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1、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 IAbstract II1 绪论 11.1 手动泵概述 11.2 我国轴向柱塞泵的发展现状与国外差距 11.3 手动泵的使用围 22 手摇泵的总体设计 32.1 手动泵的工作原理 32.2 设计计算 32.2.1 手柄的计算 32.2.2 螺栓的计算 42.2.3 泵体的强度计算 72.2.4 柱塞的截面应力 82.2.5 自由度的计算 112.2.6 柱塞行程的计算 113 工艺规程 133.1 柱塞的作用 133.1.1 柱塞的设计 133.1.2 技术要求 143.1.3 柱塞的工艺分析 153.1.4 柱塞工艺规程设计 153.

2、2 柱塞缸的设计 193.2.1 柱塞缸的要求 193.2.2 柱塞缸工艺规程设计 193.3 支撑杆的设计 233.4 联板的设计 253.5 耳片及垫片的加工工艺 263.5.1 冲压件工艺分析 283.5.2 工艺方案及模具结构类型 293.5.3 主要设计计算 293.5.4 总冲压力计算 303.6 弹簧座的设计 303.6.1 零件的毛坯 303.6.2 加工余量与公差的确定 303.7 阀体的模锻工艺设计 343.7.1 模锻的结构工艺性 343.7.2 压力机上的锻模 353.7.3 分模面的确定 363.8 把的机械加工工艺规程卡片 374 精度设计 384.1 配合的选用

3、384.2 确定基本偏差 385 三维造型 396 结论 467 致谢 478 参考文献 481 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、

4、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

5、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、Ha

6、we、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

7、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 手动泵的使用围本泵适用于抽吸清水及

8、对铁等无锈蚀性的液体及气体。若安装上喷枪，可以冲洗各种车的车身。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。可适应小砖窑窨窑水等作业。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

9、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： F1L1=P1SL2=+P2SL3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

10、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 F1F2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=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：7.35MPa215MPa2.2.3 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：=p（r2-r1）2/ r2 2-

11、r2 1 =2.94MPa215MPa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=r2 1=1256.6mm2所以：柱塞的截面拉应力为：=F/A =14.7MPaQ235B=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 =35-27-0=12.2.6 柱塞行程的计算泵体到支撑杆之间的距离为

12、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=2 (l6-ln)= 2(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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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，9.5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0.8IT7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Q235

18、B 毛坯种类棒料毛坯尺寸45140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

19、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43.5140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CA614080050.30.2113粗车40外圆CA614080040.20.21.534调质5半精车端面CA6140100050.30.1116半精车40外圆CA6140120045.50.111 7端面倒角CA61401000118精车40外圆CA6140150070.70.080.62

20、9车凹槽CA6140100050.30.24410切断CA61401800850.010.1111调头装夹12粗车端面CA614080050.30.21113半精车端面CA6140100050.30.10.4114铣圆柱面X50401000500.44115端面倒角CA6140100050.30.11116钻孔Z3063X2080040117铰孔铰刀1218表面淬火19低温回火20磨40外圆M1432180084.40.080.113.2 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

21、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55130，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，

22、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1.6IT7钻孔0.5铰孔0.8IT8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55130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

23、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40孔摇臂钻床高速钢钻头14铰铰40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55130毛坯件数1件 序号工作步骤工艺

24、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CA614080050.30.2113粗车40外圆CA614080040.20.2244调质5半精车端面CA6140100050.30.1116半精车40外圆CA6140120045.50.11.51 7端面倒角CA61401000118精车40外圆CA6140150070.70.080.629切断CA61401800850.010.1110调头装夹11粗车端面CA614080050.30.21112半精车端面CA6140100050.30.10.4113端面倒角CA6140100050.30.11114钻孔Z3063X20800401

25、15铰孔铰刀1216表面淬火17低温回火18磨40外圆M1432180084.40.080.113.3 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35165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12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