汽車燃油泵總成設(shè)計(jì)

汽車燃油泵總成設(shè)計(jì)摘要內(nèi)燃機(jī)是汽車的心臟,電噴式內(nèi)燃機(jī)因其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)而廣泛采用。電噴式內(nèi)燃機(jī)中，燃油供給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對內(nèi)燃機(jī)的性能起著一定的作用。本文針對汽車內(nèi)燃機(jī)燃油供給系統(tǒng)中燃油泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。燃油泵是內(nèi)燃機(jī)燃油供給系統(tǒng)中的重要零件，燃油泵的作用是把汽油從油箱中吸出，并經(jīng)管路和汽油濾清器壓送到化油器的浮子室內(nèi)。正是由于有了燃油泵，汽油箱才能安放到遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車尾部，并低于發(fā)動(dòng)機(jī)。燃油泵工作中承受一定的壓力，并長期浸泡在汽油中，所以要求它應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐腐蝕性；又因汽車油箱容積有限，所以燃油泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮小尺寸、輕量化設(shè)計(jì)。在本次的汽油泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以汽油泵泵芯為主要設(shè)計(jì)對象，選用Solidwork實(shí)體模型建立軟件平臺，完成對汽油泵泵芯的分析。關(guān)鍵詞：燃油泵；油壓；強(qiáng)度AutomotivefuelpumpassemblydesignAbstractInternalcombustionengineistheheartofthecar,efienginebecauseofitsperformance,fueleconomyandenvironmentalprotectionismorethantraditionalinternalcombustionengineandwidelyused.Efiengine,thefueloilsupplysystemofthemechanicalstructuredesignofinternalcombustionengineperformanceplaysacertainrole.Automobilefuelpumpintheinternalcombustionenginefuelsupplysystem,theauthorofthispaperthemechanicalstructuredesign.Fuelpumpisanimportantpartininternalcombustionenginefuelsupplysystem,thefunctionoffuelpumpissuckedoutthegasolinefromthetank,andconcessionroadandpetrolfilterpressuretothecarburetorfloatindoor.Itisbecauseofthefuelpump,thepetroltankcanputfarbeyondenginecartail,andbelowtheengine.Underpressureinthefuelpumpwork,andlong-termimmersioningasoline,soitshouldhaveenoughstrengthandcorrosionresistance;Forautomobilefueltankcapacityislimited,sofuelpumpdesign,smallsize,lightweightdesignshouldbeconsidered.Inthemechanicalstructuraldesignofthegasolinepump,gasolinepumppumpcoreasthemaindesignobject,theselectionofSolidworkentitymodelingsoftwareplatform,thecompleteanalysisofgasolinepumppumpcore.Keywords:Fuelpump；Oilpressure；Intensity引言電動(dòng)燃油泵是汽車用電腦控制的燃油控制系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，市場需求大。電動(dòng)燃油泵的主要任務(wù)是供給燃油系統(tǒng)足夠的、具有規(guī)定壓力的汽油。電動(dòng)燃油泵主要由泵芯、電機(jī)和外殼三局部組成。。永磁電動(dòng)機(jī)通電即帶動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn)，將燃油從進(jìn)油口吸入，流經(jīng)電動(dòng)燃油泵內(nèi)部,再從出油口壓出,給燃油系統(tǒng)供油。汽油噴射技術(shù)是指在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上除化油器外的另一種燃油供給及控制技術(shù).汽油噴射技術(shù)最早可以追溯到20世紀(jì)初期，德國Wright兄弟首先在他們研制的早期飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了向進(jìn)氣管內(nèi)連續(xù)噴射汽油的混合氣制備方法。