双作用叶片泵的设计及其仿真

1、本设计设计的产品为双作用叶片泵，另外还有二维及三维图，爆炸动画，需要的联系qq2793262067摘 要本设计所设计的产品为双作用叶片泵，随着科学技术的不断提高，我国在机械设计领域的整体发展速度有了进一步的提高，特别是双作用叶片泵的设计和生产工艺日趋成熟。叶片泵被广泛地应用到社会生产和生活的各个方面，在不同的生产环境中发挥着极其重要的作用，这就要求人们对叶片泵的设计和加工工艺有较好的理解。对叶片泵设计的不断优化，有助于国民经济的发展和减少对能源的损耗。本次设计通过翻阅大量有关双作用叶片泵的研究资料，对叶片泵的内部结构进行进一步研究，进行改进，选择最适合的配合方式，达到提高工作效率，降低加工成本

2、，提高叶片泵的性能，延长叶片泵的使用寿命。在说明书中详细论述了双作用叶片泵的工作原理以及改进方案。在具体设计中，按照设计要求和规范，在对双作用叶片泵进行了整体设计的基础上，对其主要的零部件进行了细化的设计。其中主要通过对叶片倾角的调整，定子曲线的设计，配油盘结构的改进对叶片泵进行设计，使叶片泵的性能以及各方面得到了很大提升。关键词：双作用叶片泵；叶片；配油盘abstractthe design of products designed for the double acting pumps .with the gradual improvement of science and technol

3、ogy,our country has made a great progress in the whole field of mechanical design,especially in the field of designing the vane pump.the vane pump hasbeen widely used in all fields of social production and life .the vane pump plays such an important role in modern industry that it is necessary for p

4、eople to have a good knowledge of how to design and manufacture the vane pump.it is beneficial to our environment and the development of our socity to modify the design of the vane pump.the design by read a lot about dual-acting pumps research data. the internal structure of the vane pump for furthe

5、r study, improvements and choose the most suitable way to fit, to improve work efficiency, reduce processing costs and improve performance vane pump, vane pump life extended.it discussed in detail in the description of the double-acting vane pump works and improvements. in a particular design, in ac

6、cordance with the design requirements and specifications, in the double role of the vane pump on the basis of the overall design, the refinement of the design of its main components. mainly through the blade angle adjustment, the curve of the stator design, improved oil pan structure of the vane pum

7、p design, performance, and all aspects of the vane pump has been greatly improved.key words: double acting pumps, blade, oil pan目 录摘 要iabstractii目 录iii1 绪论- 1 -1.1 液压泵的发展历史- 1 -1.2 叶片泵的发展趋势- 1 -2 双作用叶片泵的简介- 3 -2.1 双作用叶片泵的工作原理- 3 -2.2 双作用叶片泵的设计思路- 3 -3 双作用叶片泵主要性能参数的计算- 5 -3.1 设计基本参数- 5 -3.2 双作用叶片泵的角速

8、度- 5 -3.3 流量计算- 5 -3.3.1 理论流量- 5 -3.3.2 实际流量- 5 -3.4功率的计算- 6 -3.4.1 理论功率- 6 -3.4.2 输入功率- 6 -3.4.3 输出功率- 6 -3.5扭矩计算- 7 -3.5.1 理论扭矩- 7 -3.5.2 实际扭矩- 7 -3.6效率计算- 7 -3.6.1 容积效率- 7 -3.6.2 机械效率- 7 -3.6.3 总效率- 8 -4 双作用叶片泵各零部件的设计- 9 -4.1 转子的设计- 9 -4.1.1 转子材料的选择- 9 -4.1.2 转子半径- 9 -4.1.3 转子的厚度- 10 -4.1.4 转子结构的

9、设计及其尺寸的计算- 10 -4.2 叶片- 12 -4.2.1 材料选择- 12 -4.2.2 叶片数- 12 -4.2.3 叶片倾斜角方案分析选定- 12 -4.2.4 叶片的厚度- 13 -4.2.5 叶片的长度- 13 -4.2.6 叶片的结构尺寸设计- 14 -4.2.7 叶片的强度校核- 14 -4.3 定子的设计- 16 -4.3.1 定子材料选择- 16 -4.3.2 定子短半径- 16 -4.3.3 定子长半径- 16 -4.3.4 定子长、短半径所对应圆弧的角度- 17 -4.3.5 定子曲线所对应的弧度角- 17 -4.4 定子曲线分析与选择- 17 -4.4.1 定子曲

