徑向柱塞泵畢業(yè)設計

1、 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書緒論這次畢業(yè)設計是對所學各課程一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，對我們三年的大學生活的最后一戰(zhàn)中占有重要地位。本次畢業(yè)設計在明確設計要求的前提下，對徑向柱塞泵進行了設計分析，主要介紹了柱塞泵的分類，對其中的某些結構進行了分析和設計，還包括它們的受力分析與計算。還有對軸的材料選用以及強度校核很關鍵，該設計中對柱塞泵的優(yōu)缺點進行了整體的分析、總結，對今后的發(fā)展也進行了展望。希望能通過這次畢業(yè)設計，了解并認識一般液壓泵類零件較為具體的整體結構設計，鞏固和加深已學過的技術基礎課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為

2、今后的工作打下一個良好的基礎。第1章 柱塞泵的介紹1.1 柱塞泵總的分類柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。而徑向柱塞泵可分為閥配流與軸配流兩大類。閥配流徑向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺點。國際上70、80年代發(fā)展的軸配流徑向柱塞泵克服了閥配流徑向柱塞泵的不足。由于徑向泵結構上的特點，限定了軸配流徑向柱塞泵比軸向柱塞泵耐沖擊、壽命長、控制精度高。變量行程短泵的變量是在變量柱塞和限位柱塞作用下，改變定子的偏心距實現的，而定于的最大偏心距為 59mm（根據排量大小不同），變量行程很短。且變量機構設計為高壓操縱，由控制閥進行控制。故該泵的響應速度快。徑向結構設計克

3、服了如軸向柱塞泵滑靴偏磨的問題。使其抗沖擊能力大幅度提高。1.2 柱塞泵的特點柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復運動造成密封容積的變化來實現吸油與圧油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點。首先，構成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可以得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓狀態(tài)下工作仍有較高的容積效率；第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實現變量；第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應力作用，材料強度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結構緊湊，效率高，流量調節(jié)方便，故用在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金

4、機械、船舶上得到廣泛的應用。隨著國家產業(yè)結構政策的不斷調整，液壓工業(yè)一躍成為國家重點支持發(fā)展的對象，這主要是由液壓易于與機、電控制等實現一體化這一特點所決定。近幾年來我國引進的一些大型設備已越來越多地使用徑向柱塞泵，因此著手研究該系列泵以滿足國內市場需求已成必然。徑向柱塞泵具有以下幾個特點:工作壓力高，耐沖擊性好。設計采用靜壓平衡結構，使額定工作壓力高達31.5MPa，耐沖擊性能明顯高于軸向柱塞泵。 動態(tài)響應快。響應時間為0. l s 。運轉噪聲低。比國產CY系列泵低8-10dB。使用壽命長。當在28MPa壓力連續(xù)作用下，傳動部件額定壽命達10000h。產品規(guī)格多，呈系列化 。 易于實現多種變

5、量控制方式。 采用手動控制變量或用電液比例控制可實現恒流量、恒壓力、負載敏感控制，具有電子、液壓技術在不同方面的共同優(yōu)勢，是一種高效節(jié)能的液壓動力元件。1.3 柱塞泵的研究現狀從上世紀80年代初至今，德國博世(BOSCH)公司一直處于該領域研究、開發(fā)及生產的國際領先地位。該公司生產的新型徑向柱塞泵具有結構簡單、壓力高和抗沖擊性強等特點，年產量已達2萬臺。德國FAG公司生產的徑向柱塞泵壓力高，但存在流量小、排量不可變的缺點。英國MOOG公司生產的RKP泵采用連桿滑靴結構，滑靴和定子接觸副利用靜壓支撐，而且可以用數字精確控制，RKP徑向柱塞泵在工業(yè)、國防、航空領域中廣泛應用。RKP泵的結構如下圖所

6、示。圖 1.3-1 RKP泵結構圖 Maryland Metrics生產的JBP系列徑向柱塞泵性能可靠，經久耐用，可以保證正常工作5000小時，當以礦物油為介質時，可正常工作達24個月之久。JBP漿的額定工作壓力為280 bar，最裹工作壓力達350bar。瑞士Bieri生產的BRK徑向柱塞泵，出奇數3、5和7個活塞組成，自稚氣閥門控制，體積效率高，工作壓力最高達1000bar，排量047-6.33 cm3r，轉數范圍5002000轉分。印度卡納塔克邦POLYHYDRON PVT公司生產的徑向柱塞泵為缸體固定。凸輪軸轉動機構。每個單元泵有57個柱塞組成，端面安裝，可正反兩個方向轉動，輸出穩(wěn)定。

