手摇泵的设计与开发毕业论文.docx
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手摇泵的设计与开发毕业论文
手摇泵的设计与开发毕业论文
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1手动泵概述1
1.2我国轴向柱塞泵的发展现状与国外差距1
1.3手动泵的使用围2
2手摇泵的总体设计3
2.1手动泵的工作原理3
2.2设计计算3
2.2.1手柄的计算3
2.2.2螺栓的计算4
2.2.3泵体的强度计算7
2.2.4柱塞的截面应力8
2.2.5自由度的计算11
2.2.6柱塞行程的计算11
3工艺规程13
3.1柱塞的作用13
3.1.1柱塞的设计13
3.1.2技术要求14
3.1.3柱塞的工艺分析15
3.1.4柱塞工艺规程设计15
3.2柱塞缸的设计19
3.2.1柱塞缸的要求19
3.2.2柱塞缸工艺规程设计19
3.3支撑杆的设计23
3.4联板的设计25
3.5耳片及垫片的加工工艺26
3.5.1冲压件工艺分析28
3.5.2工艺方案及模具结构类型29
3.5.3主要设计计算29
3.5.4总冲压力计算30
3.6弹簧座的设计30
3.6.1零件的毛坯30
3.6.2加工余量与公差的确定30
3.7阀体的模锻工艺设计34
3.7.1模锻的结构工艺性34
3.7.2压力机上的锻模35
3.7.3分模面的确定36
3.8把的机械加工工艺规程卡片37
4精度设计38
4.1配合的选用38
4.2确定基本偏差38
5三维造型39
6结论46
7致谢47
8参考文献48
1绪论
1.1手动泵概述
近几年我国柱塞泵市场需求量呈现逐年上升的趋势。
相关应用技术的发展都对柱塞泵应用领域的进一步拓宽起到了积极作用，极大地带动了柱塞泵市场需求量的增加。
巨大的潜在市场为我国柱塞泵行业发展提供了良好的环境。
柱塞泵的应用可以分为两大类：
一类统称为"固定设备用液压装置"，如各类机床、液压机和轧钢机等；另一类统称为"移动设备用液压装置"，比如起重机、车辆和各种工程机械等。
柱塞泵是液压系统的一个重要装置。
它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸水、压水，柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。
1.2我国轴向柱塞泵的发展现状与国外差距
我国生产的轴向柱塞泵主要有引进国外技术的产品和我国自主研发的CY系列柱塞泵。
引进国外技术Rexroth、Yuken等系列，性能介于国外产品和CY泵之间。
纵观国产轴向柱塞泵发展现状，主要有以下特点。
（1）就性能指标来讲，国产Rexroth系列的排量、额定压力、转速都要比CY系列的大一些。
其额定压力35MPa，峰值压力达40Mpa；转速达到2000r/min以上，而CY系列额定压力在31.5MPa，转速一般限定在1500r/min。
（2）就市场份额来看，CY由于价格优势仍稳定占有一定的低端市场份额．但利润率低。
由于性能不稳定很难应用于工程机械、注塑机等领域。
国产Rexroth产品有少量应用于起重机等领域。
国外产品凭借性能优势占据了较大的高端市场份额。
（3）就企业情况来看，在欧美，轴向柱塞泵的生产厂家是比较多的，但在国比较有影响力的也只有六至八家，而且其中多数采用的国外的技术。
由于我国液压行业的基础薄弱，和国外的技术水平相比，国还是比较落后的，在轴向柱塞泵领域主要表现在以下几个方面。
（1）和国屈指可数的几个企业相比，国外企业数日很多、规模很大。
比如Rexroth、Eaton、Linde、Parker、Denison、Danfoss、Hawe、Yuken等：
另外小松、川崎和三菱等一些企业，生产的泵直接为自己的工程机械整机配套。
（2）国外的厂家有丰富的产品线，产品系列多，产品型号全，比如Rexroth的AF系列、AV系列、KVA系列等，为工业液压和工程机械液压行业配置了丰富的产品线。
（3）国外产品性能出色，技术更新快。
排量从几毫升到上千升，额定压力有的可达40MPa以上，自吸转速大多都在2000r/min以上，个别小排量的甚至达到8000r/min以上，而且寿命长、噪音低。
（4）就变量控制方式来讲，国外产品变量方式比较多，而且各种变量方式又有很多可选功能。
