机械原理课程设计凸轮柱塞泵

考虑摩擦损失 Mb 时，实际输出扭矩 M gb 为
M gb M tb M b = 4.85106 0.2 106 5.05106
轴向柱塞泵的摩擦损失主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜
盘平面之间﹑柱塞与柱塞腔之间的摩擦副的相对运动以及轴承运动而
产生的。
泵的机械效率定义为理论扭矩 Mtb 与实际输出扭矩 M gb 之比，即
Nbr 793.33(kw) Nbc 15204(kw)
定义泵的总效率 为输出功率 Nbc 与输入功率 Nbr 之比，即
hb
=
Nbc Nbr
=
pbQtb hgb
2pM tb
1 hmb
= h h gb mb
= 0.9603 0.97 0.93
上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。对凸轮柱塞泵，


M tb M gb

M tb M tb VM b
1 1 VM b

4.85 X 106 5.05 X 106
96.03 ％
M fb
3.4 功率与效率
不计各种损失时，泵的理论功率 Ntb
Ntb
pbQtb

2 nbM gb
= 2x 1500 60
x5.05x106

793
(kw)
总效率一般为
h b
=0.85～0.95,上式满足要求。
四、凸轮柱柱塞动力学分析
柱塞运动学分析，主要是研究柱塞的往复直线运动。即分析柱
塞与缸体做相对运动时的行程﹑速度和加速度，这种分析是研究泵
流量品质和主要零件受力状况的基础。
b 0.93
4.1 柱塞行程 S：
柱塞行程 S 为 s 5cos 50t 20
3
2.4 凸轮柱塞泵工作原理
柱塞泵是一种供油装置，常用于机器的润滑系统中。它的工作原理 是:靠凸轮旋转，由凸轮作用在弹簧压紧的柱塞上，使柱塞做往复运动， 因而不断改变泵腔的容积和压力，将润滑油吸入泵腔，并排到润滑系 统中。柱塞往复运动距离，依靠凸轮的偏心距尺寸 20mm。当凸轮按逆 时针方向旋转时，凸轮旋转半径逐步减少，柱塞在压缩弹簧的作用力 下，逐步向右移动，泵腔的容积逐步增大，而压力逐步减少，润滑油 受外界大气压的作用下，推开上方单向阀门(吸油阀)的球体而进入泵 腔中。当凸轮轴继续旋转时，凸轮旋转半径逐步增大，柱塞在凸轮作 用下，克服弹簧压力往左移动，.上方 单向阀中的球体在弹簧作用下， 关紧阀门，此时，泵腔容积逐步减少，压力逐步增大， 由于润滑油 从下方单向阀(排油阀)克服弹簧压力，推开钢球，流到供油润滑系统 中，凸轮轴不断旋转达到供油不间断。
最大加速度
4.00 4.93 6.28 5.77
最大跃度
39.5 60.0
适用场合 低速轻载 中速轻载 中低速重载 中高速重载 高速中载
由表可知，等加速等减速运动规律和正弦加速度运动规律的速度 峰值较大，而除等速运动规律之外，正弦加速度运动规律的加速度最 大值最大。除了上面介绍的几种运动规律外，根据工作需要，还可以 选择其他类型的运动规律，或者将几种运动规律组合，以改善运动和 动力特性。
三、凸轮柱塞泵基本性能参数 3.1 给定设计参数
最大工作压力 Pmax 40MPa 额定流量 Q =100L/min 最大流量 Qmax 200L / min 额定转速 n=1500r/min 最大转速 nmax 3000r / min
3.2 排量﹑流量与容积效率
4
凸轮柱塞泵排量 qb 是指凸轮旋转一周，全部柱塞腔所排出油液的
泵中，排量越大，作功能力也越大。
从泵的排量公式 q

