双作用叶片泵的三维建模设计

双作用叶片泵的三维建模及运动仿真双作用叶片泵的三维建模设计及运动仿真摘 要本次毕业设计的题目为双作用叶片泵的三维建模及动态仿真，主要是在文献调研和网络调研基础上，采用计算、类比等方法，通过对产品三维模型结构分析，确定运动仿真。本课题的主要目的是让我们了解双作用叶片泵的结构和性能上的主要特点，以及双作用叶片泵与其他液压泵在结构和性能之间的差异。在整个设计过程中，我们要掌握的是双作用叶片泵的运动原理，并且知道且会计算其排量和流量。本设计采用的是SolidWorks三维建模。在网络调研的基础上，用SolidWorks对双作用叶片泵的各个零件进行三维建模，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，运动仿真，并对其进行说明。双作用叶片泵的主要特点是：由于双作用叶片泵有两个吸油腔和压油腔，当转子每完成一周转动，每个密封空间，就有两次吸油和压油的过程完成；同时由于双作用叶片泵的吸、压油腔的结构特性，各自的中心夹角是对称的，油液压力作用在转子上是互相平衡的。双作用叶片泵的输出流量脉动较其他形式的泵小得多。关键词：双作用叶片泵，三维建模，SolidWorksAbstractThe graduation design topic for 3D modeling of double acting vane pump and dynamic simulation, mainly in literature and Internet research foundation, by calculation, analogy method, through the analysis of the 3D model of product structure, determine the motion simulation. The main purpose of this paper is familiar with the difference of structure and properties of double acting vane pump and double acting vane pump and other hydraulic pump between the structure and properties of. In the design process, need to fully understand the movement principle of double acting vane pump, understand its displacement and flow calculation form. This design is based on SolidWorks modeling. Based on the investigation of the various parts of the network of double acting vane pump for three-dimensional modeling, and then the various parts in accordance with the cooperation between the assembly, the assembly is formed. Finally, make a solid animation, simulation analysis of its working principle, and carries on the description. The main characteristics of double acting vane pump is: each rotation of the rotor, each of the two sealed space of oil absorption and oil pressure; because of the double acting vane pump with two suction chamber and the pressure oil chamber, and the center angle of the symmetry, acting on the rotor oil pressure balance. The flow pulsation of double acting vane pump with other forms of pump is much smaller.Keywords: double action vane pump, 3D modeling, SolidWorks目 录前言3第一章 液压泵的简介4一、 液压泵的工作原理41.