单作用变量泵Solidwords动态仿真.docx
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单作用变量泵Solidwords动态仿真
目录
摘要……………………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………….……2
第一章泵的分类………………………………………..…………….…………………..………4
第二章单作用变量叶片泵………………………………..………….…………………..………4
1．1单作用变量叶片泵组成及优缺点……………………….……………………..……..4
1．2单作用式叶片泵的工作原理及结构特点……………….…………………….….…..5
1．3内、外反馈式变量叶片泵……………………………….……………………..……..7
1．4限压式变量泵的特性曲线………………………………….…………….……...……9
第三章单作用叶片泵的排量和流量…………………………..…………………….…...….….11
第四章单作用叶片泵的要点分析…………………………………………………….……..….11
第五章单作用泵各项特点………………………………………………………………...…….12
第六章叶片泵的常见故障及排除方法……………….…………………………………..…….13
第七章叶片泵的拆装修理………………………………………….………………………..….15
7．1拆卸…………………………………………………………………………………….15
7．2修理…….………………………………………………………………………………15
7．3装配………………………………………………….…………………………………16
7．4清洁和密封……………………………………………………………………………16
第八章单作用变量泵三维建模过程分析…………………………………………………..…..17
8．1Solidwords的发展……………………………………………………………………..17
8．2零件的三维建模……………………………………………………………………….17
8．3零件的装配……….……………………………………………………………...……17
第九章变量泵零件的加工工艺过程……….………………………………………………..….18
结论………….....…………………………………..…………………………………...……..19
谢辞……………………………………………………………………………………………20
参考文献………………………………………………………………………………………21
变量叶片泵的Solidwords三维建模及动态仿真
摘要
本次毕业设计课题为变量叶片泵的三维建模及动态仿真，主要是根据变量泵各实际零件尺寸及形状，通过测绘及观察配合关系，分析其工作原理后，运用Solidwords三维建模软件对其进行实体建模。
在整个设计过程中，需充分理解变量泵的运动原理，了解其排量和流量的计算形式。
清楚变量泵的特点，对各零件的尺寸要精确测量，避免装配时尺寸不当。
首先，需要对变量泵实体进行拆卸，在拆卸过程中需记住各配合关系；其次，对拆下的零件进行测量，记下其实际尺寸，并运用三维建模软件进行绘制；然后，将各个零件按照配合关系装配起来，形成装配体；最后，做出实体动画，仿真分析其工作原理，并对其进行说明。
单作用变量泵的特点主要是它可以通过改变转子和定子的偏心距来调节泵的流量，使液压系统在工作进给时能量利用合理，效率高，油的温升小。
Abstract
Thetopicsforgraduatedesignvariablesleavesthepumpdynamicthree-dimensionalmodelingandsimulation,Variablesaremainlybasedontheactualpartsofthepumpsizeandshape,throughthemappingandobservationwith,Analysisofitsworkingprinciples,Solidwordsuseofitsthree-dimensionalmodelingsoftwaremodeling.Throughoutthedesignprocess,theneedforfullunderstandingofthemovementprincipleofvariablepump,awareoftheirdisplacementandflowofthecalculation.
Variablepumpclearlythecharacteristicsofthevariouscomponentstoaccuratelymeasurethesize,toavoidimproperassemblyatthesize.First,theneedforvariablepumpentitiestobedemolished,thedemolitionprocessinlinewiththeneedtokeepinmind;Secondly,removingthepartsweremeasured,recordeditsactualsizeanduseofthree-dimensionalmodelingsoftwarerendering;Then,withrelationsbetweenvariouspartsinaccordancewiththeassembly,formedassembly;Finally,toentitiesanimation,simulationanalysisofitsworkingprinciples,anditsdescription.Singlevariablepumpisthemainfeatureofitbychangingthestatorandrotoroftheeccentricitytoregulatetheflowofpumps,hydraulicsystematworkwhenthefeedenergyusereasonable,highefficiency,smalltemperatureriseofoil.
