1、双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 I 双作用叶片泵的三维建模设计及运动仿真 摘 要 本次毕业设计的题目为双作用叶片泵的三维建模及动态仿真，主要是 在文献调研和网络调研基础上，采用计算、类比等方法，通过对产品三维模型结构分析，确定运动仿真 。本课题的主要目的是让我们了解双作用叶片泵的结构和性能上的主要特点，以及双作用叶片泵与其他液压泵在结构和性能之间的差异。在整个设计过程中，我们要掌握的是双作用叶片泵的运动原理，并且知道且会计算其排量和流量。本设计采用的是 SolidWorks 三维建模。在网络调研的基础上，用 SolidWorks 对双作用叶片泵 的各个零件进行三维建模，然后将各个零件按照配合
2、关系装配起来，形成装配体。最后做出实体动画，运动仿真，并对其进行说明。双作用叶片泵的主要特点是：由于双作用叶片泵有两个吸油腔和压油腔，当转子每完成一周转动，每个密封空间，就有两次吸油和压油的过程完成；同时由于双作用叶片泵的吸、压油腔的结构特性，各自的中心夹角是对称的，油液压力作用在转子上是互相平衡的。双作用叶片泵的输出流量脉动较其他形式的泵小得多。 关键词 ：双作用叶片泵，三维建模， SolidWorks 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 II Abstract The graduation design topic for 3D modeling of double acting vane
3、pump and dynamic simulation, mainly in literature and Internet research foundation, by calculation, analogy method, through the analysis of the 3D model of product structure, determine the motion simulation. The main purpose of this paper is familiar with the difference of structure and properties o
4、f double acting vane pump and double acting vane pump and other hydraulic pump between the structure and properties of. In the design process, need to fully understand the movement principle of double acting vane pump, understand its displacement and flow calculation form. This design is based on So
5、lidWorks modeling. Based on the investigation of the various parts of the network of double acting vane pump for three-dimensional modeling, and then the various parts in accordance with the cooperation between the assembly, the assembly is formed. Finally, make a solid animation, simulation analysi
6、s of its working principle, and carries on the description. The main characteristics of double acting vane pump is: each rotation of the rotor, each of the two sealed space of oil absorption and oil pressure; because of the double acting vane pump with two suction chamber and the pressure oil chambe
7、r, and the center a ngle of the symmetry, acting on the rotor oil pressure balance. The flow pulsation of double acting vane pump with other forms of pump is much smaller. Keywords: double action vane pump, 3D modeling, SolidWorks 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 III 目 录 前言 .1 第一章 液压泵的简介 . 2 一、 液压泵的工作原理 . 2 1.液压泵的特
