双作用叶片泵的设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 双作用叶片泵的设计 1. 前 言 在广泛应用的各种液压设备中，液压泵是关键性的元件，它们的性能和寿命在很大程度上决定着整个液压系统的工作能力，随着时代的发展和技术的进步，液压泵性能越来越完善，在各种工业设备、行走机构以及船舶和飞机上都得到了广泛应用。因此对于叶片泵相关知识的学习和认识十分必要，特别是对于从事液压相关方面工作的人更显得尤为重要。 液压泵作为现代液压设备中的主要动力元件，它决定着整个液压系统的工作能力。在液压系统中，液压泵的功能主要是将电动机及内燃机等原动机 的机械能转换成液体的压力能，向系统提供压力油并驱动系统工作。 在液压传动与控制中

2、使用最多的液压泵主要有齿轮式、叶片式和柱塞式三大类型。其中叶片泵是在近代液压技术发展史上最早实用的一种液压泵。 叶片泵与齿轮式、柱塞式相比，叶片泵具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低等突出优点。在各类液压泵中，叶片泵输出单位液压功率所需重量几乎是最轻的，加之结构简单，价格比柱塞泵低，可以和齿轮泵竞争。 本课题设计为双作用叶片泵，是现今已经发展成熟，并在工业领域得到广泛应用的一种液压泵， 双作用叶片泵是 一般 不能变量的 ，且 径向力平衡 的 ,因此 工作情况 较其它泵良好，被广泛应用于液压系统领域，成为液压工业上不可或缺的关键性元件。 2.液压叶片泵的应用领域及意义 本设计所设计的双作用叶片泵

3、是现今已经充分发展成熟的一种液压泵，现今已形成了诸多型号，各种新型叶片泵也在不断的研发中，其 应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等 ;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等 ;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等 ;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等 ;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等 ;船舶 用的甲板起重机械 (绞车 )、船头门、舱壁阀、船尾推进器等 ;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等 ;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等 都需要应用到叶片泵

4、。 随着液压技术的发展，叶片泵作为其中必不可少的动力元件，已经越来越深入到液压系统等各个领域，起到了举足轻重的作用。并已经成为人们生活中不可缺少的一种机械装置，融入到我们生活的每一个角落。 3. 液压叶片泵的发展历史 液压叶片泵的发展史即为叶片泵从诞生到发展的历史，作为液压系统的关键性动 力元件，它随着液压系统的诞生而诞生，随着液压技术的发展而发展，并不断完善以适应新的液压系统的性能要求。 液压系统为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术， 它是由 1795 年英国约瑟夫 布拉曼在伦敦用水作为工作介质 ,以水压机的形式将其应用于工业上 ,诞生了世界上

5、第一台水压机。 1905 年将工作介质水改为油（液压油缸） ,又进一步得到改善 ，其后寻找一种能为液压系统提供稳定压力能的动力元件的设计成为一种必然，这时液压泵特别是叶片泵以其简单的结构，稳定的性能和高效的工作能力，得到巨大发展，在液压领域横空出世。得到了所有从事液压技术人员的青睐。 第一次世界大战 (1914-1918)后 液压叶片泵泵被 广泛应用 ,特别是 1920 年以后 ,发展更为迅速。液压站大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间 ,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯 (F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵 ,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基

6、础 第二次世界大战 (1941-1945)期间 ,在美国机床中有 30%应用 到了液压泵 。 50 年代后期，国外出现压力等级为 14.0Mpa 的叶片泵时，其噪声值为 75dB(A)，噪声值过高成了一个急需解决的问题。从 1960 年起国外开始重视叶片泵噪声问题，不断进行降噪研究，到 70 年代末和 80 年代中期，一系列性能优良的低噪声叶片泵相继问世，噪声值一般可控制在 65dB(A)以下，其中日本油研公司研制的 PV2R 系列叶片泵，噪声值甚至低至 51-62dB(A)，已达到低于同等功率电动机噪声的水平。另外，像美国的 Denison“T6” 系列叶片泵，都较好的控制了叶片泵的噪声值，

7、属于性能优良的低噪声叶片泵。 叶片泵 有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机 床等 ;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等 ;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等 ;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等 ;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等 ;船舶用的甲板起重机械 (绞车 )、船头门、舱壁阀、船尾推进器等 ;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等 ;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等 都需要应用到叶片泵。叶片泵成为一种必不可少的液压