液压泵的特点5二、液压泵的主要性能参数51.压力52.排量和流量63.功率和效率6三、章节小结7第二章 液压泵的种类7一、 齿轮式71.外啮合齿轮泵72.内啮合齿轮泵8二、 柱塞式8三、 叶片式9四、 章节小结11第三章 叶片泵的拆装、常见故障及清理11一、叶片泵的拆装11二、常见故障11第四章 双作用叶片泵的三维建模过程分析13一、 制图软件的发展13二、 零件的三维建模13三、 零件的装配14参考文献31致 谢32III前言动力元件是系统的必要元件。它起着提供动力给系统的作用。液压泵的性能对液压系统的影响主要体现在稳定性。叶片泵的结构较复杂，压力高，脉动小。工作平稳，噪声较小，故被广泛应用于中低压液压系统中。其中双作用叶片泵由于其结构的对称性又被称为卸荷式叶片泵，熟悉了解双作用叶片泵的结构和工作原理为其结构优化打下一定的理论基础。本设计选取YB系列的双作用叶片泵为基础进行三维建模设计和运动仿真。 双作用叶片泵的改进主要在定子曲线和叶片倾角上。国内大多数叶片泵的生产没有一个可靠地过程。都是靠模仿造他国的。或者采用传统的修正阿基米德螺线和等加速曲线加工定子内曲面。双作用叶片泵的叶片倾角的选择，关系到叶片与定子及转子的摩擦、磨损及泵的噪声。叶倾角在学术上还存在争议。本设计的目的在于熟悉了解双作用叶片泵的结构和工作原理，并制作出双作用叶片泵的三维建模图和运动仿真图。第1章 液压泵的简介动力元件是系统的必要元件。它起着提供动力给系统的作用。液压系统是以液压泵作为系统的动力元件（提供一定流量和压力），液压泵将机械能转换为工作液体的压力能。是一种转换装置。液压系统工作的可靠性和稳定性取决于液压泵的性能好坏。1、 液压泵的工作原理 液压泵一般被称为容积式液压泵，因为它的工作原理是利用密封容积的体积变化来实现能量的转换。在图示中（双作用叶片泵），它的主要工作元件是定子、转子、叶片和配油盘。其中转子和定子的中心重合，定子的内表面形状近似为椭圆形，实际上是由两段大圆弧和两段小圆弧以及四段过渡曲线组成。工作时，转子转动，叶片由于离心力和根部压力油的作用，原本在转子槽内的叶片就向外移动而压向定子的内表面，这样，在定子内表面、叶片、转子外表面和配油盘之间就形成密封空间。如图所示，当转子转动时，在半径为r圆弧处的密封空间经过过渡曲线运动到半径为R圆弧的过程中（Rr），由于叶片往外运动，致使密封空间容积增大，要吸入油液；同样的道理，当密封容积由半径为R圆弧处经过过渡曲线运动到半径为r圆弧处时，由于叶片被挤压收缩，密封容积空间变小，要压出油液。液压泵实现能量的转换都是靠密封容积的空间变化。1.液压泵的特点（1）具有若干个可周期性变化的空间且空间是密封的。液压泵的输出流量与这个密封空间的体积单位变化速率是成正比的，与其他因素没有关系。这是容积式液压泵的关键特性。（2）液压泵若想能吸入油液，则邮箱内液体的绝对压力PPa（Pa为大气压力）。实际情况中采用的做法是使油箱通大气，或采用密闭充压油箱。（3）具有相应的配流机构。为保证泵能够正常的且有规律的吸、排液体，泵的吸油腔和排油腔不能被连通。不同结构的泵其配流机构也不相同。对于容积式液压泵，吸油腔和压油腔不是绝对的，它取决于该油腔具体的瞬时状态。当该油腔吸油时，称之为吸油腔；当该油腔压油时称之为压油腔。压油时的压力取决于外负载和油路损失。容积式液压泵的理论排油流量与泵的转速、尺寸有关。吸油时压力取决于吸油高度和油路损失，过大的油路损失和吸油高度会影响泵的自吸性能。根据输出油液体积能否调控液压泵分为定量叶片泵和变量叶片泵；按泵的结构可分为叶片式，齿轮式和柱塞式三大类。二、液压泵的主要性能参数1.压力 液压泵的主要压力参数有：工作压力、额定压力和最高允许压力。工作压力即实际工作时的输出压力，它取决于外负载和油路损失；额定压力即相应的实验标准下泵正常运转的最高压力；最高允许压力即短时间内允许负载的最大压力。2.排量和流量（1）排量V 液压泵运转一圈，所排出的液体的体积称之为液压泵的排量V，排量可以调节的称之为变量泵；反之为定量泵。（2）理论流量qt 在忽略液压泵泄漏的影响下，单位时间内所排出的液体的体积。设主轴转速为n则有 qt=Vn （1-1）其中，排量V单位为（m3/s），转速n的单位为（r/s）。（3）实际流量q 在实际工作中时，液压泵单位时间内所排出的液体的体积。