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第二章：
泵体及定子曲线的设计及优化……………………………………
2.1现有双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点
2.1.1双作用叶片泵的工作原理
2.1.2双作用叶片泵的定子曲线
2.1.3常见双作用叶片泵的定子曲线及其优缺点
2.2定子曲线的设计及优化
2.2.1无冲击、低噪声定子曲线的特性
2.2.2定子曲线的设计及优化
2.3定子曲线的评估
2.3.1理论曲线的评估
2.3.2零件的材料与技术要求
第三章：
零件的加工………………………………………………………………
3.1零件特征分析
3.1.1零件图样分析
3.1.2加工方法选择
3.1.3工序划分
3.1.4加工路线确定
3.1.5工件装夹与夹具选择
3.1.6编程尺寸确定
3.2选择机床、工艺装备等
3.2.1机床选择
3.2.2刀具选择
3.2.3量具选择
3.3工艺参数确定
确定切削用量
填写工艺文件
第四章：
编制加工程序单……………………………………………………………
结语
致谢
参考文献
绪论
近几十年来，我国的汽车工业得到了迅速发展，为满足对舒适性和安全性的更高要求，越来越多的汽车车型采用转向系统，液压动力转向系统工作压力高、结构紧凑，动力缸的尺寸小、重量轻；
油液具有不可压缩性、灵敏度高；
油液的阻尼作用可以用来吸收路面冲击；
动力装置无需润滑。
故液压动力转向系统有利于节能、降噪以及转向盘操作力控制。
但也有其不可忽视的缺点，如能耗较大、噪声较高等。
转向助力是协助驾驶员作汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向盘的用力强度，当然，助力转向在汽车行驶的安全性、经济性上也一定的作用。
就目前汽车上配置的助力转向系统和我能看到的资料，大致可以分为三类：
第一，机械式液压动力转向系统；
第二，电子液压助力转向系统；
第三，电动助力转向系统。
机械式液压动力转向系统
机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。
无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。
所以，也在一定程度上浪费了资源。
可以回忆一下：
开这样的车，尤其是低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。
又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。
还有，机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。
一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。
电子液压助力转向系统
主要构件：
储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。
工作原理：
电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。
它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。
简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；
汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。
电动助力转向系统（EPS）
英文全称是ElectronicPowerSteering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。
EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。
一般是由转矩（转向）传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。
主要工作原理：
汽车在转向时，转矩（转向）传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。