1943年，德軍研制成功第一架裝有汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)。第二次世界大戰(zhàn)后期，美國開始采用機(jī)械式噴射泵向氣缸直接噴射技術(shù)。二戰(zhàn)結(jié)束后，汽油噴射技術(shù)逐漸由軍工轉(zhuǎn)向民用,應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上。國內(nèi)外有關(guān)電動(dòng)燃油泵的研究主要集中在以下幾個(gè)方面，1電動(dòng)燃油泵的參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；2噪聲的控制技術(shù)；3降低流量脈動(dòng)方法的研究；4提高電動(dòng)燃油泵的效率方法的研究；5提高電動(dòng)嫩油泵的壽命的研究。雖然國內(nèi)有很多企業(yè)在生產(chǎn)電動(dòng)燃油泵，但大局部都是仿制或引進(jìn)的國外的技術(shù)，同時(shí)由于技術(shù)保密等緣故，國內(nèi)均無該產(chǎn)品的詳細(xì)的資料可供借鑒，即使是有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)在研究，但國內(nèi)外關(guān)于電動(dòng)燃油泵相應(yīng)的公開的論文及設(shè)計(jì)手冊等還沒有，因此在電動(dòng)燃油泵的分析和設(shè)計(jì)上均有一定的難度。第1章緒論1.1課題研究背景與意義當(dāng)今汽車的3大任務(wù)是節(jié)能、環(huán)保和平安。為了提高其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平安性以及減少排放污染、增強(qiáng)舒適性，采用電子控制技術(shù)已經(jīng)成為一種不可阻擋的潮流，而且技術(shù)日益成熟、日趨普及。內(nèi)燃機(jī)是汽車的心臟，電噴式內(nèi)燃機(jī)因其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)而廣泛采用。電噴式內(nèi)燃機(jī)中，燃油供給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對內(nèi)燃機(jī)的性能起著一定的作用[1]。電動(dòng)燃油泵是電噴發(fā)動(dòng)機(jī)中燃油供給系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部件，所以我將針對汽車內(nèi)燃機(jī)燃油供給系統(tǒng)中燃油泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在早期的汽車中，汽油箱被放置在化油器的上方，汽油由重力作用進(jìn)入到化油器，但是在發(fā)生事故時(shí)，從平安角度考慮，那個(gè)位置不是最好的，并且郵箱離發(fā)動(dòng)機(jī)太近，而工作中的發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫也會增加不平安因素。因此油箱開始被放置在車座后，如在后備箱或者后備箱底部。為了讓汽油到達(dá)引擎，油泵就產(chǎn)生了，第一代是真空泵，而當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)，要想把油從后備箱送到引擎這么遠(yuǎn)，一種特殊的真空油箱也必須同時(shí)具備。到1928年，studebaker首創(chuàng)真空泵換成機(jī)械泵，通過凸輪軸來帶動(dòng)油泵搖桿來泵油為發(fā)動(dòng)機(jī)源源不斷的供油，但是由于被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)體上，在夏季往往因溫度過高而產(chǎn)生“氣阻”故障，造成燃油流通不暢，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在20世紀(jì)60年代，伴隨著航空飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射技術(shù)的擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)，汽車的噴射技術(shù)也油然而生，由于電噴技術(shù)大大提高了汽油的霧化、蒸發(fā)性能，加速性能更好，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩顯著提高等優(yōu)勢，因而更強(qiáng)更穩(wěn)定的油量供給使得電動(dòng)燃油泵也隨之而來。機(jī)械泵也隨之漸漸被取代[2]。燃油泵工作的穩(wěn)定性決定著整個(gè)汽車供油系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，故已給予必要的重視。燃油泵工作中承受一定的壓力，并長期浸泡在汽油中，所以要求它應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐腐蝕性；又因汽車油箱容積有限，所以燃油泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮小尺寸、輕量化設(shè)計(jì)。1.2課題的主要研究內(nèi)容本課題為“燃油泵總成設(shè)計(jì)”，本課題的任務(wù)是在學(xué)習(xí)掌握車輛供油系統(tǒng)工作原理、性能需求、控制策略的根底上，在指導(dǎo)老師的幫助下，對于用汽油機(jī)轎車，設(shè)計(jì)一臺燃油泵。