第一章泵的分类
1、按作用次数分不同，分为单作用叶片泵、双作用叶片泵和多作用叶片泵；
2、按排量是否可变，分为定量泵和变量泵；
3、按压力等级不同，分为中低压叶片泵（7MPa以下），中高压叶片泵（16MPa以下）和高压叶片泵（20MPa～30MPa以下）。
第二章单作用变量叶片泵
1．1单作用变量叶片泵组成及优缺点
（1）单作用变量叶片泵的组成（如下图所示）
图1-1单作用变量叶片泵
1-中泵体2-定子3-转子4-叶片5-螺钉6-传动轴
7-套筒8-弹簧9-端盖10-螺钉11-螺钉
单作用叶片泵由定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等组成。
（2）单作用叶片泵的优缺点
优点：
流量可调，其中限压式叶片泵，当泵的出口压力有变化时，流量可自行调节。
缺点：
①由于径向液压力只作用在转子表面的半周上，因此转子承受的径向力不平衡，轴承所受的径向力大，降低了轴承的寿命，泵的压力难于提高。
②转子做等速转动，但流量有脉动。
③若输出流量相同，体积比双作用叶片泵大。
单作用叶片泵一般不作为定量能源使用，用量最多的是限压式变量泵，其参数范围是：
转速1450～1800r/min,流量12～60L/min,压力调节范围0～6.3Mpa.
（3）双作用泵的优缺点：
优点：
流量脉动小，噪声低，轴承受力平衡，使用寿命长，单位体积的排量大，可制成变量泵；
缺点：
自吸能力较差，实用工况范围较窄，对污染物比较敏感，制造工艺较复杂。
1.2单作用式叶片泵的工作原理及结构特点
（1）单作用式叶片泵的工作原理
如图1-2所示为单作用式叶片泵的工作原理图。
与双作用式叶片泵显著不同之处是，定子1的内表面是光滑圆柱面，转子2与定子间有一偏心距e，两端的配油盘上只开有一个吸油窗口和一个压油窗口。
转子旋转时，叶片3依靠离心力使其顶部与定子内表面相接触。
因此，必须保证单作用叶片泵转动时，叶片相对于转动方向为后倾。
由于配油盘上开有吸、压油窗口各一个，那么，转子旋转一周，叶片在转子槽内往复运动一次，每相邻两叶片间的密封容积产生一次增大和减小的变化，并完成一次吸油、压油过程，故称为单作用式叶片泵。
又因为转子、轴和轴承等零件承受的径向液压力不平衡，因此这类泵又称为非卸荷式叶片泵，其额定压力不超过7Mpa。
对于单作用式叶片泵，只要改变其偏心距e的大小，就可以改变泵的排量和流量，故单作用式叶片泵常做成变量泵。
1-定子2-转子3-叶片
图1-2单作用式叶片泵的工作原理图
（2）单作用式叶片泵的结构特点
转子转一周，吸、压油各一次，称为单作用；吸、压油口各一半，径向力不平衡，称为非卸荷。
当单作用叶片泵叶片处于压油区时，叶片底部通压力油；当叶片处于吸油区时，叶片底部通低压油，叶片的顶部和底部相通，它们的液压力平衡，避免了叶片与定子内表面严重磨损的问题。
如果在吸油腔叶片底部仍通压力油，叶片顶部就会给定子内表面以较大的摩擦力，以致减弱了压力反馈的作用。
单作用叶片泵的结构复杂，轮廓尺寸大、相对运动的机件多、泄漏较大、噪声较大；轴上承受不平衡的径向液压力，导致轴及轴承磨损加剧，因此额定压力不能太高；容积效率和机械效率都没有定量叶片泵高。
但是，它能够实现变量，在功率利用上较为合理。
