三葉片轉(zhuǎn)子泵畢業(yè)設(shè)計

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告題 目 三葉片轉(zhuǎn)子泵 學(xué)生姓名 劉鍇 學(xué)號 所在院(系) 機(jī)械學(xué)院 專業(yè)班級 機(jī)自082 指導(dǎo)教師 牟小云 （老師） 20 12 年 3月 7日題 目三葉片轉(zhuǎn)子泵一、選題的目的及研究意義 在廣泛應(yīng)用的各種液壓設(shè)備中，液壓泵是關(guān)鍵性的元件，它們的性能和壽命在很大程度上決定著整個液壓系統(tǒng)的工作能力，隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步， 液壓泵性能越來越完善，在各種工業(yè)設(shè)備、行走機(jī)構(gòu)以及船舶和飛機(jī)上都得到了廣泛應(yīng)用。因此對于葉片泵相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和認(rèn)識十分必要，特別是對于從事液壓相關(guān)方面工作的人更顯得尤為重要。液壓泵作為現(xiàn)代液壓設(shè)備中的主要動力元件，它決定著整個液壓系統(tǒng)的

2、工作能力。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的功能主要是將電動機(jī)及內(nèi)燃機(jī)等原動機(jī)的機(jī)械能 轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，向系統(tǒng)提供壓力油并驅(qū)動系統(tǒng)工作。在液壓傳動與控制中使用最多的液壓泵主要有齒輪式、葉片式和柱塞式三大類型。其中葉片泵是在近代液壓技術(shù)發(fā)展史上最早實用的一種液壓泵。葉片泵與齒輪式、柱塞式相比，葉片泵具有尺寸小、重量輕、流量均勻、噪聲低等突出優(yōu)點。在各類液壓泵中，葉片泵輸出單位液壓功率所需重量幾乎是最輕的，加之結(jié)構(gòu)簡單，價格比柱塞泵低，可以和齒輪泵競爭。本課題設(shè)計的定量葉片泵為雙作用葉片泵，是現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展成熟，并在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一種液壓泵，雙作用葉片泵是一般不能變量的，且徑向力平衡的,因此工作情況

3、較其它泵良好，被廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)領(lǐng)域，成為液壓工業(yè)上不可或缺的關(guān)鍵性元件。 2. 液壓葉片泵的應(yīng)用領(lǐng)域及意義 本設(shè)計所設(shè)計的定量葉片泵即雙作用葉片泵是現(xiàn)今已經(jīng)充分發(fā)展成熟的一種液壓泵，現(xiàn)今已形成了諸多型號，各種新型葉片泵也在不斷的研發(fā)中，其應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等;行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等;鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等;土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等;發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等;船舶用的甲板起重機(jī)械(絞 車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等;特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮

4、標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等;軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、 飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等都需要應(yīng)用到葉片泵。 隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，葉片泵作為其中必不可少的動力元件，已經(jīng)越來越深入到液壓系統(tǒng)等各個領(lǐng)域，起到了舉足輕重的作用。并已經(jīng)成為人們生活中不可 缺少的一種機(jī)械裝置，融入到我們生活的每一個角落。 二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等 隨著我國三葉型轉(zhuǎn)子泵市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。了解國內(nèi)外三葉型轉(zhuǎn)子泵生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分

5、關(guān)鍵。 液壓葉片泵的發(fā)展史即為葉片泵從誕生到發(fā)展的歷史，作為液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵性動力元件，它隨著液壓系統(tǒng)的誕生而誕生，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，并不斷完善以適應(yīng)新的液壓系統(tǒng)的性能要求。 液壓系統(tǒng)為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而 發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它是由 1795 年英國約瑟夫-布拉曼在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機(jī)。1905 年將工作介質(zhì)水改為油（液壓油缸）,又進(jìn)一步得到改善，其后尋找一種能為液 壓系統(tǒng)提供穩(wěn)定壓力能的動力元件的設(shè)計成為一種必然， 這時液壓泵特別是葉片泵以其簡單的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定的性能和高效的工作能力，得

