1、 1 本科生毕业论文 题 目 三维偏心柱塞泵的设计 学 院 班 级 姓 名 学 号 答辩时间 2 目录 摘要 . 4 第一章 绪论 . 4 1.1 课题研究背景 . 6 1.2 柱塞泵的分类 . 6 1.3 柱塞泵 的国内外研究现状 . 8 1.4 柱塞泵国内外发展趋势 . 10 1.5 本文研究内容 . 11 第二 章 偏心柱塞泵结构原理及工艺分析 . 12 2.1 偏心柱塞泵的结构结构原理 . 12 2.1.1 偏心柱塞泵基本结构 . 12 2.12 偏心柱塞泵的工作原理 . 13 2.2 偏心柱塞泵部分零件工艺分析 . 14 2.2.1 外盖加工工艺规程设计 . 14 2.2.2 衬套工
2、艺规程设计 . 16 第三章 偏心柱塞泵的主要零部件参数计算及分析 . 19 3.1 曲轴的参数计算及分析 . 19 3.1.1 轴的材料和需用应力的确定 . 19 3.1.2 曲轴最小直径的确定 . 19 3.1.3 曲轴结构 . 20 3.1.4 曲轴的校核 . 20 3.2 柱塞的结构、设计强度校核 . 22 3.2.1 柱塞的结构 . 22 3.2.2 柱塞的强度校核 . 22 3.3 泵体的设计 . 23 3.4 键的选择及强度校核 . 24 第四章 偏心柱塞泵三维模型的建立 . 24 4.1 UG 软件的介绍 . 24 4.2 泵体的绘制 . 25 3 4.2.2 支撑板的绘制 .
3、 25 4.2.3 底面的绘制 . 26 4.2.4 顶面的绘制 . 27 4.2.5 泵体的最终造 型 . 27 4.3 偏心柱塞泵的装配过程 . 28 第五章 总结 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 4 三维偏心柱塞泵设计 指导老师： 摘要 ： 通过对偏心柱塞泵机构简图的分析 ,得出偏心柱塞泵的各个零件的相关数据。借助实体设计软件强大的造型、装配以及智能动画功能，绘制出偏心柱塞泵的各个组成零件，并把各个零件通过三维球装配、无约束装配、约束装配进行装配。最后通过 Solidworks 实体设计软件的智能动画功能制作偏心柱塞泵的装配动画、拆卸动画和运动过程动画，并通过导出功能导出动
4、画，实现了三维软件的三维 动画仿真过程。 关键词： 偏心柱塞泵；三维设计 ；实体设计；装配 Three-dimensional eccentric piston pump design Luo Chao guide teacher: Zhang Zhenguo Abstract: through the analysis of the eccentric piston pump mechanism diagram, it is concluded that the eccentric piston pump parts of the data. With the help of powerfu
5、l entity design software modeling, assembly and intelligent animation function, draw the component parts of the eccentric piston pump, and put through the various parts of the 3 d assembly, assembly, constraints, an assembly assembly without constraint. Finally, Solidworks entity design software of
6、the intelligent function of animation animation eccentric piston pump assembly, disassembly animation and 5 animation movement process, and through the export function export animation, has realized the 3 d software of 3 d animation simulation process. Key words: eccentric piston pump; 3 d design; P
