典型机械构造课程说明书

1、典型机械构造课程典型机械构造课程研究说明书题目: “C14-1B轴向柱塞泵”内容：1. 零件图 1张 2. 零件三维图 1张 3. 课程说明书 1份 4. 目标机械总体或系统原理图 1张5. 部装图 1张班级学号学生姓名 指导教师 1、 轴向柱塞泵工作原理与性能参数 图1.1 柱塞泵的装配（零件）简图11轴向柱塞泵工作原理轴向柱塞泵主要结构如图1.2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

2、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1.2 轴向柱塞泵工作原理图1.2轴向柱塞泵主要性能参数给定设计参数最大工作压力 额定流量 =100L/min最大流量 额定转速 n=1500r/min最大转速 排量流量与容积效率轴向柱塞泵排量是指缸体旋转一周，

3、全部柱塞腔所排出油液的容积，即 = 0.84(L)不计容积损失时，泵的理论流量为 =0.84×1500 =1260(L)式中 柱塞横截面积； 柱塞外径； 柱塞最大行程； Z柱塞数；传动轴转速。泵的理论排量q为 （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： 式中是常数，对进口无预压力的油泵=5400；对进口压力为5kgf/cm的油泵=9100，这里取=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。

4、从泵的排量公式中可以看出，柱塞直径分布圆直径柱塞数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，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即。泵实际输出流量为：=100-3=97（ml/min）式中为柱塞泵泄漏流量。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。泵容积效率定义为实际输出流量与理论流量之比，即： =轴向柱塞泵容积效率一般为=0.940.982、轴向柱塞泵重要零件2

5、.1柱塞轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。根据柱塞头部结构，可有以下三种形式： 点接触式柱塞，如图2.1（a）所示。这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损剥落和边缘掉块，不能承受过高的工作压力，寿命较低。这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。 线接触式柱塞，如图2.1（b）所示。柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其值必须限制在规定的范围内。 带滑靴的柱塞，如图2.1（c）所示。柱塞头部

6、同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和磨损，使寿命大大提高。目前大多采用这种轴向柱塞泵。（a） ( b ) ( c ) 图2.1 柱塞结构型式 图2.2 封闭薄壁柱塞从图2.1可见，三种型式的柱塞大多做成空心结构，以减轻柱塞重量，减小柱塞运动时的惯性力。采用空心结构还可以利用柱塞底部高压油液使柱塞局部扩张变形补偿柱塞与柱塞腔之间的间隙，取得良好的密封效果。空心柱塞内还可以安放回程弹簧，使柱塞在吸油区复位。但空心结构无疑增加

7、了柱塞在吸排油过程中的剩余无效容积。在高压泵中，由于液体可压缩性能的影响，无效容积会降低泵容积效率，增加泵的压力脉动，影响调节过程的动态品质。2.2配油盘配油盘设计主要是确定内封油带尺寸吸排油窗口尺寸以及辅助支承面各部分尺寸。2.2.1过渡区为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封，大多数配油盘采用过渡角大于柱塞腔通油孔包角的结构，称正重迭型配油盘。具有这种结构的配油盘，当柱塞从低压腔接通高压腔时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲击压力；当柱塞从高压腔接通底压腔时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。这种高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质，产生噪音和功率消耗以及周期性的冲击载荷。对泵

8、的寿命影响很大。为防止压力冲击，我们希望柱塞腔在接通高低压时，腔内压力能平缓过渡从而避免压力冲击。 2.2.2配油盘主要尺寸（图2.3）图2.3 配油盘主要尺寸确定（1）配油窗尺寸配油窗口分布圆直径一般取等于或小于柱塞分布圆直径配油窗口包角，在吸油窗口包角相等时，取 为避免吸油不足，配油窗口流速应满足 满足要求。式中 泵理论流量； 配油窗面积，； 许用吸入流速，=23m/s。由此可得： =（2）封油带尺寸设内封油带宽度为，外封油带宽度为，和确定方法为：考虑到外封油带处于大半径，加上离心力的作用，泄漏量比内封油带泄漏量大，取略大于，即 当配油盘受力平衡时，将压紧力计算示与分离力计算示带入平衡方程

