液压气压传动与控制单作用叶片泵全解.docx

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液压气压传动与控制单作用叶片泵全解

《液压气压传动与控制》课程设计

单作用变量叶片泵设计

学院：

机械与汽车工程学院

班级：

装备122

组员：

张月吴传奇宋梓瑜

张大亮张如意

指导教师：

苏学满

2015年4月

目录

一、前言.................................................1

二、课程设计目的.........................................2

三、课程设计任务和要求2

四、设计计算说明书2

（1）工作原理..........................................4

（2）主要参数确定......................................9

5、单作用泵的注意事项................................9

6、叶片泵的常见故障及排除方法........................11

7、叶片泵的拆装修理..................................13

八、结论................................................16

九、参考文献.............................................17

十、我的数据.............................................19

前言

液压泵是现代液压设备中的主要动力元件，它决定着整个液压系统的工作能力。

在液压系统中，液压泵的功能主要是将电动机及内燃机等原动机的机械能转换成液体的压力能，向系统提供压力油并驱动系统工作。

在液压传动与控制中使用最多的液压泵主要有齿轮式、叶片式和柱塞式三大类型。

其中叶片泵是在近代液压技术发展史上最早实用的一种液压泵。

叶片泵与齿轮式、柱塞式相比，叶片泵具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低等突出优点。

在各类液压泵中，叶片泵输出单位液压功率所需重量几乎是最轻的，加之结构简单，价格比柱塞泵低，可以和齿轮泵竞争。

本设计对定量叶片泵的设计以YB系列的双作用叶片泵为基础，并结合现今的技术特点和最新观点进行设计，在定子过渡曲线和叶片倾角等设计上采用了一些有别于传统的设计方案，在一定程度上提高了泵的工作性能。

叶片泵作为液压系统主要部件，对其的设计需要丰富的机械方面的理论知识，以及有关叶片泵的相关专业技术知识，将其作为我的设计方向，是我大学四年专业知识学习的总结和锻炼，在设计过程中也不断促使我重新认识、理解所学专业知识，对所学知识有了一次系统的巩固和提高。

最重要的是在这次设计过程中，对所学理论知识与实践的结合，提高了自己的实践动手能力，并在这过程认识到自己的许多不足，我一定会在今后的学习工作中不断改进。

一、课程设计目的

通过设计实践进一步树立正确的设计思想。

在整个设计过程中，坚持实践是检验真理的唯一标准，坚持理论联系实际，坚持与机械制造生产情况相符合，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠。

通过本次设计实践，培养学生分析和解决生产技术问题的能力，使学生初步掌握现代机械设计设计方法与手段，并巩固、深化已学得的理论知识，进一步培养学生熟悉PROE三维实体建模和运用有关图册、图表等技术资料的能力，训练学生识图、制图、运用现代设计方法的基本技能。

二、课程设计任务和要求

设计题目：

单作用叶片泵设计

工作量：

1.设计计算说明书1份

2．CAD图纸一份

3、设计计算说明书

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）

（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.

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。

（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5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。

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e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。

四、单作用叶片泵的排量和流量

（1）排量

泵的排量为

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

理论流量q=v.n=4πReBn

实际流量q’=4πReBnnpv

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。

3、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

（1）所接触定子曲线不是与转子同心的圆弧

（2）密封区的圆心角略大于相邻叶片所占圆心角

（3）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

（1）属非卸荷式叶片泵

（2）工作P不宜太高

（3）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

五、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。

六、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；⑨检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液黏度等，排除气穴现象；

3、油液吸不上，没有压力

（1）原因分析①电动机转向不对；②油面过低，油液吸不上；③叶片在转子槽内配合过紧④油液黏度过高，使叶片移动不灵活；⑤泵体有砂眼，高低压油互通；⑥配油盘在压力油作用下变形，配油盘与壳体接触不良；

（2）排除方法①纠正电动机的旋转方向；②定期检查油箱的油液，并加油至油标规定线；③单独配叶片，使各叶片在所处的转子槽内移动灵活；④更换粘度低的L-AN15机械油；⑤更换泵体；⑥修整配油盘的接触面；4、振动过大

（1）原因分析①泵轴与电动机轴不同心；②安装螺钉松动；③转速或压力过高；④油液过滤精度过低，导致叶片在槽中卡住；⑤吸入管道漏气；⑥吸油不充分；⑦油液中有空气；

（2）排除方法①重新安装达到说明书要求精度；②拧紧螺钉；③调整至许用范围以内；④拆洗修磨泵内脏件，并仔细重新组装，并更换油液或重新过滤油箱内油液；⑤检查管道各连接处，并予以密封、紧固；⑥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倍以上的虑油器；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；⑦补充油液或采取结构措施，把回油口侵入油面一下；5、外渗漏