7、hysical design; assembly 6 现今社会用到的泵越来越多，种类也越来越多，各式各样，可供人们选择，而偏心柱塞泵就是其中的佼佼者，可以用在多重场合，柱塞泵可以解决很多其他泵解决不了的问题，如压力，环境等。 1 绪论 1.1 课题研究背景 液压技术主要依靠密闭油路中液 体介质的压力能进行动力和信号的传递 ,在功率、密度、控制、布置、特性等方面具有极大的优越性 ,其应用范围几乎覆盖了各行各业 ,如航天、国防、矿山、船舶、建筑、机械、农业、生活与娱乐等。液压技术在工程机械、启闭装置、压力机械和各种自动控制设备等领域中得到了广泛的应用 ,尤其是在重载、大功率驱动机电装备和建设机械中
8、的应用几乎处于垄断地位。然而 ,随着电子信息技术和高新技术的快速发展 ,液压技术必须克服制约其进一步发展的因素 ,加大研究限制其应用的基础性和关键性问题 ,如泄漏、能耗大、噪声脉动和可靠性较差等。当前 ,液压技术主要的 发展方向为高压、高速、大功率、低噪声、高可靠性 ,高集成化 ,并取得了重大的发展。 液压泵的发展历史已将近一个世纪，其型式主要有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。齿轮泵虽然具有结构简单、成本低等优点，但其效率低、不能变量、噪声较大。斜盘式轴向柱塞泵相比变量叶片泵具有容积效率高、流量损失小、恒压误差等优点，因此斜盘式轴向柱塞泵在性能、寿命、变量特性上都优于变量叶片泵。特别是通轴式斜盘柱塞泵
9、的变量形式丰富，能实现变量的智能化与网络化而且由于在结构上便于与其它任何形式的马达组合、外型尺寸小、布置方便、功率质量比大、总效率高，相 比其它形式的泵更具竞争力和发展前途。从技术发展、实际市场占有量的变化趋势、回路组合与节能方面来看，通轴式斜盘式柱塞泵的开发都具有更广阔的发展空间。 1.2 柱塞泵的分类 一般情况柱塞泵可以根据以下几种分类依据来分类。 （ 1） .柱塞泵在配流方式上可以分为两种：阀配 流 式 (如图 1.1)和配流盘式7 （如图 1.2） 1。 图 1.1 阀配式柱塞泵 图 1.2 配流盘式柱塞泵原理图 (2).根据柱塞与轴的关系分为 :径向柱塞泵和轴向柱塞泵（如图 1.3）
10、，轴向柱塞泵又分为斜轴（如图 1.4）和直轴式（如图 1.5）。 图 1.3 径向柱塞泵 8 图 1.4 直轴式轴向柱塞泵 图 1.5 斜轴式轴向柱塞泵 (3)根据控制方式可分为：定量、变量（手动变量、压力控制、流量控制、电液比例控制等）。 1.3 柱塞泵的国内外研究现状 目前就柱塞粟的特性研究存在不同的观点 ,通常认为奇数柱塞性能优于偶数柱塞 ,柱塞数量的增加有利于柱塞菜的特性优化 ,但也存在不同观点 ,王意认为实际油液存在可压缩性 ,高压油腔的回流作用形成几何流量脉动 ,并在 1982 年提出偶数柱塞栗可以和奇数柱塞泵工作一样好的设想。叶敏认为配流盘偏转安装已看不 出奇数柱塞粟的流量脉动性
11、能的优越性。 Atkinson 则认为柱塞泵中存在比单纯几何脉动大的多的波动源 ,认为偶数柱塞栗也有很好的工作性能。 Haarhans认为八柱塞在受力、噪音方面优于九柱塞栗 6。 对于柱塞泵的研究存在多种方法 ,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室的余佑官、龚国芳、胡国良对 AMESim软件及其基本特征做了介绍 ,并例举了它在液压系统中的应用 ;西北工业大学动力与能源学院动力控制系刘海丽、李华聪利9 用 AMESim 软件对液压机械系统建模仿真 ;重庆大学张红伟利用现在最为流行的大型数学软件 MATLAB的仿真工具箱 SIMULINK对其进行了运动和受力的仿真分析 ,为了能得到柱塞的整体应力分
