1、 （ 2016 届） 本科生毕业设计说明书 轴向柱塞泵设计 系 部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 李跃 班 级： 4 班 学号 2008011427 指导教师姓名： 伍先明 职称 教授 最终评定成绩 20 12 年 6 月 长沙学院 本科 生 毕业设计 63ZCY14 1B 轴向柱塞泵设计 系 （部）： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008011427 学生姓 名： 李跃 指导教 师： 伍先明 教授 2012 年 6 月 南华大学毕业设计 I 摘 要 ZCY14-1B 轴向柱塞泵是液压系统中的动力元件，轴向柱塞泵是靠柱塞在（柱塞腔
2、）缸体内的往复运动，改变柱塞腔内容积实现吸油和排油的，是容积式液压泵。本文首先通过给定的设计参数，得出了柱塞的直径和回程盘上的分布圆半径，利用柱塞的尺寸以及受力和经验公式可以得出滑靴的基本尺寸。利用分布圆半径从而确定的配流盘上的内封油、吸排油窗口等主要尺寸。利用轴的尺寸来计算出缸体的内径，再根据柱塞的分布以及缸体的壁厚算出缸体的外径，根据柱塞的行程来算出缸体的长度，然后再校核强度。最后对柱塞泵的变量机构进行选型以及一些参数的计算， 最后总装出柱塞泵。 关键词： 轴向柱塞泵，配流盘，缸体，变量机构 南华大学毕业设计 II ABSTRACT ZCY14-1B axial piston pump i
3、n the hydraulic system, power components, axial piston pump is to rely on the plunger (piston chamber) cylinder reciprocating motion, and change the plunger cavity volume suction and discharge of oil,is a positive displacement hydraulic pump. Firstly, the given design parameters obtained distributio
4、n on the radius of the diameter of the plunger and backhaul panel plunger size and the force and the empirical formula can draw the basic size of the slipper. Distribution radius in order to determine the valve plate on the inner seal oil, the main dimensions of the suction oil window. Shaft size to
5、 calculate the inner diameter of the cylinder, according to the distribution of the plunger and the cylinder wall thickness calculated cylinder diameter, stroke of the plunger to calculate the length of the cylinder, and then check the strength. Finally, the piston pump variable institutions by the
6、line selection, as well as some of the parameters of the calculation, the final assembly of the piston pump. Keywords:Axial piston pump， Valve plate ， Cylinder， Variables agencies 南华大学毕业设计 III 目 录 摘要 . I ABSTRACT .II 第 1 章绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 轴向柱塞泵国内外研究现状与发展方向 . 1 第 2 章轴向柱塞泵 性能参数 . 4 2.1 给定设计参数 . 4