研究過程中將所設(shè)計(jì)燃油泵在Solidworks中建立三維實(shí)體模型。1.3燃油泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀燃油泵的作用是把汽油從油箱中吸出，并經(jīng)管路和汽油濾清器壓送到化油器的浮子室內(nèi)。正是由于有了燃油泵，汽油箱才能安放到遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車尾部，并低于發(fā)動(dòng)機(jī)。燃油泵按驅(qū)動(dòng)方式的不同，可分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)式和電驅(qū)動(dòng)式兩種。1.3.1機(jī)械驅(qū)動(dòng)式燃油泵機(jī)械驅(qū)動(dòng)式燃油泵一般靠凸輪軸上的偏心輪驅(qū)動(dòng)，它的工作情況是：①吸油凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)中，當(dāng)偏心輪頂動(dòng)搖臂，拉下泵膜拉桿時(shí)，泵膜下降，產(chǎn)生吸力，汽油便從油箱內(nèi)吸出，并通過油管、汽油濾清器、進(jìn)人燃油泵的油室。②泵油當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)過一定角度不再頂動(dòng)搖臂時(shí)，泵膜彈簧伸張，頂動(dòng)泵膜上升，把汽油從出油閥壓送到化油器的浮子室[5]。但需要指出的是：汽車上使用的機(jī)械式膜片燃油泵,由于被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體上,在夏季往往因溫度過高而產(chǎn)生"氣阻"故障,造成燃油流通不暢,嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)式燃油泵已經(jīng)根本不再使用。1.3.2電驅(qū)動(dòng)式燃油泵電驅(qū)動(dòng)式燃油泵又分為以下幾種：〔1〕滾柱式電動(dòng)燃油泵由殼體、圓柱形滾柱和轉(zhuǎn)子等組成。五個(gè)滾柱在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可徑向滑動(dòng)，轉(zhuǎn)子與殼體存在一定的偏心。轉(zhuǎn)子在直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，滾柱緊壓在泵體的內(nèi)圓外表上，形成五個(gè)相對獨(dú)立的密封腔。旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)密封腔的容積不斷發(fā)生變化，在進(jìn)油口時(shí)，容積增大，形成一定的真空，將經(jīng)過過濾的汽油吸入泵內(nèi)。在出油口處，容積變小，壓力升高，汽油穿過直流電動(dòng)機(jī)推開單向閥輸出。當(dāng)輸油管路發(fā)生堵塞或汽油濾清器堵塞時(shí)，汽油壓力超過規(guī)定值，限壓閥翻開，汽油流回進(jìn)油側(cè)?！?〕齒輪式燃油泵：齒輪泵是容積泵的一種，由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪脫開側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠兩個(gè)齒輪的嚙合線來隔開的[7]。〔3〕葉片式燃油泵：葉片泵是轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片與泵殼(定子環(huán))相接觸，將吸入的液體由進(jìn)油側(cè)壓向排油側(cè)的泵。該種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)燃油泵，又稱為離心式電動(dòng)燃油泵[8]。它是依靠旋轉(zhuǎn)的葉輪來實(shí)現(xiàn)燃油的輸送。如美國的“卡特”(Carter)P4594。該電泵泵油量大，可達(dá)250公升/小時(shí)以上，并可安裝在汽油箱內(nèi)，加強(qiáng)冷卻。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工精度高，而且價(jià)格昂貴，故只被高級轎車，大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)所采用[9]。電動(dòng)燃油泵體積很小，但是泵油量與出油壓力都比擬大，因此其電機(jī)的負(fù)荷很大。所以，大局部電動(dòng)燃油泵都采用了使吸入的油流經(jīng)電機(jī)電樞后再從出油閥流出的設(shè)計(jì)，目的是冷卻電樞，保證電機(jī)正常油工作。采用這種設(shè)計(jì)的電動(dòng)燃油泵，但凡燃油流經(jīng)的機(jī)件外表，都被制造得光潔平滑，以便減少流動(dòng)阻力。也有少局部電動(dòng)燃油泵，燃油不流經(jīng)電樞而直接泵出，這種設(shè)計(jì)對其電機(jī)要求很高。當(dāng)電動(dòng)燃油泵停止工作時(shí)，出油單向閥關(guān)閉，防止油管中具有一定壓力的燃油流回到油箱去，有利于再啟動(dòng)。當(dāng)出油口堵塞造成泵內(nèi)壓力過高時(shí)，泄壓閥翻開，將燃油從泵體內(nèi)排到油箱里，以免電機(jī)負(fù)荷過高被燒壞。電動(dòng)燃油泵的電機(jī)都具有在泄壓閥短時(shí)間內(nèi)((lmin之內(nèi))失靈的情況下而不被燒壞的能力。第2章燃油泵電動(dòng)機(jī)的選擇查閱相關(guān)資料，知常用汽車燃油泵供油流量應(yīng)達(dá)7~9L/min；燃油泵出口油壓應(yīng)在2.5~4個(gè)大氣壓之間，即出口油壓在250k~400kpa之間。