如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby（休眠）状态等待调用。
由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。
又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。
一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多
在动力转向系统中，转向助力泵作为其心脏部件，直接影响到汽车的转向和操作稳定性。
汽车动力转向泵具有小排量、高转速的特点。
绝大多数转向泵采用双作用叶片泵，双作用片泵也称为平衡式叶片泵，与齿轮泵、柱塞泵相比，叶片泵由于具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出特点，在各种类型的汽车上获得了广泛的应用。
除了液压泵外，转向泵内部一般还包括控制流量、压力的阀件，这些阀件和液压泵一起构成了转向泵的液压回路。
目前开式液压动力转向系统的应用比闭式系统更为广泛，其能耗问题也比较突出，因此本文选择了开式液压动力转向系统中常用的双作用叶片式转向泵作为研究对象。
1.3国内外对叶片泵的研究（参考文献[14]）
叶片泵是目前中高压液压系统中使用较广的一种泵。
随着液压技术的不断发展，叶片泵的高压化导致了叶片泵顶部与定子内表面接触应力的急剧升高,加剧了磨损,一旦受力不平衡,会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。
50年代后期，国外出现压力等级为14.0Mpa的叶片泵时，其噪声值为75dB（A），噪声值过高成了一个急需解决的问题。
从1960年起国外开始重视叶片泵噪声问题，不断进行降噪研究，到70年代末和80年代中期，一系列性能优良的低噪声叶片泵相继问世，噪声值一般可控制在65dB（A）以下，其中日本油研公司研制的PV2R系列叶片泵，噪声值甚至低至51-62dB（A），已达到低于同等功率电动机噪声的水平。
另外，像美国的Denison“T6”系列叶片泵，都较好的控制了叶片泵的噪声值，属于性能优良的低噪声叶片泵。
随着国产汽车工业的发展，国内许多厂家进行了汽车动力转向泵的国产代开发。
目前为止，已有许多种动力转向泵实现了国产代。
国内的许多厂家通常采用“反靠”靠模的加工方法加工定子内曲线条件好些的厂家使用精密测会仪器对定子样品尺寸进行较高精度的测绘，然后在数控机床上加工定子内曲线。
这些加工方法虽然能较好地仿制出国外定子内曲线的形状，但因在加工过程中不可避免地带入了误差。
这种误差为系统误差，导致最终所得的定子内曲线与实际的最佳过渡曲线形状不符，同时，又由于国内当前的生产加工条件差，定子内曲线加工精度难以满足要求，存在加工误差。
与齿轮泵或轴向柱塞泵等其他形式的液压泵不同，双作用式叶片泵使用寿命不是取决于轴承的寿命，而主要取决于定子内表面与叶顶的磨损程度。
叶片泵的高压化会引起叶片与定子内表面的撞击振动，从而激发噪声。
噪声不仅给环境带来污染，而且大大影响了泵的使用性能，降低了泵的使用寿命。
因此，叶片泵的噪声控制成了一个急待解决的问题。
在叶片泵的低噪声研究中，定子内曲线一直被有关专家视为关键因素。
为了解决这一问题，有必要对叶片泵定子内曲线进行优化设计，进一步降低叶片泵工作时的噪声，提高其工作效率。
本文对汽车助力转向系统的工作原理进行了简单分析，对汽车助力转向泵，主要是双作用叶片泵进行了介绍。
通过对叶片泵的定子曲线进行分析对比，高次型曲线能充分满足叶片泵对定子曲线径向速度、加速度和跃动等特性的要求，尤其在控制叶片振动，降低噪声方面具有出的优越性。
本文主要对高次型定子曲线进行了分析。
双作用叶片泵的结构特点
（1）配油盘。
双作用叶片泵的配油盘,在盘上有两个吸油窗口2、4和两个压油窗口1、3,窗口之间为封油区,通常应使封油区对应的中心角β稍大于或等于两个叶片之间的夹角，否则会使吸油腔和压油腔连通，造成泄漏，当两个叶片间密封油液从吸油区过渡到封油区（长半径圆弧处）时,其压力基本上与吸油压力相同,但当转子再继续旋转一个微小角度时，使该密封腔突然与压油腔相通，使其中油液压力突然升高,油液的体积突然收缩,压油腔中的油倒流进该腔,使液压泵的瞬时流量突然减小,引起液压泵的流量脉动、压力脉动和噪声,为此在配油盘的压油窗口靠叶片从封油区进入压油区的一边开有一个截面形状为三角形的三角槽（又称眉毛槽）,使两叶片之间的封闭油液在未进入压油区之前就通过该三角槽与压力油相连,其压力逐渐上升,因而缓减了流量和压力脉动，并降低了噪声。
