基于Solidworks的軸向柱塞泵的設計--畢業(yè)論文

1、目錄中文摘要及關鍵詞 . . I英文摘要及關鍵詞 . . II引言 . 11軸向柱塞泵的工作原理與性能參數(shù) . . 31.1軸向柱塞泵的工作原理 . . 31.2斜盤式軸向柱塞泵的主要性能參數(shù) . . 31.2.1流量、容量、容積效率與結構參數(shù) . 41.2.2扭矩與機械效率 . . 51.2.3功率與效率 . . 62斜盤式軸向柱塞泵運動學分析 . . 72.1柱塞的設計 . . 72.1.1柱塞結構形式的選擇. . 72.1.2柱塞的結構尺寸設計. . 82.1.3柱塞摩擦副的壓力P 及功率Pv的校核驗算 . 102.2滑靴的設計 . 112.2.1滑靴結構型式的選擇. 122.2.1滑靴

2、的尺寸的設計. 132.3油盤的力學分析 . 132.3.1過渡區(qū)域的設計 . 142.3.2計算配油盤上重要結構尺寸大小 . 142.3.3校核配油盤壓緊力p. 142.4缸體結構的設計 . 152.4.1缸體的受力分析 . 152.4.2缸體直徑的確定 . 163直軸式軸向柱塞泵重要零件的受力分析 . 183.1對柱塞受力分析 . 183.2對滑靴面上所受到的力進行具體計算 . 193.3對配油盤的受力進行分析 . 214主要零件的材料的選擇. . 254.1柱塞與缸體的材料 . 254.2配流盤材料的選擇 . 254.3斜盤與壓盤的材料選擇 . . 255Solidworks 繪制三維立

3、體圖 . 265.1柱塞的三維圖 . . 265.2滑靴的三維立體 . . 265.3配流盤的三維圖 . . 275.4缸體的三維立體圖 . 285.5柱塞泵總裝配效果圖 . . 29參考文獻 . 31致謝 . 32內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計I基于 Solidworks 的軸向柱塞泵的設計摘要伴隨著全球的工業(yè)技術的不斷發(fā)展與進步，液壓傳動的也越來越被廣泛的使用，作為 液壓傳動系統(tǒng)的核心部分-液壓泵，就顯得尤為重要了。液壓泵是用來給傳動系統(tǒng)輸送 高壓油的運動能力的部件，它是液壓傳動系統(tǒng)中最重要的一部分，選取一個合適的液壓泵 對傳動體系來說有很大的作用，能夠減少在正常工作時的能量消耗，提高工作效率

4、，減少 噪音污染，改善運動過程工作性能，使工作系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定。本文主要對軸向柱塞泵的分類、結構組成進行了較為深入的研究，著重研究了柱塞、滑靴以及配流盤的結構，在此基礎上還對其進行受力分析及強度計算，隨后設計出符合要求 的液壓泵結構，最終利用 Solidworks 軟件對其進行三維模型的建立，并利用 AutoCAD 軟件繪制完成其主要零件圖以及裝配圖。在本文中采取了帶滑靴的柱塞，這種類型的柱塞可以減小能量損失，增加了容積效率，而且柱塞采取了中空的方式，減小了柱塞泵的重量和慣性力矩，提高了承載能力。關鍵詞：軸向柱塞泵；斜盤;配流盤;柱塞；缸體內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計IISolidWorks

5、axial piston pump based designAbstractWith the global in dustrial tech no logy con ti nues to evolve and progress, hydraulictransmission is also becoming more widely used, but as a core part of the hydraulicdrive system - hydraulic pump, is particularly importa nt. Hydraulic pump is used totran spor

6、t parts athleticism drivetra in high pressure oil, which is the hydraulic drivesystem is the most important part, select an appropriate pump has an invaluable role inthe drive system, it is possible to reduce the normal working when energy consumption,improve efficiency, reduce noise pollution, impr

7、ove the movement performa nee, makethe system work more secure and stable.This paper mainly axial piston pump classification, structure, composition of specificoptions, such as the form of the characteristics of a plunger valve plate and slipperwere discussed, in addition to its mechanical analysis

8、and calculation, you n eed tocheck ing its check, you can not exceed the permissible value. Also check the use ofthe block material is also very critical.To draw the final part drawings and assembly drawings by total Solidworks draw ingsoftware.Key word： Axial plun ger pump; Swash plate; Port plate;

9、內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計1引言眾多的液壓泵系列之中，只有軸向柱塞泵能夠在高壓力、高轉速及流量大 的條件下較為理想地工作。軸向柱塞泵的緊密性好，占用空間小，轉動時產生 的離心力比其他的泵小得多，所以可在高速的條件下進行工作；并且軸向柱塞 泵可以調節(jié)本身的容量，適用于多種不同的條件下。軸向柱塞泵是利用柱塞在 在固定的容積內作直線循環(huán)活動，因此增大或減小了柱塞腔中的體積，進而完 成了吸油和排油。對于軸向柱塞泵來說，柱塞、配油盤、滑靴以及缸體都是它 的重要組成部分。而柱塞是主要的受力零件，滑靴是高壓柱塞泵通用的形式，原因是其能夠適應高壓力高轉速條件下的需求， 而缸體和配油盤的性能對柱塞 泵的工作效率