7、配流軸 十字聯(lián)軸器 轉子 定子 滑靴保持環(huán) 傳動軸 變量柱塞 柱塞 限位柱塞圖1.3-2 一種新型的徑向柱塞泵結構簡圖國內6070年代發(fā)展的軸配流徑向柱塞泵，由于配流軸在工作中受力不平衡，轉子與配流軸高壓側磨損嚴重，造成泄漏大、容積效率低等問題，從而影響壓力的提升，壓力一般不超過20MPa。另外由于泵的柱塞與定子為點接觸，尺寸較大，液壓力和慣性力造成柱塞與定子間壓力過高磨損大，限制了轉速的提高。90年代初，通過國家火炬計劃和重點新產品攻關項目，我國開始著手研究開發(fā)新型滑靴式徑向柱塞泵，甘肅工業(yè)大學的盧墊和太原重型機械學院的王明智教授采用連桿滑靴式結構、奧氏體一貝氏體合金球墨鑄鐵材料及相應的熱處

8、理工藝研制的徑向柱塞泵，解決了泵的抱軸、發(fā)熱問題，但存在著制造工藝復雜，尺寸較大和仍然為軸配流等缺點，影響了其在移動設備上的安裝和應用。第2章 徑向柱塞泵的結構和原理2.1 徑向柱塞泵的基本構成圖2.1-1為該徑向泵的簡明結構圖。從圖中可以看出泵主要由泵殼3、排油蓋3、曲柄1、前蓋2、后蓋7、柱塞5、滑履8、排油單向閥組9及軸承6組成，前后蓋的材料為ZL104，泵殼及排油蓋材料為HT300，柱塞為 20CrMnTi，主曲軸為42CrMo。由于幾個磨擦副的存在（柱塞與缸壁、柱塞與滑履、滑履與曲軸），使得這些部位磨損嚴重，為減小磨損，組成磨擦副的材料應在硬度上有較大差異，因此，滑履用硬度較小的QA

9、L9-4材料，柱塞缸內壁也有一層銅套（材料QAL9-4）。該泵的曲柄連桿機構由偏心凸輪、滑履、柱塞等組成。工作時，電機帶動偏心凸輪轉動，使柱塞往復運動，在柱塞中的回程彈簧作用下，柱塞滑履始終貼近曲軸表面，形成密閉空間，密閉空間的擴大和縮小完成吸、排油。從圖中我們還可以看出這種徑向柱塞泵在結構上區(qū)別于區(qū)別于其他一般徑向泵的特點: 圖2.1-1四聯(lián)徑向泵結構圖1. 曲軸 2.前蓋 3.泵殼 4.排油蓋 5.柱塞 6.軸承 7.后蓋 8.滑履 9.排油單向閥 10.銅套2.2 徑向柱塞泵的基本原理圖2.2-1 徑向柱塞泵工作原理圖徑向柱塞泵的工作原理如圖2.2-1所示,柱塞1徑向排列裝在缸體2中,缸

10、體由原動機帶動連同柱塞1一起旋轉,所以一般稱缸體2為轉子,柱塞1在離心力的(或在低壓油)作用下抵緊定子4的內壁,當轉子按圖示方向回轉時,由于定子和轉子之間有偏心距e,柱塞繞經上半周時向外伸出,柱塞底部的容積逐漸增大,形成部分真空,因此便經過襯套3(襯套3是壓緊在轉子內,并和轉子一起回轉)上的油孔從配油軸（孔）5和吸油口b吸油;當柱塞轉到下半周時,定子內壁將柱塞向里推,柱塞底部的容積逐漸減小,向配油軸的壓油口c壓油,當轉子回轉一周時,每個柱塞底部的密封容積完成一次吸、壓油,轉子連續(xù)運轉,即完成壓油和吸油工作.配油軸固定不動,油液從配油軸上半部的兩個孔a流入,從下半部兩個油孔d壓出,為了進行配油,