8、设备，已越来越融入到我们生活的每一个角落。 4. 液压叶片泵的发展现状和发展趋势 4.1 现在液压叶片泵的种类 如今液压叶片泵已经形成了极大系列，产品性能涵盖了液压领域的几乎所有需要的工作性能的液压泵。 YB 型为最早使用的一种叶片泵，现在已经得到极大发展，形成了 YBN 型变量叶片泵和Y2B 双机叶片泵等型号。为适应液压系统一些特点的要求，又诞生了带定量减压阀的叶片泵和 YBQ 型稳流量式变量叶片泵。 随着液压系统对高压力的需求，在原有叶片泵基础上改善性能，诞生了 PV2R 型中高压叶片泵和柱销式叶片泵。 4.2 液压叶片泵发展趋势 1、从低压到高压： 随着液压技 术的进步，对叶片泵压力的需

9、求越来越高，对多种性能的叶片泵也有了许多新的要求。而随着现在加工技术的发展和技术进步，开发高压的叶片泵以成为可能。以往叶片泵主要只能工作在 6.3-7.0Mp 的中低压系统，今年来高性能叶片泵的发展大幅度提高了叶片泵的性能，压力等级普遍提高到 16.0-17.5Mp，越来越多更高压力性能的叶片泵也不断研发成功，大大丰富了叶片泵的种类和性能。 2.高效、低耗 叶片泵效率逐渐提高，随着人们环保节能意识的提高，对叶片泵的低耗已越来越得到设计师的重视，因此诞生了一批高效能、低功耗的叶片泵。 3.低噪声和高寿命 对泵结构工艺的改善，特别是钉子曲线的设计改善，大大提高了叶片泵的寿命和降低了叶片泵工作时的噪

10、声。 4.机电一体化 对叶片泵与电子机械、微机等的结合实现简单智能化。 5.设计难点及应对 5.1 定子过渡曲线的设计 5.1.1 选用何种曲线更好 由于可作为双作用叶片泵定子过渡曲线选用的曲线有等加速、等加速曲线，正弦、余弦加速曲线，阿基米德螺旋线以及高次曲线等，对哪一种曲线更适合本课题设计的叶片泵，及各曲线特性对泵性能影响不是很了解。 5.1.2 应对方法 参考相关双作用叶片泵定子过渡曲线的技术参数，并 结合自己对复杂曲线的学习及相关国内外各种曲线的研究进展，充分了解各类曲线特性，最终形成设计方案。 目前已经掌握的各种定子曲线的初步资料： 1等加速等减速曲线 等加速等减速曲线的速度特性曲线

11、虽然连续，但有不光滑的折点。在两端点和中心点三处出现加速度 a 的突变，使加速度变化率 J 为无穷大，产生很大的冲击振动。 最大加速度 maxa 值以等加速曲线为最小，因而不易出现叶片与定子的脱空；或者说，在满足叶片不脱空条件的情况下， 等加速曲线允许定于长、短半径有较大的差值。 2正弦加速曲线 正弦加速曲线虽然消除了加速度的突变，但在曲线端点处仍有加速度变化率 J 的突变，存在激振作用。 3余弦加速曲线 在定子长、短半径和曲线范围角一定的情况下余弦曲线的 max 值和最大压力角 max较小，叶片受力情况较好。 但曲线在两端点处仍存在加速度 a 的突变，该两处的加速度变化率 J 为无穷大，激振

12、严重。 4修 正的阿基米德螺线 修正的阿基米德螺线虽然速度、加速度特性曲线均连续无突变，但在端点及曲线段上等处加速度特性曲线出现不光滑的折点，所以加速度变化率有突变，仍然有激振作用。增大修正范围角 ，可以减小加速度变化率 J 值突变的幅度。 5高次型曲线 高次曲线能够充分满足叶片泵对定子曲线径向速度、加速度和加速度变化率等项特性的要求，尤其在控制叶片振动、降低噪声方面具有突出的优越性，为现代高性能低噪声叶片泵广泛采用。 5.2 叶片倾角设计 5.2.1 叶片倾角放置的两种争论 1 传统观点：平衡泵叶片应具有一定的前倾角 1 传统观点认为，平衡式叶片泵的叶片应该向旋转方向朝前倾斜放置。以往生产的

13、大多数叶片泵亦按此原则设计制造，叶片前倾角其至达 10 14 。这种观点的主要理由如图 3-4a所示：定子对叶片作用的横向分力 tF 取决于法向接触反力 nF 和压力角 ，即 sintnFF ，为了使 nF 尽可能沿叶片方向作用，以减小有害的横向分 tF ，压力角 越小越好。因此令叶片相对于半径方向倾斜一个角度 1 ，倾斜方向是叶项沿旋转方向朝前偏斜，使压力角 小于 角，即 1 ，否则压力角 将较大。 2 新观点：认为取叶片前倾角 1 0 更为合理 影响压力角 大小的因素包括定子曲线的形状反映为 角的大小 和叶片的倾斜角 1 。实际上定子曲线各 点的 角是不同的，转子旋转过程中，要使压力角 在