泵的定子内表面为圆柱面，与转子中心存在偏心距e,配流盘上只有一个吸油口和一个排油口，转子上的径向液压力不对称，转子上存在不平衡力。
改变定子与转子偏心距的方向也就改变了泵的吸、压油口，即原来的吸油口变成压油口，原来的压油口变成吸油口；改变上述偏心距的大小意味着改变了泵的排量。
当偏心量为零时，密封容腔不会有容积变化，因此也就不具备液压泵的工作条件了。
同样道理，为了使叶片运动自如、减小磨损，叶片槽通常向后倾斜，这是因为叶片底部分别通吸压油，所以叶片顶部和底部受力平衡，叶片向外运动时主要靠旋转时的惯性力。
图1-3叶片泵的转子与配流盘
a－转子b－配流盘
①定子和转子偏心安装
移动定子位置以改变偏心距，就可以调节泵的流量。
偏心反向时，吸油压油方向也相反。
通过改变偏心距
来改变排量，通常单作用叶片泵做成变量泵。
②叶片后倾
如图1-3为了减小叶片与定子间的磨损，叶片底部油槽采用在压油区通压力油、在吸油区与吸油腔相通的结构形式，因而，叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的。
这样，叶片仅靠旋转时所受的离心力作用向外运动顶在定子内表面。
根据力学分析，叶片后倾一个角度更有利于叶片向外伸出，通常后倾角为24°。
③径向液压力不平衡
由于转子及轴承上承受的径向力不平衡，所以，该泵不易用于高压，其额定压力不能超过7Mpa。
单作用叶片泵的叶片数取奇数，以减小流量脉动率。
（3）单作用式叶片泵结构特性分析
①密封
叶片泵工作时，排油腔的压力油有可能通过径向间隙和轴向间隙向吸油腔泄漏，所以，保证这两处间隙的密封是提高叶片泵容积效率的必然途径。
径向间隙是指叶片顶端于定子内表面的间隙，压力油通过位于过渡密封区的叶片顶端间隙向吸油腔泄漏，其泄漏途径很短，所以影响最大，为保证叶片与定子内表面接触，通常采用以下2条措施：
a.利用离心力使叶片贴紧定子内表面。
这种方法最简单，但不大可靠。
当叶片位于过渡密封区时，一侧的压力油通过径向间隙泄漏，同时给叶片一个回缩的压力，有可能克服离心力而使叶片与定子内表面脱离接触，导致泄漏增大。
b.利用向叶片底槽通入压力油，使叶片可靠伸出。
但在吸油区叶片上下压力差很大，将加速叶片与定子内表面的磨损，所以，为解决这个问题，通常只能在排油区和过渡密封区向叶片底槽通入压力油，而在吸油区叶片底槽则与吸油腔相通，使叶片上下液压力平衡，减小叶片与定子间的磨损。
②径向液压力
单作用叶片泵一侧为排油腔，另一侧为吸油腔，始终存在不平衡的径向液压力，其值F为：
F=PDB
式中P-排油腔与吸油腔的压力差
D-定子内圆直径
B-转子宽度
由于存在径向液压力，使泵轴和轴承要承受很大的径向载荷，因此单作用叶片泵又称非卸荷泵。
这个缺点限制了泵的工作压力的提高，因而单作用叶片泵通常为中低压泵，其压力一般不超过7MP。
③过渡密封区与困油
为防止叶片泵吸排油腔串通，过渡密封区的包角应略大于相邻两叶片的夹角，所以，在俩叶片位于此区时，其间也要形成一个闭死容积，产生困油；由于泵的偏心距不大，闭死的容积的变化也不大，因此困油不严重，不一定采用单独的卸荷措施。
1.3内、外反馈式变量叶片泵
单作用叶片泵有一个颇有价值的特点：
它可以通过改变转子和定子的偏心距e来调节泵的流量，使液压系统在工作进给时能量利用合理，效率高，油的温升小。
