即恒量泵毕业设计论文(编辑修改稿)

即恒量泵毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

作用叶片泵的基本结构 本设计中的叶片泵为单级叶片泵，是由转子、叶片、定子、配流盘、传动轴及壳体等主要零件组成。 它分为单级圆形叶片泵和单级方形叶片泵两种类型。 [4] 圆形叶片泵 圆形叶片泵的主要结构特点和存在的问题： 1)采用固定侧板，转子侧面与侧板之间的间隙不能自动补偿，高压时泄漏严重。 只能工作在 、低压。 2）进、出油道都铸造在泵体内 （ 称为暗油道），铸造清沙困难。 而且油道狭窄，高转速时由于流速过快，流动阻力大，容易出现吸空和气蚀。 3）侧板与转子均带耳轴，虽然支承定心较好，但毛坯费料，加工不方便。 这种结构装配时对后泵盖联接螺钉拧紧扭矩的均匀性要求很严，否则容易导致侧板和转子的倾侧，使侧板与转子端面的轴向间隙不均匀，造成局部磨损。 方形叶片泵 与圆形叶片泵相比，方形叶片泵主要有以下改进： 1）简化了结构，在同等排量的情况下，外形尺寸和重量比圆形泵大大减小。 2）取梢转子和侧板的耳轴，改善了加工工艺性，而且可节省毛坯材料。 装配时即使泵盖四个螺栓的拧紧力矩不很均匀，也不致影响侧板与转子端面的均匀密合。 3）采用浮动压力侧板，提高了容积效率和工作压力。 4）进油道设在泵体，排油道设在泵盖，均为开式油道，不仅铸造方便，而且油道通畅，即使高转速工作时流动阻力也较小． 5）传动 轴 输入端一侧的支承较强，能够承受径向载荷，允许用皮带或齿轮直 接驱动，有一定的耐冲击和振动能力。 7 方案选定 综上所述，方形叶片泵具有结构紧凑，体积小，能够适应高转速和较高压力工作，耐冲击、振动能力较强等特点，因此特别适用于工程车辆液压系统。 加之其加工工艺性也比圆形泵优越得多，所以在一般工业机械上也获得广泛应用，已逐步取代圆形泵。 因此选定方形叶片泵作为双作用叶片泵的基本结构类型。 但与前述方形叶片泵略有不同，主要改进在于： 1）泵的外壳由左泵体和右泵体两部分组成。 2）仍保留两个配流盘，其中左配流盘是固定侧板，而右配流盘是浮动压力侧板，但没有设置预紧弹簧。 3）由两个配流盘、转子、叶片和定子构成的泵芯用两个螺钉联接成预紧组合件，然后装入右泵体内。 4）支承传动轴的两个滚动轴承分别装在预装组件两侧的左、右泵体上。 5）在右泵体的右端面装有端盖，端盖与传动轴之间设置两个背对背的唇形密封圈，以防油液外漏和空气 、 灰尘进入。 定子曲线 双作用叶片泵对定子曲线的要求 1）使输出流量脉动小 泵输出流量的均匀性取决于处在一个区段的定子曲线范围内各叶片径向速度之和是否变化，或者说取决于定子曲线相应各点的矢径变化速度之和是否能保持为常数。 若为常数，流量的 脉动就为零。 2）使叶片不脱离定子 虽然叶片进入工作状态后主要靠根部压力油的作用将叶片顶出与定子保持接触，但在泵启动之初由于根部压力尚未建立，只能靠离心力使叶片伸出。 在不考虑液压力和摩擦力且叶片径向放置时，叶片不脱离定子的条件是叶片所受的离心力应大于叶片以定子曲线矢径增长的加速度做径向加速运动所克服的惯性力。 即对定子曲线的径向加速度加以限制，以保证叶片的离心加速度大于定子曲线矢径增长的加速度。 这样，在根部无油压的作用时，吸油区叶片径向运动才能跟上定子曲线矢径的增长，并对定子有适当的接触压力。 值得注意的是定子 长短半径的差值对加速度值的影响很大，如果差值太大，则径向运动的速度和加速度将很大，有可能会出现离心力不足以克服加速外伸运动的惯性力，以致跟不上定子 8 曲线矢径的增长而脱离定子的现象。 3）叶片无冲击振动，低噪声 如果定子曲线在某些点上的径向速度发生突变，则曲线上该点的径向加速度在理论上等于无穷大。 