10、及壽命的作用非常大。它具有緊密性好、占用空間小、質量小、 比徑向柱塞泵的組成方式簡單、經濟實惠等特點。它主要應用在工程機械、農 業(yè)機械、冶金、船舶、機床等領域。最近幾年以來，伴隨著制造、計算機科技等的不斷提高，軸向柱塞泵的高 新技術不斷推陳出新，且性能越來越好。近年來，我國的經濟、科技不斷推陳 出新，在工業(yè)現(xiàn)代化的進程中，機械、冶煉金屬等方面對軸向柱塞泵的要求越 來越高，所以增加我國在軸向柱塞泵方面的研究，推出新技術也顯得更加緊迫。對于軸向柱塞泵的探索及優(yōu)化的過程已經非常久遠了，其中為了改良軸向 柱塞泵的脈動流量，減少震動及噪音，各國的專業(yè)人員做出了大量的試驗，通 過實驗數(shù)據(jù)表明：軸向柱塞泵的

11、流量大小被各方面因素的控制，理論的脈動流 量比實際的脈動流量小很多，而且柱塞數(shù)目的奇或偶不會對脈動系數(shù)產生影響。對于軸向柱塞泵的柱塞數(shù)選取奇數(shù)好還是選取偶數(shù)好的問題上，我國科學研究工作者在1982年了給出了結論“偶數(shù)泵同樣可以很好地工作”，而且在1984年對這種觀點進行了脈動流量對比測試，實驗結果表明：偶數(shù)泵略小于奇數(shù)泵。 但是在1985年，德國的流體動力研究者從理論上推斷出： 偶數(shù)泵在受力和噪音 方面上要比奇數(shù)泵好，經過仿真模型實驗測出偶數(shù)泵的壓力脈動是奇數(shù)泵的120%另外，哈爾濱工業(yè)大學的曹楚從計算機輔助制造方面進行研究，對斜盤 式軸向柱塞泵做了具體的剖析，結果是：柱塞泵的柱塞數(shù)無論是選擇

12、奇數(shù)還是偶 數(shù)對脈動流量幾乎沒有影響。現(xiàn)在，我國許多大學分別從不同的方面對柱塞泵的流量脈動開始了徹底的探索，而且所得到的結果無一例外地體現(xiàn)了軸向柱塞泵的脈動流量與柱塞數(shù)目 選擇奇數(shù)還是偶數(shù)沒有關系，但是柱塞數(shù)目的大小會有影響。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計2所以，對斜盤式軸向柱塞泵的實際流量脈動產生作用的因素是各種各樣 的，固有的理論分析難以達到較好的效果。大多數(shù)學者比較傾向按照配油盤的 結構去分析斜盤式軸向柱塞泵的實際脈動流量，進而構成了比較完整綜合的計 算分析體系，但是泄露量對于真實的脈動流量的作用雖然進行了一定的探索與 研究，但是往往缺少一個具體的分析體系。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計31軸向

13、柱塞泵的工作原理與性能參數(shù)(1)軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵是把柱塞沿著主軸的方向平均地布置在缸體的柱塞孔內的一種液壓泵。軸向柱塞泵分為徑向和軸向兩種形式，如圖1-1所示為直軸式軸向柱塞泵的結構組成，這種泵由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4等部分組成2柱塞沿圓周均勻且對稱的分布在缸體的內部，而斜盤與缸體的中心線之間有一 定的傾斜角度，而柱塞被彈簧的彈力緊固在斜盤上，配油盤和斜盤是固定不動 的，當電動機在傳動裝置的連接下使柱塞泵開始工作時，帶動了斜盤在缸體內 部轉動，從而推動了柱塞在柱塞腔內進行循環(huán)往復的直線運動，并且在配油盤 的配油口的作用下實現(xiàn)了吸油與壓油的過程。根據(jù)圖1-1中所示，當缸體

14、的旋轉的角度為180360之間時，柱塞是處于伸長狀態(tài)的，從而使柱塞根部與 缸體之間的體積擴大、壓力縮小，然后經過配油口進行吸油的動作；當缸體的旋轉角度為0180之間時，柱塞向剛體內收縮，導致柱塞底部與缸體之間 的容積變小，所以增大了內部的壓力，因此實現(xiàn)了排油的動作。每當缸體旋轉360，所有的柱塞都完成一次吸油與壓油的過程。當改變了斜盤的傾斜角度， 柱塞的伸長量隨之改變，柱塞底部與缸體之間的最大容積也發(fā)生相應的變化， 柱塞泵的排量會發(fā)生變化，當斜盤的傾斜的方向被更改時，則可以改變吸油與 排油的方向，能夠變?yōu)殡p向變量泵。3121-缸體 2-配油盤 3-柱塞 4-斜盤 5-傳動軸 6-彈簧圖 1-1

15、 軸向柱塞泵的結構原理圖(2)斜盤式軸向柱塞泵的主要性能參數(shù)給定設計參數(shù)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計4最大工作壓力Pmax= 60Mpa,額定壓力p =20Mpa額定流量 Q = 160L / min,額定轉速 n = 3000r / min2.3.1流量、容量、容積效率與結構參數(shù)軸向柱塞泵的幾何排量qb是指柱塞在缸體的帶動下轉動360，所有的柱 塞壓出油的體積3，即：2 2 /、 qbd ZSmaxd ZDftan(1-1)44式中：d柱塞直徑；Z柱塞數(shù)；Df柱塞分布圓直徑；斜盤傾角。泵的理論流量 q 為1000Qq 二n nv式中：v油泵的容積效率，我們通常取 0.920.97,本文中取0.

