10SCY14轴向柱塞泵设计
10SCY手动变量柱塞泵结构设计
第1章绪论
随着中国综合国力的增强，中国经济也得到了飞速发展，在纷繁复杂的国际环景中发展并不容易，很多关键技术受到国外封锁，而液压系统也是其中一项，很多国内知名企业如三一重工，中联重科都还在进口国外液压成套系统，很大一部分利润被分走。工业技术的不断发展，对液压元件的需求也越来越广。而作为液压传动系统不可或缺的液压泵就显得尤为重要了。只有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,我相信，随着国力的增强，国家对自我创新力和研发力度加大，中国的液压技术水平会越来越强,在关键技术上也会得到更大的突破，摆脱国外技术封锁，让国内的液压技术走在世界前列。1.1选题的背景及意义
轴向柱塞泵是液压系统中重要的动力元件和执行元件，广泛地应用在工业液压和行走液压领域，是现代液压元件中使用最广的液压元件之一。轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。轴向柱塞泵的优点是结构紧凑，运转平稳，流量均匀性好，噪声低，径向尺寸小，转动惯量小，工作压力高，效率高，并易于实现变量。此外，山于轴向柱塞泵结构复杂，对制造工艺、材料的要求非常高，因此它乂是技术含量很高的液压元件之一。随着高科技的发展，现在机械对小型化、高效率的要求越来越高，而液压传动，随着现在加工工艺、信息化的发展，其缺点也越来越完善，而泵是液压传动的核心。1.2轴向柱塞泵概述
柱塞泵是液压系统中重要的动力元件和执行元件，广泛地应用在工业和农业机械。柱塞式液压泵是依靠若干个柱塞在缸体柱塞孔内做往复远动使密闭工作容积发生变化来实现吸油和压油的。由于密闭工作容积是由缸体中若干个柱塞和缸体内柱塞孔构成，且柱塞和缸体内柱塞孔都是圆柱表面，其加工精度容易保证，它具有重量轻、结构紧凑、密封性好、工作压力高，在高压下仍能保持较高的容积率和总效率，SCY14柱塞泵的丄作圧力可以达到32MP&,容易实现变量等优点；其缺点是对液压工作介质的污染较敬感、滤油精度要求高、结构复杂、加工精度、日常维护要求比较高、价格比较便贵。而柱塞泵分为轴向和径向。
1.3轴向柱塞泵研究现况
我国现在在液压传动的发展起步晚，但是，随着我国工业化的崛起，我们国家液压传动得到一定的发展，但是小型化和高压、高速的液压泵需要进一步发展，我们国家自仿造德国设计了CY14系列柱塞泵，而柱塞泵在大型机械应用广泛，其稳定性和噪音等这些需要进一步改进，在工业化发展的过程中，我们国家应该重视基础科学研究，从而提出更科学的泵的设讣方案和原理。
1.4直轴式轴向柱塞泵的工作原理
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油、压油。柱塞泵具有额定压力高、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。柱塞泵是往复泵的一种，属于体积泵，其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞外拉时，工作室内压力降低，出口阀关闭，低于进口压力时，进口阀打开，液体进入；柱塞内推时，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出口压力时，出口阀打开，液体排出。当传动轴带动缸体旋转时，斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回，完成吸排油过程。柱塞与缸孔组成的工作容腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸、排油腔相通。变量机构用来改变斜盘的倾角，通过调节斜盘的倾角可改变泵的排量。
1-斜盘2-回程盘3-滑靴4-柱塞5-缸体6-配油盘7-传动轴
图M直轴式轴向柱塞泵工作原理
第2章总体设计与分析
2.1主要性能参数分析
10SCY14-1B手动变量轴向柱塞泵参数如下：