为正无穷的时候，叶片将在该点出现瞬间脱离定子的现象，为负无穷的时候，叶片对定子产生很大的冲击力。 二者均会引起撞击噪声和严重磨损。 这种现象为“硬冲”，是叶片泵正常工作所不允许的。 为了消除径向加速度的突变，要求定子曲线处 处光滑连续，与大、小圆弧的连接点处有公切线。 定子曲线加速度的急剧变化和加速度变化率的突变也会使叶片对定子的压紧力发生变化，这是引起叶片振动冲击产生噪声的重要原因，这种因加速度突变而引起的冲击称为 “ 软冲”。 无冲击、低噪声对定子曲线的要求是曲线的速度、加速度和加速度的变化率都连续光滑变化，没有突变。 4）使叶片的受力状态良好 定子曲线某点矢径 )( 与曲线该点的法线之夹角 ψ称为定于曲线的压力角，如图 31所示。   dd )( )(tan  （ 31） 式中 ： ψ —— 定子曲线的压力角。 图 31 定子曲线的压力角 Pressure angle of the stator curves 当叶片沿转子径向放置时，定子曲线的压力角 ψ也就是叶片与定子接触的压力角。 压力角过大会使定子对叶片的作用力与叶片方向之间的夹角  增大，导致横向分力 Ft的增大，使叶片受力状态恶化，影响泵的 寿命和效率。 9 由式（ 31）可知，  dd )( )(越大，相应的 )( 越小，则 ψ越大。 因此，为了不使压力角过大，应限制定子曲线径向速度的最大值。 5）获得尽可能大的理论排量 增大 )( rR 的值可增加泵的排量。 但是，增大 )( rR 的值受到两个条件的限制。 首先，)( rR 的值越大，即叶片伸出转子体的部分越长，液压力产生的弯曲力矩越大，叶片及转子的受 力恶化，强度下降。 其次，为保证叶片不脱空，应使过渡曲线的加速度最大值较小。 定子曲线 )( rR 的值越大，则过渡曲线的加速度值越大，对防止叶片脱空不利。 定子曲线应具备的特性 综上所述，对定子曲线的速度、加速度和加速度变化率等特性和曲线升程的具体要求归纳如下： 1）速度特性 )( 要求速度特性曲线连续光滑，没有突变。 最大速度值受叶片与定子接触压力角合理值的限制。 为保证泵的输出流量脉动小．要求相邻间隔为叶片间隔角的 任意点之速度组合等于或近于常数。 2）加速度特性 )(a 要求加速度特性曲线连续光滑，没有突变 ， 不出现加速度为无穷大的点。 最大加速度值受叶片不脱离定子条件的限制。 3）加速度变化率 )(J 要求 )(J 曲线连续光滑，没有突变，不出现 J值为无穷大的点。 )(J 的最大值受低噪声性能要求的限制。 J值在较小范围内变化且保持连续的定子曲线能在一定程 度上控制叶片的振动，称为低噪声曲线。 不但限制 J值连续变化的大小，而且在曲线端点上也不出现 J值突变的曲线能消除激振作用，更好地实现叶片无冲击的径向运动，称为无冲击低噪声曲线。 4）升程 当定子长半径 R一定时，增大升程 )( rR 可以不增大泵的外形尺寸而获得较大的排量。 但无论何定子曲线，其 maxν 、 maxa 、 maxJ 均与 )( rR 成正比，故前述有关限制 maxν 、 maxa 、maxJ 值 的要求同时也限制了允许的最大升程。 由于不同类型曲线的 maxν 、 maxa 、 maxJ 值与 10 )( rR 之间的比例系数不同，所以采取不同的定子曲线时，允许的最大升程（即允许的长、短半径之差 ） 也不同。 值得注意的是，上述对 Jaν 、 特性的要求也应包括定子曲线与长、短径圆弧的连接点在内，当定子曲线在端点上不能按上述特性要求与圆弧段光滑连接时，在连接处应设一小段经修正的连接过渡曲线。 对几种定子曲线的分析比较 1）修正的阿基米德螺线 采用阿基米德螺线作为过渡曲线时，则过渡曲线的径向升程或极半径按阿基米德螺线规律变化，叶片在阿基米德螺线上滑动时，不会产生刚性冲击和柔性冲击，叶片不会产生脱空现象，但叶片在圆弧和阿基米德螺线的连接点处，叶片径向速度发生突变，径向加速度为无穷大，叶片产生刚 性冲击，因此连接点易磨损。 