10、线应该满足的要求- 17 -4.4.2 对几种曲线的分析- 19 -4.4.3 方案选定- 20 -4.5 定子结构尺寸设计- 21 -4.6 左配流盘的结构及其尺寸设计- 21 -4.6.1 左配油盘封油区夹角- 22 -4.6.2 左配流盘结构尺寸设计- 22 -4.7 右配油盘结构设计- 24 -4.8 传动轴的设计- 25 -4.8.1 轴材料的选择- 25 -4.8.2 传动轴花键轴段的设计- 26 -4.8.3花键连接的强度计算- 26 -4.8.4 轴的结构设计及尺寸的确定- 27 -4.8.5 轴上各个轴段的载荷分析- 28 -4.8.6 按扭转切应力校核轴的强度- 28 -4

11、.9 叶片泵泵体的设计- 29 -4.9.1 泵体材料选择：- 29 -4.9.2 左泵体结构设计- 30 -4.9.3 右泵体结构设计- 31 -4.10 盖板的设计- 32 -结 论- 34 -致 谢- 35 -参考文献- 36 -391 绪论1.1 液压泵的发展历史液压泵是现液压传动系统中的能量转换元件，液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成油液的压力能，再以压力、流量的形式输到系统中去，它是液压传动系统的心脏，也是液压系统的动力源。所以它是液压传动系统中的重要元件，它的工作性能直接决定整个系统的工作能力，这就需要对液压泵不断地进行改进和创新，以提高整个液压系统的性能。液压泵的发展已经

12、经历了将近一个世纪，主要有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵这三种形式，这三种也是目前生活中使用最多的。从现在全世界各国的产量而言，这三种泵不相上下，近多少年来没有明显变化，它们各有优势，各有特点。其中叶片泵因其在性能、加工、成本以及工作环境方面有突出优势。因此，叶片泵被广泛应用于各个领域，通过多次创新与改进，其性能也得到了很大提高，能更好地适应各种工作环境1.2 叶片泵的发展趋势液压泵经过多年的发展已经到了成熟阶段，当然叶片泵也是。随着科技水平的提高，叶片泵的设计工艺水平也融合了现代化的最新技术，更好的提高叶片泵的各项性能。叶片泵向着高压化、智能化、信息化、与原动机结合的方向发展，以下方面是我们必须努力

13、提高的:（1）提高叶片泵工作效率叶片泵的工作效率一直以来是广大用户选择的重要因素之一，所以提高叶片泵的工作效率是我们一直追求的。（2）提高叶片泵降低噪音的水平叶片泵噪音的高低是用户选择的重要性能指标，但是随着叶片泵工作压力和排量的增加，噪音也随之增大，这就需要更好的提高叶片泵的噪音水平。目前提高噪音水平主要是通过改进配油盘，因为配油盘是主要的噪声源之一。而配油盘又关系到叶片泵的吸油和压油，影响排量，所以不能只是考虑噪音，还要对泵体、定子曲线、转子、叶片等结构进行综合分析来达到降低噪声的效果。（3）叶片泵结构设计的通用性为了降低叶片泵的制造成本，在泵的结构设计上采用与马达、开式泵、闭式泵、变量泵

14、等装置相同的泵体和旋转组件，已达到部分零部件的通用化。（4）叶片泵的安装方式更加的简洁、通用和可靠在生活中，各种装置的安装方式简洁、通用、可靠是非常受用户欢迎的，特别是叶片泵。原动机与泵之间需要联轴器，使它们合二为一，简化安装步骤，这是一个改进方案。随着叶片泵的发展，安装方面虽然有了很大的进步，但是他的成本也随之增高，其优越性也随之抵消。（5）降低叶片泵的制造成本毫无疑问，用户在选择商品时价格是首要关注的，所以要想扩大叶片泵的市场，降低制造成本是首先要做的。这就需要我们在结构设计，以及各种零部件的选择上多采用一些通用的或者是标准件。另外，制造成本和批量生产有一定联系，因此，如何改进叶片泵的产业

15、结构成为一个重要问题。（6）体高叶片泵的使用寿命和可靠性叶片泵的使用寿命受结构设计、零部件的精度和它们之间的配合的影响，在这方面还需要不断地改进以提高使用寿命和可靠性。本次设计是设计一台定量双作用叶片泵，依据目前最前沿的研究，最新的研究观点，最先进理论成果和运用大学所学知识进行设计，在定子曲线以及叶片倾角上进行一定的改进，以提高叶片泵的各方面性能。2 双作用叶片泵的简介2.1 双作用叶片泵的工作原理图2.1双作用叶片泵工作原理1定子；2吸油口；3转子；4叶片；5压油口如图2.1所示，双作用叶片泵是由定子、转子、叶片、传动轴、配油盘、壳体等组成。定子内部看起来像是一个椭圆，是由两段长半径圆弧、两