虽然有差距，但我国对轴向柱塞泵的需求却一直很旺盛，这对轴向柱塞泵的发展是一个很大的机遇，只要能够在结构和技术上不断的开拓创新，我国轴向柱塞泵技术和产品一定可以上一个新台阶。
纵览轴向柱塞泵技术漫长的发展演变，可以得出以下三点结论：
（1）轴向柱塞泵，马达在发展中，基本结构保持了稳定，高速高压以及良好的控制方法是其发展的方向。
（2）随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于泵，马达的研究，使仿真和试验更为接近现实，泵设计和优化的效率大大提高。
（3）我国的轴向柱塞泵技术还比较落后，但旺盛的需求对轴向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，甚至后来者居上。
1.3手动泵的使用围
①本泵适用于抽吸清水及对铁等无锈蚀性的液体及气体。
②若安装上喷枪，可以冲洗各种车的车身。
③将手摇泵安装在移动的小车上可以进行树上灭虫和田间喷洒农药。
④可适应小砖窑窨窑水等作业。
⑤可与太阳能热水器配套做供水之用。
2手摇泵的总体设计
2.1手动泵的工作原理
本泵结构为手压柱塞式，手柄通过连杆与柱塞连接，把运动传到柱塞上。
当柱塞往上运动时，泵体部产生真空，流体在大气压的作用下通过缸体下部的单向阀进入泵体，同时另一个柱塞的流体被压出泵体。
当柱塞往下运动时，泵体部的流体通过单向阀被压到外部，于是进入另一个循环，如下图1.1：
图1.1手摇泵运动简图
2.2设计计算
通过对给定的压强条件的分析，设计了一款手摇式柱塞泵。
以压强为条件，计算各零件的尺寸及强度应力等。
2.2.1手柄的计算
由设计可知：
当手摇臂向下压时，手摇臂及2个柱塞的受力情况如图2.1所示：
根据力矩平衡可知：
图2.1力矩简图
成年人手大约是500N。
手柄绕支点转动，手摇泵工作时，手柄连接耳片带动柱塞往复运动。
所以，手柄连接柱塞端与握手处两端力矩平衡：
F1ХL1=P1SХL2=+P2SХL3
取柱塞半径为20mm，所以S=1256.6mm2，F=500N，L2=L3=80mm，P1=14.7MPa，P2=0.1MPa。
计算求得：
L1=2975.6mm
所以把手长L=2975.6-80=2895.6mm。
2.2.2螺栓的计算
由图2.3可知：
螺栓受剪切应力。
图2.2螺栓装配图
图2.3大螺栓零件图
图2.4小螺栓零件图
由上式可知S=1256.6mm2，F2=14.7*1256.6=18472.02N，
F1=0.1*1256.6=125.66N
F1＜F2
所以，由设计图可知：
每一个柱塞连接都是由两个耳片相连接，所以每一个耳片受力为Fi=F2/2。
由剪切应力公式可知：
得г=Fi/A=9236.01/1256.6=7.35MPa。
Q235B常温下应力为213MPa
所以：
小螺栓的剪切应力为：
7.35MPa＜215MPa
2.2.3泵体的强度计算
根据工艺要求，需要计算泵体的圆周方向上的强度应力是否满足强度要求。
由压力容器的厚壁公式可计算：
б=p（r2-r1）2/r22-r21
=2.94MPa＜215MPa
所以可以用Q235B进行加工。
图2.5柱塞缸零件图
图2.6柱塞缸三维图
2.2.4柱塞的截面应力
由设计要求可知：
柱塞的截面压应力大于拉应力；
柱塞的截面面积为：
A=лr21=1256.6mm2
所以：
柱塞的截面拉应力为：
б=F/A=14.7MPa＜Q235B=215MPa。
图2.7柱塞零件图
图2.8柱塞三维图
2.2.5自由度的计算
由机构简图2.9可以看出：
图2.9机构简图
n=5,Pl=7,Pn=0；
1-把；2、3—耳片；4、5—柱塞；
由自由度计算公式：
Fx=3n-2Pl-Pn
=3Х5-2Х7-0=1
2.2.6柱塞行程的计算
泵体到支撑杆之间的距离为l1=80mm，耳片工作长度为l2=30mm，柱塞工作长度为l3=125mm，联板宽度为b=30mm，柱塞缸（泵体）的长度为l4=120mm，联板固定位置到柱塞缸的底部距离为l5=87mm，支撑板工作长度为l6=115。
所以，由设计可知：
当柱塞泵把手向下压时，柱塞缸1为最低端，而柱塞缸2为最高位置，即柱塞缸2和柱塞缸1之间的高度差为柱塞缸的最大行程。
由上述可得：
lm=l2+l3=30+125=155mm
ln=lm-l5=155mm-87mm=68mm
所以行程S=2Х（l6-ln）=2Х（115mm-68mm）=94mm
图2.10手摇泵装配图
3工艺规程
工艺规程，是指导施工的技术文件。