6、到巨大發(fā)展，在液壓領(lǐng)域橫空出世。得到了所有從事液壓技術(shù)人員的青睞。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓葉片泵泵被廣泛應(yīng)用,特別是 1920 年以后,發(fā)展更為迅速。液壓站大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間,才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機(jī)床中有 30%應(yīng)用到了液壓泵。50 年代后期，國外出現(xiàn)壓力等級為 14.0Mpa 的葉片泵時，其噪聲值為 75dB(A)，噪聲值過高成了一個急需解決的問題。1960年起國外開始重視葉片泵噪聲問題，

7、從不斷進(jìn)行降噪研究，到70年代末和80 年代中期，一系列性能優(yōu)良的低噪聲葉片泵相繼問世，噪聲值一般可控制在 65dB(A)以下，其中日本油研公司研制的 PV2R 系列葉片泵，噪聲值甚至低至 51-62dB(A)，已達(dá)到低于同等功率電動機(jī)噪聲的水平。另外，像美國的 Denison“T6”系列葉片泵，都較好的控制了葉片泵的噪聲值，屬于性能優(yōu)良的低噪聲葉片泵。 葉片泵有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加 工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等;行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽 車等;鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等;土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置

8、、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等;發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、 核發(fā)電廠等等;船舶用的甲板起重機(jī)械(絞車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等; 特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等;軍事工業(yè)用的火 炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制 裝置等都需要應(yīng)用到葉片泵。葉片泵成為一種必不可少的液壓設(shè)備，已越來越融入到我們生活的每一個角落。 液壓葉片泵發(fā)展趨勢 1、從低壓到高壓：隨著液壓技術(shù)的進(jìn)步，對葉片泵壓力的需求越來越高，對多種性能的葉片泵也有了許多新的要求。而隨著現(xiàn)在加工技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，開發(fā)高壓的葉片泵以成為可能。以往葉片泵主要只能工作在 6.3-7.0Mp 的中低

9、壓系統(tǒng)，今年來高性能葉片泵的發(fā)展大幅度提高了葉片泵的性能，壓力等級普遍提高到 16.0-17.5Mp，越來越多更高壓力性能的葉片泵也不斷研發(fā)成功，大大豐富了葉片泵的種類和性能。 2.高效、低耗葉片泵效率逐漸提高，隨著人們環(huán)保節(jié)能意識的提高，對葉片泵的低耗已越來越得到設(shè)計師的重視，因此誕生了一批高效能、低功耗的葉片泵。 3.低噪聲和高壽命對泵結(jié)構(gòu)工藝的改善，特別是釘子曲線的設(shè)計改善，大大提高了葉片泵的壽命和降低了葉片泵工作時的噪聲。 4.機(jī)電一體化 對葉片泵與電子機(jī)械、微機(jī)等的結(jié)合實現(xiàn)簡單智能化。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計（實驗）方案

10、進(jìn)行說明設(shè)計難點及應(yīng)對 前期資料收集：1 資料缺乏 由于葉片泵相關(guān)設(shè)計與技術(shù)資料的缺乏，在設(shè)計之初的資料收集上遇到很大困難。2 應(yīng)對方法 參考國內(nèi)外相關(guān)葉片泵產(chǎn)品信息及產(chǎn)品參數(shù)，對比參考進(jìn)行設(shè)計。充分利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源，運用大學(xué)所學(xué)的相關(guān)機(jī)械設(shè)計的知識進(jìn)行設(shè)計。 泵體類型設(shè)計 ：1 選擇哪一種泵體類型 雙作用葉片泵有圓形平衡式葉片泵和方形平衡式葉片泵兩種類型，在選用上各自有自己的優(yōu)缺點，加之對于兩種類型的葉片泵具體性能參數(shù)不了解，因此在選擇用哪種結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時比較生疏。 2 應(yīng)對方法 參考收集到的葉片泵資料，詢問指導(dǎo)教師，根據(jù)現(xiàn)今葉片泵結(jié)構(gòu)趨勢進(jìn)行葉片泵結(jié)構(gòu)方案的選擇。 以下為收集到的兩種泵

