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基于虚拟样机技术的偏心柱塞泵建模与仿真研究
发布时间：
【题　名】基于虚拟样机技术的偏心柱塞泵建模与仿真研究
【作　者】王建臣 吾雪青
【机　构】浙江工业大学浙西分校机电控制工程系 浙江衢州324000 衢江区农机管理站 浙江衢州324000
【刊　名】《组合机床与自动化加工技术》2009年 第6期 44-47页　共4页
【关键词】三维建模 偏心柱塞泵 ADAMS 运动学仿真
【文　摘】在分析偏心柱塞泵机构运动简图和工作原理的基础上,运用CAXA实体设计软件创建了该机构的三维模型。通过Parasolid传输标准将CAXA环境下的偏心柱塞泵装配体模型文件导入ADAMS环境中,实现了偏心柱塞泵虚拟样机的创建及运动学仿真。结果表明,利用虚拟样机技术能够模拟偏心柱塞泵各构件复杂的运动关系,方便、快捷地得到各运动构件相应的动力学特性,从而为偏心柱塞泵的设计与开发提供了有力的软件验证方法,为建立物理样机打下了坚实的基础。
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径向柱塞泵的设计
【摘要】：介绍了一种新型径向柱塞泵的工作原理及改进后柱塞泵的应用效果。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TH322【正文快照】：
１一般径向柱塞泵的工作原理液压泵是向液压系统提供高液压油的一种动力元件，其中柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，由密封的工作腔容积发生变化来实现吸油和压油的。对于径向柱塞泵，其工作原理如图１：定子内表面是一个圆形，转子与定子间有一偏心距e，当转子旋转时，柱
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密级；公开
国际图书分类号：621．6
西南交通大学
研究生学位论文
二零一一年一月十一日
Index：TH322
Classified
U．D．C：621．6
SouthwestUniversity
MasterThesis
FORTHEINFLUENCEOF
THEDEFORMATIONOFTHE
PARTSTOTHEPERFORMANCE
THEAX队LPISTON
Grade：2008
Candidate：LiYuhui
DegreeApplied
andElectrical
engineering
Speciality：Mechanical
Supervisor：Pro．Wang
西南交通大学
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【论文字数】17499&
【论文页数】45&
【推荐指数】 好
任务及要求：
1要保证论文，图纸，以及外文文献等与设计相关的内容的完整性。
2设计100Mpa径向柱塞泵，同时对径向柱塞泵的进行一定的理论分析
3完成压力100MPA径向柱塞泵的方案及结构设计以及计算过程?说明书
4画出压力100MPA径向柱塞泵的方案装配图，零部件图，A0图纸两-三张
5编写不少于12000字说明书
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p提高系统的效率p降低噪声p改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要
本设计对径向柱塞泵进行了分析,主要分析了径向柱塞泵的分类,对其中的结构,例如, 等进行了分析和设计,还包括它们的受力分析与计算.还有对柱塞缸的材料选用以及校核很关键;最后对变量机构分类型式也进行了详细的分析,比较了它们的优点和缺点.该设计最后对径向柱塞泵的优缺点进行了整体的分析,对今后的发展也进行了展望.
关键词: 柱塞泵,液压系统,结构型式,今后发展.
p exaltation the efficiency p of the system to lower a Zao voice p an improvement work function and assurance system for liquid pressing system of of dependable work all very important
This design filled a pump to carry on toward the pillar to the stalk analytical, mainly analyzed stalk to fill the classification of pump toward the pillar, as to it's win of structure, for example, the structure of the piston type、the structure of the cylinder block type etc. to carry on analysis and design, also include their is analyze by dint with calculation.The material which still has a body to the urn chooses in order to andFinally measure an organization classification towards change, the pattern also carried on detailed analysis and compared their advantage and weakness.That design end filled the merit and shortcoming of pump to carry on whole analysis toward the pillar to the stalk and also carried on an outlook to aftertime's development.