一般包括以下容：
零件加工的工艺路线，各工序的具体加工容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。
一个同样要求的零件，可以采用几种不同的工艺过程来加工，但其中总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的，人们把工艺过程的有关容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为“工艺规程”。
工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据，是直接指导工人操作的生产法规，它对产品成本、劳动生产率、原材料消耗有直接关系。
工艺规程编制的质量高低。
对保证产品质量第一起着重要作用。
规程：
在车间生产过程包括直接改变工件形状、尺寸、位置和性质等主要过程，还包括运输、保管、磨刀、设备维修等辅助过程。
生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质使其成为预期产品的这部分主要过程称之为工艺过程。
零件依次通过的全部加工过程称为工艺路线或工艺流程。
技术人员根据工件产量、设备条件和工人技术情况等，确定并且用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机械加工工艺规程。
工艺卡：
它一般是按零件的工艺阶段分车间、分零件编写，包括工艺过程卡的全部容，只是更详细地说明了零件的加工步骤。
卡片上对毛坯性质、加工顺序、各工序所需设备、工艺装备的要求、切削用量、检验工具及方法、工时定额都作出具体规定，有时还需附有零件草图。
工序卡：
这是一种最详细的工艺规程，它是以指导工人操作为目的的进行编制的，一般按零件分工序编号。
卡片上包括本工序的工序草图、装夹方式、切削用量、检验工具、工艺装备以及工时定额的详细说明。
3.1柱塞的作用
柱塞在泵中与柱塞套配合，用它实现泵的工作行程。
3.1.1柱塞的设计
柱塞是手摇泵的主体部分，所以尺寸精度要求较高，需通过精加工工艺。
图3.1柱塞零件图
3.1.2技术要求
手摇泵柱塞设计需要考虑与柱塞缸的配合，其必须达到一定的气密性，因此两者之间的配合采用过盈配合；参考以往成熟产品的经验，及综合考虑，活塞材料选为丁腈橡胶。
丁腈橡胶具有优良的耐油性、耐水性、耐磨性和气密性。
3.1.3柱塞的工艺分析
该零件是细小的轴类零件，其形状规则、尺寸精度、形位精度要求均较高，零件的主要技术要求如下：
（1）外圆柱面直线摆差0.001mm，主要是保证能正确的安装到柱塞里，在操纵时移动灵活，外圆柱表面受力均匀。
（2）零件经检验应保证零件的强度、硬度及刚度，在外力作用下，不发生意外事故。
3.1.4柱塞工艺规程设计
（一）确定零件的材料
有零件的要求可知，零件的材料为Q235B，考虑到尺寸大小，精度要求形状为圆柱，所以选择冷拉刚，足以瞒足要求。
（二）基准的选择
柱塞是轴类旋转体，且每个表面均要加工，宜选择加工余量最少的表面作为粗基准，即外圆表面。
根据基准重合原则，选择设计基准轴的中心线作为精基准，以保证零件尺寸精加工度。
（三）加工夹具的选择
车削切削力较小，采用三爪卡盘作为夹具则满足要求。
外圆磨床使用鸡心夹具。
（四）机床和刀具的选择
机床：
加工过程采用粗车，半精车，精磨，钻孔，扩孔，铰孔，根据《机械加工工艺手册》，选用普通车床CA6140，主轴转速10-1800r/min，圆柱度0.01，粗糙度1.6，磨床选择万能外圆磨床M1432，圆柱度0.003，粗糙度0.2。
刀具：
车刀选用外圆车刀，端面车刀，切断刀，Ф9.5钻头，铰刀，砂轮。
（五）加工余量与公差的确定
表3.1加工余量与公差
柱塞
加工余量/mm
表面粗糙度
公差
粗车
1.5
半精车
1.0
精车
0.6
磨
0.8
IT7
机械加工工艺过程卡片
表3.2柱塞机械加工工艺规程
A
机械加工工艺过程卡片
产品名称
手摇泵
零件名称
柱塞
材料
Q235B
毛坯种类
棒料
毛坯尺寸
Ф45Х140
毛坯件数
1件
每台件数
1件
工序号
工序名称
工序过程
工序容
车间
工段
车床
刀具
夹具
量具
1
热
正火
2
车
粗车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
3
车