16、段短半径圆弧及四段过渡曲线所组成，共有八段曲线，用这些曲线组成光滑曲面。转子与定子同心，形状为圆形，上面分布有若干个槽，用来安装叶片，叶片在转子的槽内能够自由滑动。叶片泵工作时，叶片在转子的带动下转动，这时叶片在受到旋转所带来的离心力和根部油的压力，在这两个里的作用下叶片开始在槽内滑动，直到叶片靠紧定子内表面。因此，两个相邻叶片之间形成封闭空间。当转子按顺时针方向旋转时，左上角和右下角的密封空间容积慢慢增大，开始进油口吸油，为吸油区；而左下角和右上角的密封空间容积慢慢减小，开始向出油口排油，为压油区；在吸油区和压油区之间有一段密封空间将它们分开，为过渡区。当转子旋转一周，吸油区和压油区完成吸油

17、和压油动作各两次，因此这个泵被称为双作用叶片泵。2.2 双作用叶片泵的设计思路双作用叶片泵是液压泵中的一种，因为在制造成本和性能方面的优势被广泛运用。由于其内部结构比较复杂的原因，很难设计出变量泵。所以研究者大多研究如何提高双作用叶片泵的性能。在双作用叶片泵的内部结构中定子、叶片和配油盘是参与叶片泵工作的主要零件，直接影响泵的效率、稳定性、降噪水平等各方面性能，所以对定子、叶片和配油盘的设计至关重要。所以，本设计参考近些年来比较先进的研究，并通过综合分析对定子曲线、叶片和配油盘的结构进行改进，大幅度提高叶片泵的性能。3 双作用叶片泵主要性能参数的计算3.1 设计基本参数排量：；转速：； 额定压

18、力：；电机：三相交流电压，功率 pm=1.5kw3.2 双作用叶片泵的角速度 （3.1） 公式中是叶片泵的额定转速，其大小为。3.3 流量计算3.3.1 理论流量理论流量是在理想状态下，叶片泵没有各种损失时，一定时间内流出液体的体积。其计算是叶片泵的额定转速和额定排量的乘积，即： （3.2）3.3.2 实际流量实际上，叶片泵在工作时受到各方面因素的影响，其流量存在着一定的损失。首先叶片泵的工作介质为液体，液体具有一定的压缩性，液体从进入叶片泵到排出叶片泵的过程中，液体所受压力一直处于变化之中，其体积也在不断变化，在这种情况下，叶片泵的瞬时流量出现波动，并不稳定。其次，工作中叶片伸出转子的部分位

19、于油腔之中，占有一定的体积。所以在这两个主要因素的影响下叶片泵的流量存在着一定的损失。在这里就提出了容积效率，大小为90%，通过理论流量和容积效率的乘积将损失除掉，即： （3.3） 3.4功率的计算3.4.1 理论功率1）理论功率叶片泵在工作过程中，液体存在着一定的泄露，其内部零部件之间有摩擦，由于这些因素的影响，叶片泵的功率会有一定的损失，理论功率就是在忽略掉这些损失之后计算出的结果，其大小是叶片泵的额定工作压力和理论流量的乘积，即： （3.4） 2）理论机械功率叶片泵的工作靠电动机带动，叶片泵与电动机之间靠弹性联轴器连接，在联轴器上存在着一定的机械损失，理论机械功率是指在忽略掉联轴器所带来

20、的机械损失后得到的结果。所以理论机械功率的大小应该与理论功率相等，即： （3.5）3.4.2 输入功率叶片泵的输入功率一般是电动机的功率，由于联轴器存在损失，这里就要考虑到联轴器的效率，根据资料得这种弹性联轴器的效率在0.9900.995之间，这里取0.995，所以输入功率为电动机的额定功率和弹性联轴器的效率的乘积即： （3.6） 3.4.3 输出功率输出功率是在忽略掉液体泄漏和内部摩擦所带来的损失之后，输出液体的功率。其大小的计算是叶片泵的额定工作压力和实际流量的乘积，即： （3.7） 3.5扭矩计算3.5.1 理论扭矩理论扭矩的大小计算为叶片泵的理论机械功率和角速度的比值，即： （3.8）

21、 3.5.2 实际扭矩实际扭矩大小计算为叶片泵的输入功率和角速度的比值，即： （3.9） 3.6效率计算3.6.1 容积效率本设计的容积效率的值为0.903.6.2 机械效率双作用叶片泵的机械效率为理论扭矩和实际扭矩的比值，即： （3.10） 3.6.3 总效率双作用叶片泵的总效率为容积效率和机械效率的乘积。即： （3.11）4 双作用叶片泵各零部件的设计 4.1 转子的设计4.1.1 转子材料的选择因为转子在工作时一直处于旋转之中，对零件的损害比较大，这就需要加工材料有更好的耐磨性。而在工作时，转子直接承受轴传给它的力，所以为了保证叶片泵的正常工作，其材料选择必须满足对力学性能和强度的要求。