16、95。1000 160q56.14mL/r( 1-3)3000 0.95在柱塞中通常會發(fā)生氣體腐蝕現(xiàn)象，所以在分析完排量時，還需要進行做 檢驗計算：1nmaxq q3 3乞Cp(1-41-4)式中：Cp常數(shù)，對于進口無預壓的油泵Cp取5400;對于進口壓力為5kgf/cm2的油泵Cp=9100。13000356.143=191.45豈Cp60p所以主參數(shù)排量符合設計要求。根據(jù)上面的泵的幾何排量計算公式qbd2ZSmaxd2ZDftan，柱44(1-2)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計5塞直徑 d，分布圓直徑Df，柱塞數(shù) Z 都在很大程度上影響液壓泵的性能，而且內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計6當選擇了電動

17、機之后則傳動系統(tǒng)的轉速n也隨之確定。當提高或減小流量的大小或方向，提高或減小斜盤的傾斜度即可。在斜盤式軸向柱塞泵中，斜盤的最大傾斜度max的值在 15 18 范圍之內,在本文中由于遭到結構等條件的作用，令max=18。對于柱塞數(shù)Z的值，可以根據(jù)實際的經驗來確定，一般在半圓環(huán)型的情況 下 Z = 7，而在貫通軸型的情況下 Z = 9，這樣能夠使得結構更加的緊湊。所以 在本文中可取 z =7。在最初計算時翠，則可以按照下面的公式進行計算Rf:然后再通過排量公式來確定柱塞的直徑:由于上面公式中計算出的 d = 21.8mm 需要進行圓整，所以應選 d =22mm排量的大小是對柱塞泵的性能影響最大的參

18、量之一5，在型號完全一致的柱塞泵中，當排量越大時，泵做功大小也隨之增大，所以在一般情況下用泵的 排量來區(qū)分泵的型號。2.3.2扭矩與機械效率在不計摩擦損失的情況下，泵的扭矩即為理論扭矩Mtb大小為:其中Pb為泵吸、排油腔壓力差。需要考慮摩擦損失，泵的扭矩即為泵的實際扭矩Mgb大小為:Mgb=Mtb-Mb=0.047 106-0.005 100.043 106N m(1-8)斜盤式軸向柱塞泵的由摩擦所引起的能量損失嚴重的有三處，分別發(fā)生在缸體底面和配油盤面之間、兩個滑靴平面中間、柱塞與缸體接觸部分出現(xiàn)的地RfZq1.125：3tan:3.3cm二33mm(1-5)& 2.18cm = 2

19、1.8mm(1-6)tb6Pbq _ 12 0.0246 102二2 3.14=0.047疋106Nm(1-7)2qZRf二tan內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計7方滾動軸承轉動時也會產生一定程度的摩擦現(xiàn)象。柱塞泵的經過查表可知斜盤式軸向柱塞泵的機械效率的范圍是bm= 0.88 0.93，故而此泵的設計是合理的2.3.3功率與效率當所有方式所產生的損耗都忽略，柱塞泵工作時的理論功率Ntb為Ntb二PbQtb=2二nMtb30006Ntb=2 3.140.047 10 =14758kw60而柱塞泵的實際功率Ngb為1Ngb-2 二 nMgb（1-11）bm300061Ngb=2 3.140.043 1

20、0614838kwg600.91輸出功率規(guī)定泵的實際總效率二輸出功率輸出功率，也就是輸入功率(1-12)總機械效率實際扭矩理論扭矩Mgbbmtb0.043 1060.047 106= 0.91(1-9)(1-10)Ngb內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計8上式的意義為：柱塞泵的總效率二機械效率 容積效率。一般的軸向柱塞泵的總效率為二 0.85 0.90，故而本設計中的泵滿足設計要求2斜盤式軸向柱塞泵運動學分析2.3.3柱塞的設計2.4.1柱塞結構形式的選擇根據(jù)規(guī)定，普通的軸向柱塞泵所使用的柱塞都采取圓柱形式。然而圓柱形 的柱塞由于頭部采用的組成結構不一致，大概包括三類：（1）點接觸式柱塞如圖2-1（a

21、）所示，此類柱塞的頭部為球形，與斜盤的接觸為一點，這類 的柱塞結構簡單并且加工容易，另外其價格低廉。但是這類柱塞的頭部與斜盤 直接接觸，導致頭部的接觸應力非常大，所以柱塞的頭部容易磨損或發(fā)生膠合 現(xiàn)象，導致其壽命減小，所以這類柱塞不能進行大排量的工作。因此這類柱塞 不能滿足當今的批量生產的技術發(fā)展，故而使其被淘汰。（2）線接觸式柱塞如圖2-1（b）所示，這類柱塞的柱塞頭上安裝了擺動頭，而且擺動頭還可 以環(huán)繞著柱塞球的中心進行循環(huán)往復的擺動。這類的柱塞是通過擺動頭上部分 的平面與斜盤面進行配合，從而減小了接觸應力，所以使用這種柱塞的液壓泵 可以承受較大的壓力。但是這種柱塞的擺動頭部與斜盤面之間利