偏心量e的改变实际上只能靠移动定子来实现，因为转子及传动轴的位置是被原动机的轴所限定了的。
常用的变量叶片泵有内反馈式和外反馈式。
（1）内反馈式变量泵的工作原理（如图1-4）
图1-4内反馈式变量泵的工作原理
1-转子2-调节螺钉3-定子4-最大流量调节螺钉
5-弹簧6-弹簧预压缩量调节螺钉
配油盘的吸、压油窗口相对定子与转子的中心连线是不对称的，存在偏θ角，因此泵在工作时，压油区的压力油作用于定子的力F也偏了一个θ角，这样F的水平分力Fx，当水平分力超过调压弹簧调定的限定压力时，定子移动，定子与转子的偏心量减少，使泵的输出流量减少。
这种泵是依靠压力油压力直接作用在定子上来控制变量的，称为内反馈限压式变量叶片泵。
（2）内反馈式变量泵的特点：
①径向力不平衡。
由于是单作用式，转子和轴的受力不平衡，使轴承的径向负荷较大，这是提高泵工作压力的障碍。
定子也受不平衡的液压力，水平分力调压弹簧承受，向上的液压分力由噪声调节螺钉承受。
若定子水平中心线和转子的水平中心线不重合，泵就会产生噪声。
②轴向间隙不可调。
定子、转子和叶片都要运动，因此它们的厚度都要小于两配油盘之间的长度，其间隙由它们的厚度与泵体的厚度公差控制，不可调节，而且比双作用式叶片泵的轴向间隙稍大，因此容积效率相对较低。
这也是变量叶片泵高压化的障碍。
③叶片底部的通油槽采取高压区通高压、底压区通低压，以使叶片顶、底部受力平衡，叶片只靠离心力甩出，减小叶片与定子之间的磨损。
④叶片的倾角。
变量叶片泵转子叶片槽相对旋转方向应往后倾斜一个角度，因为叶片两端的液压力是平衡的，在停机时间较长或介质清洁度较差的情况下起动时，只靠离心力使叶片甩出是不够的。
如果使叶片后倾，起动时叶片所受的切向惯性力（由角加速度所产生）与叶片的离心力的合力尽量与槽的倾斜方向一致，则有助于叶片迅速甩出。
内反馈限压式变量泵只能单向变量。
（3）外反馈式变量泵的工作原理（如图1-5）
图1-5外反馈式变量泵的工作原理
1-转子2-调节螺钉3-定子4-最大流量调节螺钉
5-柱塞6-弹簧7-弹簧预压缩量调节螺钉
转子1中心固定，定子3可以左右移动，配油盘的吸油窗口和压油窗口沿定子与转子的中心线对称布置，泵出口压力油P经泵内通道引入柱塞缸作用于柱塞5上，。
在泵未运转时，定子在弹簧6的作用下，紧靠柱塞5，柱塞5靠在螺钉4上。
这时，定子与转子有一初始偏心量eo的大小。
泵工作时，当泵出口压力较低时，作用在柱塞上的液压力小于弹簧作用力，即
PA式中，k为弹簧刚度；x为偏心量为eo时的弹簧的预压缩量。
此时定子与转子的偏心量最大，输出的流量最大。
随着外负载的增加，泵出口的压力增大，当压力P达到限定压力Pb时PbA=kx
调节调节螺钉7，可改变弹簧的预压缩量x，即可改变限定压力Pb的大小。
当压力进一步提高，达到PA>kx
若不考虑定子移动的摩擦力，液压力克服弹簧力推动定子左移，泵的偏心量减少，泵的输出流量减少。
若偏心量减少时，弹簧的附加压缩量为x’定子移动后的偏心量为e，则
e=eo-x
这时定子上的受力平衡方程是
PA=k（x+x’）
所以e=eo-A（P-Pb）/k（P>=Pb）
上式表示了泵的偏心量随工作压力的变化的关系。
泵的工作压力越高，偏心量越小，泵的输出流量越少。
当P=k（eo+xo）/A时，泵的输出流量为零。