22、综上所述，渗碳钢在耐磨性，力学性能和强度方面符合要求，所以转子材料选择渗碳钢其钢号为，经过淬火和低温回火后其强度能达到62hrc。因为转子与两个配油盘配合比较紧凑，而且能自由转动，所以其精度要求比较高，其两截面的平行度为；粗糙度；为了保证叶片能在转子槽内活动自如，其平行度为;粗糙度。4.1.2 转子半径转子与轴和叶片相关联，首先安装在轴上，叶片安装在转子上，因此转子半径应该以花键轴和叶片的尺寸为基础确定转子尺寸，在这里初选花键轴，转子的半径一般为，即: （4.1） 取。 因为叶片安装在转子上，叶片槽的尺寸略等于叶片的尺寸l, 由式（4.10）已知叶片长度，所以叶片在转子中的径向距离为，为叶片的

23、安装倾角，大小为。依据叶片尺寸和转子初选半径，取转子半径为刚开始选的转子半径加上，即： （4.2） 在这里取mm4.1.3 转子的厚度转子厚度b越大，叶片泵流量就越大。转子宽度增大可以减少端面油液的泄漏，增大容积效率，提高通油孔油液的流动速度。在叶片泵的设计中，当其他尺寸一定，改变定子轴向尺寸，就可以设计出工作排量不同的双作用叶片泵。但是转子宽度增大相应的工作阻力增大。依据相关资料统计，一般为定子短半径的倍，即： （4.3） 取由式（4.2）得，确定后r=28mm，最终确定： （4.4） 这里取。4.1.4 转子结构的设计及其尺寸的计算 4.1转子的外形结构1）转子尺寸由上面计算得到，转子的厚

24、度为。由上面得转子半径，所以转子大径。2）转子安装轴孔的尺寸因为转子需要安装在花键轴上，所以转子轴孔尺寸要依据花键轴尺寸，轴孔的尺寸为：。3）转子槽尺寸转子槽用于安装叶片，叶片，所以转子槽根部两相邻通油孔之间夹角为： （4.5） 依据叶片与转子槽之间的配合关系，转子槽的宽度应与叶片厚度相等，已知叶片，所以槽宽，取通油孔的直径。通油孔位于转子槽根部，依据叶片长度设计通油孔的分布位置。其圆心分布在转子槽根部的圆上，直径为： （4.6）式中：转子大径为56mm；叶片的长度为12mm。叶片倾角为13由于通油孔的尺寸，调整分布圆直径。对转子进行三维建模，如图4.2图4.24.2 叶片4.2.1 材料选择

25、叶片工作时会受到来自转自和液体的剪切力，滑动是会有摩擦力，并且要保证在转子槽内活动自如，所以对其加工精度的要求也比较高。由这些特点可知，其加工材料要有较好的耐磨性，较好的韧性，较高的力学性能。根据这些要求叶片的加工材料选择为合金工具钢，其型号为。合金工具钢通过淬火和三次回火后硬度可以达到。4.2.2 叶片数由于转子所受到的径向力需达到平衡，叶片数必须是偶数，一般取。其大小直接影响叶片泵的工作性能，如果叶片数太小，定子内曲线幅角过小，随之吸油区与压油区所对应的区域体积过小，工作过程中流量脉动增大，使叶片所受油液的压力过大，从而影响叶片泵的使用寿命。如果叶片数过大，叶片体积就会增大，使工作腔容积减

26、小，从而减小叶片泵的排量。叶片数量还需要依据定子曲线来确定。本设计定子曲线采用高次曲线，使叶片在定子曲线上的径向速度之和尽量保持不变，从而改善流量脉动，工作腔内流量均匀。根据高次曲线性质，叶片数一般取值10或12。通过综合分析，叶片数取为z=12。4.2.3 叶片倾斜角方案分析选定图4.3 叶片倾角与作用力方向如图4.3所示，叶片与定子在a点接触，n是定子曲线a点处的法线， 法线n与叶片之间的夹角就是压力角，法线n与叶片所受合力f之间的夹角被称为摩擦角。个角度之间的关系如下： （4.7）所以，而当角等于0时，与 相等。由此得出结论；当定子对叶片的切向力最小时， 与相等。叶片受到转子槽和定子的力

27、最小，这时叶片的工作状态最佳，相应的叶片的磨损以及振动也最小，所以压力角为 （4.8）当摩擦系数时，。 如图4.3所示，在叶片泵设计中，叶片一般按顺时针方向前倾向，叶片的倾角为 （4.9）所以，由以上分析设计叶片应按顺时针方向倾斜放置，即 4.2.4 叶片的厚度叶片厚度的设计上在达到各方面性能指标以及保证叶片能在转子槽灵活运动的条件下尽量减小厚度，减小叶片与转子之间的摩擦力，防止转子卡死叶片。叶片厚度，一般取此处，取4.2.5 叶片的长度由于叶片与转子槽是间隙配合，当转子转动时叶片与转子槽之间就会存在一定的夹角，影响叶片的伸缩，因此为了保证叶片与转子槽内尽量保持平行，叶片伸伸出转子槽的部分尺寸