粗车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
4
热
调质
5
车
半精车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
6
车
半精车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
7
车
端面倒角
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
8
车
精车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
9
车
切断、调头装夹
CA6140
切断刀
三爪卡盘
10
车
粗车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
11
车
半精车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
12
车
端面倒角
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
13
铣
铣圆柱面
X5040
高速钢铣刀
14
热
表面淬火低温回火
15
磨
磨外圆
鸡心夹
机械加工工序卡
表3.3柱塞机械加工工序
A
机械加工工序卡
产品名称
手摇泵
零件名称
柱塞
材料
Q235B
毛坯种类
棒料
毛坯尺寸
Ф43.5Х140
毛坯件数
1件
序号
工作步骤
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
背吃刀量
走刀次数
1
正火
2
粗车端面
CA6140
800
50.3
0.2
1
1
3
粗车Ф40外圆
CA6140
800
40.2
0.2
1.5
3
4
调质
5
半精车端面
CA6140
1000
50.3
0.1
1
1
6
半精车Ф40外圆
CA6140
1200
45.5
0.1
1
1
7
端面倒角
CA6140
1000
1
1
8
精车Ф40外圆
CA6140
1500
70.7
0.08
0.6
2
9
车凹槽
CA6140
1000
50.3
0.2
4
4
10
切断
CA6140
1800
85
0.01
0.1
1
11
调头装夹
12
粗车端面
CA6140
800
50.3
0.2
1
1
13
半精车端面
CA6140
1000
50.3
0.1
0.4
1
14
铣圆柱面
X5040
1000
50
0.4
4
1
15
端面倒角
CA6140
1000
50.3
0.1
1
1
16
钻孔
Z3063X20
800
40
1
17
铰孔
铰刀
1
2
18
表面淬火
19
低温回火
20
磨Ф40外圆
M1432
1800
84.4
0.08
0.1
1
3.2柱塞缸的设计
柱塞缸与柱塞配合形成密封空间，用于流体的储存空间，如图2.5所示。
3.2.1柱塞缸的要求
对材料的要求：
材料应具有高的机械强度、足够的刚性和良好的韧性；应具有高的耐磨性、耐蚀性和小的热膨胀系数，金相组织稳定及可加工性好。
柱塞缸要求有高的强度，硬度。
选用Q235B，棒料Ф55×130，可满足要求。
3.2.2柱塞缸工艺规程设计
柱塞缸：
正火，一端夹紧，车端面，粗车，调质，半精车，精车外圆，切断，调头装夹，车端面。
钻孔，铰孔。
（一）定位基准的选择
柱塞缸是圆柱类旋转体，粗基准、精基准均选择设计基准作为加工基准，即圆柱套筒的对称中心线。
（二）加工夹具的选择
车削切削力较小，采用三爪卡盘作为夹具则满足要求。
外圆磨床使用鸡心夹。
（三）机床和刀具等的选择
机床：
加工过程采用粗车，半精车，精磨，钻孔，扩孔，铰孔，根据《机械加工工艺手册》，选用普通车床CA6140，主轴转速10-1800r/min，圆柱度0.01，粗糙度1.6，刀具：
车刀选用外圆车刀，端面车刀，切断刀，钻头，铰刀。
（四）加工余量与公差的确定
表3.4加工余量与公差
柱塞缸
加工余量/mm
表面粗糙度
公差
粗车
2.0
半精车
1.5
精车
1.6
IT7
钻孔
0.5
铰孔
0.8
IT8
机械加工工艺过程卡片
表3.5柱塞缸机械加工工艺规程
B
机械加工工艺过程卡片
产品名称
手摇泵
零件名称
柱塞缸
材料
Q235B
毛坯种类
棒料
毛坯尺寸
Ф55×130
毛坯件数
1件
每台件数
1件
工序号
工序名称
工序过程
工序容
车间
工段
车床
刀具
夹具
量具
