1、毕业设计（论文）- 1 -PVB 柱塞泵计算说明书目录目录 .1第一章 概 论 .31.1 斜盘式轴向柱塞泵的概况 .41.2 轴向柱塞泵的工作原理 .111.3 柱塞泵的结构剖析 .131.4 柱塞泵的主要参数 .16第二章 运动分析 .192.1 运动学 .192.2 流量及其脉动 .23第三章 受力分析 .273.1 柱塞与滑靴的受力 .273.2 缸体受力 .363.3 斜盘受力 .4334 泵轴受力 .45第四章 主要部位设计 .484.1 柱塞副 .484.1.1 柱塞的设计 .484.1.2 柱塞副摩擦比压、比功率的验算 .504.2 滑靴副的设计与校核 .554.2.2 滑靴副
2、的压紧系数、比功率的验算 .5843 回程盘的设计计算 .6044 缸体的设计计算 .624.4.1 缸体的结构形式和尺寸设计 .624.5 配流盘的设计计算 .664.5.1 配流盘的设计 .674.5.2 配流盘的压紧系数、比功率的验算 .754.6 中心加力弹簧的设计计算 .7747 斜盘机构的设计计算 .8048 泵轴的设计计算 .82第五章 伺服变量机构的设计计算 .855.1 概 述 .8652 伺服机构的设计计算 .8753 伺服变量机构在外供压力时的静动特性 .96参考文献 .103外文翻译及原文 .104致谢 .131毕业设计（论文）- 2 -毕业设计（论文）- 3 -PVB
3、 型轻型轴向柱塞泵的设计摘要 本说明书介绍了 PVB 型轻型轴向柱塞泵的概况、原理、用途及结构形式。PVB 轻型柱塞泵的设计计算主要从泵的结构特点出发，分析关键部位的受力情况及力学计算。介绍了该类泵的薄弱环节，讨论配流机构和各主要运动副零部件的设计方法。配流盘常采用带卸荷槽的非对称重叠型配流盘，它与后泵盖采用了销定位；斜盘机构中加设止推板是为了使泵的机械效率不受影响。斜盘体上耳轴轴线与传动轴的轴线在同一个平面内，这样使泵的性能得到了保证；滑靴与斜盘这对摩擦副中形成具有一定压强的油膜，油膜内的压强是有外加有压油液形成的，我们采用剩余压紧力法设计滑靴，从而使泵的容积效率及滑靴与斜盘这对摩擦副的润滑
4、得到了可靠的保证。为了防止柱塞在缸孔中运动时受到液压卡紧力的作用，设计柱塞时我们采用开均压槽的结构形式。为使滑靴紧靠在止推板上，我采用一个集中返回弹簧，通过回程盘把柱塞组件推靠在止推板上。该泵的变量机构为恒压变量机构，其实质为恒压定值调节系统，我们采用一个零开口双边滑阀进行控制。关键词：通轴式 后斜盘式 柱塞 滑靴 配流盘 回程盘 缸体 斜盘 耳轴容积效率 机械效率 变量机构 恒压控制 双边滑阀 毕业设计（论文）- 4 -第一章 概 论在液压系统中，液压泵的功能是将电动机或内燃机等原动机的机械能转换为液压的压力能，向系统提供压力油并驱动系统工作，属于液压动力元件。具有以下共同的基本特征：1.液
5、压泵在每一个工作周期中吸入或排出的液体容积只取决于工作构件的几何尺寸；2液压泵的理论流量与泵的转速成下比；3在不考虑泄漏和及液体的压缩性时，液压泵的理论流量与工作压力无关。柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封工作腔容积产生变化来实现吸油、压油。由于柱塞与缸体内孔配合精度高，密封性能好，只需改变柱塞的工作行程就能改变泵的排量。所以，柱塞泵具有压力高、容积效率高、流量调节方便和结构紧凑等优点。柱塞泵常用于高压大流量和容积高速系统中。柱塞泵按柱塞排列方向不同，分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。本次毕业设计为 PVB45 轻型轴向柱塞泵的设计，采用恒压控制的变量方式。由于轴向柱塞泵的柱塞中心线与油
6、缸体的轴线平行或接近于平行，它具有密封性好，工作压力高，在高压下仍能保持相当高的容积效率和总效率的特点。因此，轴向柱塞泵作为中高压及高压油源，广泛地用于各个工业部门。PVB45 轻型通轴式轴向柱塞泵，是一种 压力较低、结构较简单、质量较轻的经济型轴向柱塞泵。图 1-1 为我国邵阳液压件厂引进的美国Vickers 公司 PVB 型轻型通轴柱塞泵。缸体采用粉末冶金或球墨铸铁成型，其他零件也尽可能采用精密铸造或粉末冶金成型。变变量机构采用单作用变量缸，用弹簧使变量斜盘复位。该类泵的压力较低，设计轻巧。毕业设计（论文）- 5 -1.1 斜盘式轴向柱塞泵的概况近年来，容积式液压传动的高压化趋势，使柱塞泵