控制定子移动的作用力是将液压泵出口的压力油引到柱塞上，然后再加到定子上去，这种控制方式称为外反馈式。
1.4限压式变量泵的特性曲线（如图1-6）
图1-6限压式变量泵的特性曲线
图中AB线段表示工作压力PB点称为拐点，Pb表示泵为最大流量时可达到的最高压力（称为限定压力）。
曲线上BC段表示工作压力P>Pb后，输出流量开始变化，即流量随压力升高而自动减小，直到C点为止，这时流量为零。
压力Pc称为极限工作压力。
泵的最大流量由调节螺钉4调节（见图1-4），它可以改变A的位置，可使线段AB上下平移，即可得到不同的最大流量；调节限压螺钉6可调节限定压力Pb，可使B点左右移动，这时线段BC左右平移；若改变限压弹簧的刚度K，则可以改变线段BC斜率。
限压式变量叶片泵对既要实现快速行程，又要实现工作进给（慢进）的执行元件来说是一种合适的油源。
快速行程需要大流量，工作压力低，正好使用特性曲线的AB段，工作进给时负载压力升高，需要流量减少，正好使用其特性曲线的BC段，因而合理调整拐点压力Pb是使用该泵的关键。
这种泵广泛用于要求执行元件有快速、慢速和保压阶段的中低压系统中，有利于节能和简化回路。
第三章单作用叶片泵的排量和流量
（1）排量
泵的排量为
（m3/rad）
式中R——定子内表面长圆弧半径；
r——定子内表面短圆弧半径；
B——转子或叶片宽度；
Z——叶片数。
（2）流量
（m3/s）
式中e——定子和转子的中心距
w——转子角速度
npv——泵的容积效率
单作用叶片泵定、转子偏心安装，故改变转子和定子的偏心距，即可改变排量，故可做变量泵，其体积变化不均匀。
因为有流量脉动的影响，所以叶片应取奇数，一般为13和15
第四章单作用叶片泵的要点分析
1、两相邻叶片转到吸、排油口间的密封区时
⏹所接触定子曲线不是与转子同心的圆弧
⏹密封区的圆心角略大于相邻叶片所占圆心角
⏹叶间工作V先略有增大，然后略有缩小，会产生困油现象，但不太严重
⏹通过在排出口边缘开三角形卸荷槽的方法即可解决。
2、定子、转子和轴承受径向力作用
⏹属非卸荷式叶片泵
⏹工作P不宜太高
⏹流量Q的均匀性也比双作用泵差，移动定子可改变偏心的方向及大小
3、作用力Fx
⏹配油盘中线相对于定子中线顺转向偏转了θ角
⏹排油P对定子的作用力F便在定子中线方向产生分力Fx
⏹当Fx小于补偿器弹簧预紧力时:
●定子与转子的偏心距保持最大值
●泵的流量Q随排出油压P增加而稍有降低，如特性曲线中AB段所示
⏹当排压大于PB时，Fx增大使定子向减小e的方向移动
●泵的Q即随排压增加而迅速降低
●当升到Pc时，e减小，Qt=漏泄量，则Q=0，有Pmax。
4、调节螺钉10和11
⏹增大弹簧预紧力，PB,Pc增大，特性曲线BC段右移
⏹弹簧刚度越小，则BC段越陡，Pc与PB,越接近
⏹螺钉11可变泵的最大e，而改变Qmax，AB段就上下平移
第五章单作用泵的注意事项
1、定子过渡曲线必须设计成使叶片在叶槽中移动速度的变化尽可能小，以免产生太大的惯性力，导致叶片与定子的脱离或冲击。
2、单作用叶片泵由于叶片在转过吸入区时向外伸出的加速度较小，单靠离心力即足以保证叶片贴紧定子。
3、吸入口流速不能太高，否则，流动阻力太大，在吸油时就可能产生气穴现象。
4、右盘通排油腔。
左盘的对应位置上也开有不通的排口（盲孔），使叶片两侧受力平衡。
