向力平衡，主要承受扭轉(zhuǎn)力的作用。由z=10,設(shè)計相鄰葉片槽夾角由葉片長度L和葉片根部通壓力油的孔設(shè)計轉(zhuǎn)子槽和轉(zhuǎn)子槽根部通壓力油孔位置。葉片長度L=10mm,各通壓油孔圓心所在圓上的圓直徑為 考慮壓油孔直徑尺寸，取由葉片厚t=2mm，葉片底部通壓油孔直徑值取，槽寬為2mm轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾菳=25mm，得槽長度為25mm。4 校核轉(zhuǎn)子槽根強度 圖5-2 轉(zhuǎn)子槽受力情況葉片和轉(zhuǎn)子槽相互工作面間的作用方式為擠壓和磨損由機械設(shè)計手冊第4篇表4-3-17查得材料的許用擠壓應(yīng)力為 計算轉(zhuǎn)子的最大工作應(yīng)力 (5-4)式中，T為實際轉(zhuǎn)矩， D轉(zhuǎn)子直徑， B轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾龋?葉片伸出長度，當轉(zhuǎn)子剛剛離開壓油區(qū)時，轉(zhuǎn)子承受最大擠壓應(yīng)力 (5-5) 故轉(zhuǎn)子槽根滿足強度條件。5.2葉片的設(shè)計5.2.1葉片材料選擇葉片材料選擇：高速鋼 材料特性：高硬度和耐磨性高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，又稱高速工具鋼或鋒鋼。高速鋼的工藝性能好，強度和韌性配合好，因此主要用來制造復雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具，也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。W18Cr4v，常用的鎢系高速鋼的一種，它屬于萊氏體鋼，是高速鋼應(yīng)用最長久的一種。和其它高速鋼一樣，常被稱為“白鋼”、“鋒鋼”或“風鋼”空冷即可淬火。5.2.2 葉片數(shù)葉片數(shù)通常取 Z過小，定子曲線對應(yīng)的幅角小，吸、壓油腔區(qū)間小，過流面積小，容易造成吸空并使排油阻力增大。Z過大，葉片占用工作容腔的有效容積量大，影響泵的排量，而且轉(zhuǎn)子槽數(shù)增多，也影響轉(zhuǎn)子強度，并增加了加工工作量。 從轉(zhuǎn)子、定子所受徑向力的對稱平衡考慮，z應(yīng)取偶數(shù)。再考慮平衡式葉片泵的輸出流量均勻性，在定子曲線上，葉片數(shù)z與定子曲線特性適當匹配，即要使處于定子曲線范圍內(nèi)各葉片的徑向速度之和保持或近似于常數(shù)。由方案設(shè)計的選擇5次曲線作為定子曲線，則由該曲線性質(zhì)，它輸出流量的均勻性基本相同，且當選高次曲線作定子葉片泵時，葉片一般選擇z=10或z=12。綜合以上幾點，此處選擇葉片數(shù)為 Z=105.2.3葉片安放角 圖5-3 葉片前傾角度由設(shè)計方案的設(shè)計選擇，設(shè)計采用新觀點的葉片安放方式，即 5.2.4葉片的厚度葉片厚度應(yīng)保證在最大壓力下工作時具有足夠的抗彎強度和鋼度。在強度和轉(zhuǎn)子槽制造工藝條件允許的前提下應(yīng)盡量減薄，以減小葉片根部承受壓力作用的面積，減輕對定子的壓緊力。葉片厚度，一般取此處，取 5.2.5葉片的長度為使葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)運動靈活，葉片伸縮式留在槽內(nèi)的最小長度應(yīng)不小于葉片總長的2/3，即 (5-6) 則 (5-7)調(diào)整轉(zhuǎn)子半徑后，驗算葉片長度值 故葉片長度L=10mm滿足要求。5.2.6葉片的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 圖5-4 葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計葉片結(jié)構(gòu)如圖5-4所示，由設(shè)計計算得到葉片尺寸：葉片倒角查材料取5.2.7葉片的強度校核 圖5-5 葉片受剪切力圖葉片在工作狀態(tài)下主要承受剪切應(yīng)力，如圖5-5。由機械設(shè)計手冊第4篇表4-3-17查得材料的許用剪應(yīng)力為 則葉片工作最大切應(yīng)力 故 (5-8) 式中，T為實際轉(zhuǎn)矩， D轉(zhuǎn)子直徑， B轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾龋?葉片厚度，葉片強度校核至少應(yīng)按額定壓力的1.25倍考慮由式(5-8)得 故葉片滿足強度要求。