11、配油軸在和襯套3接觸的一段加工出上下兩個缺口,形成吸油口b和壓油口c,留下的部分形成封油區(qū).封油區(qū)的寬度應能封住襯套上的吸壓油孔,以防吸油口和壓油口相連通,但尺寸也不能大得太多,以免產生困油現象.第3章 柱塞泵參數的選擇3.1 基本性能參數與結構參數本次設計的四聯(lián)徑向柱塞泵作為主泵，主要用于行走和鑿巖動作。雙聯(lián)泵作為輔泵使用，主要用于鉆具定位。兩種泵工作原理相同，結構基本相似，只是參數有所不同。此次設計的四聯(lián)徑向柱塞泵用到的公式和推導過程，同樣也適用于雙聯(lián)泵。該泵驅動電機轉速為2000r/min，泵的額定排量為4335ml/r，額定壓力為40MPa。 額定壓力 40 額定排量 額定轉速 200

12、0 容積效率 90 機械效率 95 柱塞外徑 26 柱塞偏心量 3.5 凸輪偏心量 9 凸輪直徑 100其液壓圖形符號如圖3.1-1： 圖3.1-1 四聯(lián)泵液壓符號第14頁3.2 計算柱塞泵所需其它主要參數1)柱塞橫截面積A =530.93 mm22)連桿LL=70.79 mm3)位移Sy當時 有最大值4)速度V 5)加速度a 6)排量q與公稱排量相比 0.6<5整臺泵的排量為 35.67 7)流量Q 理論流量 實際流量 8)角排量 每個出油口的角排量為各個單柱塞角排量之和： 9)脈動值求得Z3 Z5， Z7時的排量脈動系數，同時求得柱塞為偶數時的排量脈動系數，列于下表：表格3.2-1：

13、奇、偶柱塞數排量脈動比較 奇數柱塞數偶數柱塞數ZZ319.79429.2954.89613.472.5187.6191.52104.89150.55142.51210.28161.52 還可以此為依據，做出奇數、偶數角排量脈動率的比較曲線如下： 圖 3.2-2 奇、偶數柱塞角排量脈動率曲線由表格中數據可以看出，當偶數柱塞數增加為奇數柱塞數的兩倍時，脈動率相同。即在柱塞數相近的情況下，偶數柱塞泵的脈動率要比奇數柱塞數時大得多，這就是目前單作用液壓泵和馬達的設計中，多采用奇數個柱塞的原因。3.3 曲軸的參數選擇3.3.1. 選擇軸的材料并確定許用應力選用合金鋼42CrMo材料，該合金鋼主要制造各種

14、受沖擊、彎曲、重載的重要軸類零件，如汽輪機主軸、大型電機軸、發(fā)動機氣缸、工作壓力高大型泵的主軸等。查得許用應力s=186R310 Mpa；許用彎曲應力=90 Mpa。表3.3.1-1 42CrMo的力學性能材料熱處理試樣毛坯尺寸mm硬度HB強度極限db/Mpa屈服強度ds/Mpa斷面收縮率c/%斷后伸長率d5/%42CrMo 淬火、回火25£217/1080/930/45/12表3.3.1-2 軸的許用彎曲應力合金鋼800270130751000330150903.3.2 確定輸入端直徑按扭轉強度估算軸輸入直徑由表3.3.2-1 常用材料的值和A值軸的材料Q235354542CrMo

15、 Mpa15-2520-3525-4535-55A149-126135-112126-103112-97取A=110則:=A A為由軸的材料和承載情況確定的常數P為軸的傳遞功率，根據要求P=2.5KWN為軸的轉速 N=2000r/min，則 = A=46.9mm考慮有鍵槽，將直徑增大5則：=46.9 (1+5)mm=49.245mm 其輸入端軸直徑選用為50mm3.3.3 曲軸在零件上的定位1、由于是曲軸，偏心輪與軸直接做成一體，所以不需要考慮偏心輪的定位，第三段設計為曲軸偏心軸主體 。（后面就不在有計算偏心輪、偏心腔體的相關數據） 圖3.3.3-1 曲軸零件的定位方式2、第一段即外伸端直徑d