7、 2.2 确定结构参数 . 5 2.3 泵轴计算与校核 . 6 2.3.1 功率和电机的选择 . 6 2.3.2 轴的计算校核 . 6 第 3 章直轴式轴向柱塞泵运动学及流量品质分析 . 8 3.1 柱塞运动学分析 . 8 3.2 滑靴运动分析 . 9 3.3 流量及流量脉动率 . 10 3.4 脉动率的计算 . 11 第 4 章柱塞泵主要部件的设计、受力分析与强度计算 . 13 4.1 柱塞设计与受力分析 . 13 4.1.1 柱塞结构形式 . 13 4.1.2 柱塞结构尺寸设计 . 13 4.1.3 柱塞受力分析 . 14 4.2 滑靴受力分析与设计 . 17 4.2.1 确定滑靴结构型式
8、 . 17 4.2.2 结构尺寸设计 . 17 4.2.3 中心孔 0d 、 0d 及长度 0l . 18 4.2.4 滑靴受力分析 . 20 4.3 配油盘受力分析与设计 . 23 4.3.1 配油盘设计 . 23 4.3.2 配油盘受力分析 . 25 4.3.3 验算比压 P 、比功 PV . 28 南华大学毕业设计 IV 4.4 缸体设计 . 29 4.4.1 缸体的稳定性 . 29 4.4.2 缸体主要结构尺寸的确定 . 29 4.4.3 缸体的受力分析 . 30 4.4.4 缸体的强度校核 . 31 4.5 斜盘力矩分析 . 32 4.5.1 柱塞液压力矩 . 33 4.5.2 过渡
9、区闭死液压力矩 . 33 4.5.3 回程盘中心预压弹簧 力矩 . 35 4.5.4 滑靴偏转时的摩擦力矩 . 35 4.5.5 柱塞惯性力矩 . 36 4.5.6 柱塞与柱塞腔的摩擦力矩 . 36 4.5.7 斜盘支承摩擦力矩 . 36 4.5.8 斜盘与回程盘回转的转动惯性力矩 . 36 4.5.9 斜盘自 重力矩 . 36 4.6 泵的变量机构 . 37 4.6.1 控制变量的分类 . 37 4.6.2 变量机构的选型 . 37 4.6.3 变量机构液压缸内径 nd 的计算 . 39 4.6.4 活塞杆直径 nD 的计算 . 39 4.6.5 液压缸行程 s的确定 . 40 结论 . 4
10、2 参考文献 . 43 致谢 . 44 南华大学 毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 引言 轴向柱塞 泵 是液压系统中的元件和执行元件的重要推动力，广泛应用于工业液压和行走液压领域中，是使用最广泛的现代液压元件。轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔来完成这项工作的往复运动的容积变化。轴向柱塞泵，结构紧凑，运转平稳，流量均匀，噪音低，转动惯量小，径向尺寸小，工作压力高，效率高，容易实现变量的优势 1。此外，复杂结构的轴向柱塞泵，制造工艺，材料要求非常高，所以它是一个技术含量高的液压元件。 1.2 轴向柱塞泵国内外研究现状与发展方向 对柱塞泵的研究可谓是历史悠久，这使得大量的研究和实验工
11、作，都是为了提高轴向柱塞泵的流量脉动，以减少震动和噪音，国内和液压界的科学工作者研究轴向柱塞泵表明：柱塞泵的实际流量是受各种因素的影响，流量脉动是远远比理论流量脉动大，纹波系数与柱塞数的奇偶性无关。 就轴向柱塞泵柱塞数的奇偶选择问题，中国学者王意在 1982年提出了“偶数泵可以和奇数泵工作一样好”的观点，并在 1984年，选择九柱塞泵与他设计的八柱塞泵进行流量脉动对比测试，实验表明：八柱塞泵略小于九柱塞泵。 1985年 ，德国 Achen大学流体动力研究所从理论上得出：八柱塞泵在受力、噪声方面优于九柱塞泵，模拟实验装置上测得结果是八桩塞泵的压力脉动约为九柱塞泵的 122。叶敏则考虑配油盘的偏转
12、安装，并对传统公式进行了修正，已看不出奇数泵的流量脉动远远小于偶数泵。在“流体控制与机器人” 96学术年会上，北京理工大学的张百海教授就通常工况下，带有预压缩角的轴向柱塞泵流量脉动作了分析，认为其流量脉动系数远远大于其固有流量脉动系数，且偶数泵和奇数泵具有相同的流量脉动频率，但他没有给出实验证明。邹骏则在九柱塞泵的基础上，设计并制造出一个 八柱塞泵，对八、九柱塞泵作了仿真分析及实验对比，认为八柱塞泵的总体性能优于九柱塞泵 2。此外，北京航空航天大学的王占林教授与博士生从柱塞泵的计算机辅助设计入手，对斜盘式轴向柱塞泵作了运动学分析，给出了柱塞分别处于预升压过渡区和预减压过渡区柱塞腔中油液的压力分