环形槽c与压油腔相通并与转子叶片槽底部相通,使叶片的底部作用有压力油。
（2）定子曲线。
定子曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的。
过渡曲线应保证叶片贴紧在定子内表面上,保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的变化均匀,使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。
过渡曲线如采用阿基米德螺旋线,则叶片泵的流量理论上没有脉动,可是叶片在大、小圆弧和过渡曲线的连接点处产生很大的径向加速度,对定子产生冲击,造成连接点处严重磨损,并发生噪声。
在连接点处用小圆弧进行修正,可以改善这种情况,在较为新式的泵中采用“等加速一等减速”曲线,如图3-15（a）所示。
这种曲线的极坐标方程为：
ρ=r+θ2（0＜θ＜a/2ρ=2r-R+（θ-）（a/2＜θ＜a（3-21）
式中符号见图3-15所示。
图-1定子过渡曲线
由式（3-21）可求出叶片的径向速度dp/dt和径向加速度d2p/dt2,可知:
当0＜θ＜α/2时,叶片的径向加速度为等加速度,当α/2＜θ＜α时等减速。
由于叶片的速度变化均匀,故不会对定子内表面产生很大的冲击,但是,在θ=0、θ=α/2和θ=α处,叶片的径向加速度仍有突变,还会产生一些冲击,如图2-15（b）所示。
所以在国外有些叶片泵上采用了三次以上的高次曲线作为过渡曲线。
（3）叶片的倾角。
叶片在工作过程中,受离心力和叶片根部压力油的作用,使叶片和定子紧密接触。
当叶片转至压油区时,定子内表面迫使叶片推向转子中心,它的工作情况和凸轮相似,叶片与定子内表面接触有一压力角为β,且大小是变化的,其变化规律与叶片径向速度变化规律相同,即从零逐渐增加到最大,又从最大逐渐减小到零,因而在双作用叶片泵中,将叶片顺着转子回转方向前倾一个θ角，使压力角减小到β′,这样就可以减小侧向力FT,使叶片在槽中移动灵活,并可减少磨损,如图3-16所示,根据双作用叶片泵定子内表面的几何参数,其压力角的最大值βmax≈24°
。
一般取θ=（1/2）βmax,因而叶片泵叶片的倾角θ一般10°
～14°
YB型叶片泵叶片相对于转子径向连线前倾13°
但近年的研究表明,叶片倾角并非完全必要,某些高压双作用叶片泵的转子槽是径向的,且使用情况良好。
第二章泵体及定子曲线的设计及优化
2.1.1双作用叶片泵的工作原理（参考文献[4]）
如图3-1所示为双作用式叶片泵工作原理图。
双作用叶片泵由泵体、定子,转子、叶片、左、右配流盘和传动轴组成。
定子与转子中心重合。
定子
图-2双作用叶片泵的工作原理图
与泵体固定在一起，其内表面是由与转子同心的四段圆弧组成，即两段半径为R的大圆弧和两段半径为r的小圆弧及四段过渡曲线组成。
当叶片由小半径向大半径移动时，两叶片间密封容腔容积逐渐增大，由于产生局部真空，使油液在大气压作用下，通过吸油窗口从油箱吸入泵内，而当从大半径向小半径移动时，叶片后缩，容积逐渐减小，油压上升，将油从压油窗口压出。
当泵连续转动，能够重复吸油、压油过程而连续供油。
由于双作用叶片泵有两个吸油腔，两个压油腔，转子每转一转，叶片泵便完成两次吸油、两次压油过程，故称双作用式叶片泵。
且两对吸压油腔是对称于转子轴分布的，故径向液压力对其作用力为零，即是平衡的，故又称此泵为卸荷（平衡）叶片泵，因排量不可调，所以称为定量泵。
2.1.2双作用叶片泵的定子曲线（参考文献[2]）
1.定子曲线介绍
图-3叶片泵定子曲线
双作用叶片泵的定子曲线半径为R和r的大，为使吸油压油顺利进行，使泵正常工作，对过渡曲线的要求是：
能保证叶片贴紧在定子内表面上，以形成可靠的密封工作，腔能使叶片在槽内径向运动时速度，加速度变化均匀，以减小流量的脉动了，当叶片沿着槽向外运动时，叶片对定子内表面的冲击应尽量小，以减小定子曲面的磨损。
为了便于分析讨论定子曲线的特征,过渡曲线径向通常用极坐标表示,分别为过渡和圆弧的包角，定子中心O到曲线上任一点的矢径是转角的函数，变化范围为0-a，定子曲线的范围角（幅角），定义为曲线的速度为曲线的加速度，为曲线的加速度变化率，以后称跃动，是转角速度。
常数，定子曲线的升程是长半径之差。