16、=49.245 mm ，其長度取50 mm。第二、四段為軸承與軸采用基孔制配合，推力滾子軸承采用2213（舊號3613），查機械設計手冊如下：表3.3.3-2 調心滾子軸承外形尺寸軸承代號尺寸/mm安裝尺寸/mmdDBrminmaxrmax2231365120311.5741111.5W3365120311.5741111.521313CC65140332.1771282.12231365140482.1771282.1W3365140482.1771282.1圖3.3.3-1 推力滾子軸承的外形尺寸簡圖3、求得總長： L=l1+l2+l3+l4=110+77+140+62=389 mm3.3

17、.4 曲軸的受力分析、強度校核 （1） 求支反力曲軸上共有三段同樣的凸輪軸。為安全起見，取受力最大的情況進行分析，由于三段凸輪偏心方向互成 ，則每段上的（以下簡稱T）和（以下簡稱N）的合力的作用方向也互成，即 如圖3.3.4-1的情況。圖3.3.4-1 曲軸受力簡圖下面，是分別對水平面內和豎直平面內進行受力分析，求出的支反力，并填入表格中表格3.3.4-2; 曲軸受力情況受力點123456單位108157202247295499413918745901384593480-8306.3034517.0-34517.08306.30-14386.839856.8-19928.3-19928.314

18、386.8016612.539856.839856.839856.816612.500-407.0-780.8398.70N.m00-704.9441.2690.60N.m00814.0896.8794.70N.m668.5668.5668.5668.5668.5668.5N.m（說明：為量作用點之間的距離，R為支反力，M為彎矩，MN為扭矩）A ： 水平面受力分析圖3.3.4-3 水平面受力圖各力對2點取矩： ； ； 各力對6點取矩 ； 0 ； =8306.3（N） 四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書B： 豎直平面受力分析 圖3.3.4-4 豎直面受力圖各力為2點取矩： ； ； 各力對6點取矩

19、： ； ； 代入數據得： （2） 求彎矩、扭矩. A： 水平面彎矩： ； ； ； ； ； =0 ；由此，可作出水平面彎矩圖：圖3.3.4-5 水平面彎矩圖通過計算可得，彎矩為零的點與1點的距離為231mm。B： 豎直平面彎矩： ； ； ； ； ； ；由此可作豎直平面彎矩圖： 圖3.3.4-6 豎直平面彎矩圖由計算可知道：彎矩圖中彎矩為零的點距1點的距離為184C： 合成彎矩： ； ； ； ； ；由此，可作出合成彎矩圖： 圖3.3.4-7 合成彎矩圖D ： 扭矩 圖3.3.4-8 曲軸受扭圖MN1為電機輸入扭矩： MN1= 9550 其中 又 （）所以 將 P=40MPa, ， ，代入得 而 所

20、以 同理 由此，可以作扭矩圖 圖3.3.4-9 扭矩圖且由以上數據算出:seJ86.57Mpa<90Mpa，故曲軸的強度足夠。3.4 柱塞的尺寸設計、強度校核3.4.1 柱塞的尺寸設計超高壓軸向柱塞泵的排量的計算公式： 其中：為柱塞泵的直徑；為柱塞泵的行程；為柱塞泵數；為偏心量。當較大時，會使偏心輪所承受的力增加很快，但值過小也會帶來加工工藝性差和壓桿不穩(wěn)定等問題。當值較大時，將使偏心輪所承受的交變扭矩應力增加。綜合考慮上述兩個參數，確定：=26mm， =2e1=18mm圖3.4.1-1 柱塞外形尺寸簡圖3.4.2 柱塞的強度校核1） 比壓校核 柱塞與柱塞缸之間的最大比壓： 所以 滿足強

21、度條件。2） 比功校核因為 由 所以 滿足強度條件3.5 鍵的設計和強度校核鍵是一種用來連接軸上的傳動件，本次設計起到了傳遞扭矩的作用，連接時必須在軸上加工鍵槽，鍵的一部分被安裝在軸上的鍵槽內，另一凸出部分則接上聯(lián)軸器，這樣軸與電動機就可連接在一起轉動。鍵的種類很多，常用的有普通平鍵、半圓鍵、鉤頭楔鍵三種而本次運用的是普通平鍵。根據軸的=50查機械手冊表3.5.1 普通平鍵（GB/T1096-79）鍵槽（GB/T1095-2003）軸徑鍵的公稱直徑鍵槽深小于（h9）(h11)L (h14)軸輪轂大于至384412828-1405.03.30.4-0.6445014936-1605.53.850