7、尤其轴向柱塞泵的采用日益广泛。轴向柱塞泵主要有结构紧凑，单位功率体积小，重量轻，压力高，变量机构布置方便，寿命长等优点。不足之处是对油液的污染敏感，滤油精度要求高，成本高等。轴向柱塞泵盘式轴向柱塞泵阀式轴向轴塞泵斜轴式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵无铰斜轴式轴向柱塞泵双铰斜轴式轴向柱塞泵前斜盘式轴向柱塞泵后斜盘式轴向柱塞泵图 1-2 轴向柱塞泵分类轴向柱塞泵，依其配油方式有阀式和盘式之分，如上图 1-2 所示。阀式轴向柱塞泵由于吸排油阀的滞后现象，限制了泵轴转速不能高于1500r/min 左右，再加上变量困难及阀式配油泵失去了液压机械的可逆性（即不能换向或作液压马达使用） ，所以，阀式轴向柱塞泵主
8、要用作32MPa 以上的定量泵，而变量型液压泵主要是盘式配油的轴向柱塞泵。斜盘式与斜轴式轴向柱塞泵相比较，各有所长，如表 1-1 所示。斜轴式轴向柱塞泵采用了驱动盘机构，使柱塞缸体不承受侧向力，所以，缸体对配流盘的倾复的可能性小，有利于柱塞副与配油部位工作，另外，允许的倾角大（一般情况，作泵时， max=25；作液压马达时， max=30） 。可是，结构复杂，工艺性差，需要使用大容量止推轴承，因而高压连续工作时间往往受到限制，成本高。斜盘式轴向柱塞泵，由于配流盘与缸体、滑靴与柱塞这两对高速运动副均采用了静压支承，省去了大容量止推轴承，具有结构紧凑，零件少，工艺性好，成本低，体积小，重量轻等优点
9、，从而使该型泵获得了迅速发展，一些原来生产斜毕业设计（论文）- 6 -轴式轴向柱塞泵的厂家也先后发展了斜盘式轴向柱塞泵。目前斜盘式轴向柱塞泵的连续工作压力多数在 21-35MPa 之间，其峰值压力为 28-40MPa 左右，转速一般都在 3000r/min 以下，排量大都在 300-500ml/r，近年来已发展到 2336ml/r。斜盘式轴向柱塞泵，由于体积小，重量轻，变量机构简单，惯性小，帮适用于移动设备与自动控制系统，如起重运输机械、矿山机械、机床与锻压冶金机械的液压系统中。表 1-1 斜盘式与斜轴式轴向柱塞泵特点比较型式斜盘式（盘式配流）斜轴式结构与加工结构简单，有后斜盘式与前斜盘式之分
10、，高精度零件的数量少。结构复杂，有铰式与无铰式两种，高精度零件的数量多。变量方式改变斜盘倾角变量机构简单改变缸体倾角变量机机构复杂轴承受力径向力与轴向力均不大径向力与轴向力均较大，体积与重量 不大 大理论排量qTml/r4-500 50-1000工作压力MPa21-35 21最高压力MPa28-40 35效率% 85-92 88-95斜盘式轴向柱塞泵，依其出轴方式可分为后斜盘式与前斜盘式两种。斜盘位于泵轴后端的，称为后斜盘式轴向柱塞泵，如图 1-3a 所示；斜盘位于泵轴前端的，称为前斜盘式轴向柱寒泵，如图 1-3b 所示毕业设计（论文）- 7 -图 1-3 a 前斜盘式轴向柱塞泵, b 后斜盘
11、式轴向柱塞泵我们设计的 PVB45 轻型轴向柱塞泵属于前斜盘式轴向柱塞泵该泵从总体结构上看可分为两部分:1.主体部分：该部分也称为泵的工作部分，是整个结构的核心部分，其他部分都是围绕它进行的2.变量部分：根据工作机的工况要求来控制斜盘的倾角，通过改变斜盘的倾角来改变泵的排量，进而使泵的输出压力基本保持不变，以满足工作机的要求。 在设计查阅资料过程中我们知道 PVB 型轻型轴向柱塞泵具有如下优点：首先，在上面我们已经提到 PVB 型轻型轴向柱塞泵是通轴式后斜盘轴向柱塞泵，而通轴式轴向柱塞泵其主轴穿过斜盘，且轴的两端一般是用滚动轴承支撑，取消了非通轴式那种用支撑缸体的大轴承。这样既改善了传动轴的受
12、力状态，有为提高轴承转速创造了有利的条件。其次，变量机构的活塞与传动轴平行或接近平行，并作用于斜盘的外缘，因此有利于缩小泵的径向尺寸，又可以减小变量机构所需的操纵力。而且，它还具有非通轴式泵的一般特点，即变量机构布置方便，寿命长。但是，该 PVB 型轻型轴向柱塞泵也具有通轴式轴向柱塞泵自身的缺点：首先，通轴式轴向柱塞泵由于两端用轴承支撑，支撑点相距较远，因此在传动轴设计得很粗，这样才不会导致轴因受力过大出现变形等刚毕业设计（论文）- 8 -度不合格的问题。然而轴设计的很粗必然是泵的径向尺寸增大。其次，该类柱塞泵对油液的污染敏感，对滤油精度要求较高；此外由于该类泵发展较晚，工艺、结构不如 CY