11、體結(jié)構(gòu)的資料，可作為葉片泵結(jié)構(gòu)設(shè)計的選擇參考： 圓形葉片泵的主要結(jié)構(gòu)特點和存在問題： 1采用固定側(cè)板，轉(zhuǎn)子側(cè)面與側(cè)板之間的間隙不能自動補償，高壓時泄漏嚴(yán)重。只能工作在 7.0MPa 以下的中、低壓。 2進(jìn)、出油道都鑄造在泵體內(nèi)稱為暗油道，鑄造清沙困難。而且油道狹窄， 高轉(zhuǎn)速時由于流速過快，流動阻力大，容易出現(xiàn)吸空和氣蝕。 3側(cè)板與轉(zhuǎn)子均帶耳軸，雖然支承定心較好，但毛坯費料，加工不方便。這種結(jié)構(gòu)裝配時對后泵蓋聯(lián)接螺釘擰緊扭矩的均勻性要求很嚴(yán)，否則容易導(dǎo)致側(cè)板和轉(zhuǎn)子的傾側(cè)，使側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的軸向間隙不均勻，造成局部磨損。方形葉片泵主要結(jié)構(gòu)特點與圓形葉片泵相比，主要有以下改進(jìn)： 1簡化了結(jié)構(gòu)，在同等

12、排量的情況下，外形尺寸和重量比圓形泵大大減小。 2取梢轉(zhuǎn)子和側(cè)板的耳軸，改善了加工工藝性，而且可節(jié)省毛坯材料。裝配 時即使泵蓋四個螺栓的擰緊力矩不很均勻， 也不致影響側(cè)板與轉(zhuǎn)子端面的均勻密合。 3采用浮動壓力側(cè)板，提高了容積效率和工作壓力。 4進(jìn)油道設(shè)在泵體，排油道設(shè)在泵蓋，均為開式油道，不僅鑄造方便，而且油道通暢，即使高轉(zhuǎn)速工作時流動阻力也較小 5傳動釉輸入端一側(cè)的支承較強，能夠承受徑向載荷，允許用皮帶或齒輪直接驅(qū)動，有一定的耐沖擊和振動能力。 定子過渡曲線的設(shè)計：1 選用何種曲線更好 由于可作為雙作用葉片泵定子過渡曲線選用的曲線有等加速、等加速曲線， 正弦、余弦加速曲線，阿基米德螺旋線以及

13、高次曲線等，對哪一種曲線更適合本 課題設(shè)計的葉片泵，及各曲線特性對泵性能影響不是很了解。 2 應(yīng)對方法 參考相關(guān)雙作用葉片泵定子過渡曲線的技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合自己對復(fù)雜曲線的學(xué)習(xí)及相關(guān)國內(nèi)外各種曲線的研究進(jìn)展，充分了解各類曲線特性，最終形成設(shè)計方案。 目前已經(jīng)掌握的各種定子曲線的初步資料： 1等加速等減速曲線 等加速等減速曲線的速度特性曲線雖然連續(xù)，但有不光滑的折點。在兩端點和中心點三處出現(xiàn)加速度 a 的突變，使加速度變化率 J 為無窮大，產(chǎn)生很大的沖擊振動。 最大加速度 amax 值以等加速曲線為最小， 因而不易出現(xiàn)葉片與定子的脫空； 或者說，在滿足葉片不脫空條件的情況下，等加速曲線允許定于長、

14、短半徑有較大的差值。 2正弦加速曲線 正弦加速曲線雖然消除了加速度的突變，但在曲線端點處仍有加速度變化率 J 的突變，存在激振作用。 3余弦加速曲線 在定子長、短半徑和曲線范圍角一定的情況下余弦曲線的 max 值和最大壓力角 max 較小，葉片受力情況較好。 但曲線在兩端點處仍存在加速度 a 的突變，該兩處的加速度變化率 J 為無窮大，激振嚴(yán)重。 4修正的阿基米德螺線 修正的阿基米德螺線雖然速度、加速度特性曲線均連續(xù)無突變，但在端點及曲線段上等處加速度特性曲線出現(xiàn)不光滑的折點，所以加速度變化率有突變， 仍然有激振作用。 增大修正范圍角 ，可以減小加速度變化率 J 值突變的幅度。 5高次型曲線