Keyword: The pillar fills a pump, the liquid presses system, structure pattern, will develop from now on.
摘 要…………………………………………………………………………………………… Ⅰ
绪论……………………………………………………………………………………………3
1超高压液压技术…………………………………………………………………………… 5
1.1概述………………………………………………………………………………………… 5
1.2超高压液压技术的特点…………………………………………………………………… 5
1.2.1超高压小流量………………………………………………………………………… 5
&&& 1.2.2采用柱塞副结构............................................................................ 5
1.2.3要求专用的液压介质………………………………………………………………… 5
1.2.4要求严格的密封……………………………………………………………………… 6
1.2.5要求较高的精度……………………………………………………………………… 6
1.3超高压液压源及其装置……………………………………………………………………6
1.3.1 超高压泵………………………………………………………………………………6
&&& 1.3.2 超高压力下的密封......................................................................... 6
1.4 超高压液压介质………………………………………………………………………… 8
2柱塞缸旋转和柱塞缸固定径向柱塞泵工作原理与性能参数…………………… 9
2.1柱塞缸旋转径向柱塞泵工作原理………………………………………………………9
2.2柱塞缸固定的阀式配流径向柱塞泵工作原理………………………………………… 10
2.3 直轴式径向柱塞泵主要性能参数…………………………………………………… 12
2.3.1排量p流量与容积效率……………………………………………………………… 12
2.3.2 扭矩与机械效率……………………………………………………………………… 13
2.3.3功率与效率…………………………………………………………………………… 14
3& 径向柱塞泵运动学及流量品质分析…………………………………………………15
3.1柱塞运动学分析…………………………………………………………………………15
3.1.1柱塞行程S……………………………………………………………………………15
3.1.2柱塞运动速度分析v…………………………………………………………………16
& &&3.1.3柱塞运动加速度a……………………………………………………………………16
3.2瞬时流量及脉动品质分析……………………………………………………………… 17
3.2.1脉动频率………………………………………………………………………………19
3.2.2脉动率…………………………………………………………………………………19
4柱塞受力分析与设计………………………………………………………………………21
4.1柱塞受力分析…………………………………………………………………………… 21
4.1.1柱塞底部的液压力 …………………………………………………………………21
4.1.2柱塞惯性力 …………………………………………………………………………21
4.1.3偏心轴反力N…………………………………………………………………………21
4.1.4柱塞与柱塞腔壁之间的接触应力 和 …………………………………………21
4.1.5摩擦力 和 ………………………………………………………………………21
4.2柱塞设计……………………………………………………………………………… 24
4.2.1柱塞结构型式…………………………………………………………………………24
4.2.2柱塞结构尺寸设计……………………………………………………………………25
4.2.3柱塞摩擦副比压Pp比功 验算……………………………………………………26
5柱塞缸受力分析与设计………………………………………………………………… 28