本設(shè)計(jì)燃油泵選擇出油口油壓為300kpa。電動(dòng)機(jī)是燃油泵的動(dòng)力來源，使得油壓由一個(gè)大氣壓提升至所需壓力值。電動(dòng)機(jī)型號的選擇關(guān)系到整個(gè)燃油泵的設(shè)計(jì)，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)外形尺寸是燃油泵設(shè)計(jì)尺寸的重要參考。所以電動(dòng)機(jī)的選擇就顯得十分重要。2.1根據(jù)車型供油流量參數(shù)推算電機(jī)功率燃油泵功率與進(jìn)出口油壓差p、流量Q之間有如下關(guān)系：P泵=Q·p故，p取200k〔汽油壓力由一個(gè)大氣壓提升至三個(gè)大氣壓〕，Q取8L/min時(shí)，泵的輸出功率：P泵=Q·p=(8L×2×)/60=27w考慮到燃油泵功率與電動(dòng)機(jī)功率間存在效率轉(zhuǎn)化，取效率為70%，那么電機(jī)功率約為39w。在考察市場上各廠家生產(chǎn)的直流電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的根底上，決定選擇北京奕山科技36SYK2340.B型直流電動(dòng)機(jī)，該型號電動(dòng)機(jī)功率為40.5w，質(zhì)量340g，外形尺寸圖見所附圖紙1。2.2根據(jù)汽油機(jī)最大耗油量、汽油流阻損失校核電動(dòng)機(jī)2.2.1根據(jù)汽油機(jī)最大耗油量校核電動(dòng)機(jī)查相關(guān)資料：汽油化學(xué)計(jì)量空燃比為14.5~15.3〔kg空氣/kg汽油〕取L0=15〔kg空氣/kg汽油〕；汽油密度ρ油=0.75×103kg/m3，空氣密度ρ空=1.2kg/m3。故進(jìn)入氣缸的油氣體積比A=·=1.07×10-4由最大功率下轉(zhuǎn)速為6000r/min，得每分鐘汽油機(jī)運(yùn)行3000周期，對1.6L排量汽油機(jī)，所需汽油流量為：Q=1.6L×3000×A=0.5136L/min=8.56ml/s所選電機(jī)符合最大供油要求。根據(jù)汽油流阻損失校核電動(dòng)機(jī)取供油管直徑為0.01m，那么油管截面面積A==7.85×10-5m2。由Q=V·A得，進(jìn)入汽油機(jī)汽油所需出口斷面平均流速V=Q/A=0.11m/s。汽油粘度系數(shù)u=0.31×10-3Pa·s，在速度V=0.11m/s，輸油管直徑d=0.01m的情況下雷諾數(shù)：===2661>=2300故汽油流動(dòng)狀態(tài)為渦流狀態(tài)。因2300<Re<3000，處于過渡區(qū)，故沿程損失系數(shù)與相對粗糙度Δ/d無關(guān)，而與Re有關(guān)：λ==0.044；對于圓管，沿程損失hf=。所以單位管長沿程損失=0.0027m/m=0.0027。局部損失=，其中δ為局部損失系數(shù)，計(jì)算后得：V2/2g=6.17×10-4m；因供油系統(tǒng)共12處有局部損失，其中10處δ取0.99，1處δ取1.98，1處δ取0.3；取根本揚(yáng)程為0.5m，估算等效揚(yáng)程H：H=0.5+×4+=0.5+0.0027×4+6.17××(0.99×10+1.98×1+0.3×1)=0.53m由以上數(shù)據(jù)可得汽油通過油管將會損失的功率==·g·h=6.42××9.8×0.53=0.033w可見電動(dòng)機(jī)輸出功率足以克服汽油流動(dòng)過程中的沿程損失和局部損失。故所選電機(jī)符合要求。第3章汽油泵泵芯設(shè)計(jì)汽油泵泵芯是汽油泵的主要部件，它的外形尺寸和重量決定了汽油泵的外形尺寸及重量，所以為了汽油泵輕量化設(shè)計(jì)，泵芯局部的材料除直流電動(dòng)機(jī)和彈簧外，都選擇PC高粘度工程塑料。PC是聚碳酸酯的簡稱，聚碳酸酯的英文是Polycarbonate，簡稱PC工程塑料，是工程塑料中的一種。作為被世界范圍內(nèi)廣泛使用的材料，PC是一種綜合性能優(yōu)良的非晶型熱塑性樹脂，具有優(yōu)異的電絕緣性、延伸性、尺寸穩(wěn)定性，耐中性油及耐化學(xué)腐蝕性，較高的強(qiáng)度、耐熱性和耐寒性，耐高溫125度，耐低溫-40度；還具有自熄、阻燃、無毒、可著色等優(yōu)點(diǎn)，在生活的各個(gè)角落都能見到PC塑料的影子，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及容易加工的特性也使其價(jià)格極其低廉。它的強(qiáng)度可以滿足從到防彈玻璃的各種需要。應(yīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求，本設(shè)計(jì)采用了三維設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用SolidWorks軟件作為三維造型軟件。SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)的視窗產(chǎn)品。是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供給，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援效勞。該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最正確軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。