28、应该尽量小于叶片尺寸的1/3，即 （4.9） 则 （4.10）根据转子半径的大小，计算叶片长度能不能满足装配关系， 可以确定当叶片长度为l=12mm时，满足与转子的装配条件。4.2.6 叶片的结构尺寸设计图4.4 叶片的结构设计上图为叶片的结构，其尺寸为：叶片顶部的倒角取4.2.7 叶片的强度校核图4.5 叶片受剪切力图如图4.5，当转子转动时，叶片会受到来自油液剪切力。由机械设计手册第4篇表4-3-17得到合金工具钢的许用剪应力为 叶片所能承受的最大切应力必须大于额定压力，为额定压力的1.25倍。则叶片工作最大切应力 故 （4.11）式中， 式中， 由式(4.11)得 故叶片满足强度要求。

29、对叶片进行三维建模，如图4.6图4.64.3 定子的设计图4.7 定子曲线4.3.1 定子材料选择叶片泵工作时，定子与叶片直接接触，叶片对定子会产生冲击，并且产生摩擦。所以定子要具有良好的耐磨性和韧性；内表面足够光滑，缓解摩擦。根据这些要求将定子的材料选择为轴承钢gcr15，这种钢有良好的耐磨性和韧性，其工艺性也比较好，易于加工，完全符合作定子材料的要求。通过淬火以及低温回火后，其硬度可以达到。定子与油腔直接接触，为了使腔内的液体不会泄露，定子与其他零件之间的配合必须紧密，其两截面平行度为；内表面粗糙度为。4.3.2 定子短半径定子短半径一般比转子半径稍微大一点，所以根据初选的转子半径确定定子

30、短半径，即：初选： （4.12） 再根据最终转子半径，确定定子最终半径为： （4.13） 4.3.3 定子长半径定子的长半径与流量有关，其尺寸选择要根据叶片泵的平均流量公式计算。定子短半径已经确定，由于叶片伸出部分占了油腔的一部分体积，这部分体积是要除掉的，所以公式中涉及到叶片的宽度、厚度、数目、倾角，还有叶片泵的转速，理论流量，计算如下： （4.14）最终解得r=32.54.3.4 定子长、短半径所对应圆弧的角度长半径所对应圆弧的角度和短半径所对应圆弧的角度，一般取值相同，并且与定子上两相邻通油孔之间的夹角，两相邻通油孔的夹角通过叶片数计算，即： （4.15） 4.3.5 定子曲线所对应的弧

31、度角定子的过渡曲线相对应的角度一般是： （4.16） 式中：大圆弧所对应的幅角，。小圆弧所对应的幅角，。4.4 定子曲线分析与选择双作用叶片泵的定子曲线关系到叶片在转子槽内做伸缩运动的规律，很大程度上影响着叶片泵的工作性能。定子曲线的选择4.4.1 定子曲线应该满足的要求（1）减小流量脉动叶片泵输出流量是否均匀取决于在一段定子曲线内各叶片径向速度之和是否变化，变化越小则流量脉动越小。所以选择的定子曲线时，叶片的径向速度之和尽量保持不变，使流量脉动保持在允许的范围之内。 （2）保证叶片不脱离定子虽然叶片在工作过程中利用根部压力油所给的压力和转子转动提供的离心力的作用使叶片始终紧贴定子，然而在叶片

32、泵刚刚启动时叶片根部还没有产生压力，只有依靠转子提供的离心力让叶片在槽内运动。当叶片按倾角方向径向安装时，忽略根部油液的压力和与叶片槽的摩擦力。为了使叶片不离开定子叶片运动时所克服的惯性力必须小于叶片所受的离心力。所以定子曲线径向加速度必须满足叶片泵工作时叶片的离心加速度不小于定子曲线矢径增长的加速度。只有这样，即使叶片没有压力的推动，叶片也始终不会脱离定子，保证叶片泵正常工作。（3）叶片无冲击振动，低噪声根据以往研究，引起叶片泵振动以及噪音的主要原因在定子曲线上，定子曲线必须尽量光滑、均匀，以保证定子与叶片的接触良好，相对运动稳定。否则就会引起叶片瞬时脱离定子或者叶片冲击定子，这种冲击将会引

33、起叶片和定子的磨损，从而影响叶片泵的性能。（4）使叶片的受力均匀如图4.8所示，在定子曲线上某一点的矢径与这点在曲线上法线之间夹角就是定于曲线的压力角。 （4.16）式中： 图4.8 定子曲线的压力角当叶片沿转子径向倾斜放置时，定子曲线的压力角也就是叶片在定子上倾斜角。随着压力的增大，叶片受到定子的作用力与叶片倾斜方向之间的夹角也会增大，最终造成横向分力ft也随之增大，对叶片的受力状态造成不利影响，对叶片造成损害，甚至折断，影响泵正常工作。由式（4.16）可知，的值越大，会造成的值越小，使值增大。因此，为了不使压力角过大，应限制定子曲线径向速度的最大值。（5）获得尽可能大的理论排量增大的值可增