9、式可得 联立解上述方程，即可确定配油盘封油带尺寸 。3、缸体3.1缸体的稳定性在工作过的配油盘表面上常看到在高压区一侧有明显的偏磨现象，偏磨会使缸体与配油盘间摩擦损失增大，泄漏增加，油温升高，油液粘性和润滑性下降，而影响到泵的寿命，造成偏磨的原因，除了可能有受力不平衡外，主要是缸体力矩不平衡，使缸体发生倾倒。3.2缸体主要结构尺寸通油孔分布圆半径和面积F图3.1 柱塞腔通油孔尺寸为减小油液流动损失，通常取通油孔分布圆半径与配油窗口分布圆半径相等。即 式中为配油盘配油窗口内外半径。通油孔面积近似计算如下（如图3.1所示）。 式中 通油孔长度，；通油孔宽度，；缸体内外直径为保证缸体在温度变化和受力

10、状态下，各方向的变形量一致，应尽量使各处壁厚一致（如图3.2），即。壁厚初值可由结构尺寸确定。然后进行强度和刚度验算。缸体强度可按厚壁筒验算 式中筒外径，。缸体材料许用应力，对ZQAL94：=600800 图3.2 缸体结构尺寸缸体刚度也按厚壁筒校验，其变形量为 式中 E缸体材料弹性系数； 材料波桑系数，对刚质材料=0.230.30，青铜=0.320.35； 允许变形量，一般刚质缸体取，青铜则取。3.2.3缸体高度H从图3.2中可确定缸体高度H为 式中 柱塞最短留孔长度； 柱塞最大行程； 为便于研磨加工，留有的退刀槽长度，尽量取短； 缸体厚度，一般=（0.40.6），这里取0.5。4、 柱塞回

11、程机构直轴式轴向柱塞泵一般都有柱塞回程结构，其作用是在吸油过程中帮助把柱塞从柱塞腔中提伸出来，完成吸油工作，并保证滑靴与斜盘有良好的贴合。固定间隙式回程结构使用于带滑靴的柱塞。它的特点是在滑靴颈部装一回程盘2，如图4.1，并用螺纹环联结在斜盘上。当滑靴下表面与回程盘贴紧时，应保证滑靴上表面与斜盘垫板3之间有一固定间隙，并可调。回程盘是一平面圆盘，如图4.1所示。盘上为滑靴安装孔径，为滑靴安装孔分布圆直径。这两个尺寸是回程盘的关键尺寸，设计不好会使滑靴颈部及肩部严重磨损。下面主要研究这两个尺寸的确定方法。如前所述，滑靴在斜盘平面上运动轨迹是一个椭圆，椭圆的两轴是短轴 长轴 和的选择应保证泵工作时

12、滑靴不与回程盘发生干涉为原则。因此，取椭圆长短轴的平均值较合理，即 从图4.1中可以看出回程盘上安装孔中心O与长短轴端点A或B的最大偏心距相等，且为，因而为了允许滑靴在任一方向偏离，而不与回程盘干涉，回程盘的安装孔径应比滑靴径部直径d大。同时，考虑到加工安装等误差，应在安装孔与滑靴径部之间保留有适当间隙J。这样安装孔的直径为 式中 d滑靴颈部直径； J间隙，一般取J=0.51mm。 图4.1 回程盘结构尺寸5、个人零件说明6、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

13、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

14、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。7、参 考 文 献【1】李培滋王占林主编.飞机液压传动与伺服控制（上册）.国防工业出版社.1989【2】曾祥荣叶文柄吴沛容编著.液压传动.国防工业出版社.1980【3】何存兴主编.液压元件.机械工业出版社.1982【4】张赤诚等编.液压传动.地质出版社.1986【5】齐任贤主编.液压传动和液力传动.冶金工业出版社.1981【6】上海煤矿机械研究所编.液压传动设计手册.上海人民出版社.1976【7】成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社.2004【8】闻德生著.开路式柱塞泵.航空工业出版社.1998【9】吉林工业大学等校编.工程机械液压与液力传动.机械工业出版社.1978【10】马玉贵、马治武主编.新编液压件使用与维修技术大.中国建材工业出版社.1998【11】左