5.3定子的設(shè)計 圖5-6 定子曲線5.3.1定子材料選擇定子材料：5.3.2定子短半徑定子的短半徑通常取 (5-9)調(diào)整轉(zhuǎn)子半徑過后，得最終設(shè)計結(jié)果 (5-10)5.3.3定子長半徑根據(jù)平均流量公式 又 即 (5-12)將由初選轉(zhuǎn)子半徑計算得出及額定轉(zhuǎn)速n，葉片數(shù)z，葉片厚t代入上式得 解方程得 調(diào)整轉(zhuǎn)子半徑后，得到最終定子長半徑 解方程得 5.3.4定子大、小圓弧角大圓弧所對應(yīng)的幅角和小圓弧對應(yīng)的幅角，通?？扇∠嗤?，且等于相鄰葉片間隔角，即 (5-13)5.3.5定子過渡曲線的幅角定子過渡曲線對應(yīng)的幅角通常為 (5-14)5.3.6定子過渡曲線設(shè)計定子過渡曲線方程為5次曲線方程，由式(3-10)得： 由上邊方程計算得到： 曲線的最大速度： (5-15)曲線的最大加速度： (5-16)曲線的最大加速度變化率： (5-17)代入，得雙作用葉片泵定子曲線方程為 (5-18)式中 的單位為弧度。曲線特性：則由式(5-18)和(5-15)(5-16)(5-17)得，1速度特性 (5-19)該設(shè)計的曲線的速度特性： 2該設(shè)計曲線的加速度特性： (5-20) 3該設(shè)計曲線的加速度變化率特性： (5-21) 5.3.7校核定子曲線1葉片不脫離定子的條件葉片泵正常工作的必要條件之一是葉片頂部與定子內(nèi)表面保持可靠的接觸密封，以形成密閉的工作容積。根據(jù)葉片受力分析，可以推導出葉片與定子保持可靠接觸而不出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象的條件。 圖5-7 吸油區(qū)時作用在葉片的徑向力一般認為，葉片進入排油區(qū)段之后，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的增加，葉片與定子內(nèi)曲線接觸點A距轉(zhuǎn)子中心的矢徑越來越短，葉片是在定子內(nèi)表面的強制作用下逐漸縮進轉(zhuǎn)子槽中，一般不會出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象。而在吸油區(qū)段見圖5-7，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的增加，葉片與定于內(nèi)曲線按觸點A的矢徑越來越長，如果葉片在離心力作用下產(chǎn)生的沿轉(zhuǎn)子槽滑動伸出的運動跟不上定子曲線的增長、葉片與定子內(nèi)表面之間將會出現(xiàn)“脫空”。根據(jù)圖5-7，征忽略液壓作用力和摩擦力的情況下，葉片在轉(zhuǎn)子半徑方向上所受的力有離心力、定子對葉頂接觸反力的徑向分力、葉片以加速度向外伸出滑動需克服的慣性力。列出徑向力平衡方程式如下： (5-22)其中 (5-23) (5-24) (5-25)所以 (5-26) 顯然，要使葉片與定子內(nèi)表面保持接觸，接觸反力Fn必大于零，所以，葉片與定子不“脫空”的條件是 又因為壓力角，即，所以上述條件又可以表述為 (5-27)上式中式離心力作用所能產(chǎn)生的徑向力加速度，數(shù)值上等于葉片隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的向心力加速度;是定子內(nèi)曲線矢經(jīng)增長的加速度，取決于定子曲線的特性。2葉片不脫離定子的校核由葉片不脫離定子的條件式5-27得 要使平衡式葉片泵的葉片在定子曲線上工作時不脫離定子，即恒大于0，則有 式中 為設(shè)計的定子曲線的最大加速度，由5次曲線最大加速度計算式(5-16)得 聯(lián)立求得，定子曲線上葉片不脫離定子條件定子長、短徑最大允許比值 (5-28)因此計算得到平衡式葉片泵長、短半徑值比值 即校核得所設(shè)計定子曲線滿足葉片在該曲線段工作時不脫離定子條件。3定子曲線最大壓力角的驗算定子曲線某點矢徑與曲線該點的法線之夾角稱為定子曲線的壓力角，如圖3-5所示。根據(jù)高等數(shù)學的知識： (5-29)當葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置時，定子曲線的壓力角也就是葉片與定子接觸的壓力角。根據(jù)式3-3和式3-5，壓力角過大會使定子對葉片的作用力與葉片方向之間的夾角增大，導致橫向分力的增大見圖3-1、圖3-2，使葉片受力狀態(tài)惡化，影響泵的壽命和效率。由式)5-29)可見，越大，相應(yīng)的越小，則越大。因此，為了不使壓力角過大，應(yīng)限制定子曲線徑向速度的最大值。平衡式葉片泵定子曲線為定子上大、小圓弧的過渡曲線，即有 (5-30)則有 又由 故 (5-31) 又 則 ;，得 由上 葉片泵最大壓力角不能過大，壓力角過大則葉片工作狀況惡劣，故由上式得，故定子曲線滿足設(shè)計要求。5.3.8定子結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計1定子基本尺寸 圓弧角度：由設(shè)計計算已獲得的定子尺寸，如圖5-6定子長半徑 ，對應(yīng)的圓弧角定子短半徑 ，對應(yīng)的圓弧角定子曲