8、点 . 2 二、液压泵的主要性能参数 . 3 1.压力 . 3 2.排量和流量 . 3 3.功率和效率 . 3 三、章节小结 . 4 第二章 液压泵的种类 . 5 一、 齿轮式 . 5 1.外啮合齿轮泵 . 5 2.内啮 合齿轮泵 . 5 二、 柱塞式 . 6 三、 叶片式 . 6 四、 章节小结 . 8 第三章 叶片泵的拆装、常见故障及清理 . 9 一、叶片泵的拆装 . 9 二、常见故障 . 9 第四章 双作用叶片泵的三维建模过程分析 . 11 一、 制图软件的发展 . 11 二、 零件的三维建模 . 11 三、 零件的装配 . 11 参考文献 .27 致 谢 .28 双作用叶片泵的三维建模
9、及运动仿真 第 1 页 共 28 页 前言 动力元件是系统的必要元件。它起着提供动力给系统的作用。 液压泵的性能对液压系统的影响主要体现在稳定性。叶片泵的结构较复杂，压力高，脉动小。工作平稳，噪声较小，故被广泛应用于中低压液压系统中。其中双作用叶片泵由于其结构的对称性又被称为卸荷式叶片泵，熟悉了解双作用叶片泵的结构和工作原理为其结构优化打下一定的理论基础。本设计选取 YB 系列的双作用叶片泵为基础进行三维建模设计和运动仿真。 双作用叶片泵的改进主要在定子曲线和叶片倾角上。国内大多数叶片泵的生产没有一个可靠地过程。都是靠模仿造他国 的。或者采用传统的修正阿基米德螺线和等加速曲线加工定子内曲面。双
10、作用叶片泵的叶片倾角的选择，关系到叶片与定子及转子的摩擦、磨损及泵的噪声。叶倾角在学术上还存在争议。 本设计的目的在于熟悉了解双作用叶片泵的结构和工作原理，并制作出双作用叶片泵的三维建模图和运动仿真图。 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 2 页 共 28 页 第一章 液压泵的简介 动力元件是系统的必要元件。它起着提供动力给系统的作用。液压系统是以液压泵作为系统的动力元件（提供一定流量和压力），液压泵将机械能转换为工作液体的压力能。是一种转换装置。液压系统工作的可靠性和稳定性 取决于液压泵的性能好坏。 一、 液压泵的工作原理 液压泵一般被称为容积式液压泵，因为它的工作原理是利用密封容积的体积
11、变化来实现能量的转换。在图示中（双作用叶片泵），它的主要工作元件是定子、转子、叶片和配油盘。其中转子和定子的中心重合，定子的内表面形状近似为椭圆形，实际上是由两段大圆弧和两段小圆弧以及四段过渡曲线组成。工作时，转子转动，叶片由于离心力和根部压力油的作用，原本在转子槽内的叶片就向外移动而压向定子的内表面，这样，在定子内表面、叶片、转子外表面和配油盘之间就形成密封空间 。如图所示，当转子转动时，在半径为 r 圆弧处的密封空间经过过渡曲线运动到半径为 R 圆弧的过程中（ Rr），由于叶片往外运动，致使密封空间容积增大，要吸入油液；同样的道理，当密封容积由半径为 R 圆弧处经过过渡曲线运动到半径为 r
12、 圆弧处时，由于叶片被挤压收缩，密封容积空间变小，要压出油液。液压泵实现能量的转换都是靠密封容积的空间变化。 1.液压泵的特点 （ 1）具有若干个可周期性变化的空间且空间是密封的。液压泵的输出流量与这个密封空间的体积单位变化速率是成正比的，与其他因素没有关系。这是容积式液压泵的关键特性。 （ 2）液 压泵若想能吸入油液，则邮箱内液体的绝对压力 P Pa（ Pa 为大气压力）。实际情况中采用的做法是使油箱通大气，或采用密闭充压油箱。 （ 3）具有相应的配流机构。为保证泵能够正常的且有规律的吸、排液体，泵的吸油腔和排油腔不能被连通。不同结构的泵其配流机构也不相同。 对于容积式液压泵，吸油腔和压油腔
13、不是绝对的，它取决于该油腔具体的瞬时状态。当该油腔吸油双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 3 页 共 28 页 时，称之为吸油腔；当该油腔压油时称之为压油腔。压油时的压力取决于外负载和油路损失。容积式液压泵的理论排油流量与泵的转速、尺寸有关。吸油时压力取决于吸油高度和油路损失，过 大的油路损失和吸油高度会影响泵的自吸性能。 根据输出油液体积能否调控液压泵分为定量叶片泵和变量叶片泵；按泵的结构可分为叶片式，齿轮式和柱塞式三大类。 二、液压泵的主要性能参数 1.压力 液压泵的主要压力参数有：工作压力、额定压力和最高允许压力。工作压力即实际工作时的输出压力，它取决于外负载和油路损失；额定压力即相应
14、的实验标准下泵正常运转的最高压力；最高允许压力即短时间内允许负载的最大压力。 2.排量和流量 （ 1）排量 V 液压泵运转一圈，所排出的液体的体积称之为液压泵的排量 V，排量可以调节的称之为变量泵； 反之为定量泵。 （ 2）理论流量 qt 在忽略液压泵泄漏的影响下，单位时间内所排出的液体的体积。设主轴转速为n 则有 qt=Vn （ 1-1） 其中，排量 V 单位为（ m3/s），转速 n 的单位为（ r/s）。 （ 3）实际流量 q 在实际工作中时，液压泵单位时间内所排出的液体的体积。它与理论流量的关系为 q=qt-q1 （ 1-2） 式中， q1 为油路损失流量。 （ 4）额定流量 qn 理