它与理论流量的关系为 q=qt-q1 （1-2）式中，q1为油路损失流量。（4）额定流量qn 理论条件下液压泵正常工作时应保证的流量。3.功率和效率（1）功率损失 由容积损失和机械损失组成，容积损失即流量损失，实际流量总是小于理论流量，主要是由泵的结构、油液的粘度和油路的阻力造成，液压泵的容积效率可表示为 （1-3）容积效率与液压泵的结构特性有关，且与工作效率成反比。实际输出流量q可表示为 （1-4） 机械损失即液压泵的外负载损失，具体体现在转矩上。主要与油液得粘度，材料的摩擦系数和转速有关。液压泵的机械效率可表示为 （1-5）（2）液压泵的功率 分为输入功率和输出功率，输入功率Pi即外负载功率，可表示为 （1-6）其中Ti为转矩，角速度。实际工作时输出的功率，用P表示，可表示为 （1-7）其中，为液压泵吸、压油口之间的压力差（N/m2）；q为液压泵的输出流量（m3/s）；P为液压泵的输出功率。在实际计算中，输出流量单位一般为L/min，的单位一般为MPa，则上式可写为 （1-8）一般情况下用液压泵出口压力p表示。（3）液压泵的总效率 其总效率用表示 （1-9）即实际输出与实际输入的比值。三、章节小结通过对液压泵的简介使我了解到了液压泵的工作原理和主要的性能参数是哪些，通过对其原理的了解，看似简单的工作原理，实际工作过程中有很多影响性能的因素，可以发散出很多对其性能的影响条件，如密封容积得密封性、吸油和压油腔的隔绝度和油液的粘度、各元件之间的摩擦等等，都是影响其性能和效率的因素。实际工作的液压泵的性能的影响因素有很多，不能简言叙之，将在后面的学习中继续深入学习。第2章 液压泵的种类1、 齿轮式齿轮式的液压泵由外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵组成，应用较为广泛的是外啮合齿轮泵。齿轮泵一般都是定量泵。1.外啮合齿轮泵通过齿轮的压合分离实现油液的排除和吸入具体过程如图所示。其主要元件是齿轮、端盖和壳体。 影响外啮合齿轮泵的性能和寿命的三大指标：1.泄漏；2.困油；3.径向液压力不平衡。外啮合齿轮泵尺寸小，结构简单重量轻，制造方便价格低廉，唯一的缺点是受不平衡的径向力，所以要提高工作压力较难。 2.内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵的工作原理和外啮合齿轮泵相同，它可分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。具体工作原理参考下图。内啮合齿轮泵虽然比外啮合齿轮泵结构和性能上优越一点，但是其工艺复杂，难于制造。相信随着发展以后的应用会越来越广泛。2、 柱塞式柱塞式液压泵时通过往返运动来实现油液的吸排。由于结构的特性，其加工容易，密封性好，高压工作下也有不错的表现；想要实现变量只需改变行程即可。且由于其结构的规则性使得工作过程中零件受力均匀。此类液压泵应用广泛。主要分为可轴向柱塞泵和径向柱塞泵两大类。3、 叶片式叶片泵由于其流量脉动小和工作平稳的特点，被广泛运用于中低压系统中。叶片泵可分为两大类：单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵即转子完成一圈转动时只吸压油一次，同样的道理，对于双作用叶片泵，一圈完成两次吸压油。单作用叶片泵的工作具体如图所示 其工作原理是利用定子和转子之间的一个偏心距和转子的旋转实现一个由定子、转子、叶片和配油盘组成的密封空间的连续的体积变化。单作用叶片泵的结构特点是它能够只改变定子和转子之间的偏心距来实现流量的改变。但是也由于单作用叶片泵的结构特点使得它一般不用于高压。双作用叶片泵由于其结构的对称性，所受到的油液压力是相互平衡的。当双作用叶片泵的叶片数为四的倍数时，其脉动最小。双作用叶片泵的排量的计算：当大圆弧半径为R，小圆弧半径为r，叶片数为z，叶片宽度为B时，其排量 （2-1）当考虑叶倾角和叶片厚度时 （2-2）双作用叶片泵的转速为n，容积效率为v时，其理论和实际流量分别为 （2-3） （2-4）双作用叶片泵的定子曲线直接影响泵的性能，下面是等加减速曲线的极坐标方程 关于双作用叶片泵的叶片倾角，传统观念由经验主义得出叶片向旋转方向前倾一个角，可减少叶片的磨损，使叶片在槽中更灵活的移动，但最近几年的研究表明，倾角在某些高压泵中可以为零，并且运转良好。