1
热
正火
2
车
粗车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
3
车
粗车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
4
热
调质
5
车
半精车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
6
车
半精车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
7
车
端面倒角
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
8
车
精车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
9
车
切断、调头装夹
CA6140
切断刀
三爪卡盘
10
车
粗车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
11
车
半精车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
12
车
端面倒角
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
13
钻
钻Ф40孔
摇臂钻床
高速钢钻头
14
铰
铰Ф40孔
铰刀
机械加工工序卡
表3.6柱塞机械加工工序
B
机械加工工序卡
产品名称
手摇泵
零件名称
柱塞缸
材料
Q235B
毛坯种类
棒料
毛坯尺寸
Ф55×130
毛坯件数
1件
序号
工作步骤
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
背吃刀量
走刀次数
1
正火
2
粗车端面
CA6140
800
50.3
0.2
1
1
3
粗车Ф40外圆
CA6140
800
40.2
0.2
2
4
4
调质
5
半精车端面
CA6140
1000
50.3
0.1
1
1
6
半精车Ф40外圆
CA6140
1200
45.5
0.1
1.5
1
7
端面倒角
CA6140
1000
1
1
8
精车Ф40外圆
CA6140
1500
70.7
0.08
0.6
2
9
切断
CA6140
1800
85
0.01
0.1
1
10
调头装夹
11
粗车端面
CA6140
800
50.3
0.2
1
1
12
半精车端面
CA6140
1000
50.3
0.1
0.4
1
13
端面倒角
CA6140
1000
50.3
0.1
1
1
14
钻孔
Z3063X20
800
40
1
15
铰孔
铰刀
1
2
16
表面淬火
17
低温回火
18
磨Ф40外圆
M1432
1800
84.4
0.08
0.1
1
3.3支撑杆的设计
支撑杆的意义是支撑把手和连接架的作用。
螺纹部位连接联板，圆孔部位用于连接板。
图3.2支撑杆
机械加工工艺过程卡片
表3.7支撑杆机械加工工艺规程
C
机械加工工艺过程卡片
产品名称
手摇泵
零件名称
支撑杆
材料
Q235B
毛坯种类
棒料
毛坯尺寸
Ф35×165
毛坯件数
1件
每台件数
1件
工序号
工序名称
工序过程
工序容
车间
工段
车床
刀具
夹具
量具
1
热
正火
2
车
粗车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
3
车
粗车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
4
热
调质
5
车
半精车端面
CA6140
端面车刀
三爪卡盘
游标卡尺
6
车
半精车外圆
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
7
车
端面倒角
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
8
车
车凹槽
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
9
车
车Ф12端头
CA6140
外圆车刀
三爪卡盘
游标卡尺
10
车
切断、调头装夹
CA6140
切断刀
三爪卡盘
11
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