34、加泵的排量。但是，增大的值受到两个条件的限制。首先，的值越大，即叶片伸出转子体的部分越长，液压力产生的弯曲力矩越大，叶片及转子的受力恶化，强度下降。其次，为保证叶片不脱空，应使过渡曲线的加速度最大值较小。定子曲线的值越大，则过渡曲线的加速度值越大，对防止叶片脱空不利。4.4.2 对几种曲线的分析（1）阿基米德螺线当定子曲线为阿基米德螺线，转子转动时，叶片将沿着阿基米德螺线轨迹作相对运动。因为阿基米德螺线是光滑曲线，叶片沿曲线滑动时径向加速度变化均匀，所以叶片就不会出现脱离定子和对定子产生冲击的情况，但是在定子阿基米德螺线和长、短所对应圆弧的接点处并没有连接成圆滑曲线，所以叶片运动到这点时，其加

35、速度将会出现突然变化而引起叶片瞬时离开定子的现象，这样将对叶片和定子造成一定的磨损，影响叶片泵的使用寿命。（2）等加速等减速曲线当定子曲线为等加速等减速曲时，在曲线与长、短圆弧的连接点上叶片的速度变化比较小，不会产生较大冲击，与其他曲线相比，其叶片加速度的最大值比较小，所以值也可以适当增大，因此在其他条件相同的条下，采用这种曲线时能得到比较大的流量。而且与之相匹配的叶片数，会使叶片泵的流量不会有太大变化，相比而言其流量比较均匀，不会出现冲击和叶片离开定子的现象。但是在过渡曲线与圆弧的接点处和过渡曲线的中点处加速度出现突然变化，引起“软冲”现象，在这三个软冲点处一般会有三道清晰的磨痕。（3）正弦

36、加速曲线当定子曲线为正弦加速曲线，转子转动时，叶片将沿着正弦加速曲线轨迹作相对运动，因为正弦加速曲线比较光滑，叶片不会对定子产生冲击。然而正弦加速曲线上的径向加速度比较大，当叶片经过过渡区时可能会出现叶片脱离定子的现象，为了保证这种情况不会出现，需要的叶片尺寸会比较大。（4）余弦加速曲线当定子曲线为余弦加速曲线，由于在过渡曲线与长、短圆弧的接点处其加速度会出现较大的变化，叶片会冲击定子，影响流量的稳定，影响叶片泵工作。（5）高次型曲线同以上曲线相比，高次曲线在曲线的光滑性，速度的变化和与其它圆弧的连接上有绝对优势，可以减轻叶片泵的振动，降低噪音。提高泵的性能。高次型曲线的一般表达式为： （4.

37、17）因为定子曲线需要光滑，而高次曲线保证曲线光滑的条件是要有三阶导数，所以方程的次数应该是。当n=5时，的三阶导数是，为二次多项式，还能继续求解两次导数。所以矢径的三阶导数的曲线是光滑连续的。若，则不能满足此要求。然而，当方程次数越来越高，二阶、三阶导数的最大值也会越来越大大。所以，将会控制与值，从而确保叶片受力平衡，不产生冲击，方程次数不能太高，通常。4.4.3 方案选定根据对叶片泵的研究，当叶片泵工作时，叶片紧贴定子内表面沿定子曲线运动，而在叶片的运动过程中其加速度一直处于变化之中，由于这种变化造成叶片的惯性力时而变大时而变小，从而引起内部旋转部件的振动和对定子内表面的冲击，叶片预定字之

38、间产生摩擦，带来噪音。如果对高次曲线的参数进行合理的选择，可以使叶片泵的流量均匀和噪音明显改善。以往的研究显示，当定子曲线为高次型曲线时叶片泵的噪声一般是最小的，为现代高性能低噪声叶片泵广泛采用。虽然以上四种曲线基本能够较好地达到叶片泵对定子曲线各项要求，但是它们在力学特性和振动特性方面的优势不及高次曲线。因此，以高次曲线中的5次曲线（即n=5）作为定子曲线。定子过渡曲线为高次曲线时，当叶片在定子上沿高次曲线运动时，其加速度能够开始均匀变化，将大大缓解叶片泵的振动，减轻叶片与定子之间的冲击。虽然在高次曲线与短半径所对应圆弧接点处会有速度的突然变化，但是这是叶片的径向加速度的变化已经快停止，产生