22、用潤滑油來降 低摩擦力，相當于一個普通滑動軸承，所以根據(jù)滑動軸承的滑動條件，必須把 壓力p、pv值以及速度v的值限制在一定的范圍內。（3）帶滑靴的柱塞如圖2-1（c）所示，柱塞的頂部也是安裝了擺動頭，即為滑靴，這個滑靴 也能夠環(huán)繞柱塞球的球心進行往復轉動。斜盤面與滑靴之間為面接觸，所以面 間的接觸應力小，因此能夠承受大的工作壓力，同時還有較高的工作壽命。液 壓油可以通過柱塞和滑靴的軸心孔，并且沿著滑靴的平面進行滲漏，所以能夠 在滑靴平面與斜盤面的接觸部分產生潤滑油膜層，這樣可以降低表面間由于摩 擦所引起的能量損失，使得柱塞的壽命有了很大的提高，另一方面也減小了經 濟損失。由于這類的柱塞有很高的

23、性能，能夠滿足各方面的要求，所以當今的 各個領域都采用這種軸向柱塞泵。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計9圖 2-1 柱塞結構形式從工作效率、質量等方面進行分析，柱塞最好做成中空的形狀，這樣既可 以減小柱塞泵的重量，又能增加柱塞工作時的承載能力，并減小柱塞在運動時 候的慣性力矩。采用中空形狀的柱塞還可以使柱塞底部的高壓力液壓油進入， 從而使得柱塞的局部向外變形擴張，減小柱塞與缸體之間的縫隙，減少液壓油 的泄露，提高了整體的密封效果。柱塞的空心部位還可以安裝彈簧，使柱塞能 夠緊緊地靠在斜盤上，同步性較好，隨斜盤的轉動而進行往復運動，實現(xiàn)吸、 壓油的動作。但是采用中空的形式，不可避免地會提高柱塞在吸、壓油

24、動作中 的不進行工作的容積的大小，在壓力較高的柱塞泵之中，由于液壓油的被壓縮 量比較大，所以這部分無效的容積會增加能量的損失，從而降低了液壓泵的容 積效率。綜上所述的性能特點，所以在本文中選取圖2-1（c）所示的形式，選擇帶 滑靴的柱塞，在一定程度上，減少缸體內部的摩擦，提高整體的密封性。2.4.2柱塞的結構尺寸設計（1）柱塞直徑dz及柱塞分布直徑Df柱塞直徑dz、柱塞分布直徑Df以及柱塞數(shù)Z的關系都是密不可分的。通過實踐經驗，在缸體上每個直徑為dz的柱塞沿缸體均勻分布，其所占的弧的長度占分布圓周長二Df的 750。：（a）點接觸式柱塞（b）線接觸式柱塞(c)帶滑靴的柱塞內蒙古民族大學本科畢業(yè)

25、設計10故可得Z-2.97（2-2）dz0.75兀0.75兀式中m為結構參數(shù)。在直軸式軸向柱塞泵中，參數(shù)m的值如表9所示表 2-1 柱塞結構參數(shù)mZ7911m3.13.94.5由計算得出柱塞的直徑dz=22mm，當柱塞直徑dz確定之后，在達到流量的工作條件下，可以計算Df，當Qfb取160L/min時（2）柱塞長度 I對于直軸式軸向柱塞泵來說，會有很大的徑向力T作用在柱塞圓球上，所以在設計時要保證柱塞能夠通暢運動，并且還使其密封有足夠的長度，因此應 該滿足存在最小的留孔長度I。，其值通常為:pb_ 20Mpapb- 30Mpa所以柱塞的長度要滿足：I一1。- Smax- Imin公式（2-6）

26、中的Smax為柱塞所運動的最大行程；Imin是柱塞向缸體外伸長的最小距離，其取值一般是Imin=0.2dz=12.4mm。根據(jù)實踐的經驗，可取得長度為：pb 20MpaIo= 2.7 -3.5dz（2-7）ZdzDf= 0.75(2-1)Df4Qfb2dztanZnb= 62mm(2-3)l 1.4-1.8dzI。= 2-2.5dz(2-4)(2-5)(2-6)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計11Pb- 30Mpa1= 3.2 -4.2 dz（2-8）所以取I =3dz二66mm內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計12圖 2-2 柱塞的結構保證柱塞在徹底排出油液之后圓柱面能夠全部進入柱塞腔的內部，所以要讓圓柱