22、58161045-1806.04.3根據實際情況綜合考慮：泵的曲軸所用的鍵為：143100，GB1096-2003由鍵聯(lián)接強度校核公式為：其中： 查表可得： k=9-5.5=3.5 b=14mm d=50mm L=100-14=86mm T=668.5N.m所以： 查表可得：對于剛對剛的動聯(lián)接，在不受沖擊的情況下： p=50MP a所以 p<p滿足強度條件。3.6泵體的設計在曲軸左邊有泵體的前蓋寬度為51mm，又因左邊曲軸裝配軸承處總長77，即露在前蓋外面的曲軸長度l1 為l1 =77-51=16mm 而曲軸總長389mm，而曲軸左端端面到右邊后蓋端面l2=389+128=517mm 1

23、）前蓋的外形尺寸設計如下圖： 圖3.6-1 前蓋2）軸承套、后蓋的外形尺寸設計如下圖：圖3.6-2 軸承套 圖3.6-3 后蓋3.7泵的容積計算往復軸徑柱塞泵的柱塞移動距離稱為行程，柱塞的面積,泵缸直徑為，則活塞每往復一次的理論排液體積為=37584 再假設柱塞泵的往復的次數為，則柱塞泵的理論流量為= 由于存在活塞泵和泵缸之間的泄露以及閥與壓水閥滯后泵的動作所導致倒流，每分鐘所損失的液體體積，故往復的實際流量，引入容積效率：則柱塞泵的實際流量 ，求 查液壓氣動設計計算圖表得=0.9390%qv=0.9363.07=56.763 l/min結論通過對徑向柱塞泵所存在的缺陷，有針對性地提出了解決方

24、案，有效地提高了徑向柱塞泵的性能和工作壽命。本設計介紹了四聯(lián)徑向柱塞泵的總體結構設計，完成了各種構件的設計，并對其進行了受力分析和強度校核。同時建立了泵的工作模型，詳細闡述了其運動學和動力學原理。四聯(lián)徑向柱塞泵是一種全液壓鑿巖車上的臥式主泵，完成行走和鑿巖工作。相比軸向泵對材料的工藝要求高，而且抗污染能力差，徑向泵適用于高壓力、大流量的液壓系統(tǒng)中，而且不需要變量，所以該泵正日趨廣泛的被應用于我國煤礦井下生產。正如科學技術的發(fā)展一樣，現階段科技領域中交叉學科、邊緣學科越來越豐富，跨學科的共同研究是十分普遍的事情，作為泵產品的技術發(fā)展亦是如此。以屏蔽式泵為例，取消泵的軸封問題，必須從電機結構開始，

25、單局限于泵本身是沒有辦法實現的；解決泵的噪聲問題，除解決泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水泵的可靠性，必須在潛水電機內加設諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高泵的運行效率，須借助于控制技術的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展泵技術水平，必須從配套的電機、控制技術等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。設計小結本次畢業(yè)設計雖然經歷短暫，但是它濃縮了大學三年學習的全過程，體現了我們對所學知識的掌握和領悟程度。由于我們是第一次進行整體性地設計，不可避免地碰到了許多困難，有時甚至會感到無法下手。無論碰到什么樣的困難，我都沒有退縮，憑借著一股求知的熱情，再加上曾艷玲指導老師的幫助，通過指導老師的耐心指導和查閱資料解決了一個又一個的難題，最終圓滿地完成了本次設計。通過本次畢業(yè)設計，使我在各個方面都有了很大的提高，具體地表現在以下幾個方面：1.對大學三年所學到的東西進行了歸納總結，找到了各種學科之間的交叉點，同時構成了一個知識網絡，形成了一個整體的知識體系，進一步完善了自己的知識結構。2.對所學習知識點進行查漏補缺，并了解學習了新的知識，開闊了視野，拓寬了自己的知識面。養(yǎng)成了勤學好問的習慣，同時具有了一定的創(chuàng)新思維。3.利用理論知識解決實際問題的能力得到了提高，為以后正確解決工作和學習中的問題打下了堅實的基礎。4.學會了充分地利用網絡資源查閱相