在SolidWorks軟件的主要模塊中，零件建模具有很好的操作性。SolidWorks提供了基于特征的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、鏡像、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。在SolidWorks軟件中的裝配模塊中，可以插入零件，也可在設(shè)計(jì)庫中導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)件，方便快捷。3.1汽油泵泵芯殼體設(shè)計(jì)汽油泵泵芯殼體是支撐電動(dòng)機(jī)同時(shí)連接泵芯各零件的重要零件，同時(shí)它的尺寸根本決定了汽油泵的外形尺寸，故應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。3.1.1汽油泵泵芯殼體外形尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)外形尺寸〔直徑36mm，電機(jī)主體長77mm〕，將殼體裝載電動(dòng)機(jī)的局部外直徑定為60mm，公差為js7；內(nèi)直徑定為46mm，公差為H8；殼體裝載電動(dòng)機(jī)的局部的深度在考慮了與殼體端蓋配合后，定為82mm。殼體裝載葉輪局部為實(shí)現(xiàn)汽油泵作用的關(guān)鍵之處，我在設(shè)計(jì)時(shí)參考了文獻(xiàn)[16]中關(guān)于汽油流道給出的相關(guān)資料，將流道設(shè)計(jì)為閉式側(cè)邊流道式。電動(dòng)機(jī)輸出軸根部直徑，即公差為17h7。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)主要靠螺釘固定在殼體上，所以與殼體配合處配合可以為間隙配合，故此處配合選基軸制優(yōu)先配合，定為17H8/h7，即孔尺寸為。電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑為，公差為6g5，與殼體配合處為防止不必要的摩擦，此處配合應(yīng)選擇為間隙配合，故此處配合定為6H7/g5，即孔尺寸為。3.1.2汽油泵泵芯殼體與泵體端蓋、殼體端蓋配合處相關(guān)設(shè)計(jì)汽油泵泵芯殼體與殼體端蓋、泵體端蓋間的連接考慮到殼體厚度及小型化，連接處螺釘選為40材料的十字盤頭螺釘M2.5×8。因?yàn)槠捅帽眯緸閴毫θ萜?，必須保證其氣密性，根據(jù)壓力容器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對法蘭螺釘?shù)拈g距的規(guī)定：一般允許螺釘?shù)淖畲箝g距，其中D為壓力容器內(nèi)直徑，Z為螺釘數(shù)量〕為：當(dāng)p≤1.6M時(shí)，≤7d；當(dāng)p=1.6~10M時(shí)，=4.5d；當(dāng)p≥10~30M時(shí)，≤4~3d。根據(jù)以上規(guī)定，本設(shè)計(jì)選定的汽油壓力為三個(gè)大氣壓，即0.3M，所以螺釘最大間距應(yīng)小于7d=7×2.5=17.5。殼體與泵體端蓋、殼體端蓋間連接螺釘分布在直徑55mm的圓上，故螺釘數(shù)Z≥==8.25，考慮到螺釘對稱性承受拉力的問題，將螺釘數(shù)量定為10個(gè)?，F(xiàn)進(jìn)行螺釘強(qiáng)度校核：由于連接處螺釘處于緊固連接狀態(tài)，故螺釘不但會受到拉力，還會有一定的扭轉(zhuǎn)，螺釘將處于正應(yīng)力和扭剪應(yīng)力共同作用的符合應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)材料力學(xué)，螺釘正應(yīng)力,其中為螺釘所收拉力，d為螺釘直徑。=49.8N；所以正應(yīng)力=10.1M。根據(jù)材料力學(xué)，對于處于正應(yīng)力和扭剪應(yīng)力共同作用的符合應(yīng)力狀態(tài)的普通受拉螺釘，只需要將其正壓力加大30%用以考慮扭剪應(yīng)力的影響，就可以按照單純受拉螺釘來計(jì)算了，所以螺釘所受等效正應(yīng)力為10.1M×(1+30%)=13.2M，遠(yuǎn)小于40材料的抗拉強(qiáng)度：750~1000M。所以所選擇的螺釘符合強(qiáng)度要求。電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑為，公差為6g5，殼體與電動(dòng)機(jī)輸出軸間應(yīng)盡量無摩擦，故該配合應(yīng)選那么間隙配合，根據(jù)基軸制常用配合表，配合選定為6G6/g5，孔尺寸為。為了泵芯密封良好，在殼體與殼體端蓋配合處，設(shè)計(jì)了凹入殼體的一段平臺，此處選擇過渡配合H8/js7，即此處孔徑尺寸為。同樣在殼體與泵體端蓋配合處選擇過渡配合H8/js7，即此處孔徑尺寸為。這樣會使得汽油從汽油泵泵芯殼體與泵體端蓋連接處滲出時(shí)，所需經(jīng)過的油路變得更加曲折，從而增加滲漏阻力，起到增加密封性的成效。另外在殼體與泵體端蓋連接處裝配時(shí)，使用石棉橡膠紙質(zhì)密封圈，從而保證汽油在300K的壓力下不會從連接處滲出。圖3-1汽油泵泵芯殼體三維模型圖汽油泵泵芯殼體相關(guān)具體尺寸見所附工程圖紙2殼體3.2汽油泵葉輪設(shè)計(jì)旋渦泵工作原理：星形輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生了離心力，液體在此離心力的作用下，由泵殼側(cè)面孔流入葉片根部并被拋向外圓，進(jìn)入兩側(cè)蓋板的槽道中。這局部液體原來隨著葉片做圓周運(yùn)動(dòng)，具有一定的速度能，在蓋板槽道中速度能變?yōu)閴毫δ?