27、面與柱塞球頭的球心之間的距離保持恒定，通常Id= 0.4 - 0.55 dz，在本文之中l(wèi)d=0.5dz=11mm。(2)柱塞均壓槽在高壓的軸向柱塞泵之中，通常在柱塞的表面上會加工出一系列的環(huán)形的 均壓槽，這些均壓槽可以改善柱塞的結構性能，如能夠均衡側向的壓力、可以 改善柱塞在工作時的潤滑條件，并且還有儲存工作時所產生的雜質。一般取均 壓槽的深度尺寸 h = 0.3 0.7mm，兩均壓槽之間的間距尺寸 t = 210mm。2.4.3柱塞摩擦副的壓力P及功率Pv的校核驗算首先對柱塞和缸體這對摩擦副進行分析，當摩擦副之間的接觸應力超過許 用應力值時，不僅能增加對摩擦副的磨損，而且還會對柱塞和缸體產

28、生損壞。所以我們要把壓力P的值控制在一定的范圍之內，不允許其超過摩擦副材料的 許用范圍。通常柱塞伸出缸體的最大長度時的接觸應力最大，則利用這個值來 計算壓力值，即(3)柱塞頭直徑di根據(jù)以往的實踐經驗，可取d 0.70.8dz，其結構如圖2-2所示1d0內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計13另外，為了把柱塞與缸體的相對運動的最大速度控制在一定的空間內，使Pmax2pidzli2 20.1 10339 1020.4二21Mpa：Ip 40Mpa(2-9)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計14其不大于摩擦副材料所允許的區(qū)間，其大小應為Vmax=Rftan19.5 104.66 tan18 10” =0.55m s

29、：V, = 8m s（2-10） 所以可計算出柱塞和缸體之間的摩擦副的最大功率為PmaxVmax=21 0.55 = 11.55Mpa m s：60Mpa m s（2-11）上述幾式中的Ip、v、pv 1的值根據(jù)材料的性能來確定，如表2-2所示10。表 2-2 材料的性能材料牌號許用壓力Ip / Mpa許用速度vl/ m s許用比功1 pv 1/ Mpa m sZQAL9-430860ZQS n10-115320球墨鑄鐵10518對于缸體和柱塞這對運動摩擦副來說，由于在工作時柱塞進行往復運動，所以缸體與柱塞之間會產生摩擦熱，對材料的力學性能和變形產生較大的影響， 故而不適合選取熱變形大或對溫度

30、變化敏感的材料。為了改善材料的性能，我 們要在柱塞材料的表面鍍一層較厚的質軟的金屬，從而降低摩擦副之間的摩擦 力。為了提高零件的使用壽命，最好不選用銅作為摩擦副材料，這樣可以避免 當液壓油溫度過高時在銅表面上的腐蝕破壞。2.3.4滑靴的設計如今為了使柱塞泵能夠在高速、高壓的條件下進行工作，絕大多數(shù)的高壓 的斜盤式軸向柱塞泵都采取滑靴的結構形式?；ヅc斜盤之間采用面與面的方 式進行配合，這樣在提高配合時的面積的同時，有效降低了接觸應力，并且還 可以降低液壓油的損耗。同時柱塞下面的壓力油可以經過柱塞軸心的孔和滑靴 的軸心的孔，進入滑靴和斜盤的配合面的接觸處，形成一層油膜，從而在很大 程度上減小了摩

31、擦副在工作時的摩擦阻力，提高了零件的使用壽命，并且提高 了機械效率，能夠滿足高速、高壓的需求。在對滑靴進行設計時，保證使其緊固在斜盤上，有兩種比較合理的方案： 一種是靜壓支承，另一種是剩余壓緊力的方法，但通常采用剩余壓緊力的方法。 這種力能夠保證其一直比分離力大，所以能夠讓滑靴很好地貼緊斜盤面。利用內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計15這種方法進行緊固的滑靴，與斜盤面之間的油膜比較薄，其范圍大概在0.0080.1mm之間。并且高壓油的泄漏量比較小，能提高容積效率。但是有一定的缺 點，接觸平面處的摩擦力過高，使機械效率下降。當選取的適當?shù)貕壕o力時， 不但不會使總效率降低，反而還會增加，并有效地提高了其使

32、用壽命。3.2滑靴結構型式的選擇滑靴的結構形式有以下幾種，如圖2-3為滑靴的常用形式。圖 2-3 滑靴的結構型式在圖3-3中，（a）圖所示的是一種簡單型，是當今機械領域較為常用的一 種型式，這種結構型式的滑靴靜壓油池大，沒有輔助支承面，只有油封帶。圖（b）與（a）所示的結構有了很大的不同，這類滑靴相比（a）中的滑靴 增加了內部和外部的輔助支承面。這樣的結構型式使得由剩余壓緊力所產生的 比壓降低了，而且可以補償由于滑靴偏移之后對密封油帶所造成的磨損。圖（c）所示的結構型式，這種型式比前兩種更加復雜，同時其性能也更高， 其特點是在支承面上面開設了阻尼形狀的環(huán)形槽和縫隙阻尼一起形成阻礙，實 現(xiàn)靜壓支

33、承。考慮到成本和成本效益，所以本文采?。╝）圖所示的滑靴結構。222滑靴的尺寸的設計（a）簡單型開路式（b）凹槽式（c）內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計16圖 2-4 滑靴的外徑及通油口尺寸(1)滑靴的外部的直徑D2:nD2= Dfsi- s = i6mm(2-12)通常s=13,在本文中取為3。(2)油池的直徑大小D,:最初假定旦二0.94D2D 0.94D2= 15mm(2-13)(3)計算柱塞和滑靴的中心孔直徑以及長度。在設計滑靴時，如果采用剩余壓緊力的方法，那么中心孔可能起不到節(jié)流的作用。想要保證滑靴能夠安全可靠地運動，do、d1、I。取值如下d0=4mm d 2mmlo= 12mm2.3.

