配油盘受力分析与设计

1、二刖言 TOC o 1-5 h z 一制造技术毕业设计的目的4二 制造技术毕业设计的基本任务与要求42.1设计任务42.2毕业设计基本要求 4三四五六七毕业设计说明书的编写4三四五六七工件的结构分析5工艺工序安排7切削用量的确定9夹具体的设计10 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 5配油盘受力分析与设计13 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 5.1配油盘受力分析14 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 压紧力 py16 HYPERLINK l bo

2、okmark57 o Current Document 分离力 p f 17 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 5.2配油盘设计 17 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 5.2.1过渡区设计175.2.2配油盘主要尺寸确定17验算比压 ？、比功 pv 176缸体受力分析与设计176.1缸体的稳定性176.2缸体主要结构尺寸的确定186.2.1通油孔分布圆半径Rf和面积F 186.2.2缸体内、外直径D、D 的确定186.2.3缸体高度H 187柱塞回程机构设计198斜盘力矩分析198.1柱塞

3、液压力矩M1 198.2过渡区闭死液压力矩198.2.1具有对称正重迭型配油盘208.2.2零重迭型配油盘218.2.3带卸荷槽非对称正重迭型配油盘218.3回程盘中心预压弹簧力矩M3 228.4滑靴偏转时的摩擦力矩M 228.5柱塞惯性力矩M5 22 HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 8.6柱塞与柱塞腔的摩擦力矩M 623 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 8.7斜盘支承摩擦力矩M 723 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 8.8斜盘与回

4、程盘回转的转动惯性力矩M 824 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 8.9斜盘自重力矩M 9-24 HYPERLINK l bookmark157 o Current Document 9变量机构-26 HYPERLINK l bookmark163 o Current Document 9.1手动变量机构-26 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 9.2手动伺服变量机构-27 HYPERLINK l bookmark169 o Current Document 9.3恒功率变量机构-27 H

5、YPERLINK l bookmark172 o Current Document 9.4恒流量变量机构-27 HYPERLINK l bookmark175 o Current Document 结论29 HYPERLINK l bookmark178 o Current Document 参考文献-30 HYPERLINK l bookmark181 o Current Document 致谢31刖 言用以控制流体（液体、气体、气液或固液混合体）流量、压强和流向的装置。简 称阀。通常由阀体、阀盖、阀座、启闭件、驱动机构、密封和紧固件等组成。阀 门的控制功能是依靠驱动机构或流体驱使启闭件升降

6、、滑移、旋摆或回转以改变 流道面积的大小来实现的。广泛用于工农业生产和日常生活器具中。阀门的基本参数是工作压力、工作温度和口径。工业管道的各种阀门，常用 公称压力pN （在规定温度下允许承受的最大工作压力）和公称通径DN （阀体与 管子联接端部的名义内径）作为基本参数。阀门主要有密封、强度、调节、流通、 启闭等性能，其中前二者是一切阀门最基本最重要的性能。为了保证阀门的密封 和强度，除了必须遵守有关标准规定合理地进行结构设计、确保工艺质量外，还 必须正确地选用材料。Abstract：This design components are a beam holder.Selects the QT4

7、0-10 steel. According to the components shape, the size precision, the production economic efficiency and so on various aspects multianalysis its processing craft, uses the special purpose machine processing much. Through to the components analysis, this axis required accuracy is high, the working p

8、rocedure suitable centralism, the request is smooth, therefore selects the tool and the size wants.Finally carries on the examination to the components.In order to achieve the components precision the request.Key word： Jig, examination, technological design1制造技术毕业设计的目的机械制造技术毕业设计是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要

9、实 践性教学环节，它要求学声能全面综合的运用所学的理论和时间知识，进行零件 机械加工工艺规程和工艺装备的设计。其基本目的是：（1）培养工程意识。（2）训练基本技能。（3）培养质量意识。（4）培养规范意识。2制造技术毕业设计的基本任务与要求2 .1、设计任务（1）设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程；（2）设计一个专用夹具；（3）编写设计说明书。2 .2、毕业设计基本要求（1）内容完整，步骤齐全。（2）设计内容与说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规 范，简图应简洁明了，正确易懂。（3）正确处理继承与创新的关系。（4）正确使用标准和规范。（5）尽量采用先进设计手段。3毕业设计说明书的