39、的振动极其轻微，几乎不会影响叶片泵的工作。所以高次曲线最适合做叶片泵的定子过渡曲线。4.5 定子结构尺寸设计（1）定子外形尺寸定子属于叶片泵的内部结构，其尺寸要根据与其它零件的配合确定，在泵体内定子与转子和配油盘配合，然后通过螺钉连接，已知定子的长半径，考虑到定子的工作强度以及螺钉孔的尺寸，确定定子外部直径为.（2）定子上螺钉孔的安装位置及尺寸定子的安装需要螺钉来固定，所以在定子上必须设置螺钉孔。螺钉孔的大小要根据选定的连接螺钉确定，并且必须不能影响定子的强度，尺寸不宜太大，数量不宜太多。考虑到这些因素，根据资料选择直径为4的十字槽圆柱头螺钉，其型号为，螺钉孔的尺寸一般为螺钉直径的1.1倍，所

40、以其直径为，根据定子结构螺钉孔数目设置为四个，分别位于四段过度区，圆心在圆上。定子夹在两个配油盘之间，为了连接和固定三者之间的位置关系，在两个油口上设置两个通孔，确定其尺寸为对定子进行三维建模，如图4.9图4.94.6 左配流盘的结构及其尺寸设计左配流盘的材料为：锡青铜。其型号为zcusn10zn5。热处理：表面氮化。图4.10 配油盘结构4.6.1 左配油盘封油区夹角叶片泵通过吸油和压油来完成它的输油工作，吸油通过吸油区压力的逐渐减小来完成，压油通过压油区压力的逐渐增大来完成，为了防止它们之间存在压力泄漏，吸油区与压油区必须完全密封，不能连通。配油盘上的吸油口和出油口之间的夹角必须不小于两相

41、邻转子槽之间的夹角。这就避免了吸油区与压油区的通油。所以吸油口和出油口之间的夹角与两相邻转子槽之间的夹角的比值必须大于等于1，即： (4.18)一般情况下为1.1倍，即： 确定 。4.6.2 左配流盘结构尺寸设计（1）整体尺寸:因为左配流与定子配合，定子外径，根据定子尺寸确定配油盘大径，配油盘宽度。（2）轴孔尺寸:因为在左配油盘需要安装轴承，并且要确定轴承的安装位置，其轴孔尺寸要根据左轴承外圈的大径来确定，已知选择的左轴承为61902型深沟球轴承，确定其外圈的大径为，安装时在配油盘上的高度。因为为了在轴孔上安装轴承时比较方便，需要加工倒角，根据倒角资料确定倒角尺寸。所以，左配油盘轴孔直径大小要

42、考虑倒角尺寸，即： (4.19) 所以确定左配油盘轴孔的尺寸为18mm（3）配油盘的环形槽:配油盘需要为叶片根部提供压力油，为了满足这个要求，在配油盘上设计环形槽，环形槽必须与叶片根部的通油孔相通，其位置和尺寸要根据通油孔的位置和尺寸确定，已知转子上通油孔的直径为，分布在半径为的圆上，环形槽的分布半径与通油孔相同，取。环形槽的宽度应该大于通油孔直径，所以取宽度，其深度确定为。（4）配油盘的配油口:配油盘上需要设置吸油口和压油口，并且吸油口和压油口区域所对应的角度和相等。因为在配油盘上还有封油区和v形槽，所以和的大小要减去封油区和v形槽所对应的角度和。则和为： 配油盘的吸油口和压油口要与叶片泵的

43、内部工作腔相通，实现通油。所以其位置要根据工作腔位置确定，并且位于定子的过渡曲线上，已知过渡曲线两端的半径分别为和，根据这个尺寸确定吸油口和压油口分布在直径为圆上。（5）配油盘v形槽:压油口v形槽：叶片泵工作时叶片将随着转子顺时针旋转，当打开压油口时，油液将迅速进入内腔，油液刚进入时内腔是空的，这时由于油液所带的压力造成叶片泵内腔的受力不平衡，从而产生压力差。使进入两相邻叶片之间空腔的油液将冲击叶片，每当油液进入一个空腔，就对叶片冲击一次。这种冲击现象将对叶片泵的流量均匀性和流量脉动产生影响，还会引起叶片泵内旋转结构的振动，从而产生噪音，加快零部件的磨损，对零部件造成损伤。这些因素会严重影响叶

44、片泵的正常工作。设计中为了避免这种影响在压油口设计v形尖槽。根据资料查得，v形槽所对应的角度一般在之间，如果角度太大，v形槽会占用封油区，这样会影响叶片泵的流量。但是为了v形槽能够充分发挥作用，可以少许占用封油区。所以 ，取。位置位于压油口的两端。吸油口v形槽：当打开吸油窗口时，叶片泵内腔的油液会突然进入吸油腔，同样也会产生冲击，从而影响影响叶片泵的正常工作，但是由于吸油口与叶片泵的出油口连接，随着油液的排出，其冲击也会大大减弱，对叶片泵性能的影响不是太大，所以设计中吸油口没有v形槽。对左配油盘进行三维建模，如图4.11图4-114.7 右配油盘结构设计左、右配流盘的材料为：锡青铜。热处理：表