2.定子曲线对噪声的影响
定子曲线对叶片泵噪声的影响表现为两个方面:
（1）由定子曲线产生的流量的脉动;
（2）由定子曲线产生的叶片运动不平稳而造成的机械噪声，通常表现为叶片与定子内撞击振动，这种撞击振动说明在泵运转过程中，叶片有瞬时脱离定子的现象。
1.常用定子曲线
通常，大多数双作用叶片泵的定子内曲线采用的是等加速等减速曲线（又称抛物线型曲线），也有一部分用的是正弦曲线和余弦曲线。
它们的轨迹、速度、加速度和跃动。
曲线如图3-3所示
图3-3常见定子曲线特性
将上述各项特性随过渡角变化的数学方程列于表3-1中。
表3-1常见定子曲线的数学方程
2.各种定子过渡曲线特点分析
定子过渡曲线通常有正弦加速曲线，余弦加速曲线，等加速等减速曲线，修正的阿基米德螺线几种。
采用正弦曲线作过渡曲线，则在过渡区，叶片的径向加速度按正弦规律变化，叶片不会产生刚性冲击和柔性冲击，但叶片的最大加速度较大，在过渡区叶片容易产生脱空现象；
采用阿基米德螺线作为过渡曲线时，则过渡曲线的径向升程或极半径按阿基米德螺线规律变化，叶片在阿基米德螺线上滑动时，叶片连接点易磨损;
采用等加速等减速过渡曲线，在连接点处，在过渡曲线与圆弧的连接点及过渡曲线的中点加速度发生突变而造成“软冲”现象。
高次曲线通过对参数的调整可满足瞬时流量均匀性和减小振动的要求。
国内外的研究表明，采用高次曲线叶片泵的噪声通常是较小的，为现代高性能低噪声叶片泵广泛采用。
从控制叶片的振动和噪声来说，上述三种定子内曲线都不具备良好的性能，不是理想的无冲击的定子内曲线，不适应于高性能低噪声叶片泵。
3.高次型曲线
高次曲线方程的通式可写成:
为使该方程的三阶导数存在而且连续光滑变化，次数至少不得低于5次，即要求n≥5。
为了限制和的值，保证叶片受力良好，方程次数也不宜太高，一般取≤8。
由此可以得到5次、6次、7次、8次四条定子曲线，这些高次曲线已在国内新开发的叶片泵中获得成功的应用，实践证明该方法对降低叶片的振动与噪声有较明显的作用。
2.2定子曲线的设计及优化
2.2.1无冲击、低噪声定子曲线的特性（参考文献[12]）
无冲击、低噪声叶片泵对定子曲线的速度、加速度、跃动等特性的具体要求是:
（1）速度特性
速度特性曲线光滑连续，沿线有突变。
为保证叶片泵输出流量脉动尽可能小，要求相邻间隔为叶片间隔角的任意点的速度组合等于或近于常数。
（2）加速度特性
加速度特性曲线连续光滑，没有突变，不出现加速度为无穷大的点。
最大加速度受叶片不脱离定子条件的限制。
（3）加速度变化率
要求跃动特性曲线连续光滑，没有突变，不出现J值为无穷大的点，的最大值受低噪声性能的限制。
如果定子曲线的J值在较小范围内变化且保持连续，能在一定程度上抑制叶片的振动，称之为低噪声曲线。
不但限制J值的连续变化，更好地实现叶片无冲击的径向运动，这样的定子曲线称为无冲击低噪声曲线。
2.2.2定子曲线的设计及优化（参考文献[13]）
1、概述
双作用叶片泵的定子曲线，一般都是由四段与转子同心且轴对称圆弧（两段大半径、两段小半径）的工作曲线和四段中心对称的过渡曲线所组成。
其关键便是过渡曲线的设计。
下文所称的定子曲线既指过渡曲线。
所要求的定子曲线需要满足以下条件：
（1）为了保证输出的流量脉动要小，加速度曲线要相对于本身中轴对称。
（2）控制最大加速度值n，以保证在油泵刚开始工作时叶片不会脱离定子。
（3）定子曲线不能够有硬冲及软冲现象，且要尽量减小曲线的度跳动值-，来降低油泵工作时的噪音。
（4）尽量减小叶片的压力角T以及曲线的最高速度，来保证叶片有良好的受力状态。
所用符号的含义：
R一长轴半径；
v一叶片径向度速度；
r一短轴半径；
a—度加速度；
β一圆弧段所对应的中心角；
J—度跳动；
α一过渡曲线所对应的中心角；
τ一叶片压力角；
ρ—过渡曲线上的半径值；
L一叶片长度；
—包络线上的半径值；
一叶片顶端圆角半径；
一转子在过渡曲线上的转角；
一定子曲线半径径向偏差。
2、1定子曲线的设计方案
为了避免叶片厚度造成的偏差，将过渡曲线的设计分两步走，以此来保证所得到的叶片运动规律符合实际情况：
（1）以叶片顶端圆角圆心为基点，不考虑叶片的厚度，根据要求先设计出理论曲线，其所展示的运动规律为叶片顶端圆角圆心的运动规律。
（2）建立叶片顶端圆角的数学模型，找出其在顶端圆角圆心按照理论曲线运动时实际包络线，此包络线便为最终定子曲线。
2、2理论曲线的设计
为了做到定子曲线完全没有硬冲及软冲现象，必须依靠高阶曲线，高阶曲线的一般表达式为：