34、5油盤的力學分析配油盤是軸向柱塞泵中不可或缺的零件，其主要作用是隔離吸、排油口的高壓油液，并且能夠用來承受缸體高速旋轉時所產生的軸向載荷。配油盤設計 的結構情況控制了高壓柱塞泵的工作壽命和效率。其主要的尺寸有內密封油帶的尺寸、吸排油窗口的尺寸、和輔助支承面的尺寸。(3)過渡區(qū)域的設計在設計配油盤的具體結構尺寸時，要保證吸排油窗口要完全的隔離和密封，所采取的措內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計17施為：配油盤的過度角比柱塞腔油口的包角大。采用類似型式的配油盤，當高壓力腔和低壓力腔被柱塞連接貫通時，柱塞內部的高壓油在壓力不同的影響下產生沖擊壓力；在這種沖擊壓力的作用下會產生很大的噪音并且 增大了功率的損耗

35、，使總體的效率下降，也在很大程度上影響了柱塞泵的使用 壽命。在減小或防止壓力沖擊的產生的同時，使柱塞腔內的壓力差能平緩地過 渡。232計算配油盤上重要結構尺寸大?。?）密封油帶的尺寸令內環(huán)封閉油帶的尺寸寬度為b2，外環(huán)封閉油帶的寬度尺寸3。由于外圈密封 油帶安置在較大直徑上，還受到轉動時產生的離心慣性力的影響，導致其滲露 量大于內圈密封油帶。令b, b2，即d = R卡=0.125dz（2-14）b2二R3-R4二0.10.125dz（2-15）在配油盤受力平衡之后，根據(jù)平衡方程得：R2-R；R；-R：嚴 d；（1-）店豁2）R2R4通過上述方程組可求得：尺=68mmR2二64mmR3二49m

36、mR = 45mm3.%2校核配油盤壓緊力p配油盤總支承面積為：FD2-D D：- D：- F1F2F3（2-17）4其中F1為輔助支承面上油槽的面積；$二KB R - R5（ K 油槽數(shù)，B 油槽寬）內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計18S2、s3吸、排油口面積。根據(jù)以往經驗估算得：S = 1034 mm2Py Pt2KB R5- Rp = =284pa Ip =300pa其中：Py剩余壓緊力；Pt彈簧彈力。 /U1rJ(iLD00LaCJ0021- / /10T廠1-1L 191圖 2-5 配油盤結構及尺寸2.4缸體結構的設計(2)缸體的受力分析（1）斜盤作用在缸體上的力在發(fā)動機的帶動下斜盤旋轉運

37、動對滑靴產生了摩擦力，力又被柱塞作用在 缸體上；斜盤對給柱塞的作用力中，還有沿半徑方向的擠壓力以及在轉動時產 生的離心作用力的作用下造成的摩擦力F2、彈力F3和高壓力等在斜盤上引起的 反力?，F(xiàn)為了計算方便，可以忽略一些無關緊要的力，主要慮油壓造成的反作 用力和力矩。(2-18)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計191配流盤和缸體之間的流體的作用力Fi配流盤與缸體之間由流體產生的作用力主要有兩種，一個是從腰形進出油 口滲入縫隙中的油壓反力，另一種是配流盤表面的輔助支承力。通常忽略接觸 平面產生的摩擦力。(3)缸體直徑的確定在設計缸體時，要保證在有溫差和受力的情況下，各部位的變形量一直的情況下，所以應讓缸

38、體各處的壁厚相同，即二飛o圖 2-6 缸體受力分析圖Fi內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計20對缸體壁厚進行強度校核內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計21dw缸筒外部直徑，ddz2;!一缸體所用材料的許用應力，此處采缸體用 ZQAL9-4 材料，許用應力L- I - 600 800 kgf cm2。缸體的變形量：d39丄 .Pb2 0.3 12560 = 0.0038mm J 応 0.0048mm2F21034E材料的彈性模量；一波桑系數(shù)，鋼：二-0.23 0.30，青銅：亠-0.32 0.35。故缸體壁厚的取值符合要求。Pb.2.2dwdz22dw dz22392 239222392 2-39212560

39、= 129 kgf cm2小I(2-19)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計223直軸式軸向柱塞泵重要零件的受力分析3.1對柱塞受力分析在直軸式軸向柱塞泵中，大部分的力都由柱塞承受。每個柱塞隨著缸體而 旋轉，每旋轉180完成一次吸油或排油，旋轉一周時恰好能完成一次吸、排 油的過程，但是柱塞在吸油、壓油的過程中所遭受的壓力是不一樣的。K H柱塞在工作時受到液壓力、慣性力、離心力及缸體的摩擦力F,和斜盤作用反力11:（1）高壓油所給的液壓力PbPbd2pmax20 10；40 106= 12560N（3-1）44其中Pmax柱塞泵的工作最大壓力。（2）柱塞往復運動時的慣性力PBGPB= -mzaRf2ta

