1、毕业论文斜轴式轴向柱塞泵的设计摘要轴向柱塞泵作为应用广泛的一类柱塞泵，它的柱塞轴线与缸体轴线相互平行。因为结构紧凑的原因使它具有较为明显的优点，具有紧凑的结构、较轻的重量、单位功率体积小、较高的工作压力以及较高的容积效率。轴向柱塞泵在机械工业，特别是在液压系统中有着广泛的应用。本次毕业设计是对斜轴式轴向柱塞泵进行的设计，其主要性能参数为额定压力 Pn =32MPa，理论排量 v=28ml/r，转速 n=1450r/min。本文将对斜轴式轴向柱塞泵的发展状况、应用现状、轴向柱塞泵的研究现状以及工作原理进行一定的阐述。根据已知参数对连杆柱塞组、缸体、配流盘、主轴等进行设计计算。着重进行连杆柱塞组、
2、配流盘的受力分析，轴承的选择与校核，平键的强度校核。根据计算得到的相关参数绘制三维零件图以及三维装配图。关键词：柱塞泵 柱塞 缸体 配流盘The Design of Bent Axis Axial Piston PumpAbstractAxial piston pump is widely used as in mechanical industry , its position axis parallel to the cylinder axis. It has many obvious the advantages due to its compact structure, such as
3、 light weight, small size, power units, high working pressure and high volume efficiency. Axial piston pump has been widely used in the machinery industry, especially in the hydraulic system .The graduation project is to design Cline axial piston pump, the main performance parameters is given, its n
4、ominal pressure is 32MPa, the theoretical displacement is 28ml / r, speed is 1450r/min. In this paper, there are some exposition about the development status of Bent Axis Piston Pumps, application status, the status of research and how is the axial piston pump works . Based on the given parameters,I
5、 will do some calculations on the plunger rod group, cylinder, valve plate, and spindle . Be focused on the check of plunger rod group, valve plate stress analysis, bearing selection and verification, and flat key strength . Draw three-dimensional assembly drawing and parts drawing in accordance cal
6、culated parameters .Key Words : plunger pump;plunger; cylinder; valve plateIV目 录1.引言 .11.1 研究基础 .11.2 斜轴式轴向柱塞泵的特点 .11.3 国内外发展现状 .22.A2F 型斜轴式轴向柱塞泵的结构及工作原理 .32.1 斜轴式轴向柱塞泵的结构 .32.2 斜轴式轴向柱塞泵工作原理 .33.A2F 斜轴式轴向柱塞泵的基本参数 .53.1 容积效率 .53.2 机械效率 .53.3 功率与效率 .64.主要零件的设计计算 .74.1 连杆柱塞组的设计 .74.1.1 柱塞直径 dz .74.1.2
7、柱塞名义长度 .84.1.3 连杆球头直径 .84.1.4 连杆设计 .84.2 配油盘的设计 .104.2.1 过渡区设计 .104.2.2 配油盘主要尺寸确定 .114.3 缸体的设计 .124.3.1 柱塞分布圆半径 Rf.134.3.2 缸体内外直径 D1,D2 的确定 .134.3.3 缸体的高度 .144.4 球面配流副的设计 .144.4.1 缸孔油窗口倾斜角 的确定 .1504.4.2 球面半径 R 的确定 .16V4.5 主轴的设计计算 .164.5.1 主轴最小直径 .17mind4.5.2 R1 与 R 的比例 .185.运动学分析 .195.1 柱塞的位移 s.195.