为度速度，体现叶片的径向速度；
为度加速度，影响叶片的径向惯性力；
为度跳动，主要反映曲线的助振作用以及影响噪声大小；
为叶片压力角，即定子对叶片反作用力与叶片径向运动方向之间的夹角，影响叶片的受力状态。
从最优化的角度出发。
希望能够使曲线的度跳动指标趋于极小，同时兼顾度加速度等指标，给出了以下优化方程式：
其中，
和
为加权因子，因为曲线的长短轴半径已知，从尽可能的减小最大度跳动值
的角度出发，选取了较大的
值和较小的
值。
通过在专门求解最优化模型的计算机软件包LINGO8．0下编程计算。
用分枝定界法（B—and—B）得到以上优化方程式的全局最优解。
且将得到的结果输入MATLAB软件。
得到理论曲线的表达式。
2、3计算实际包络线
首先，建立叶片和曲线接触时的数学模型，如图2所示。
图中FF为叶片与定子曲线在接触点上的公切线、NN为接触点公法线、o为叶片顶端圆角圆心、r为叶片顶端圆角半径、tao为叶片压力角
、虚线为依照传统方案不考虑叶片厚度时的定子曲线、实线为实际定子曲线、
为叶片径向偏差、
为叶片中心线与公切线FF的交点、A为叶片中心线与实际定子曲线交点。
图-4包络线数学模型示意图
计算式：
如果先得到定子曲线再定叶片的参数，实际情况就如图所示。
根据所建的数学模型可以得到其曲线径向偏差
为：
在得到数学模型后，便通过MATLAB软件的符号运算功能，得到最终的包络线的方程。
2.3．1理论曲线的评估
定子曲线的评估主要是分析比较定子曲线的几个重要参数o、^r等等。
通过对理论曲线进行评估来检验设计方案的可行性。
本文对于理论定子曲线的评估主要是以参考文献叫提出的7阶高性能定子曲线为参考，来比对两条曲线的各项重要数据，从而评估所设计的定子曲线。
材料GCr15CR12MOV或38CrMOAl
热处理：
淬火HRC60.38CrMOAl.氯化HRC65～70.
加工要求：
端面平行度0.002mm
内圆柱面与端面的垂直度0.008mm
内孔光洁度▽9
零件的加工
3.1零件工艺分析
图-五零件实物图
此次加工零件的结构较简单，精度要求高，各加工表面之间有严格的公差要求。
该零件的材料为45锻件。
零件的类型由平面曲线轮廓类和孔组成，全部加工部位都集中在一个面上，即XY平面。
零件图形上各加工部位的尺寸标注完整无误。
所铣削的零件外轮廓比较简单（仅直线和圆弧相切），通过自动编程可达到技术要求，图纸相关尺寸坐标已给出可考虑用手工编程方法进行，但要保证对称公差0.02、平面度、及3mm侧边，所以装夹时要注意保证零件强度，不发生倾斜等现象。
加工孔时，技术要求较高必须进行二次加工。
加工零件时必须达到尺寸精度和表面粗糙度要求。
零件三维图形
在数控加工中，选择加工方法主要考虑所选加工方法要与实零件的表面特征，所要求达到的精度及表面的粗糙度相对应。
此加工涉及到的表面粗糙度为1.6及孔的粗糙度要求，因此，加工方法选择平面铣切削加工；
即采用端面铣刀和立铣刀进行加工铣削。
孔采用先钻后铰进行。
加工过程中，为减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具的加工的内容安排在一个工序（或工步）中，按照加工表面的性质和要求，将粗加工，精度加工分为依次进行的不同工步，一般按“先粗后精”、“基准先行”、“先面后孔”、“先主后次”、适当集中等原则，安排各表面的切削加工、辅助工序的先后次序。
零件为锻件，因此可采用以下加工顺序：
保证上下面平行度及底面平面度
点孔——钻孔Ф3.1孔——铰孔——铣内腔轮廓——检验
加工路线是刀具在整个加工工序中的切削运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。
走刀路线是编写程序的依据之一，因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟订出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。
工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，要考虑各方面的工艺要求。
根据数控加工进给路线原则，此加工的具体加工路线如下：
选择的加工路线应能保证零件的加工
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