以下是各种类液压泵的性能对比 性能外啮合齿轮泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵螺杆泵双作用叶片泵输出压力低压中压高压高压低压中压流量调节不能能能能不能不能效率低较高高高较高较高输出流量脉动很大一般一般一般最小很小自吸特性好较差差差好较差对油的污染敏感性不敏感较敏感很敏感很敏感不敏感较敏感噪声大较大大大最小小 表2-14、 章节小结本章从液压泵的种类去学习，了解了液压泵的大致种类，按结构有三种，即齿轮泵、叶片泵和柱塞泵；按排量的可变性可分为两大类，即排量不可改变的定量泵和排量可以改变的变量泵。并且较为详细的学习了双作用叶片泵的排量的计算和定子曲线的学习，结合上一章关于双作用叶片泵的机械效率和容积效率的学习，对双作用叶片泵已有一个大致的了解。下面主要介绍叶片泵的拆装和修理以及其主要故障和排故。第3章 叶片泵的拆装、常见故障及清理一、叶片泵的拆装1. 在拆卸叶片泵时，应先用工具拧开对角线上的螺栓，然后取下，用工具轻轻敲打前泵体和花键轴，使从轴承上脱离，把叶片分成两部分。2. 拆开后观察叶片泵的内部结构，注意观察各个元件的位置关系，理解叶片泵的工作原理和运动过程。3. 观察理解密封元件的作用4. 若遇到卡住拆卸有困难时，请相关人员帮助。5. 装配时，“先拆后装、后拆先装”的原则。正确装配后应使转子能灵活转动。二、常见故障1.叶片泵抗油污能力差，常见故障如下（1）原因分析 吸入管道漏气； 吸油不充分； 泵轴和原动机轴不同心； 油中有气体； 泵转速过高； 泵压力过高； 轴密封处漏气； 油液过滤精度过低导致叶片在槽中卡住； 变量泵止动螺钉调整失当；（2） 排除方法检查管道各连接处是否密封、紧固；补充油液至最低标线以上；重新安装达到说明书要求精度；补充油液或采取结构措施，把回油口侵入油面以下；采用推荐转速范围；降压至额定压力以下；更换油的密封装置；拆洗修磨泵内脏件并仔细重新组装，并更换油液；适当调整螺钉至噪声到达正常；2.叶片泵的容积效率低（1）原因分析个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住；叶片装反；定子内表面与叶片顶部接触不良；叶片与转子叶片槽配合间隙过大；配油盘端面磨损；油液黏度过大或过小；电机转速过低；吸油口密封不严，有空气进入；出现空穴现象；（2）解决办法检查配合间隙（一般为0.01-0.02mm），若配合间隙过小应单槽研配；纠正装配放向；修磨工作面（或更换配油盘）；根据转子叶片槽单配叶片，保证配合间隙；修磨配油盘端面（或更换配油盘）；测定油液黏度，按说明书选用油液；检查转速，排除故障根源；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；检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液黏度等，排除气穴现象；修理（1）配油盘修理如配油盘磨损和拉伤深度不大，可用平磨磨去伤痕，经抛光后再使用。（2）定子修理内曲线磨损拉伤不严重时，可用细砂布或油石打磨后可继续使用。（3）转子修理转子的两歌端面易磨损，叶片槽磨损后变宽等。若只是两端轻度磨损，抛光后可继续再用。（4）叶片修理主要的损坏形式是叶片顶部与定子内表面的摩擦，以及端相对滑动处的磨损拉伤，稍加抛光再用。第4章 双作用叶片泵的三维建模过程分析1、 制图软件的发展计算机辅助设计（Computer Aided Design）是一种通过计算机来辅助进行产品或工程设计的技术。作为计算机的重要应用方面，CAD可加快产品的开发、提高生产质量和效率、降低成本。作为新一代的大学生，跟紧时代的步伐，熟悉了解掌握新的应用是必不可少的过程。最早的是AutoCAD二维绘图软件，取代了最早的手工绘图。近年来的三维绘图的兴起逐渐融入到各种设计之中，也作为各个教学的实践出现，逐渐打破了二维绘图的垄断市场。三位绘图软件能更加形象的将设计者的设计向世人展示。本设计以三维绘图软件SolidWorks为基础进行双作用叶片泵的三维建模和简单的运动仿真。SolidWorks软件的功能强大，具有强大的实体建模功能。同时，也提供了二次开发的环境和开发的数据结构。它可以实现实物的拉伸，切除，旋转，镜像，阵列，抽壳等基本的三维操作外，还可通过添加各种插件实现产品的三维建模、运动仿真、有限元分析等，以保证产品从设计制造过程的数据的一致性，从而真正实现产品的数字化设计和制造，并大幅度提高产品的设计效率和质量。2、 零件的三维建模零件的三维建模，首先我们以定子为例，介绍其三维建模的过程。首先打开SolidWorks制图软件，然后新建文件，选择零件，进入零件绘制界面。点击草图绘制，选择基准面，选择右视图为基准面，点取直线下拉菜单，建立直角坐标系。