13、布及求解方法，对柱塞泵作了流量仿真分析，得出奇偶数柱塞泵的流量脉动相差无几的结论。 目前，国内对轴向柱塞泵的实际流量及脉动系数研究较多的是甘肃工业大学的那成烈教授和安徽理工大学的许贤良教授，他们以各自不同的角度对轴向柱塞泵的实际南华大学 毕业设计 2 流量及脉动系数进行了较深 入的研究。 那成烈教授在国家自然科学资助项目“轴向柱塞泵噪声控制”的研究，轴向柱塞泵流量脉动，不仅取决于油品质量的基金会也是流体噪声控制的主要因素之一。他对油底壳结构上的流量的脉动进行综合分析。在他的指导下，他的很多学生对轴向柱塞泵的流量和搏动指数进行了大量的研究 3。兰州理工大学的那炎清研究轴向柱塞泵的流量脉动的主要因
14、素工程噪声控制之一，以确定轴向柱塞泵瞬时流量的影响因素，为减少使用计算机模拟分析流量均匀系数。邓斌，西南交通大学栽培要流程模拟，理论的顺势流苏和倒灌流量进行了仿真，倒灌的流量比活塞泵的集合流 量脉动，使柱塞水压泵的流量脉动相应减少，交通入侵开始，以减少活塞强压力脉动。分析和模拟实际流量，使用 B湍流模型和简算法的液压油场的过程中，揭示流量的变化和柱塞室和流动窗口的三维模拟的轴向柱塞泵速度分布，并指出，对液压轴向柱塞泵流量脉动的速度和负载压力。 甘肃工业大学刘淑莲通过对对称偏转的油盘轴向柱塞泵流量脉动的理论分析，提出了计算流量脉动的修正公式。并用计算机仿真研究轴向柱塞裂流量脉动与柱塞奇偶数、阻尼
15、形式及通油比例等影响因素的关系。同时对带有横向倾角减振机构的斜盘酌两种结构形式的泵流量进行了分析与仿真。 兰州理工大学的尹文波主要从几何因数，即配油盘的结构对实际流量的影响进行分析和仿真，指出轴向柱塞泵瞬时流量脉动系数比工作介质不可压缩时大一个数量级，且与柱塞数的奇偶性无关 。还指出，流搏动指数因子的弹性模量和泵静压柱塞数，其次是石油。安徽工业大学，徐教授从一个视图的流动结构的流量脉动，柱塞（相邻的两个角 ） 之间的偶数活塞流量特性和流量脉动的分部之间的关系分析的几何点，（张贤亮缸径肾形角），（肾形角度相结合的油底壳确定）。他的学生，安徽大学，刘晓华，轴向柱塞泵和非几何因素（包括泄露）进行了理
16、论分析，计算机模拟和实际 流量脉动动态测试的几何因素，最后得出结论：流暴力脉动，流量脉动频率与柱塞数无关的平价关系。中国矿业大学刘力国考虑油底壳的实际几何参数，根据柱塞室给排水情况，八活塞泵流量脉动和七个柱塞泵流量脉动大致相同的结论。轴向柱塞泵泄露，国外研究人员是在活塞与气缸之间的泄漏在成的摩擦损失更感兴趣。泵的实际流量，诺亚密苏里 -哥伦比亚英国大学之间的活塞和气缸磨损的焦点 4。 Manring讨论和撕裂所带来的泄漏和泵油入侵前的过渡地带提高，以及七八九活塞泵的流量和理论流程图比较，结果表明：泵浦脉冲的实际流量比理论脉动较大，偶数 泵数据显示比奇数的泵。萨斯喀彻温大学，加拿大丽泽梁研究与压
17、力控制伺服阀用于模拟高频率响应磨损轴向柱塞泵磨损的活塞和气缸之间的轴向柱塞泵的活塞和气缸之间的泄漏和控制算法。模拟了各南华大学 毕业设计 3 种不同层次的柱塞磨损测量泄漏。实验结果表明，与实际磨损的活塞泵，脉动流壁面压力波动的实验系统是相当一致的，这为进一步深入研究提供基础数据。 德国汉堡技术大学的 RolfLasaar分别从柱塞受力角度和泵的实际流量角度对斜盘式轴向柱塞泵柱塞与缸体的间隙进行了较为详尽的分析，从柱塞所受摩擦力角度：要求间隙取大者；从泄漏量对流壁的影响角度：要求间隙越小越好。作者通过计算和实验，得到了此间隙的最优化处理模式 5。 总之，轴向轴塞泵流量脉动是极其复杂，传统理论力难
18、及。活塞泵的流量，压力脉动是相当复杂的，涉及到一些几何因素和非几何因素，仍未能定性。更没有人定量地给出哪些几何因素和非几何因素在轴向柱塞泵的流量、压力中所起的作用和地位。业界更多地偏向于从配油盘结构的角度去分析轴向柱塞泵的实际流量及 脉动系数，而且形成了较为完善的分析计算体系 6；至于泄漏对实际流量及脉动系数的影响，虽进行了一定的研究，但还没一个较为完整的分析计算，更无计算公式。 轴向柱塞泵在发展中，基本结构保持了稳定，高速高压以及良好的控制方法是其发展的方向。 南华大学 毕业设计 4 第 2 章 轴向柱塞泵性能参数 2.1 给定设计参数 额定工作压力 32 MPap 最大排量 63 ml/ rV 额定转速 150 0 r/ minn 容积效率 93.0 轴向柱塞泵几何排量 V是指缸体旋转一周，全部柱塞腔所排出油油液的容积，即 2 max=24V d z R t g （ 2.1） 式中 d -柱塞直径； z -柱塞数； R -柱塞分布圆半径； -斜盘倾角。 为了避免气蚀现象，在 V 值之后，需按下式做校核计算： 13pn q C （ 2.2） 式中： pC -常数，对进口无预压力的油泵 5400pC ；对进口压力为 25kgf/cm 的油泵 pC =9100。 540019963603000 31 所以主参数排量符合设计要求。