10、编写说明书要求系统性好、条理清楚、语言简练、文字通顺、字迹工整、图例清 晰、图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书。五、工艺工序安排1、以下我们对些零件进行工艺安排：下料f车削f车削f钻孔f铣削f钻孔f去毛刺f检验f油封下料：0 96x62车削：车左端面及外圆6 90。粗台阶、0 80。车削：粗车右端面至56。钻孔：钻孔3个6 6深8孔。铣削；铣外形的6个分布均匀的肋板及顶面。钻削：钻0 37.5、扩孔6 37.85、铰孔0 38H9。钳工：去毛刺。检：检验。油封：清理、油封、入库。六、切削用量的确定正确地确定切削用量，对保证加工质量、提高生产率、获得良好的经济效益， 都有着重要的意义。在

11、确定切削用量时，应综合考虑零件的生产纲领、加工精度、 和表面粗糙度、材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。单件小批量生产时，为了简化工艺文件，常不具体规定切削用量，而由操作 者根据实际情况，凭经验确定合理的切用量。成批及大量生产时，特别是组合机床、自动机床及多刀加工工序的切削用量， 应科学地、严格地确定，确定的一般原则为：粗加工时，由于要求的加工精度较低、表面粗糙度较大，切削用量的确定应 该尽可能保证较高的金属切除北和必要的刀具耐用度，以达到较高的生产率。提 高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率，但在这三个要素中， 切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，影响最小的是切削深度

12、。所以 在确定粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的切削深度，其次考虑采用较大的 进给量，最后根据刀具的耐用度要求，确定合理的切削速度。具体数据的确定可 参阅有关手册。半精加工、精加工时，确定切削用量首先要考虑的问题是保证加工精度和表 面质量同时也要兼顾必要的刀具耐用度和生产率。半精加工、精加工时的切削深 度一般根据粗加工后留下的加工余量来确定，而进给量主要根据表面粗糙度来确 定。为了减少工艺系统的弹性变形和已加工表面的残留面积高度，半精加工和精 加工时一般多采用较小的切削深度和进给量。在切削深度和进给量确定之后，再 确定合理的切削速度。在采用组合机床、自动机床等多刀具同时加工的工序时，其加工精

13、度、生产 率和刀具的寿命与切削用量的关系很大，为保证机床正常工作，不经常换刀，其 切削用量要比采用一般机床加工时低一些。以下是38H9切削加工：曲面挖槽粗加工生成一系列平面铣削，是一种最常用的曲面粗加工方法。它 还可以使刀具从零件毛坯外开始加工，防止刀具直接埋入工件材料。调出图形文件：曲面挖槽粗加工、图六。七、夹具体的设计为了保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就 是用来实现这一要求的。1、定位方式的选择根基准统一的原则，我们采用设计基准来作为我们的定位基准，即采取一面 二孔的形式进行定位。2、夹紧方式的选择夹紧方式的确定，起初我考虑各种各样的方案，但是都没有成形，最后我

14、考 虑用3个螺纹孔来夹紧。5配油盘受力分析与设计配油盘是轴向柱塞泵主要零件之一，用以隔离和分配吸、排油油液以及承受 由高速旋转的缸体传来的轴向载荷。它设计的好坏直接影响泵的效率和寿命。5.1配油盘受力分析不同类型的轴向柱塞泵使用的配油盘是有差别的，但是功用和基本构造则相 同。图5.1是常用的配油盘简图。液压泵工作时，高速旋转的缸体与配油盘之间作用有一对方向相反的力；即 缸体因柱塞腔中高压油液作用而产生的压紧力；配油窗口和封油带油膜对缸 体的分离力p$。1一1一吸油窗2一排油窗3过度区4一减振槽5内封油带6一外封油带7辅助支承面图5.1 配油盘基本构造5.1.1压紧力py压紧力是由于处在排油区是

15、柱塞腔中高压油液作用在柱塞腔底部台阶上，使 缸体受到轴向作用力，并通过缸体作用到配油盘上。 .，1.、 一一.一. 一，一,对于奇数柱塞泵，当有2( z+1)个柱塞处于排油区时，压紧力pi为Z +1兀9+ 1兀p i =. -4 d2 p= p =- x-x 39x 1- 0k 1 2 56024 N5 0 ()1当有2( z -1)个柱塞处于排油区时，压紧力p2为Z 1 -4 1 -p 2 5- 4 d p= p =2 xx39x L 0 x 1 2 560 1 9 N20()1)5 (24150 1)5 (24150 +19320) 5 21735(N) 21,P 广 2p + py 25

16、.1.2分离力pf分离力由三部分组成。即外封油带分离力p 1，内封油带分离力p 2，排油窗 高压油对缸体的分离力。对于奇数泵，在缸体旋转过程中，每一瞬时参加排油的柱塞数量和位置不同。封油带的包角是变化的。实际包角比配油盘油窗包角p0有所扩大，如图5.2所示。1 TOC o 1-5 h z 当有2( Z +1)个枉塞排油时，封油带实际包角p 1为 11 一2 兀 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document P = 2 (Z 1)a + a =2乂(9 1)+1当有2( z -1)个枉塞排油时，封油带实际包角p 2为2兀x (9 - 3) 2兀x (9 -