以Y轴逆时针旋转45作一条辅助线。选取功能键圆命令，以坐标原点为圆心，作一个直径为80mm的圆。选取功能键椭圆命令，作一个长半轴为32.5mm、短半轴为28.5mm的椭圆。其中长半轴在与Y轴成45的辅助线上。退出草图，点击特征界面，选取拉伸命令，将刚才所画图形拉伸，高度为20mm。下拉圆角菜单，选择倒角命令，选择需要倒角的两个相邻的面，选择角度距离，输入倒角大小，及角度。再次进入草图绘制，选择基准面。以拉伸生成的侧面为基准面进行草图绘制。以原点为圆心，作X轴、Y轴辅助线，作一个直径为72mm的辅助圆。选取Y轴与辅助圆的交点，作一个直径为4.58mm的圆。退出草图，进入特征界面，选取拉伸切除功能键，完全贯穿，这样就形成了一个切孔。下拉阵列按钮，选择圆周阵列，对象选择拉伸切除的孔，拉伸的圆环中心为阵列参数，个数为4个。这样就完成了定子的绘制（亦可直接在第一次草图中做完所有图形样式直接拉伸）。3、 零件的装配零件的装配图就是限制零件的自由度使零件成为一个具有功能的部件。需要注意的是，插入的第一个零件一般都是默认固定的，所以要选取与双作用叶片泵运动无关的零件先进行插入。后续的零件按照要求一次插入，进行自由度的约束（双作用叶片泵的实际运动轨迹复杂，这里把叶片固定了）。使之能完成规定的运动。零件的三维造型过程图和零件的装配图、爆炸视图。图4-1图4-2如图，为右泵体的三位零件图。结构较为复杂，其大致过程是先拉伸一个立方体，再在所需要的面上绘制出草图进行拉伸、切除一系列操作。图4-3图示为轴两端的轴承。主要绘图指令为旋转和阵列。图4-4下图为定子的三位零件图，绘图过程较为简单，只需简单的草图绘制和拉伸。然后倒角。图4-5图4-6图示为转子的三位零件图，制图过程也较简单。图4-7图示为叶片泵的轴，其大致绘图过程是先旋转出轴的外形，键槽和凹槽的部分在所在对应面绘制草图后切除即可。图4-8图4-9图4-10以上三图为起连接作用和固定作用的螺钉。图4-11图4-12图示为双作用叶片泵的右配油盘，先用旋转做出大致图样，然后进行切除，倒角。图4-13图4-14图示分别为轴用弹性挡圈和孔用弹性挡圈，增加预紧力，起到定位作用。图4-15图4-16图4-17图示为轴承处垫片，用来调整轴隙。图4-18图示为骨架式油封，防止内部油外泄。图4-19图示为密封圈。图4-20图4-21图示为叶片和盖板。图2-22图2-23图示为左配油盘和左泵体。图2-24图2-25图示为装配体图和装配体的爆炸图。图2-26图示为定子、转子、叶片和轴的配合图。第4章 总结为期将近一个学期的毕业设计结束了，在这次学习中我学到了很多东西，认识到了多种类的液压泵，比如常见的齿轮泵，它分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。柱塞泵，它按结构分为径向式柱塞泵和轴向式柱塞泵。叶片泵分为双作用叶片泵和单作用叶片泵，最大的区别时单作用叶片泵的排量可调。也见识到了液压系统的博大精深。实际应用的液压泵也绝非我们理论所学那么简单，要考虑很多因素的影响，比如泵体的材料，零件的精度，所用油液的特性，泵体的密封性能等等之类。最让我影响深刻的是理论挑战经验主义叶片泵原先根据经验主义觉得叶片应向旋转方向前倾一个角，但近年来的研究在打破这一说法。这也告诉我们不能一味相信课本，要始终保持一颗质疑的心，才能发现问题，并最终解决问题，实现进步。最后感谢导师在这段时间的悉心指导和各位评委的意见和建议。参考文献1 左健民.液压与气压传动（第四版）2 赵新泽.液压传动基础3 曾虎，欧阳益文.双作用叶片泵的叶片倾角装备制造技术-第04期.20094李超，雷秀.价值工程-第01期.20145郑开陆.液压与气动-第02期.20066黎克英，陆祥生.叶片式液压泵和马达北京:机械工业出版社,19937何存兴.液压元件.机械工业出版社.19818赵秀丽，田志海.液压泵产生噪声的原因分析及解决办法.农机使用与维修-第02期.20039阜新液压油泵厂网.YB1叶片泵参数./ProductShow.asp?ArticleID=280.2008.1110液压件网.YB1型叶片泵结构原理和安装尺寸图./4/4_3/4_3_2/4_3_2_1.htm.200811金霞.兰州工业高等专科学校学报-第03期.200512秦月霞.机床与液压-200613叶片泵说明书完整版.http:/3/bp_4qw780wtu64vbt01g9to_3.html.201214中华文本库./file/63uvrw6vzctrwtpvpzpiwuaw_10.html.15王立文.液压与气动-200