8、2 柱塞的速度 v .195.3 柱塞的加速度 a.196.受力分析 .206.1 柱塞上的作用力 .206.2 连杆上的作用力 .216.2.1 连杆 A 点所受的力 .216.2.2 连杆 B 点所受的力 .226.3 主轴上的转矩 .236.4 轴承的选择与校核 .246.4.1 寿命计算公式 .246.4.2 轴承的平均负荷 .246.5 平键的强度校核 .286.6 配流盘受力分析 .286.6.1 压紧力 Py.296.6.2 分离力 Pf .296.6.3 力平衡方程 .307.三维装配图 .32结语 .33参考文献 .34致谢 .3511.引言1.1 研究基础现代液压驱动泵的应
9、用范围贯穿整个机械行业。它有着较为丰富的结构和品种，在液压系统中，常见的结构形式有轴向柱塞泵、径向柱塞泵、齿轮泵、叶片泵和螺杆泵。在如今的社会，由于科技发展的局限性，导致许多液压元件的结构发展情况都相对稳定，短时间并无重大的研究创新。而液压泵的结构设计，制造材料，应用性能却仍然继续发展。如今世界工业化国家和相对发达的地区逐渐脱离传统的液压泵的设计方法，进而采用计算机技术进行液压泵的 UG 三维设计。而 UG 是西门子公司开发的一款三维工程设计软件，它使得设计人员在产品设计过程中能够进行三维造型设计，并且能够进行一系列的分析与仿真，从而提高设计的可靠性。国内具有代表性的是浙江大学开发的先进的CA
10、D / CAM 系统，其设计基础便是 UG系统，它采用基于特征的建模技术构建产品模型，这样做的好处是可以使形状特征的表达和过程的描述一致。国内的企业和高校将会将更多的精力投入到运用计算机技术进行 UG 的开发设计中，将液压泵的开发设计工作从传统的方法中解放出来，提高设计效率以及可靠性。1.2 斜轴式轴向柱塞泵的特点斜轴泵与直轴泵因为其结构的某些相似性，常会被拿来作比较，与直轴式轴向柱塞泵相比，斜轴泵有以下一些特点：（1）斜轴泵在工作过程中存在一定的传动顺序，由主轴带动连杆，连杆带动柱塞，而柱塞带动缸体转动。传动过程中柱塞受到的径向力很小，因此允许缸体轴线与主轴轴线间存在一定的夹角，其夹角 可达
11、 25 ，最大可达 40 ，这样的好处是斜轴泵的排量较大。（2）缸体端面与配流盘采用球面配流，这种配流方式使得泵具有良好的密封性，所以泄漏量小，有效提高容积效率。（3）斜轴泵的主轴盘上均匀分布的柱塞在液压油液的作用下会对主轴盘有一定的作用力。导致主轴在转动时要同时承受较大的轴向力和径向力，所以需要采用能同时承受轴向力和径向力的轴承。而较大的轴向力和径向力直接导致轴承寿命降低，这也是斜轴泵容易发生损坏的地方。（4）因为在传动过程中主轴与缸体之间有一定的传动顺序，也就是存在一定的转速差，所以在流量较大时允许柱塞泵的转速低，有效地保护斜轴泵。2（5）斜轴泵的总效率比斜盘泵的总效率略大。但斜轴泵因为自
12、身结构的原因导致其体积较大，而变量泵要靠变换缸体轴线与传动轴轴线之间的夹角来变换流量，由于在转动中缸体以及柱塞具有较大的转动惯性，所以流量调节不灵敏。1.3 国内外发展现状中国的斜轴泵的生产开始于 20 世纪 60 年代，由于技术的欠缺，那时的品种较为单一，生产力也跟不上需求。为了解决这一问题，国内企业决定引进国外技术作为基础进行生产。20 世纪 70 年代末，北京华德液压泵厂作为先驱最早从国外引进柱塞泵技术。引进的液压泵主要包括 A2F 定量泵，A6V 变量泵， A7V 变量泵和 A8V 变量双泵。引进国外的先进技术无疑弥补了我国柱塞泵发展的一段空白，而在此基础上国人经过创新研究，同样开发出
13、了具有自主产权的柱塞泵。我国的柱塞泵经过不断地发展已经能够满足基本的工业需求。但是无论是我国产品的发展还是企业的发展与国外相比较还是有一定的差距。主要表现在：(1) 从性能方面来讲，国外产品在工作中表现出优越的性能优势，并且很快就会有更好的技术进行完善。在参数上便可看出两者的差别，力士乐柱塞泵额定压力为 35 MPa，最高压力可达 40 MPa，转速大多在 2000 r/min 以上。而 CY 系列柱塞泵则达不到这样的标准。 (2) 从市场占有率方面来讲，CY 系列的售价更低，所以在对性能要求不高的低端市场应用较广泛，但较低的价格也必然导致利润的低下。国产力士乐的产品由于其优于国产柱塞泵的性能