，之后又被葉片所攫取。在液體質(zhì)點(diǎn)由入口到出口的過程中，這樣的作用屢次重復(fù)，能量逐次增加，就像液體在離心水泵中受多級葉輪的作用那樣。液體在槽道中隨星形葉輪運(yùn)動(dòng)，到了截止點(diǎn)，由于槽道突然被堵塞，液體就從出口孔流出。汽油泵選定為旋渦泵，主要考慮到旋渦泵有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，揚(yáng)程高；(2)大局部旋渦泵具有自吸能力；(3)具有陡降的揚(yáng)程特性曲線，如圖4.2；(4)很多旋渦泵能實(shí)現(xiàn)氣液混輸，這對于抽送含有氣體的易揮發(fā)的液體具有重要的意義；(5)某些零件，如葉輪可使用非金屬材料模壓。旋渦泵葉輪葉片分為：徑向、朝旋轉(zhuǎn)力一向前傾、后彎直葉片、后轉(zhuǎn)角、前轉(zhuǎn)角式五種，根據(jù)流量葉片選擇為徑向式，葉片數(shù)選擇為40片。電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑為，公差為6g5，因葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)靠電動(dòng)機(jī)輸出軸與葉輪配合處帶動(dòng)，故該配合應(yīng)選那么過盈配合，配合選定為6J7/g5，孔尺寸為。圖3-2汽油泵葉輪三維模型圖3.3汽油泵泵體端蓋設(shè)計(jì)汽油泵泵體端蓋局部外直徑定為60mm，公差為js7。汽油泵泵體端蓋與泵芯殼體配合處設(shè)計(jì)一平臺，直徑，公差取js7，即。與殼體凹回的平臺配合后，使其到達(dá)與迷宮密封槽類似的密封效果。汽油泵泵體端蓋內(nèi)側(cè)還需設(shè)計(jì)一孔洞，與電動(dòng)機(jī)輸出軸構(gòu)成間隙配合，用來支撐電動(dòng)機(jī)輸出軸，限制電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑為，公差為6g5，電動(dòng)機(jī)輸出軸與汽油泵泵體端蓋內(nèi)側(cè)配合處配合定為6H7/g5，即孔尺寸為。汽油泵泵體端蓋上還應(yīng)設(shè)計(jì)汽油進(jìn)油口，因旋渦泵工作原理應(yīng)用了離心力，故進(jìn)油口應(yīng)在圓心附近，使汽油從更加靠近葉輪中心處被吸入泵中，所以進(jìn)油口設(shè)計(jì)為矩形?？紤]到機(jī)械加工工藝性，泵體端蓋外側(cè)面螺帽孔處，設(shè)計(jì)為圖4.3所示。圖3-3汽油泵泵體端蓋三維模型圖汽油泵泵體端蓋相關(guān)具體尺寸見所附工程圖紙3泵體端蓋3.4汽油泵殼體端蓋設(shè)計(jì)汽油泵殼體端蓋局部主要分布了單向閥出油口、平安閥出口和電極接頭。汽油泵殼體端蓋處不應(yīng)該僅有一個(gè)簡單的汽油出口。因?yàn)檫@會導(dǎo)致汽油泵不再工作后，汽車供油系統(tǒng)油路內(nèi)油壓將降至一個(gè)大氣壓，非常不利于汽車啟動(dòng)。為保持油路油壓，在汽油泵汽油出口處應(yīng)設(shè)置一個(gè)單向閥。當(dāng)電動(dòng)汽油泵停止工作時(shí)，出油單向閥關(guān)閉，防止油管中具有一定壓力的燃油流回到油箱去。當(dāng)出油口堵塞造成泵內(nèi)壓力過高時(shí)，泄壓閥翻開，將燃油從泵體內(nèi)排到油箱里，以免電機(jī)負(fù)荷過高被燒壞，或泵內(nèi)油壓過高，破壞汽油泵結(jié)構(gòu)，使汽油泵報(bào)廢。電極接頭位置分配在靠近圓周處，主要是考慮到為單向閥、平安閥留出足夠的空間，同時(shí)方便裝配時(shí)接線，到達(dá)小型化設(shè)計(jì)。單向閥、平安閥處螺紋假設(shè)從密封考慮，應(yīng)選擇圓錐管螺紋，但因此處尺寸較小，出口處受沖擊、振動(dòng)較頻繁且不常拆卸，故用耐受沖擊、振動(dòng)的細(xì)牙普通螺紋代替圓錐管螺紋，裝配時(shí)加裝密封橡膠墊，即可保證此處螺紋密封性。所以單向閥、平安閥處螺紋大徑D=12，中徑=10.863，小徑=10.106，螺距p=1.5，牙型角=60°。汽油泵殼體端蓋局部與泵芯殼體配合處設(shè)計(jì)一平臺，直徑，公差取js7，即，與殼體凹回的平臺配合后，使其到達(dá)與迷宮密封槽類似的密封效果?？紤]到機(jī)械加工工藝性，泵體端蓋外側(cè)面螺帽孔處，設(shè)計(jì)為圖4.5所示。圖3-4汽油泵殼體端蓋三維模型圖汽油泵殼體端蓋相關(guān)具體尺寸見所附工程圖紙4殼體端蓋3.5汽油泵泵芯單向閥、平安閥柱塞設(shè)計(jì)汽油泵泵芯單向閥、平安閥柱塞底端選擇半球形，這是基于單向閥或平安閥在開啟、閉合時(shí)需保證良好的與殼體端蓋出油口的同軸性。半球形底端開啟時(shí)受力均勻，閉合時(shí)不會卡在出油口之外無法閉合。柱塞桿部直徑與單向閥、平安閥彈簧內(nèi)徑相同，以保證彈簧承受豎直方向上的壓力，這保證了彈簧能夠提供正確的單向閥或平安閥的開啟壓強(qiáng)控制，同時(shí)延長彈簧壽命。圖3-5汽油泵泵芯單向閥、平安閥柱塞三維模型圖3.6汽油泵泵芯單向閥、平安閥彈簧設(shè)計(jì)汽油泵泵芯單向閥、平安閥彈簧受力循環(huán)次數(shù)一般在十萬次數(shù)量級，故屬于Ⅱ類彈簧，選擇彈簧形式為底端磨平無死圈型。選用彈簧材料為65Mn，彈簧中徑=5mm，，彈簧形變量=4mm。由以上參數(shù)得其許用切應(yīng)力[]=560M；切變模量G=81400~78500M取G=80000M；。3.6.1汽油泵泵芯單向閥彈簧設(shè)計(jì)由本設(shè)計(jì)說明書第二章所定汽油泵選擇出油口油壓為300k，汽油泵泵芯單向閥彈簧所受力：F=p·s==3.77N，式中s為出油口面積。