13、型泵成熟。但从发展趋势来看，它是比较有前途的。本次设计的 CY14-1 型轴向柱塞泵要求我们采用要求采用手动伺服变量。1.2 轴向柱塞泵的工作原理下面我们心手动伺服变量轴向柱塞泵为例说明斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。如图 1-7a 所示，泵轴 11 与缸体 2 为花键连接，驱动缸体旋转，使毕业设计（论文）- 9 -均布于缸体中的七个柱塞 5 绕轴轴线转动，第个柱塞头部有一滑靴 6。中心弹簧 8 通过内套 9、钢球 A、压盘 7 将滑靴缸体旋转时，柱塞随缸体转动的同时，相对缸体作往复运动，完成吸排油的工作，油液通过油道 a 吸入式排出。中心弹簧 8 通过外套 10 将缸体压紧于配流盘 1 上，起预
14、密封作用，同时又是使柱塞回程的加力装置。图 1-9 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理为了便于柱塞工作过程起见，将图 1-7a 从下死点沿柱塞分布圆分布圆展开，如图 1-9 所示。当缸体沿图示方向转动时，位于 1 处的柱塞既不向外也不向内移动，此时柱塞窗口被配流盘的隔挡封闭。当柱塞离开下死点时，因中心加力装置拖动而使柱塞相对缸体向外移动而使柱塞相对缸体的向外移动，使其底腔形成负压，如图 1-9 所示的 2、3、4 处，油液通过配流盘的配油窗口被吸到柱塞底腔内，这时，柱塞处于吸入行程，该行程直至柱塞达到 5 处，即上死点为止。柱塞位于上死点的状况和位于下死点一样，也是既不向内也不向外移动，相对移动速度为
15、零，柱塞窗口也被配流盘的隔挡封闭。缸体继续转动，柱塞便离开上死点，将被斜盘推压而向缸内移动，产生压力，压排油液，如图 1-9 所示的6、7、8 处，油液便通过配流盘的配油窗口排入压力管路，这时柱塞处于压排行程，该行程直至柱塞达到 1 处，即下死点为止。这些循环进行就会使缸体均布有 Z 个柱塞的液压泵连续不断地吸入油液。假若斜盘倾角方向不变，只改变缸体的转向，那么，由图 1-9 所示可以看出，柱塞的吸入行程与压排行程便互易过来，即吸入行程变成压排行程，压排行程变成吸入行程，因而，液压泵的吸入口变成压排口，压排口变成了吸入口，使泵的流向发生改变。毕业设计（论文）- 10 -如果缸体转向不变，改变斜
16、盘倾角的方向，如图 1-9 所示，使柱塞球头中心沿斜盘滑动的轨迹变成虚线时，柱塞的工作行程变发生互易，因而，液压泵的流向亦转换。一句话，对于盘式配油的斜盘式轴向柱塞泵而言，无论改变缸体转向还是改变斜盘倾角方向，均可改变泵的流向。所述及的这种液压泵是容积式的，所以，其流量取决于缸体的转速成和泵的排量，亦即改变其中任一个可改变泵的流量。通常将排量可变的液压泵称为变量型液压泵，而将排量不可变的称为定量型液压泵。变量型液压泵的变量型式有：手动、伺肥、压力补偿、恒压、恒流量等多种型式，至于各种变量形式将在第五章详述。图 1-7a 所示的液压泵为手动伺服变量形式，其变量调节过程如下：压力油液由流道 a 经
17、过 b、c 并通过单向阀 22 流入变量壳体 15 的下腔d。当拉杆 14 向下移动时，打开上阀口，使下腔 d 内的压力油液经过流道有流入上腔 g。由于上腔的活塞面积大于下腔的活塞面积，因此，变量活塞 16 被推向下移动，直至伺服滑阀的上阀口关闭为止，流道 e 被截止。变量活塞始终跟随伺服滑阀即拉杆移动，变量活塞的称劝带动销18，使斜盘 19 绕钢球 A 之中心转动，改变斜盘倾角 ，因而改变泵的排量，进而改变泵的流量。当拉杆 14 向上移动时，拖动伺服滑阀上移，上阀口开启，上腔 g的压力油液经流道 f 卸出，因而变量活塞 16 的移动同样使斜盘 19 改变其倾角 ，但改变方向相反。由 1-7a 所示，这种变量机构可以使斜盘的倾角在一定范围内无级调节，因而，液压泵的流量便可在正向最大排量和反向最大排量之间无级调节变量。这是一个很重要的优点。1.3 柱塞泵的结构剖析斜盘式轴向柱塞泵，由于应用日益广泛，使人们关注这种泵，相继