Fx smax

4
* d x 2smax
中可以看出，柱塞直径 dz
﹑
分布圆直径 Df ﹑都是泵的固定结构参数，并且当原动机确定之后传动
轴转速 nb 也是不变的量。
泵实际输出流量 Qgb 为
Qgb Qtb Qb =100-3=97（ml/min）
5
q 70.2 qb 2.54 L
Qgb 97
式中 Qb 为柱塞泵泄漏流量。
轴向柱塞泵的泄漏流量主要由缸体底面与配油盘之间﹑滑靴与斜 盘平面之间及柱塞与柱塞腔之间的油液泄漏产生的。此外，泵吸油不 足﹑柱塞腔底部无效容积也造成容积损失。
泵容积效率VB 定义为实际输出流量 Qgb 与理论流量 Qtb 之比，即
VB

Qgb Qtb
= 97 100
= 97%
凸轮柱塞泵容积效率一般为b =0.94～0.98，故符合要求。
vb 97 ％
3.3 扭矩与机械效率
不计摩擦损失时，泵的理论扭矩 Mtb 为
M tb
pb qb 2
=
12
x2.54 2
x10
6
4.85X106
N M
式中 pb 为泵吸﹑排油腔压力差。
二、概述 2.1 课程设计的题目
凸轮柱塞泵机构综合分析
2.2 课程设计的任务和目的
(1) 综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与 本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入 和归纳；
(2) 培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； (3) 加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针
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对于管接头，选择合理的视图将其轮廓线画出来。由于管接头的 毛培是铸造出来的，一些配合表面需要进行机加工，这样我们需要整 体的轮廓尺寸，只有将所有要求的尺寸都有后工人师傅才能加工出我 们所要的零件，数值依照我们测绘的值如上标注;然后就是对于一些重 要的加工面，精度要求高的地方必须有公差或者行为共擦保证，这样 才能满足使用要求，首先是表面粗糙度，对于有配合的地方表而要求 高，其中包括管螺纹、连接接触面，管螺纹其数值与和它相配合的管 螺纹是一样的，在查阅资料和老师的指导下我们取为 Ra3.2，要与活瓣 配合的两个内圆柱面的要求更高，我们定位 0.8，其他部分就是表面去 除毛刺，一般不进行机加工。还有就是行为公差，管接头的两个内圆 柱面是要与两个活瓣进行配合的，其数值擦为 0.02，这样就要求两个 面的轴线同轴，下表面要与螺塞相接就用垂直度保证接口，数值定位 0.025
五、设计分析
泵体作为柱塞泵其他零件安装的载体，其加工精度的大小直接影响 着其他零件与其的配合精度，从而影响这个柱塞泵的工作精度，假如 柱塞泵精度太低，将直接影响机器的寿命和工作情况。在整个图形绘 制完毕之后，依照零件草图、装配图，标出尺寸及尺寸公差，再对有 配合的地方选定表面粗糙度和形位公差，对于形位公差的选定,主要是 要保证泵体圆柱部分的轴线和泵体底板的平行度，底板作为安装平面， 因此对其有平面度的要求，最后对有配合的圆柱部分规定圆柱度的要 求。
产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求创新，做 到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性 主要体现在：
1. 输送介质的多样性；
2
2. 产品结构的差异性； 3. 运行要求的不同性。 从输送介质来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液 体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合 物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内 部结构要求均不同。 除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道 布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同 时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加 提高了泵结构的多元化程度。 凸轮柱塞泵的发展：近年来，凸轮柱塞泵的发展趋势呈现出了以下 一些新的特点。 1. 高速化、高压化是轴向柱塞泵的发展方向。这体现了其功率密 度的提高，而且使其可以直接与发动机匹配，应用更为方便。 2. 无论是定量还是变量的斜轴泵，由于启动性能好和传递扭矩大 的特点，都有着较好的前景。 3. 轻型轴向柱塞泵由于成本仅比叶片泵高 20%左右，但是性能却 比其高不少，可以和叶片泵进行竞争，这也是轴向柱塞泵的一个发展 方向。 4. 和电子技术相结合，实现多种控制方式。Rexroth 公司推出的 电子泵，实现对压力流量进行精确的闭环控制。此外变频控制也在液 压电梯、注塑机等领域逐步开始应用。 基于可持续发展和环保的总体背景，泵的运行环境对泵的设计又提 出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可调性增加、寿命延 长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考 虑，也必然形成泵的多元化形式。 我国的凸轮柱塞泵技术还比较落后，但旺盛的需求对凸轮柱塞泵技 术的发展有很大的推动作用。因此只要能紧跟国际技术潮流，发挥后 发优势，一定能赶上国际先进水平，甚至后来居上。 凸轮柱塞泵一般用于机床、冶金、锻压、矿山及起重机械的液压传 动系统中，特别广泛地应用于大功率的液压传动系统中。为了提高效 率，在应用时还通常用齿轮泵或滑片泵作为辅助油泵，用来给油，弥 补漏损及保持油路中有一定的压力。
螺塞部分主要是根据零件草图和装配图，画出图形，标出尺寸及尺 寸公差，然后对一-些配合的地方标出表面粗糙度及形位公差,其主要 的作用就是.上活瓣导向和密封。
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六、结 论
液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件，它 是每个液压系统中不可缺少的核心元件，合理的选择液压泵对于液压 系统的能耗﹑提高系统的效率﹑降低噪声﹑改善工作性能和保证系统 的可靠工作都十分重要。
Qb 3810
泵的理论排量 q 为
q
=
1000Q n.hv
=
1000´100 1500´0.95
=
70.2
（ml/r）
为了避免气蚀现象，在计算理论排量时应按下式作校核计算：
1
nmax .q 3 £ C p
3000
´
70.2
1 3
60
=
206
<
Cp
式中 Cp 是常数，对进口无预压力的油泵 Cp =5400；对进口压力为 5kgf/cm 的油泵 Cp =9100，这里取 Cp =9100 故符合要求。排量是液压泵 的主要性能参数之一，是泵几何参数的特征量。相同结构型式的系列
柱塞运动的行程 s﹑速度 v﹑加速度 a 与缸体转角 a 的关系如下图
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为了选择运动规律时便于比较，现将一些常用运动规律的速度、 加速度和跃度（加速度对时间的导数）列于下表：
运动规律 等速运动 等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度 五次多项式
最大速度 1.00 2.00 1.57 2.00 1.88
柱塞泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动 取得的。当今社会，可进发展日新月异，人们在以环保、电子等领域 高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对 于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发 展。随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉 应用于轴向柱塞泵的研究，使仿真和试验更为接近现实，轴向柱塞泵 设计和优化的效率大大提高。
泵实际的输入功率 Nbr 为
M tb 4.85106 M gb 5.05106 96.03 ％ Ntb 793(kw)
6
Nbr