14、定子各接触点均保持为最优值 op ，除非叶片倾斜角 1 能在不同转角时取不同的值，且与 保持同步反值变化，而这在结构上是不可能实现的。因此，叶片在转子上安放的倾斜角只能取 个固定平均合理值，使得运转时在定子曲线上有 较多的压力角接近干最优值 op 。由计算机对不同叶片泵所作的计算表明，为使压力角 保持为最优值，相府的叶片倾斜角 1 通常需在正负几度沿转子旋转方向朝后倾斜为负 的范围内变化，其平均值接近于零度；加之从制远方便考虑，所以近期开发的高性能叶片泵倾向于将叶片沿转子径向放置，即叶片的倾斜角 1 0 。 FtNFnNFp1叶片前倾时压力角 5.2.2 应对方法 在两种不同的观点下，选择哪一

15、种观点进行设计变得十分困难。主要根据实际情况及以后收集了解的相关资料在来进行最终的设计方案的选定。 5.3 转子的设计 5.3.1 难点：转子槽与叶片配合 由于叶片在转子槽内要求自由升缩运动，因此叶片与转子槽之间配合间隙不能太小，否则叶片卡死，但间隙过大又导致油液间压差泄漏。因此对叶片与转子槽间配合间隙有一个严格的要求，具体值的选择毫无头绪。 方法与应对： 查找相关国内外叶片泵参数资料及相关实验数据，对配合间隙进行可行性 设计，保证叶片与转子槽间隙在一个适合的范围内。 5.3.2 难点：转子强度校核 由于转子槽对转子强度有削弱作用，需校核转子强度。相关强度计算和分析方面遇到一定困难。 方法与应

16、对： 复习材料力学相关内容，对转子强度进行校核。 5.4 叶片的设计 5.4.1 难点：叶片材料的选择 由于叶片与定子内廓配合运动，对叶片硬度和耐摩擦能力有较高要求，因此对叶片材料有一些特别要求。 方法与应对： 待解决。 5.4.2 难点：叶片数设计 对于具体选择几个叶片的设计尚待解决。 方法与应对： 参考相关设计手册选择。 5.5 配流盘 的设计 5.5.1 难点：配流盘上油窗位置及 V 形尖槽的设计 配流盘的油窗结构 如上图，对配流盘油窗和 V 形夹槽的设计主要为对 0 角和 角的计算设计，参考了相关书籍没有这方面的具体设计计算资料，设计时对几个油窗大小， V 形槽夹角大小及它们之间的夹角

17、关系不是很明了，设计时具体取值困难。 方法与应对： 主要参考收集到的相关国内外叶片泵技术、产品等参数，查阅相关资料。具体设计需要在设计中考虑与定子和转子间的配合进行选 择。 5.5.2 难点：右配流盘上几个孔的设计 参考了一些叶片泵的结构，发现在一些叶片泵的配流盘上开有几个通孔，对其中几个通孔的具体作用不是很了解。在孔的位置安排上也找不到相关设计计算资料。 方法与应对： 资料收集和叶片泵相关知识学习还不够，继续加强这方面工作。 5.6 传动轴的设计 5.6.1 难点：花键轴段的设计 花键连接为多齿工作，承载能力高，对中性、导向性好，齿根较浅，应力集中小，轴的强度削弱小，平衡式叶片泵主要承受扭矩

18、作用且对运行中的对中和稳定性有一定要求，因此选择将轴段加工成花键轴，并选择为矩形花键轴 。 具体花键规格选择及花键强度的校核上需要一些选择和受力计算。 方法与应对： 主要参考手册上花键规格进行选用和设计 。 5.6.2 难点：传动轴上的力及校核 轴上的受力分析，作计算简图和扭矩图等，并进行强度及刚度的校核。相关计算过程及一些校核公式（例如许用应力大小的选取等）等，计算起来比较麻烦。 方法与应对： 学习巩固材料力学相关内容，参考机械设计关于轴设计和校核的相关章节，力求尽快完成对传动轴的设计。 5.5 标准件与配合 5.7.1 难点 :选择依据 虽然相关手册上有很多配合的选用，但对本课题设计的叶片

19、泵具体选 用何种标准件及各结构件具体配合公差不是很理解，选取困难。 5.7.2 方法与应对： 6总结 在这次设计中，从资料收集准备到设计初期的设计计算都遇到了很多困难，特别是在定子过渡曲线等复杂曲线的计算上难度很大，在一些叶片泵的具体技术参数的计算上也由于相关技术资料缺乏而使设计进展缓慢。 由前所述，虽然在目前的设计中还有很多困难没有解决或现在还没有好的解决办法，但我一定会不断在设计中学习、总结相关设计方法和知识，并在辅导老师张玉莲老师的指导下逐步完成相关设计工作，最终使自己除圆满完成设计任务外，掌握实际的设 计方法和技巧，提高自己的实践能力。 参考文献 1 广州机床研究所 .双作用叶片泵最佳

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