15、高次曲線能夠充分滿足葉片泵對定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化 率等項特性的要求，尤其在控制葉片振動、降低噪聲方面具有突出的優(yōu)越性，為現(xiàn)代高性能低噪聲葉片泵廣泛采用。 高次曲線的設(shè)計計算： 1 高次曲線的計算 對高次曲線的方程的推導(dǎo)計算，對高次曲線速度、加速度、加速度變化率以及最大速度、最大加速度、最大加速度變化率和最大壓力角等的計算和校核， 對高數(shù)基礎(chǔ)要求很高。在復(fù)雜曲線的計算上遇到的設(shè)計阻力很大。2 應(yīng)對方法 在設(shè)計準(zhǔn)備階段，抓緊學(xué)習(xí)相關(guān)的高數(shù)知識，查閱葉片泵定子過渡曲線設(shè)計 相關(guān)的國內(nèi)外的研究成果，最終形成自己的設(shè)計思維。 主要通過作圖對復(fù)雜曲線相關(guān)特性進(jìn)行判斷。 可能考慮使用 Mat

16、laby 繪圖計算。 葉片傾角設(shè)計： 1 葉片傾角放置的兩種爭論 1 傳統(tǒng)觀點：平衡泵葉片應(yīng)具有一定的前傾角 傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，平衡式葉片泵的葉片應(yīng)該向旋轉(zhuǎn)方向朝前傾斜放置。以往生產(chǎn)的大多數(shù)葉片泵亦按此原則設(shè)計制造，葉片前傾角其至達(dá) 1014。定子對葉片作用的橫向分力 Ft 取決于法向接觸反力 Fn 和壓力角 ，即 Ft = Fn sin ，為了使 Fn 盡可能沿葉片方向作用，以減小有害 的橫向分 Ft ，壓力角 越小越好。因此令葉片相對于半徑方向傾斜一個角度 ， 傾斜方向是葉項沿旋轉(zhuǎn)方向朝前偏斜，使壓力角 小于 角，即 = 1 ，否則壓力角 = 將較大。 2 新觀點：認(rèn)為取葉片前傾角 = 0更為

17、合理 影響壓力角 大小的因素包括定子曲線的形狀反映為 角的大小和葉片的 傾斜角 。實際上定子曲線各點的 角是不同的，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，要使壓力角 在定子各接觸點均保持為最優(yōu)值 = = ， 除非葉片傾斜角能在不同轉(zhuǎn)角時取不同的值，且與 保持同步反值變化，而這在結(jié)構(gòu)上是不可能實現(xiàn)的。 因此，葉片在轉(zhuǎn)子上安放的傾斜角只能取個固定平均合理值，使得運轉(zhuǎn)時在定子曲線上有較多的壓力角接近干最優(yōu)值 = 。由計算機(jī)對不同葉片泵所作的計算表明，為使壓力角 保持為最優(yōu)值，相府的葉片傾斜角 通常需在正負(fù)幾度沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向朝后傾斜為負(fù)的范圍內(nèi)變化，其平均值接近于零度；加之從制遠(yuǎn)方便考慮，所以近期開發(fā)的高性能葉片泵傾向于將

18、葉片沿轉(zhuǎn)子徑向放置，即葉片的傾斜角 = 0。2 應(yīng)對方法 在兩種不同的觀點下，選擇哪一種觀點進(jìn)行設(shè)計變得十分困難。主要根據(jù) 實際情況及以后收集了解的相關(guān)資料在來進(jìn)行最終的設(shè)計方案的選定。 轉(zhuǎn)子的設(shè)計 ：1 難點：轉(zhuǎn)子槽與葉片配合 由于葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)要求自由升縮運動，因此葉片與轉(zhuǎn)子槽之間配合間隙不能太小，否則葉片卡死，但間隙過大又導(dǎo)致油液間壓差泄漏。因此對葉片與轉(zhuǎn)子槽間配合間隙有一個嚴(yán)格的要求，具體值的選擇毫無頭緒。方法與應(yīng)對：查找相關(guān)國內(nèi)外葉片泵參數(shù)資料及相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，對配合間隙進(jìn)行可行性設(shè)計，保證葉片與轉(zhuǎn)子槽間隙在一個適合的范圍內(nèi)。 2 難點：轉(zhuǎn)子強度校核 1 由于轉(zhuǎn)子槽對轉(zhuǎn)子強度有削弱作用