40、n cos：- -101 N（3-2）g其中mz柱塞與滑靴的質量和。慣性力PB的大小隨著缸體的轉動而變化，當:=0 和 180 時，所產生的慣圖 3-1 柱塞受力圖內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計23性力達到最大，即嘰號Rf仙唏195汩詈2二詼心仆（3-3）內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計242離心力R3斜盤的作用反力N斜盤的反作用力經過柱塞頂部球頭傳遞給柱塞，這個力可分為軸向的分力 P 和徑向的分力T0，即P =N cos =12560 cos18、12132N(3-5)T0二Ns in =12560 sin 18 = 3250N(3-6)斜盤作用在柱塞上產生的反作用力的分出的軸向力需要由柱塞根部的高壓

41、力油的力來抵消，而所分出的徑向分力讓柱塞出現(xiàn)彎矩，并產生接觸應力，從而影響缸體的正常工作，所以應盡可能的減小斜盤作用力。4.1對滑靴面上所受到的力進行具體計算在液壓泵正常工作時，滑靴會受到一組作用力，且方向相反。一個是柱 塞根部的高壓油使滑靴緊貼到斜盤上，稱之為壓緊力Py12；另一個是滑靴面上由泄露的油產生的油膜的反力，稱之為分離力。5.2分離力Pf二3P1- P2Pt二mzatRf 243tan18(3-4)泄露的油量：q(3-7)= 907 N內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計256In區(qū)R1內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計26當p2 =0時，q二魚巳,:.油膜厚度。圖 3-3 滑靴所受分離力的分布密封

42、油帶上任意一點所受的壓力為lnR2P2,P2lnR2Ri根據(jù)方程3-9可有，當柱塞半徑增大時，密圭寸油帶上的壓力按對數(shù)的規(guī)律下降。令微環(huán)面為 2：rd，則Ri靜壓油池的分離力卩門hyjRi2pi，總分離力:Pr =Pi一(3-8)假設P2 =0，那么 Pr二lnR2Pi卡P2lnR2Ri(3-9)Pf2Pi(3-10)Pf- PfiPf 2 -p R；_Ri22RiPi/ i4 _ ii 兀20.i=6 i05KN(3-ii)O1i42lnii內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計27(2)壓緊力Py內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計3285.5受力平衡方程，當壓緊力Py與總分離力相等時有另外滑靴還受到一些影響較

43、小的力， 像滑靴和斜盤面之間的摩擦力，滑靴轉動時所產生的離心力等。部分力可以利于滑靴的運動，而有的卻對滑靴表面 產生磨損，所以在設計滑靴時我們應該注意綜合考慮對滑靴的影響。5對配油盤的受力進行分析在柱塞泵正常轉動時，由于缸體時高速旋轉的，會與配油盤形成兩種主要 的力，即壓緊力Py和分離力Pf。1配流窗孔 2 內部密封油帶 3 外部密封油帶 4 輔助支承 5 泄油槽Pycos 4 cos1256013 KNcos18(3-12)故有已知q/JR1所以 q2Pbzcos二R；一Ri22R2dzIn=_R1p?一2 R；- R2cospdPbd；12m R；-R；cosR2PlRi(3-13)(3-

44、14)(3-15)0.0013x20.1 漢 103漢(39X10fn722612 2 1014 -1110 cos 18二 3 L min內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計29圖 3-3 配流盤的結構內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計330(1)預緊力Py的計算1當 2Z 1的柱塞處于壓油區(qū)域時，真實包角1得=丄Z T我亠：0=19 T -2299當柱塞泵的柱塞為奇數(shù),1有 Z 1 個在排油區(qū)是，py1得q亠i i2639210 -12560 =24150 NZ十1兀2p py1d dzPb二Pymaxy241當丄Z -1 個柱塞在排油區(qū)時，Py2為2Z 1 i29 1 i26Py2d；Pb二Pymin39

45、210- 12560 =19320 N(3-16)(3-17)根據(jù) Py二Py12Py2得出，Py= 21735 N總分離力pf的計算分離力pf =pfipf 2pf 3(3-18)其中Pf1外密封油帶分離力;Pf2內密封油帶分離力;Pf3高壓油對缸體的分離力(3-19)圖 3-4 配流盤上的油口所受壓力范圍角內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計311如果 2 Z 1 的柱塞進入排油區(qū)時，實際包角得12 i2 i8 i2 =1Z 3 :=丄93-28（3-20）2999所以平均實際包角訂得(3-21):s柱塞間距角，-：0柱塞腔的通孔的包角，取1）外密封油帶分離力Pf12）內圈密封油帶分離力3）排油窗分