17、3) x9 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document P = (Z 3)a + a 2 20 2一 .，Z 平均有-个枉塞排油时平均包角CPp为-2a)-a-2a)-a012式中 a 柱塞间距角，a0 柱塞腔通油孔包角，这里取a0外封油带分离力p1外封油带上泄漏流量是源流流动，对封油带任仪半径上的压力p从R分，并以七代替2兀，可得外封油带上的分离力pf 1为图5.2 封油带实际包角的变化中(R2 -R2)中、1 rPrR;pb4ln r127兀-x (172 -15 2)X10-小17 4ln1576x 12560 - 2 x112 x10-6 x 1

18、25602= 3.4( N)外封油带泄漏量q为甲6 3 p1 12 日 ln R1 R27-x0. 00 x 1 2560-917 = 92侦)12 x 2 x10-7 x ln1715内封油带分离力pf 2内封油带上泄漏流量是汇流流动，同理可得内封油带分离力p 2为p =*顷二佃p +幺R 2 Pf 2、R b 23 b4目 ln 324(7丸(7丸X (92 - 112)X10-6+ _L x112 X10-6 x 12560 2J114 x 2 X10-7 x lnI9=5. 2N )内封油带泄漏量幺为甲甲8 3 p.-R12 日 ln 347兀x0. 00X 1 2560211 = 1

19、4 7闹)12 x 2 X10-7 x ln9排油窗分离力Pf 3中7兀 _pf3 = Lp( r 2-R 凯=XX (1 - 121 ) 1 256N 1. 6(配油盘总分离力pf 1Pf =p+Pg+p=.4+5.2 + 1. & 1 N 2 ()总泄漏量q为q = q1 + q2 = 92 +147 = 239( N)5.2配油盘设计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。5.2.1过渡区设计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11 大于柱塞腔通油孔包角1的结构，称正重迭型配油盘。具有这种结构的配油盘，0当柱塞从低压腔接通高

20、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。5.2.2配油盘主要尺寸确定(图5.3)图5.3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D f配油窗口包角中0，在吸油窗口包角相等时，取 平=兀一气十%=兀一 ao 2为避免吸油不足，配油窗口流速应满足u = 9b = 2.3 ZM9变量机构轴向

21、柱塞泵通过变量机构改变直轴泵斜盘倾斜角或斜轴泵摆缸摆动角，以改 变输出流量的方向和大小。变量机构的型式很多，按照控制方式，可分为手动式、机动式、电动式、液 动式、电液比例控制式等。按照变量执行机构可分为机械式、液压伺服机构式、 液压缸式，如图9.1。按照性能参数还可分为恒功率式、恒压式、恒流量式等。(a)(b )(c )图9.1变量执行机构以上各种型式的变量机构常常组合使用。例如，图9.1(a)所示，手动变量机 构采用杠杆或采用手轮转动丝杠，带动斜盘改变倾斜角，如果用可逆电机旋转丝 杠可实现电动变量。图9.1(b)所示，在伺服阀C端用手轮或杠杆输入一位移量， 称手动伺服变量式；若以电机或液压装

22、置输入位移量时，则称电动或液动伺服变 量式；如果输入的控制信号量使得泵输出的功率为常值，则构成了压力补偿变量 式。再如图9.1(c)中，用带有电磁阀的外液压源控制，可成为远程液控变量式； 如果用伺服阀控制变量缸，并使泵出口压力为恒值，可成为恒压变量型式。由此可知，变量的型式是多种多样的，下面介绍其中最常用的几种变量机构。9.1手动变量机构手动变量机构是一种最简单的变量机构，适用于不经常变量的液压系统。变 量时用手轮转动丝杠旋转，丝杠上的螺母直线运动带动斜盘改变倾斜角实现变 量。手动变量机构原理图及变量特性如图9.2所示。图9.2手动变量机构原理及特征图中表明手动变量机构可实现双向变量。流量Q的

23、方向和大小与变量机构 行程y成正比。9.2手动伺服变量机构该机构用机械方式通过伺服阀带动变量缸改变斜盘倾角实现变量。手动伺服 变量机构的原理图和变量特性如图9.3所示。图9.3手动伺服变量机构图中伺服变量机构由双边控制阀和差动变量缸组成。控制阀的阀套与变量活 塞杆相连，变量缸的缸体与泵体相连。当控制阀处于中位时，斜盘稳定在一定的 位置上。变量时，若控制阀C端向左移动，油路1和2连通，变量缸A、B两腔 都是泵出口压力。由于B腔面积大于A腔，变量活塞在液压力作用下向右移动， 推动斜盘倾斜角减小，流量随之减少。与此同时，由于阀套与活塞杆相连，阀套 也向右移动逐步关闭油路l和2,于是斜盘稳定在新的位置