（1）原因分析①密封老化或损伤；②进出油口连接部位松动；③密封面磕碰；④外壳体砂眼；

（2）排除方法①更换密封；②紧固螺钉或管接头；③修磨密封面；④更换外壳体

七、叶片泵的拆装修理

7.1拆卸

①松开前盖（泵轴端）各连接螺钉，取下各螺钉急泵盖。

②松开后盖各连接螺钉，取下螺钉及后盖。

③从泵体内取出泵轴及轴承，卸下传动键。

④取出用螺钉（或销钉）连接由左右配油盘、定子、转子组装成的部件，并将此部件解体后，妥善放置好叶片、转子等零件。

⑤检查各O形密封圈，已损坏或变形严重者更换。

⑥检查泵轴密封的两个骨架油封，如其阻油唇边损坏或自紧式螺旋弹簧损坏则必须更换。

⑦把拆下来的零件用清洗煤油或轻柴油清洗干净。

7.2修理

（1）配油盘修理如配油盘磨损和拉伤深度不大（小于0.5mm），可用平磨磨去伤痕，经抛光后再使用。

但修磨后，由于卸荷三角槽变短可用三角锉适当修长。

否则，对消除困油不利。

（2）定子的修理无论是定量还是变量叶片泵，定子均是吸油腔这一段内曲线容易磨损。

变量泵的定子内表面曲线为一圆弧曲线。

定量泵的定子内表面曲线由四段圆弧曲线和四段过渡曲线组成，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）转子的修理转子两端面易磨损拉毛，叶片槽磨损变宽等现象。

若只是两端轻度磨损，抛光后可继续再用。

（4）叶片的修理叶片的损坏形式主要是叶片顶部与定子内表面相接触处，以及端面与配油盘平面相对滑动处的磨损拉伤，拉毛不严重时稍加抛光再用。

7.3装配

修理后的叶片泵装配步骤和注意事项如下：

（1）清除零件毛刺。

（2）用煤油或轻柴油清洗干净全部零件。

（3）将叶片涂上润滑油装入各叶片槽。

注意叶片方向，有倒角的尖端应指向转子上叶片槽倾斜方向。

装配在转子槽内的叶片应移动灵活，手松开后由于油的张力叶片一般不应下掉，否则，配合过松。

定量泵配合间隙0.02-0.025mm，变量泵0.025-0.04mm。

（4）把带叶片的转子与定子和左右配油盘用销钉或螺钉组装成泵心组合部件。

定子和转子与配油盘的轴向间隙应保证在0.045-0.055mm，以防止泄漏增大。

叶片d宽度应比转子厚度小0.01-0.05mm。

同时，叶片与转子在定子中应保持正确的装配方向，不得装错。

（5）把泵轴及轴承装入泵体。

（6）把各O形密封圈装入相应的槽内。

（7）把泵心组件穿入泵轴与泵体合装。

此时，要特别注意泵轴转动方向叶片倾角方向之间的关系，双作用叶片泵指向转动方向，单作用叶片泵背向转动方向。

（8）把后泵盖（非动力输入端泵盖）与泵体合装，并把紧固螺钉装上。

注意紧固螺钉的方法：

应成对角方向均匀受力，分次拧紧，并同时手转动泵轴，保证转动灵活平稳，无轻重不一的阻滞现象。

（9）把两个骨架油封涂润滑油转入前泵盖，不要损坏油封唇边，注意唇边朝向（两者背靠背），自紧弹簧要抱紧不投落。

（10）前泵盖穿入泵轴与泵体合装，装上传动键。

（11）用塑料堵封好油口。

7.4清洁与密封

在拆装叶片泵时，要随时随地注意保持清洁，杜绝污物、灰尘落入泵内。

拆装清洁过程中，禁用棉纱、破布擦洗零件，以免把脱落的棉纱头混入液压系统。

应当使用毛刷和绸布。

不允许使用汽油清洗橡胶密封圈。

叶片泵为精密机件，拆装过程中，所有零件应保持轻拿轻放，切勿敲打撞击。

结论

通过一个月的毕业设计，使我对变量泵有了深刻了解，对其工作原理能充分掌握，对其内部结构有客观的认识。

在设计过程中遇到许多问题，例如在三维建模时与实际泵体尺寸不合，没注意一些细小的地方，然而却造成严重的错误；在泵体内有油液的流动，需要非常严格的密封，在端部的配合上也需仔细考虑；在进行装配时，由于零件间的配合不对，造成无法正确装配等问题。

但是，经过一个月的设计，我克服了一个个问题，完成了此次设计任务。

在对变量泵进行拆装测绘时，也看到了一些不足之处，单作用叶片泵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；转子做等速转动，但流量仍有脉动；在输出流量相同时，它的体积比双作用叶片泵大。

因此，若在开发设计中，重点注意单作用叶片泵的径向受力上，使其能达到径向平衡，减小轴承受力，延长其寿命，则可提高泵的压力，从而提高其工作效率。

参考文献

《液压与气压传动》雷秀主编机械工业出版社20056

《液压与气动技术》李新德主编中国商业出版社20066

《液压传动》任占海主编冶金工业出版社199710

《液压传动》时彦林主编化工工业出版社200510

《液压传动》李寿刚主编北京理工大学出版社19933

《液压传动与气压传动》何存兴张铁华主编华中科技大学出版社20068

《液压与气动技术》朱新才主编重庆大学出版社20032

《液压与气压传动》宋锦春苏东海张志伟主编科技出版社20066

我的数据

工作压力7MPa2KW叶片泵转子转速1450r/min叶片数15

转子半径29.0mm转子轴向宽度B=25mm

定子半径30mm偏心距e=1mm

排量V=4πRBe=4*3.14*30*25*1=9420mm³/r=9.420ml/r

理论流量Q1=Vn=4πReBn=13.659L/min

实际流量=Q1*η=11.47356L/min

容积损失η1=90%机械损失η2=98%总效率=88%