19、，需校核轉(zhuǎn)子強度。相關(guān)強度計算和分析 方面遇到一定困難。 方法與應(yīng)對： 復(fù)習(xí)材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容，對轉(zhuǎn)子強度進(jìn)行校核。 葉片的設(shè)計：1 難點：葉片材料的選擇 由于葉片與定子內(nèi)廓配合運動，對葉片硬度和耐摩擦能力有較高要求，因此對 葉片材料有一些特別要求。 方法與應(yīng)對： 待解決。 2 難點：葉片數(shù)設(shè)計 對于具體選擇幾個葉片的設(shè)計尚待解決。 方法與應(yīng)對： 參考相關(guān)設(shè)計手冊選擇。 配流盤的設(shè)計 ：1 難點：配流盤上油窗位置及 V 形尖槽的設(shè)計 如上圖，對配流盤油窗和 V 形夾槽的設(shè)計主要為對 角和 角的計算設(shè)計， 參考了相關(guān)書籍沒有這方面的具體設(shè)計計算資料，設(shè)計時對幾個油窗大小，V 形 槽夾角大小及它們之

20、間的夾角關(guān)系不是很明了，設(shè)計時具體取值困難。 方法與應(yīng)對： 主要參考收集到的相關(guān)國內(nèi)外葉片泵技術(shù)、產(chǎn)品等參數(shù)，查閱相關(guān)資料。具 體設(shè)計需要在設(shè)計中考慮與定子和轉(zhuǎn)子間的配合進(jìn)行選擇。2 難點：右配流盤上幾個孔的設(shè)計 參考了一些葉片泵的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在一些葉片泵的配流盤上開有幾個通孔，對 其中幾個通孔的具體作用不是很了解。 在孔的位置安排上也找不到相關(guān)設(shè)計計算資料。 方法與應(yīng)對： 資料收集和葉片泵相關(guān)知識學(xué)習(xí)還不夠，繼續(xù)加強這方面工作。傳動軸的設(shè)計 ：1 難點：花鍵軸段的設(shè)計 花鍵連接為多齒工作，承載能力高，對中性、導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中小，軸的強度削弱小，平衡式葉片泵主要承受扭矩作用且對運行中

21、的對中和穩(wěn)定性有一定要求，因此選擇將軸段加工成花鍵軸，并選擇為矩形花鍵軸。具體花鍵規(guī)格選擇及花鍵強度的校核上需要一些選擇和受力計算。 方法與應(yīng)對： 主要參考手冊上花鍵規(guī)格進(jìn)行選用和設(shè)計。2 難點：傳動軸上的力及校核 軸上的受力分析，作計算簡圖和扭矩圖等，并進(jìn)行強度及剛度的校核。相關(guān)計算過程及一些校核公式 （例如許用應(yīng)力大小的選取等） 計算起來比較麻煩。 方法與應(yīng)對： 學(xué)習(xí)鞏固材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容，參考機(jī)械設(shè)計關(guān)于軸設(shè)計和校核的相關(guān)章節(jié)，力求盡快完成對傳動軸的設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)件與配合 ：1 難點:選擇依據(jù) 雖然相關(guān)手冊上有很多配合的選用， 但對本課題設(shè)計的葉片泵具體選用何種 標(biāo)準(zhǔn)件及各結(jié)構(gòu)件具體配合公差不是很理解，選取困難。四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明 參考文獻(xiàn) 1 廣州機(jī)床研究所.雙作用葉片泵最佳過渡曲線的研究.液壓氣動與密封-第 3 期.1987 2 王子牛，李志立等.液壓泵微機(jī)測控系統(tǒng)的實驗與研究.現(xiàn)代機(jī)械-01 期.1999 3 孫毅剛，許耀銘，李慶春.液壓泵部件可