46、離力Pf 3Pf1電臨電臨除4lnR1R2172-152(3-22)41712560-2 11210$12560工3.4 Npf 2% -R；R：Pb27 ：9 -11109-67二(3-23)4 2 10 In1111210622560 =5.2( N )pf 32PR|-R32pb7：2 9152-11212560 = 1.6 N(3-24)內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計332由公式3-18得Pf=3.4 5.2 1.6 =10.2 N內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計254主要零件的材料的選擇柱塞與缸體的材料柱塞和缸體的材料在選擇時，主要有兩種方案可以選擇：硬柱塞軟缸體和 軟柱塞硬缸體13。硬柱塞的

47、常用材料有 18CrMnTiA、20Cr、2CrNi、40Cr、GCr15、9SiCr 等, 前三種需要進行表面的滲碳處理， 并且厚度要 0.81.2m m,然后進行淬火達到 HRC56 63 ;類似 9SiCr這樣的工具鋼，其熱加工后的變形小，金相組織穩(wěn)定。 而 GoCr15 這類材料在熱加工后，出現(xiàn)應力集中時破壞較大，并柱塞容易有斷裂 的危險，所以在設計時盡可能得減少使用。缸體常用的材料為 ZQSn10_1、ZQAIFe9-4，也可以選擇耐磨鑄鐵或球墨 鑄鐵等。為了節(jié)省成本，要減少銅的使用，采用 20Cr、12CrNi3A 等作為基體再 鑲嵌套筒。配流盤材料的選擇在選擇配流盤的材料時要與缸

48、體相對應，同時具有良好的抗膠合能力，首 選的材料有ZQSn10-1、Cr12MoV 等。在滲碳淬火后需要保證金相組織的穩(wěn)定， 所以還要進行冷卻處理和時效處理。斜盤與壓盤的材料選擇斜盤一般應具有較好的硬度，故選用 Go C r 1 5 淬火之后硬度為 HRC5862，其硬度值能夠滿足使用要求。壓盤在材料的選擇時應具有一定的抗膠合能力，所以常選 18CrMnTi ,滲碳 淬火后硬度為 HRC60 65，為了避免壓盤的油孔劃傷滑靴，應該將油孔邊進行 倒圓處理。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計265 Solidworks繪制三維立體圖Solidworks是如今比較常用的計算機輔助三維立體繪圖軟件，可以以拉伸

49、、旋轉、掃描、放樣等特征形式形成的實體，具有全面的零件實體建模功能。SolidWorks是基于參數(shù)化和特征造型技術的軟件，對其進行二次開發(fā)應遵循參 數(shù)化CAD的原則。在Solidworks的模擬功能中，不僅可以做機構的運動分析， 模擬機構的具體運行時的過程，而且還可以把工作時的具體運行過程演示出來。 利用其繪制的立體仿真圖形比平面圖形更加清晰明了，具體的裝配情況也可以 一目了然。5.1柱塞的三維圖經過計算得出柱塞球頭和柱體等部分的結構，并且通過強度校核滿足柱塞 所選用材料的許用要求，確定了柱塞的具體結構尺寸，最后利用Solidworks軟件的旋轉命令得到柱塞的三維實體模型。圖 5-1 柱塞三維

50、實體模型滑靴的三維立體選取合理的滑靴形式后，經過計算可以得到滑靴的結構尺寸，通過強度校 核，能夠滿足滑靴材料的許用值要求，按照圖5-2所示進行繪制草圖，旋轉后可得到圖5-3所示的滑靴三維實體模型。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計27圖 5-2 滑靴草圖圖 5-3 滑靴的三維實體模型配流盤的三維圖根據(jù)給定的設計參數(shù)， 可以帶入公式計算出配流盤的油口、 過渡區(qū)域等部 分的結構尺寸，然后進行了強度的校核計算，滿足了材料的許用應力的范圍內,內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計28在Solidworks中經過拉伸等步驟即可得到配流盤的三維實體模型，如圖5-4所 示。圖 5-4 配流盤的三維實體模型缸體的三維立體圖在柱塞

51、、配流盤等的尺寸確定后，可以得到缸體的具體尺寸，在經過校核后，其尺寸大小可以滿足材料的許用值要求。在Solidworks中經過拉伸、旋轉等命令可以得到缸體的三維實體模型。內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計29圖 5-5 缸體的三維實體模型6c5-f93c-45a6-a6fd-a23011409895-Numbered_34979aca-4324-48柱塞泵總裝配效果圖在各部分的結構尺寸都確定后，可以把各部分組合起來，得到整體的三維實體效果圖，如圖5-6所示。在圖中還可以進行柱塞仿真的運動過程，從而看 出設計不合理的地方，進行修改。圖 5-6 總裝配效果圖內蒙古民族大學本科畢業(yè)設計306結論柱塞泵是所有的液體壓力傳動系統(tǒng)中不能或缺的部件，設計出安全可靠的 柱塞泵對液體壓力傳動系統(tǒng)有十分重要的作用，對于柱塞泵的革新可以從減少 油液的損耗、提高工作系統(tǒng)的總效率等方面著手。選擇液壓泵的主要原則：根據(jù)實際工作系統(tǒng)的性能來選擇柱塞泵的類型， 然后確定系統(tǒng)的流量、轉速、所需壓力等，選取柱塞泵的具體型號。本文中所設計的柱塞泵的特點：（1）改變了傳統(tǒng)的柱塞的結構，選擇了帶滑靴的柱塞