45、面氮化。（1）右配油盘和左配油盘的有好些尺寸参数以及结构相同，吸油口和压油口的分布位置也相同。不同的是右配油盘的吸油口是封闭的，深度为，压油口为通孔与配流盘环形槽相通，环形槽宽，深度为。右配油盘需要用螺钉来连接，与左配油盘的连接螺钉型号相同，根据左配油盘螺纹孔的尺寸，确定右配油盘为m3。（2）右配流盘需要为叶片根部的通油孔提供压力油，为叶片的径向运动提供动力。这就需要在右配油盘上设置几个通油孔，根据定子上通油孔的的尺寸及位置特点，在右配油盘上设置2个的孔，通过这两个孔为2个叶片根部通油孔提供压力油。但是叶片根部的压力油需要循环，有进有出。所以在右配油盘上再设置两个出油孔，压力油通过这2个孔流回

46、吸油腔。（3）配流盘需要和传动轴配合，在中心位置设置轴孔，轴孔的尺寸根据转动轴的尺寸及装配关系确定，一般是： (4.20)根据以上要求确定轴孔的直径对右配油盘进行三维建模，如图4.12图4.124.8 传动轴的设计4.8.1 轴材料的选择轴的作用是为叶片泵传递动力，是将电动机的动力传递给叶片泵内部的工作原件，是力主要承受着。在工作中会受到扭转切应力，所以所选择的材料必须有较好的力学性能和较高的强度。根据这些要求，选择轴的材料为调质钢，其钢号为，这种材料能满足轴对强度的要求，经淬火处理后硬度可以达到60hrc。4.8.2 传动轴花键轴段的设计 图4.13 传动轴花键轴段结构及尺寸在转子与轴配合的

47、轴段选择花键轴，因为转子与花键轴配合，接触面积大，能承受较大的载荷；齿数比较多，受力均匀。在齿形上选择矩形齿形，因为矩形齿形的定心精度比较高，花键数设置为，根据工作强度确定花间宽度为，其尺寸根据转子花键轴孔尺寸确定，已知花键轴孔尺寸。在花键轴段为了方便安装转子，会加工倒角。花键的大径根据转子轴孔尺寸计算，即： (4.21)花键小径花键齿侧面的工作高度 (4.22) 所以花键轴段的尺寸规格是 4.8.3花键连接的强度计算花键连接的强度计算要根据连接的结构特点，工作条件和受力情况进行计算。根据确定的轴，由资料查得花键连接许用压力为。计算中根据公式要用到传递的扭矩，并且由于在每个花键上分布的载荷是不

48、相等的，为了消除这种影响，就要引入不均匀系数，资料显示一般是在之间。根据以上条件计算强度 (4.23)式中 通过计算分析花键的挤压强度能够满足叶片泵的工要求。4.8.4 轴的结构设计及尺寸的确定 图4.14 轴上零件的装配传动轴分为好多段，分别与不同的零件配合，所以其设计要逐段进行，每段的尺寸要根据与其配合的零件尺寸确定。(1) 首先对传动轴段进行设计，有图可知在段与之配合的是转子和右配油盘，属于花键轴段，花键轴段直径。所以段的直径应该与花键轴尺寸相同，取。其中由图4.14可知段与右轴承配合，用于固定右轴承，属于轴肩。轴肩的尺寸要根据轴承的安装尺寸确定，已知所选右轴承的安装尺寸，所以轴肩段的直

49、径，根据配合关系确定轴肩的宽度为。所以轴肩的高度为 图中段的长度根据转子和右配油盘的尺寸确定，即： 段主要为花键轴段，其尺寸，即：为了使段加工方便和花键轴段的尺寸(2) 对段和段进行设计在段和段主要与轴承配合，他们的尺寸根据所选轴承尺寸确定已知在段安装左轴承，根据左轴承的选择，左端轴承的尺寸参数为，轴承的内圈小径为，所以确定。段长度在段与右轴承配合，其长度要根据右轴承尺寸确定，根据右轴承的选择，右轴承的尺寸参数为，轴承内圈小径，所以确定，和轴承的宽度一样4.8.5 轴上各个轴段的载荷分析如下图做出轴分析简图。通过对轴上各段所受到的载荷进行分析，相比之下在花键轴段的截面c是轴的危险截面，只要c截面能够满足要求则其他段必定满足。轴扭矩4.8.6 按扭转切应力校核轴的强度已经选择轴的加工材料为调制钢，有材料查得这种材料的扭转切应力和的值，已知传动轴许用扭转切应力。通过以上分析我们只对c截面进行校核，在c截面处的工作应力必须