14、，使其在一些大型设备中有所应用。而国外产品由于其性能的优势，使其在重要的机械设备以及对精度、稳定性要求较高的场合得到广泛的应用。 (3) 从企业数量及规模方面来看，欧美国家的柱塞泵因为起步早，发展时间长，所以生产厂家在数量上要远多于国内的生产厂家，规模更大。并且由于国内柱塞泵发展起步较晚，所以在早期国内的生产厂家有很多引用国外厂家的技术，导致国内厂家发展参差不齐。 (4) 从应用场合方面来讲，就定量泵而言，国外的定量泵产品系列要多于国内；就变量泵而言，国外的变量泵发展更成熟，拥有有更多的变量方式和更大的变量范围。所以，国外产品的适应性更好，应用场合更广。虽然国内柱塞泵在很多方面较国外产品都有差
15、距，但是由于国内柱塞泵的起步较晚，所以有如今的发展已属巨大的进步。如今，国内在柱塞泵的设计研发方面已有了较为成熟的方案与思路，相信国内柱塞泵在不久的将来将会迅速发展，在性能以及可靠性方面3都能够比肩国外产品。 2.A2F 型斜轴式轴向柱塞泵的结构及工作原理2.1 斜轴式轴向柱塞泵的结构斜轴式轴向柱塞泵一般可分为定量式斜轴泵和变量式斜轴泵。而两种斜轴式轴向柱塞泵有着相似的结构，相似之处在于一般都由柱塞、主轴、中心轴、缸体、配油盘等主要零件组成。但是对于变量泵而言，因为要调节流量的大小，所以还需要有变量调节机构。缸体的中心一般都加工有中心轴孔，缸体上均匀分布着多个柱塞孔与通油孔。在柱塞孔中也都装有
16、柱塞，因为柱塞孔的轴线与缸体轴线平行，所以柱塞的中心线与缸体的轴线也是相平行。而之所以称之为斜轴式轴向柱塞泵的原因是其主轴的轴线与缸体的轴线有一定的夹角，夹角一般为 20或是 25。定量式斜轴泵中最典型的代表是 A2F 型斜轴泵，其结构如下图 2.1 所示。图 2.1 A2F 型斜轴式轴向柱塞泵结构图1-主轴 2-键 3-轴用卡环 4-轴套 5-挡圈 6-碟簧 7-深沟球轴承 8-隔圈 9-角接触球轴承 10-中心铰轴 11-回程盘 12-半环 13-轴端顶环 14-碟簧 15-缸体 16-配油盘 17-销 18-O 型密封圈 19-连杆 20-柱塞 21-O 型密封圈 22-孔用卡环 23-
17、前端盖 24-油封2.2 斜轴式轴向柱塞泵工作原理上图所示为 A2F 型斜轴泵的结构图。从图 2.1 可以看出主轴轴线与缸体轴线之间存在一定的夹角。对于 A2F 型定量泵而言，这个夹角的大小也不是固定的，一般情况下主4轴轴线与缸体轴线之间的夹角为 20或 25，夹角的大小是根据斜轴泵的排量的大小来决定的，排量不同，夹角也会有所差异。如图 2.1 所示，在主轴上装有三个球轴承，从左到右分别为一个深沟球轴承和两个压力角为 40的角接触球轴。深沟球轴承主要用来承受径向力，而角接触球轴承则要同时承受径向力和轴向力。在主轴盘上装有用螺栓固定的回程盘，而回程盘的作用主要是将连杆和中心轴的球头部分压在主轴盘
18、上，从而使得主轴盘带动连杆转动。柱塞部分伸入缸体柱塞孔中，中心轴的末端插在配油盘的中心。在中心轴上通常都装有碟簧或是螺旋弹簧，其作用是将缸体压在配流盘上，形成一定的预紧压力。图 2.2 斜轴泵工作原理1-主轴 2-连杆 3-柱塞 4-缸体 5-配流盘如图 2.2 所示，泵在工作时，由电动机带动主轴转动，而连杆跟随主轴盘回转，连杆带动柱塞转动，而柱塞带动缸体转动。在主轴和缸体在转动的过程中，柱塞一方面随着主轴转动，而另一方面由于缸体与主轴轴线之间有夹角，所以在主轴转动时柱塞在柱塞孔中做重复的往返运动。当柱塞由内往外运动时，柱塞孔容积增大，此过程为吸油过程。当柱塞由外往内运动时，柱塞孔的容积减小，
19、此过程为排油过程。53.A2F 斜轴式轴向柱塞泵的基本参数给定的数据：额定压力：32MPa理论排量：28ml/r转速：1450r/min选取主轴轴线与缸体轴线间的夹角 253.1 容积效率计算泵的理论流量 ：tbQmin/6.4015283Lnqbt 式中： 柱塞横截面积；xF柱塞外径；d柱塞最大行程；maxs柱塞数； Z传动轴转速（ =1450 r/min）bnbn计算泵的实际输出流量 ：gQmin)/(2.384.60Lbtb 式中： 为柱塞泵泄漏流量。bQ从某些方面来讲斜轴式轴向柱塞泵流量的泄漏是不可避免的，主要原因有：缸体与配油盘之间球面配流副的泄漏柱塞球头与主轴球窝之间的泄漏以及柱塞与柱塞孔之间的泄漏。为了解决这一问题，在设计柱塞泵的加工工艺时，应该尽量提高这些面的加工