最大工作压力氐=31.5MP“
公称排量。（严10加"
额定流量0=15L/min
最大流量e nm=21L/min
额定转速n=1500r/min
2.1.1排量、流量与容积效率
轴向柱塞泵排量?是指缸体旋转一周，全部柱塞腔所排出油液的容积，即
=—x(19.5x0.2)2 x(19.5x0.2x2)x9 10ml
4
不计容积损失时，泵的理论流量Qz,为
Q, =q』b=彳〃詁唤乙％=0.01 X 1500=15(L) 式中巴一柱塞横截面积；
心一柱塞外径；
$max—柱塞最大行程；
Z—柱塞数；
传动轴转速。
泵的理论排量q为
1000（2 1000x15
（，=n.n= 1500x0.95=' （mI/r）
为了避免气蚀现象，在计算理论排量时应按下式作校核计算：
I
70.2?= 206 vC
60 卩
式中q是常数，对进口无预压力的油泵C p =5400：对进口压力为5kgf/cm的油泵C>9100,这里取C/>=9100故符合要求。
要想改变泵输出流量的方向和大小，可以通过改变斜盘倾斜角7来实现。对于直轴式轴向柱塞泵，斜盘最大倾斜角?20。，该设计是通轴泵，受机构限制，取下限，即7=15()O 泵实际输出流量0叨为
Qe=Qb-Q, = \ 5-0.5= 14.5 (ml/min)
式中2为柱塞泵泄漏流量。
泵容积效率加定义厶与?之比，即
轴向柱塞泵容积效率一般为％=0?94?0.9&故符合要求。
2.1.2扭矩与机械效率
不计摩擦损失时，泵的理论扭矩M 〃为
M 严沁二空￡“9.1（曲） 2 兀 2/r
式中几为泵吸?排油腔压力差。
考虑摩擦损失时，实际输出扭矩M “为
= M th +M b = \9」+ 2 = 21 ? 1（N M ）
泵的机械效率定义为理论扭矩M 〃与实际输出扭矩之比，即
泵实际的输出功率N 加为
N 加=几0严几 Q%=3x 19.1 x 14.5 = 2.5（曲）
定义泵的总效率〃为输出功率N 庆与输入功率之比，即
，b N t c “ 1 yh = 0.905 x0.967 = 0.875
hr 2兀M 山——
% 上式表明，泵总效率为容积效率与机械效率之积。对于轴向柱塞泵，总效率一般为
^=0.85?0.9,上式满足要求。
11mh=~^b M^+M“ i +些
1 10 1
——=90.52% 21.1
2. 1.3功率与效率
不计各种损失时，泵的理论功率
叽=I 個=2 叫M 少=2“ 竽 x21.1 = 3.31（皿）
60
泵实际的输入功率“防为
N 『如"2讪土》詈2\ x d^=331（M
2. 2柱塞运动分析
柱塞运动学分析，主要是研究柱塞相对缸体的往复直线运动。即分析柱塞和缸体间的运动学关系。
2. 2.1柱塞行程S
图2.1是一般带滑靴的轴向柱塞运动分析图。以柱塞腔容积最大时的上死点位置为0°,分析任一旋转角a时的运动关系。(斜盘倾斜角为7,柱塞分布圆半径为付，缸体或柱塞旋转角为a)
图2」柱塞运动分析
h = R f —R r cos a
所以柱塞行程S为
s = htgy = /?)(!— cos"g 了
当t/ = i80()时，可得最大行程$唤为
=2心阴=。阴 39xfgl80° = 39（〃m）
2.2.2柱塞运动速度分析v
将式y = /"g7 = R(l-cos)/对时间微分可得柱塞运动速度v为
—=—sin a d a <
当a = 90。及270。时，sin6/ = ±l,可得最大运动速度％?为
\u mdX | = R(CDtgy = 19.5x x2^Jg 15° =819(〃"”/$)
式中3为缸体旋转角速度，3=上。
t
2. 2. 3柱塞运动加速度a
将° =牛=￥■?牛=付期肿血a对时间微分可得柱塞运动加速度a为
d ft d n cl小？
a =寸=〒?-y = R f co^tgycQs a
当a = 0°及180°时，cos = ±1,可得最大运动加速度"max为
|仏| =付0‘必=819><罟X2 沪29(“)
柱塞运动的行程S、速度V、加速度d与缸体转角a的关系如图2.2所示。