5、盘上密封区的圆心角ε必须两叶片之间的圆心角2／Z，否则会使吸、排口沟通
6、而定子圆弧段的圆心角应大于或等于ε，以免产生困油现象
7、盘上三角节流槽使相邻叶片间的工作空间在从密封区转入排出区时，能逐渐地与排出口相沟通，以免P骤增，造成液击和噪声，并引起瞬时流量的脉动
8、影响叶片泵容积的效率的内部漏泄途径有：
⏹配油盘与转子及叶片侧端轴向间隙对ηv影响最大
⏹叶片顶端与定子内表面的径向间隙，可自动补偿
⏹叶片侧面与叶槽的间隙，
9、单作用叶片泵对工作条件要求较严
a）叶片抗冲击较差，较容易卡住，对油液清洁度和粘度比较敏感。
b）端面间隙或叶槽间隙不合适都会影响正常工作。
c）n一般在500—2000r／min范用内．太低则叶片可能因离心力不够而不能压紧在定子表面
10、单作用叶片泵结构较复杂，零件制造精度要求较高。
除需防干转和过载、防吸入空气和吸入真空度过大外，还要在泵转向改变时，使其吸排方向也改变。
叶片泵都有规定的转向，不允许反转，因为转子叶槽有倾斜，叶片有倒角，叶片底部与排油腔通，配油盘上的节流槽和吸、排口是按既定转向设计，可逆转的叶片泵必须专门设计。
叶片在叶槽中的间隙：
太大会使漏泄增加；太小则叶片不能自由伸缩，会导致工作失常。
油液的温度和粘度：
一般不宜超过55℃，粘度要求在17～37mm2／s之间。
粘度大则吸油困难；粘度小则漏泄严重。
第六章叶片泵的常见故障及排除方法
叶片泵在工作时，抗油液污染能力差，叶片与转子槽配合精度也较高，因此故障较多，叶片泵常见故障产生的原因分析及排除方法如下：
1、叶片泵噪声大
（1）原因分析
①吸入管道漏气；
②吸油不充分；
③泵轴和原动机轴不同心；
④油中有气体；
⑤泵转速过高；
⑥泵压力过高；
⑦轴密封处漏气；
⑧油液过滤精度过低导致叶片在槽中卡住；
⑨变量泵止动螺钉调整失当；
（2）排除方法
①检查管道各连接处，并予以密封、紧固；
②补充油液至最低标线以上；清洗过滤器或选用通流量为泵流量2倍以上的滤油器；清洗管道，选用不小于泵入口通径的吸入管；选用推荐黏度工作油。
③重新安装达到说明书要求精度；
④补充油液或采取结构措施，把回油口侵入油面以下；
⑤采用推荐转速范围；
⑥降压至额定压力以下；
⑦更换油的密封装置；
⑧拆洗修磨泵内脏件并仔细重新组装，并更换油液；
⑨适当调整螺钉至噪声到达正常；
2、叶片泵的容积效率低、压力提不高
（1）原因分析
①个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住；
②叶片装反；
③定子内表面与叶片顶部接触不良；
④叶片与转子叶片槽配合间隙过大；
⑤配油盘端面磨损；
⑥油液黏度过大或过小；
⑦电机转速过低；
⑧吸油口密封不严，有空气进入；
⑨出现空穴现象；
（2）排除方法
①检查配合间隙（一般为0.01-0.02mm），若配合间隙过小应单槽研配；
②纠正装配放向；
③修磨工作面（或更换配油盘）；
④根据转子叶片槽单配叶片，保证配合间隙；
⑤修磨配油盘端面（或更换配油盘）；
⑥测定油液黏度，按说明书选用油液；
⑦检查转速，排除故障根源；
⑧用涂脂法检查，拆卸吸油管接头，清洗干净，涂密封胶装上拧紧；
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