5.1柱塞缸的结构布置……………………………………………………………………… 28
5.2柱塞缸主要结构尺寸的确定…………………………………………………………… 28
5.2.1柱塞缸分布角度 和面积F…………………………………………………………28
&&& 5.2.2柱塞缸内p外直径 p 的确定…………………………………………………30
5.2.3柱塞缸高度H………………………………………………………………………… 30
6柱塞回程机构设计…………………………………………………………………………31
7偏心轴受力分析与设计…………………………………………………………32
7.1偏心轴的结构形式…………………………………………………………………… 32
7.2偏心轴的强度校核………………………………………………………………………32
8变量机构…………………………………………………………………………………… 36
8.1泵吸油管节流变量……………………………………………………………………… 36
8.2利用力调节方式进行变量………………………………………………………………36
8.3压力反馈恒压变量………………………………………………………………………37
&8.4电液比例恒压变量………………………………………………………………………38
8.5液压伺服变量……………………………………………………………………………38
结论…………………………………………………………………………………………… 40
参考文献………………………………………………………………………………………41
致谢…………………………………………………………………………………………… 42
随着工业技术的不断发展，液压传动也越来越广，而作为液压传动系统心脏的液压泵就显得更加重要了。在容积式液压泵中，惟有柱塞泵是实现高压的一种最理想的结构，径向往塞泵的径向尺寸大、径向力也大，常用于大扭炬、低转速工况，做为按压马达使用。径向柱塞泵具有结构紧凑，转动惯量小、容积效率高，运转平稳，噪声低，工作压力高等优点。由于上述特点，径向柱塞泵被广泛使用于工程机械、起重运输、冶金、船舶等多种领域。航空上，普遍用于飞机液压系统、操纵系统及航空发动机燃油系统中。是飞机上所用的液压泵中最主要的一种型式。
本设计对柱塞泵的结构作了详细的研究，在柱塞泵中有阀配流p轴配流两种配流方式。这些配流方式被广泛应用于柱塞泵中，并对柱塞泵的高压p高速化起到了不可估量的作用。可以说没有这些这些配流方式，就没有柱塞泵。但是，由于这些配流方式在柱塞泵中的单一使用，也给柱塞泵带来了一定的不足。设计中对柱塞缸的尺寸p结构等也了设计；对柱塞的回程结构也有介绍。
柱塞式液压泵是靠柱塞在柱塞腔内的往复运动，改变柱塞腔容积实现吸油和排油的。是容积式液压泵的一种。柱塞式液压泵由于其主要零件柱塞和缸体均为圆柱形，加工方便配合精度高，密封性能好，工作压力高而得到广泛的应用。
&&& 柱塞式液压泵种类繁多，按柱塞运动形式可分为轴向柱塞式和径向往塞式两大类，前者柱塞平行于柱塞缸轴线，沿轴向运动。后者柱塞垂直于传动轴，沿径向运动。这两类泵既可做为液压泵用，也可做为液压马达用。
泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。
&& &正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。
柱塞式液压泵的显著缺点是结构比较复杂，零件制造精度高，成本也高，对油液污染敏感。这些给生产、使用和维护带来一定的困难。
100Mpa及以上超高压柱塞泵应用于各种液压机的动力源，实现金属和非金属制品的加压、增压和保压。同时也广泛应用来驱动各种液压机具，实现拉、压、弯、扭和剪切作业。由于超高压泵应用场合的特殊性，排量一般较小。在流量较大场合，可与低压泵配合使用。
1 超高压液压技术
　　柱塞泵是的一个重要装置。它依靠柱塞在柱塞缸中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有高、结构紧凑、效率高和调节方便等优点,工程应用中的液压技术通常采用的压力为35MPa以内。因为这个压力下的液压元件和液压系统具有较高的技术经济性。但在某些场合，诸如液压机具、压力容器、金属挤压等方面采用的压力常在100MPa左右，有的甚至高达600MPa以上，当液压系统压力超过32MPa时，通常称为超高压液压压力。在这一压力域中，有着许多一般液压技术所未考虑的特殊性。这些特殊性形成了独特的超高压液压技术。超高压液压技术工程机械、运输机械、锻压机械、船舶和飞机等方面都有广泛的应用前景。