2）等加速等减速曲线 采用等加速等减速曲线作为过渡曲线时，在连接点处，叶片有较小的柔性冲击，其叶片加速度的最大值相对于其他形式的曲线为最小，因此允许有较大的 )( rR 值，故在同样的体积下，可以获得较大的流量，使泵结构紧凑，并且适当选择叶片数可以保证泵的瞬时流量均匀，不会产生刚性冲击，但是在过渡曲线与圆弧的连接点及过渡曲线的中点加速度发生突变而造成“软冲”现象，通常在三个软冲点处有三道清晰的磨痕。 3）正弦加速曲线 采用正弦加速曲线作为过渡曲线时， 在过渡区，叶片的径向加速度按正弦规律变化，叶片不会产生刚性冲击和柔性冲击，但叶片的最大加速度较大，在过渡区叶片容易产生脱空现象，为了防止脱空现象的产生，在相同流量的条件下则叶片尺寸较大。 4）余弦加速曲线 采用余弦加速曲线作为过渡曲线时，在过渡曲线和圆弧连接点处有较大的加速度突变，产生较大的柔性冲击，且不能保证泵的流量均匀。 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。 高次型曲线的一般表达式为： nnini i aaaaa    22100)( （ 32） 11 为了使 )( 的三阶导数存在而且连续光滑变化， 方程 的次数至少不得低于 5次，即要求 5n。 当 n=5时，矢径的三阶导数为 254333 60246  aaadd  ，是一个二次多项式，还可以进一步求解两次导数。 因此矢径的三阶导数是一条光滑连续的曲线。 若 4n ，则不能满足此要求。 但是，随着方程次数的增高，矢径  二阶、三阶导数的最大值将增大。 因此，为了限制 maxν 和 maxa 值，以保证叶片受力良好，不脱离定子，方程次数也不宜太高，一股取 8n。 方案选定 研究表明，叶片泵的噪声主要来源于叶片和定子内表面的机械噪声，其原因是叶片按定子曲线给定的轨道径向运动时加速度的变化引起惯性力的变化，从振动的角度看，这是一种外界作用与叶片 的冲击力。 高次型曲线通过对参数的调整可满足瞬时流量均匀性和减少振动的要求。 国内外的研究表明，采用高次型曲线的叶片泵的噪声通常是最小的，为现代高性能低噪声叶片泵广泛采用。 修正的阿基米德螺线、等加速等减速曲线、正弦加速曲线、余弦加速曲线等 4种过渡曲线，虽然基本上都能较好地满足输出流量脉动小、限制压力角和叶片不脱离定子的要求，但是它们的力学特性和振动特性却不甚理想。 因此，本设计选择非对称 6次曲线 （ 即 n=6）。 这种曲线用于压油区，当叶片从 R 处开始进入径向变速运动时， J值 能连续平缓的开始变化，助振作用比较缓和，消除了激振冲击。 但在与 r圆弧连接的一端仍有 J的突变，不过这时叶片径向运动速度已回复为零，不致产生波及整个区间的振动。 因此这种曲线也被称为无冲击低噪声曲线。 叶片布置 叶片倾角对叶片受力的影响 如图 33所示。 定子对叶片作用的合力 F可以分解为两个分力，即沿叶片伸缩滑动方向作用的分力 Fp和垂直于叶片滑动方向的分力 Ft。  sincosFF FFtp (33) 式中：  为合力 F的作用方向与叶片间的夹角。 12 图 33 叶片顶端受力分解 Deposition of the force vane tip 如图 34所示。 转子对叶片的作用力包括转子槽侧面的接触反力 T T2和摩擦力 F F2。 s in)(s in21llLFllLFTlFLlLFTtt (34) 式中： L为叶片的长度； l为叶片在转子槽内的长度。 2211 TfF TfFvv (35) 式中： fv为转子槽与叶片摩擦系数。 定子对叶片顶部产生的反作用合力 F可以分解为 Fp和 Ft两个分力（如图 33），其中横向分力 F。