12、布情况综合运用操作简便的三维绘图软件SOLIDWORKS和大型有限元分析软件 ANSYS对柱塞进行了有限元分析。 柱塞泵特性研究对于整个液压系统性能有着至关重要的影响 ,因此国内外很多研究机构和液压元件生产公司都对柱塞粟的特性尤其脉动问题投入了大量研究 ,进行了多方面的探索。为了进一步提高柱塞泵的特性 ,在考虑结构 ,系统特性、流场等因素基础上 ,本文把目标主要放在如何优化 55mL/r 柱塞泵特性上来 ,而国内外在优化柱塞泵的 特性方面已达到了多方位高精度水平。 目前我国液压行业已有生产研发企业 400 余家 ,其中重点核心企业 35 家左右 ,其中榆次液压件厂和天津特精液压股份有限公司以及
13、长江液压等企业为代表 ,目前量大而广的工程机械 ,比如装载机、推土机、叉车所需液压件国内厂家基本可以满足 ,只有液压挖掘机等所需液压元件需要部分进口 ,其中国内部分企业近年来消化吸收了日本、美国、德国等液压技术 ,在此基础上率先在行业内研制了新的产品 ,并投放市场 ,对提高我国液压技术水平 ,增强我国行业竞争力具有推动作用。因此 ,目前我国液压行业除少数在技术上还 满足不了要求需要进口外 ,其余无论在数量上、质量上以及技术水平基本上都能满足我国工程机械配套要求。目前我国在液压行业尤其柱塞栗研发生产方面存在的问题有 :产品技术水平低 ;制造技术水平低 ;产品质量、可靠性有待进一步提高 17 。
14、德国是老牌的液压技术强国 ,其技术实力以 Bosh-Rexroth为代表。该公司从液压元件的铸造起步 ,通过对美国液压技术的吸收改进和创新 ,在众多领域后来居上 ,成为世界上最大的液压产品和液压技术输出国。目前 Bosh-Rexroth 在中国拥有第一大市场 ,推出了 A4CSG、 A4VSG、 A4VS0和 A10VSO等系列柱塞栗 ,我国许多高新技术装备都依赖 Bosh-Rexroth的技术和产品。 美国是液压技术的强国 ,以 Parker、 Eaton 为代表的液压企业的技术仍处于液压行业的领先地位 ,孕育了像 Caterpillar 这样的世界第一工程机械企业。 日本的液压技术来源于美
15、国和德国 ,在液压技术发展过程中是个后来者。日本液压行业通过吸收消化和创新 ,形成了独具特色并门类齐全的液压技术 ,凭借多年努力实现了挤身世界液压强国之列的梦想。日木液压技术的代表之一 Yuken10 推出了 A、 AR和 A3H 系列柱塞泵。 中国液压 产业起步较晚 ,但是目前国家大力支持发展 ,孕育了像普什驱动等一大批大型液压企业 ,为我国的液压发展起到了领军与推动作用。国产轴向柱塞粟主要有引进国外技术的产品和我国自主研发的系列柱塞泵 2。引进国外技术Rexroth、 yuken等系列 ,性能介于国外产品和国内研发栗之间。纵观国产轴向柱塞粟发展现状 ,主要有以下特点 : (1).就性能指标
16、来讲 ,国产 Rexroth 系列的排量、额定压力、转速都要比国产系列的大一些 。 (2).就市场份额来看 ,国产粟由于价格优势仍稳定占有一定的低端市场份额 ,但利润率低 ,由于 性能不稳定很难应用于工程机械、注塑机等领域 ,国产 Rexroth产品有少量应用于起重机等领域。国外产品凭借性能优势占据了较大的高端市场份额 。 (3).就企业情况来看 ,在欧美 ,轴向柱塞菜的生产厂家是比较多的 ,但在国内比较有影响力的也只有 68家 ,而且其中多数采用的是国外的技术。 1.4 柱塞泵国内外发展趋势 近年来随着机电液一体化技术的长足发展 ,国外产品在技术上又有了新的发展 ,国外柱塞录经过几十年的发展
17、和完善 ,各企业形成了成熟的设计理念 ,而国内在柱塞泵的研发设计方面也得到了很大的发展 ,国产柱塞泵与进口产品的差距主要表 现在产品寿命、精度、噪声、稳定性、对环境污染 ,随着能源的日趋紧张形势的发展 ,节能型高性能柱塞泵已成为发展的重点和难点。由于柱塞泵技术具有重要的经济价值和社会意义 ,近年来 ,轴向柱塞泵的发展趋势呈现出了以下一些新的特点 : (1)高速化、高压化是轴向柱塞泵的发展方向。这体现了其功率密度的提高 ,而且使其可以直接与发动机匹配 ,应用更为方便 ; (2)轻型轴向柱塞泵由于成本仅比叶片泉高 20%左右 ,但是性能却比其高不少 ,可以和叶片泵进行竟争 ,这也是轴向柱塞栗的一个发展方向 ; (3)和电子技术相结合 ,实现多种控制方式。 Rexroth 公司推出的电子粟 ,实现对压力流量进行精确的闭环控制。此外变频控制也在液压电梯、注塑机等领域