彈簧旋繞比〔彈簧指數(shù)〕C=。根據(jù)汽油泵泵芯單向閥彈簧強(qiáng)度要求，確定彈簧絲直徑d：彈簧絲直徑d由以下三個(gè)公式相互作用決定，故需經(jīng)過屢次驗(yàn)算。d=1.6；k=C=經(jīng)過屢次驗(yàn)算，最后確定d=0.45，C=11。C在國家旋繞比推薦值范圍內(nèi)〔d在0.1~0.5之間，C應(yīng)在7~14之間〕。彈簧剛度推導(dǎo)汽油泵泵芯單向閥彈簧圈數(shù)：n==3.48；根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定，彈簧圈數(shù)少于15圈的，n應(yīng)該是0.5圈的倍數(shù)，故彈簧實(shí)際圈數(shù)為3.5圈。3.6.2汽油泵泵芯平安閥彈簧設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)中汽油泵泵芯出油口油壓為300k，選定汽油泵平安閥泄壓壓力為400k。汽油泵泵芯平安閥彈簧所受力：F=p·s==5.03N，根據(jù)本設(shè)計(jì)小節(jié)方法，經(jīng)屢次試驗(yàn)計(jì)算后，確定汽油泵平安閥彈簧絲直徑d=0.5，C=10。C在國家旋繞比推薦值范圍內(nèi)〔d在0.1~0.5之間，C應(yīng)在7~14之間〕。彈簧剛度推導(dǎo)汽油泵泵芯單向閥彈簧圈數(shù)：n==3.97；根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定，彈簧圈數(shù)少于15圈的，n應(yīng)該是0.5圈的倍數(shù)，故彈簧實(shí)際圈數(shù)為4圈。圖3-6汽油泵泵芯單向閥、平安閥彈簧三維模型示意圖3.7汽油泵泵芯單向閥出油口設(shè)計(jì)汽油泵泵芯單向閥出油口一端與油管相連，另一端與殼體端蓋單向閥出油口相連。與油管相連處為密封考慮，設(shè)計(jì)了兩個(gè)槽，裝配時(shí)將該段插入油管，在連接處油管外加裝可調(diào)直徑的油管卡環(huán)加強(qiáng)固定，即可保證油路的密封性。與殼體端蓋單向閥出油口連接處，螺紋參數(shù)：大徑D=12，中徑=10.863，小徑=10.106，螺距p=1.5，牙型角=60°。此處螺紋強(qiáng)度將在有限元分析時(shí)予以校核。圖3-7汽油泵泵芯單向閥出油口三維模型圖汽油泵泵芯單向閥出油口相關(guān)具體尺寸見所附工程圖紙單項(xiàng)閥出油口3.8汽油泵泵芯平安閥出油口設(shè)計(jì)汽油泵泵芯單向閥出油口與殼體端蓋平安閥出油口連接處，螺紋參數(shù)：大徑D=12，中徑=10.863，小徑=10.106，螺距p=1.5，牙型角=60°。此處螺紋強(qiáng)度將在有限元分析時(shí)予以校核。圖3-8汽油泵泵芯平安閥出油口三維模型圖第4章汽油泵外殼設(shè)計(jì)汽油泵外殼用來支撐汽油泵泵芯，使其保持垂直狀態(tài)，并用來將汽油泵固定在油箱上，實(shí)現(xiàn)安裝、拆卸方便的需求。同時(shí)汽油泵外殼還用來固定油箱油液面?zhèn)鞲衅鳌?.1汽油泵外殼殼體設(shè)計(jì)汽油泵外殼殼體外直徑90mm，內(nèi)直徑70mm，公差H8，高165mm。外殼殼體與汽油泵泵芯配合應(yīng)有一定的固定汽油泵泵芯的作用，但又不宜使用過盈配合，應(yīng)選擇略松的過渡配合，該處配合選擇基孔制優(yōu)先配合60H7/k6，即孔為，汽油泵泵芯為。與汽油泵濾網(wǎng)架配合選擇基孔制優(yōu)先配合40H8/h7，即孔為。經(jīng)過與本組負(fù)責(zé)汽油泵電子局部設(shè)計(jì)的同學(xué)協(xié)商，用來固定油箱油液面?zhèn)鞲衅鞯木植繛檫呴L46的矩形，并在四個(gè)角留了M2.5的螺紋孔，用以固定油液面?zhèn)鞲衅?。汽油泵外殼殼體與汽油泵外殼端蓋連接處選用M2.5螺釘連接。圖4-1汽油泵外殼殼體三維模型圖4.2汽油泵外殼端蓋設(shè)計(jì)汽油泵外殼端蓋用來連接汽油泵外殼與汽車油箱，將汽油泵固定在油箱上。同時(shí)與汽油泵外殼的配合還起到了固定汽油泵泵芯的作用。汽油泵外殼端蓋與汽油泵外殼連接處選用M2.5螺釘連接。汽油泵外殼端蓋與油箱連接處，開有六個(gè)對稱小槽作為汽油泵平安閥開啟時(shí)的汽油泄流口。泄流口開在上方而非下方外殼殼體上，是考慮到防止汽油不經(jīng)過濾網(wǎng)而經(jīng)過該泄流口進(jìn)入汽油泵，汽油雜質(zhì)對泵芯出入口造成阻塞。汽油泵外殼端蓋與汽油泵外殼配合處選擇間隙配合，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，配合定為70H8/h7,即此處外形尺寸為。圖4-2油泵外殼端蓋三維模型圖4.3汽油泵濾網(wǎng)架設(shè)計(jì)汽油泵濾網(wǎng)架與汽油泵外殼配合40H8/h7，即濾網(wǎng)架外直徑為，其內(nèi)直徑定為34mm。六個(gè)支撐桿寬2mm，厚3mm。圖4-3汽油泵濾網(wǎng)架三維模型圖第5章油位傳感器的設(shè)計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn)GB\T7665-2005《傳感器通用術(shù)語》對傳感器的定義為：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可以輸出信號的器件或裝置。傳感器的共性是能夠利用物理定律或物質(zhì)的物理,化學(xué)，生物等特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量。油位傳感器就是能夠感受郵箱里油量的多少，通過轉(zhuǎn)換元件講感測到的油量轉(zhuǎn)換成電信號，再通過一系列的轉(zhuǎn)換將電信號換算成對應(yīng)的油量顯示油表上。