2 nbM gb

2 nbM tb
1 mb
= 2 1500 4.85X106 1 793.33 (kw)
60
0.9603
泵实际的输出功率 Nbc 为 Nbc = pbQgb = pbQtb hgb =3 33 4.85106 95 15204 (kw)
对实际需求进行创新思维、综合和工艺制作等实际工作能 力； (4) 提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资 料能力； (5) 为将来从事技术工作打基础。
2.3 凸轮柱塞泵概述
凸轮柱塞泵简介：在工业生产中，凸轮挺杆机构为基本的传动机构。 传统的柱塞泵包括凸轮轴，该凸轮轴设置于泵体内。在凸轮轴的上方 设置于多个控制于柱塞腔内的挺柱体，所述挺柱体的一段设置有滚轮， 滚轮与所述凸轮轴上的多个凸轮的表面接触。通过凸轮轴的旋转运动， 而转换成挺柱体上下往复直线运动。
容积，即
q

Fx smax

4Leabharlann * d x 2smax =
x182 x10
4
≈2.54(L)
不计容积损失时，泵的理论流量 Qtb 为
式中
Qb

qb nb

4
d x 2smxnb
=2.54x1500
=3810(L)
Fx —柱塞横截面积； dx —柱塞外径；
smax —柱塞最大行程；
nb —传动轴转速。
最大行程 smax =2e=10
smax 2e 10
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4.2 柱塞运动速度分析 v
将 s 5cos 50t 20 对时间微分可得速度为 v 250 sin 50t
4.3 柱塞运动加速度 a
将 v 250 sin 50t 对时间微分得 a -12500 2cos50t