1.2 超高压液压技术的特点
1.2.1 超高压小流量
　　 超高压液压技术主要发挥超高压液压压力的优势，当超高压液压机械或系统以一定的功率工作时,由于使用的压力很高，所以流量就很小，其流量一般在1L/min左右。以极高的压力在很小的流量下工作是超高压技术的一大特征。
1.2.2 采用柱塞副结构
　　 超高压压力是对液体介质实施强大的作用力产生的，无论在超高压泵和增压器中，升压元件几乎都采用柱塞副结构。柱塞副对超高压力下的密封也具备良好的适应性。径向柱塞泵是或柱塞的往复运动方向与柱塞缸中心轴垂直的柱塞泵。径向柱塞泵是利用与传动轴垂直的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。由于柱塞和柱塞孔都是圆形，加工时可以达到很高的精度配合，因此容积效率高，运转平稳，均匀性好，低，工作压力高等优点。由于径向泵结构上的特点，确定了径向柱塞泵比轴向柱塞泵耐冲击、寿命长、控制精度高。径向结构设计克服了如轴向柱塞泵滑靴偏磨的问题。使其抗冲击能力大幅度提高。
1.2.3 要求专用的液压介质
　　 一般的液压油在超高压力下流动性锐减，体积压缩量不可忽视，后者在极大程度上影响着系统的容积效率。所以一般压力油在超高压力下难以正常工作，应该选用在超高压力下具有良好流动性和最小体积压缩量的特殊专用介质。
1.2.4 要求严格的密封
　　 在超高压力下要求所有的密封环节和元件具有高的强度，否则极易击穿。由于液压介质在升压过程中会释放能量，致使密封环节和密封部位瞬时升温，所以超高压力下的密封必须具有良好的耐热性。
1.2.5 要求较高的精度
　　 超高压液压机械和系统的加工要求和精度均较高。
1.3 超高压液压源及其装置
1.3.1 超高压泵
　　 当压力为35MPa时，一般的齿轮泵、叶片泵和柱塞泵就难以保证良好的工作性能，因此，这些泵不能作为超高压泵使用。只有特殊设计的柱塞泵才能产生和保证100MPa以上的超高压力。一般100MPa左右的液压压力可用阀配流式轴向或径向柱塞泵产生，也可用单柱塞的手动泵建立，但手动超高压泵的排量很小。每次手动仅能获得数毫升的油液输出。通常超高压力为100MPa左右的阀配流式轴向或径向柱塞泵以电机为动力，也有采用小型内燃机为动力的。
　　 液压压力超过120MPa的超高压泵多采用曲柄连杆式轴向柱塞泵，但也有用径向柱塞泵的。
1.3.2 超高压力下的密封
　　 超高压液压技术对密封要求极为严格，一方面由于间隙相同时超高压力下的泄漏比常用压力下大几倍甚至几十倍；另一方面由于超高压液压装置流量较小，一般仅为1L/min左右，因而即便是微量的泄漏也会产生很大的影响，特别是对液压系统的升压和保压性能的影响尤为突出。
　　 超高压密封虽然有它的独特要求，但它与一般的液压密封还是大同小异，因此传统的密封方式是可以参考的。需要特别指出的是，由于超高压液压技术常用于尖端科学技术研究、试验和生产中，如水射流加工、金刚石合成、高温条件下三轴仪等，其密封型式有很强的针对性和局限性，所以密封常常是特殊设计的，可供选择的超高压密封元件很少。对于大多数超高压液压系统来说，参考已有的传统的密封型式，结合超高压液压系统的独特要求，进行专用密封型式的设计和制造是解决超高压密封的主要途径和方法。
（1）.密封材料
　　 在超高压力下的密封材质受到强烈的挤压，易于产生塑性流变。升压过程中液体介质会发热，由于超高压升压压差大，瞬时温升高，促使塑性流变加剧，造成密封材料变形量大甚至击穿。而超高压力下的密封材质的弹性丧失也将使密封性能急剧下降。所以一般的密封材质是难以承受苛刻的超高压条件的。当压力在100MPa以下时，塑性材料如橡胶、皮革、氟塑料尚可使用。当压力高于100MPa时则需采用具有一定韧性的硬质材料如铝、紫铜、铅铍青铜等。
（2）密封结构
　　 图2为超高压静密封的几种常见形式，借助于螺纹力强制密封件与被密封件之间产生一定的接触应力而达到密封的结构形式。通过螺纹可调节接触压力，对密封进行调节和补偿。常用于100MPa以下的压力、要求不高的场合。
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20 12 年 6 月
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