一般由于郵箱的不規(guī)那么性，轉(zhuǎn)換比例不一定是線性關(guān)系。另外，由于不同型號的郵箱的結(jié)構(gòu)差異性，同一型號的油位傳感器搭配不同的郵箱使用時(shí)算法必須對應(yīng)。電阻式油位傳感器的工作原理是：通過郵箱內(nèi)浮子的上下浮動(dòng)來帶動(dòng)油位傳感器電子元件滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)。隨著油量的變化，滑動(dòng)變阻器的阻值會發(fā)生相應(yīng)的變化，油油位傳感器將產(chǎn)生的電信號傳遞給油表，再按照一定的比例轉(zhuǎn)換成為汽油的油量，最終將油量顯示在油表上。電容式的油位傳感器的工作原理是：電容式油位傳感器的傳感局部是一個(gè)同軸的容器，當(dāng)油進(jìn)入容器后引起傳感器殼體和感應(yīng)電極之間電容量的變化，這個(gè)變化量通過電路的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行精確的線性和溫度補(bǔ)償，輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號供給顯示儀表。超聲波油位傳感器的工作原理：聲波在兩種介質(zhì)的密度相差懸殊的環(huán)境中傳播時(shí),聲波幾乎全部被反射。利用聲波的傳輸特性，測量油位的高度，再通過一系列轉(zhuǎn)換將油量顯示在油表上。由于目前電阻式油位傳感器應(yīng)用得最普遍，所以本次設(shè)計(jì)選用電阻式油位傳感器。圖為電阻式傳感器建模圖：圖5-1油位傳感器三圍模型圖其工作范圍為–40℃～+125℃，基片材料為96％AL2O3陶瓷基片，導(dǎo)體材料為Ag/Pd〔20%pdor30%pd〕，電阻體材料采用高性能導(dǎo)電材料，耐磨性能好，耐磨指針用不銹鋼觸點(diǎn)，其接觸壓力為0.25±0.1N。結(jié)論與展望本文常用的電動(dòng)汽油泵為工作對象，利用Solidworks三維建模，對家庭轎車所用電動(dòng)汽油泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，本人的主要收獲和成果有：一、在前期的準(zhǔn)備工作中，通過查閱大量的期刊和文獻(xiàn)，對家庭轎車內(nèi)燃機(jī)、供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性特別是供油系統(tǒng)中電動(dòng)汽油泵局部研究現(xiàn)狀有了初步了解。二、初步掌握了Solidworks軟件三維建模模塊和裝配模塊，結(jié)合任務(wù)書要求，并經(jīng)過大量的參數(shù)搜集工作，參考各方參數(shù)，最終確定汽油泵電動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)而確定了直流電動(dòng)機(jī)的外形尺寸參數(shù)。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的外形尺寸參數(shù)一步步設(shè)計(jì)了汽油泵泵芯局部各零件，并對泵芯各零件進(jìn)行裝配。根據(jù)泵芯裝配體尺寸，進(jìn)行了汽油泵外殼局部設(shè)計(jì)。在這一過程中，我體會到了三維設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)者的幫助之大，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)者可以很直觀、很形象的從各角度觀察所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，有利于設(shè)計(jì)者對產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)微之處的把握，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。汽車燃油泵是汽車燃油供給系統(tǒng)中的重要組成局部，國內(nèi)外對燃油泵也再不斷的設(shè)計(jì)研究，燃油泵的技術(shù)不僅是反映汽車綜合性能技術(shù)情況的重要指標(biāo)，而且對汽車的合理使用等都有著重要的意義。隨著世界經(jīng)濟(jì)的開展、人們生活水平的日益提高，汽車正廣泛進(jìn)入千家萬戶，對汽車的需求量也在每年遞增。20世紀(jì)后，中國汽車產(chǎn)量迅速上升，2004年我國汽車保有量已到達(dá)2830萬輛，預(yù)計(jì)到2010年，汽車保有量將到達(dá)4500到5000萬輛。電動(dòng)燃油泵是汽車用電腦控制的燃油控制系統(tǒng)的重要部件，而且是易損件，所以其需求量是很大的。因此，對汽車燃油泵總成的設(shè)計(jì)研究有著重大的意義。致謝經(jīng)過幾個(gè)月的查資料、整理材料、寫作論文，時(shí)光匆匆飛逝，四年的努力與付出，隨著設(shè)計(jì)的完成，終于讓我在大學(xué)的生活，得以畫下了完美的句號。首先，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)為我們提供了良好的論文編寫環(huán)境。只有這一切環(huán)境和制度的保障，才使我的論文得以順利的完成。同時(shí)還要感謝辯論組的領(lǐng)導(dǎo)和老師，對我們的論文進(jìn)行仔細(xì)審閱并提供珍貴的意見，幫助我們進(jìn)一步完善了論文的編寫，提高了論文的質(zhì)量。論文得以順利完成，還要特別感謝何老師，因?yàn)檎撐膶?shí)在何老