15、论条件下液压泵正常工作时应保证的流量。 3.功率和效率 （ 1）功率损失 由容积损失和机械损失组成，容积损失即流量损失，实际流量总是小于理论流量，主要是由泵的结构、油液的粘度和油路的阻力造成，液压泵的容积效率可表示为 t1t1ttv qq1q qqqq （ 1-3） 容积效率与液压泵的结构特性有关，且与工作效率成反比。实际输出流量 q 可表示为 vvt nqq V （ 1-4） 机械损失即液压泵的外负载损失，具体体现在转矩上。主要与油液得粘度，材料的摩擦系数和转速有关。液压泵的机械效率可表示为 t1tm11TTTT（ 1-5） 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 4 页 共 28 页 （ 2
16、）液压泵的功率 分为输入功率和输出功率，输入功率 Pi 即外负载功率，可表示为 ii TP （ 1-6） 其中 Ti 为转矩， 角速度。 实际工作时输出的功率，用 P 表示，可表示为 pqP （ 1-7） 其中， p 为液压泵吸、压油口之间的压力差（ N/m2）； q 为液压泵的输出流量（ m3/s）； P 为液压泵的输出功率。 在实际计算中，输出 流量单位一般为 L/min， p 的单位一般为 MPa，则上式可写为 60pqP （ 1-8） 一般情况下 p 用液压泵出口压力 p 表示。 （ 3）液压 泵的总效率 其总效率用表示 mvmivtii Tpqpq TPP（ 1-9） 即实际输出与实
17、际输入的比值。 三、章节小结 通过对液压泵的简介使我了解到了液压泵的工作原理和主要的性能参数是哪些，通过对其原理的了解，看似简单的工作原理，实际工作过程中有很多影响性能的因素，可以发散出很多对其性能的影响条件，如密封容积得密封性、吸油和压油腔的隔绝度和油液的粘度、各 元件之间的摩擦等等，都是影响其性能和效率的因素。实际工作的液压泵的性能的影响因素有很多，不能简言叙之，将在后面的学习中继续深入学习。 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 5 页 共 28 页 第二章 液压泵的种类 一、 齿轮式 齿轮式的液压泵由外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵组成，应用较为广泛的是外啮合齿轮泵。齿轮泵一般都是定量泵。
18、1.外啮合齿轮泵 通过齿轮的压合分离实现油液的排除和吸入具体过程如图所示。其主要元件是齿轮、端盖和壳体。 影响外啮合齿轮泵的性能和寿命的三大指标： 1.泄漏； 2.困油； 3.径向液压力不平衡。外啮合齿轮泵尺寸 小，结构简单重量轻，制造方便价格低廉，唯一的缺点是受不平衡的径向力，所以要提高工作压力较难。 2.内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵的工作原理和外啮合齿轮泵相同，它可分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。具体工作原理参考下图。 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 6 页 共 28 页 内啮合齿轮泵虽然比外啮合齿轮泵结构和性能上优越一点，但是其工艺复杂，难于制造。相信随着发展以后的应用会越来越广泛。
19、二、 柱塞式 柱塞式液压泵时通过往返运动来实现油液的吸排。由于结构的特性，其加工容易，密封性好，高压工作下也有不错的表现；想要实现变量只需改变行程即可。且由于其结构的规则性使得工 作过程中零件受力均匀。此类液压泵应用广泛。主要分为可轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。 三、 叶片式 叶片泵由于其流量脉动小和工作平稳的特点，被广泛运用于中低压系统中。叶片泵可分为两大类：单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵即转子完成一圈转动时只吸压油一次，同样的道理，对于双作用叶片泵，一圈完成两次吸压油。单作用叶片泵的工作具体如图所示 双作用叶片泵的三维建模及运动仿真 第 7 页 共 28 页 其工作原理是利用定子
20、和转子之间的一个偏心距和转子的旋转实现一个由定子、转子、叶片和配油盘组成的密封空间的连续的体积变化。单作用叶片泵的结构特点是它能够只改变定 子和转子之间的偏心距来实现流量的改变。但是也由于单作用叶片泵的结构特点使得它一般不用于高压。 双作用叶片泵由于其结构的对称性，所受到的油液压力是相互平衡的。当双作用叶片泵的叶片数为四的倍数时，其脉动最小。 双作用叶片泵的排量 V 的计算：当大圆弧半径为 R，小圆弧半径为 r，叶片数为 z，叶片宽度为 B时，其排量 BrRV )(222 （ 2-1） 当考虑叶倾角和叶片厚度时 bzc o s r)r(2bzc o s r2r2 2222 RRBBRBRV ）（ （ 2-2） 双作用叶片泵的转速为 n，容积效率为 v 时，其理论和实际流量分别为 nbzrRrRBV c o s)(2nq 22t （ 2-3） vvt nbzrRrRBqq c o s)(2 22 （ 2-4） 双作用叶片泵的定子曲线直接影响泵的性能，下面是等加减速曲线的极坐标方程 22 )(2 rRr )20( )2()(42 2 rRRr )2( 关于双作用叶片泵的叶片倾角，传统观念由经验主义得出叶片向旋转方向前倾一个角，可减少叶片的磨损，使叶片在槽中更灵活的移动，但最近几年的研究表明，倾角在某些高压泵中可以为零，并且运转良好。 以下是各种类液压泵的性能对比