24、上。反之，控制阀向右移动时，油路2和3连通，变量缸B腔与回油路接通， 变量活塞在A腔液压力作用下向左移动，使斜盘倾角增大，流量也增大。同理， 由于控制阀阀套的反馈移动，使斜盘稳定在新的位置。这种利用机械位置反馈的伺服变量机构减少了变量控制力，大大提高了变量 的性能和精度。变量信号输入可以是手动，也可以是电动。如用外液压源可实现 远程无级变量。因此，这种变量型式广泛用于频繁变速的行定车辆、工程机械、 机床等许多液压系统中。9.3恒功率变量机构恒功率变量机构是根据泵出口压力调节输出流量，使泵输出流量与压力的乘 积近似保持不变，即原动机输出功率大致保持恒定。变量机构原理如图93（a） 所示。图中恒功

25、率变量机构仍由双边控制阀和差动变量缸组成。与手动伺服变量机 构不同的是控制阀C端由弹簧预压调定，D端用控制油路接通泵出口管路。利 用液压力与弹簧力平衡的关系控制变量活塞，改变斜盘倾角。工作原理与手动伺 服变量机构类似。为使泵功率为一恒值，理论上，泵出口压力与输出流量应保持双曲线关系， 如图9.4所示。但是，实际泵的变量机构都是采用弹簧来控制的。因此，只能用 一段折线（一根弹簧）或二段折钱（二根弹簧）来近似替代双曲线。图9.3（a）所示 的变量特性就是采用内外双弹簧和机械限位装置控制的恒功率变量特性。wl QNwl QN图9.4恒功率理论变量特征曲线泵开始工作时，控制阀D端的液压力不足以克服外弹

26、簧预紧力，斜盘倾角 最大，流量也最大，变量特性为水平线ab。当泵出口压力上升到图示值时， 控制阀D端按压力大于C端弹簧预紧力，阀芯向左移动，控制变量活塞向右推 动斜盘减小倾角，流量随之减少，变量特性为折线bc。bc线的斜率取决于外弹 簧的则度。当泵压力继续升高到图示与值时，内弹簧也参与工作。由于内外弹 簧的合成刚度更大，变量特性为折线CD，CD线的斜率取决于内外弹簧的合成 刚度。随着出口压力继续升高，阀芯碰到限位装置，则输出流星也不再减少，变 量特性为折线瓦。特性曲线中各折点位置可以通过调整弹簧预紧力和限位装置来改变，折线的 斜率取决于弹簧刚度。恒功率变量是常用的变量型式之一，能充分发挥原动机

27、的功率效能，并使液 压设备体积小、重量轻。常用于压力经常变化的压力机、重型设备、工程机械等 液压系统中。9.4恒流量变量机构恒流量变量机构是根据装于泵出口主油路中的节流阀两侧的压力差调节输 出流量，保持流量为一恒值。变量机构原理及变量特性如图95所示。（a）图9.5恒流量变量机构原理及特征图中恒流量变量机构由带有节流阀的双边控制阀（恒流量阀）和差动变量缸 组成。控制阀C端预压弹簧调定后，节流阀两侧压力差在控制阀阀芯上产生的 液压力与弹簧力相平衡，阀芯处于中垃，斜盘倾角固定在某一角度，泵输出流量 为调定值。当泵转速增加时，输出流量也相应增加。由于节流器面积不变，则节流器两 端压力差p增大，推动控

28、制阀阀芯左移，带动变量活塞左移，斜盘倾角减小， 流量城少，直至恢复到调定值。此时，阀芯上液压力与弹簧力重新平衡阀芯处于 中位，斜盘倾角稳定，泵输出流量为恒定值。反之，当泵转速减小后，输出流量 减少。类似的分析可知，斜盘倾角会增加，流量也随之增加，仍保持为一恒定值。图9.5(b)为变量特性曲线。为保持调定流量q的最低稳定转速。从图中可 以看出，从no以上，泵输出流量不随转速变化而改变，始终保持恒定值。恒流量变星泵用于对液压执行机构要求速度恒定的设备中。例如，机床、运 输机械等液压系统。但是恒流量变量泵恒定流星的精度不高，误差较大，这也限 制了它的应用。结论液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油

29、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