PFE-41085柱销式叶片泵的设计

PFE-41085柱销式叶片泵的设计

热能与动力工程(流控方向) 学号:*** 姓名:***

指导老师: ***

摘要

叶片泵是常见的几种液压泵之一，它具有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小等优点，在各类液压泵中，叶片泵结构较为简单，价格较低，输出排量较大，具有很强的竞争力。

本文也PFE系列叶片泵为例，介绍了柱销式叶片泵的工作原理，以及其设计计算过程，设计中主要对叶片倾角及定子曲线进行了着重分析，最后介绍了叶片泵噪声、寿命与维护。设计中选择了现在已越来越得到更多人承认的叶片倾角为零的观点，定子曲线的设计也没有拘泥于传统的等加速等减速曲线等。

关键词：叶片泵注销定子过渡曲线

ABSTRACT

Vane pump is one of the most common pumps.It has many advantages like discharge even,worksteadly,less noise and light weight.Amongthe all kinds of pumps,vane pump is not complexe for structure,price is not so high and the discharge is larger than others.So the vane pump has strong competition ability.

This article take the post pump for example,introduce the work principle of the vane pump and the desigh as well as its calculate princess.Blade angle and transition cruve are mainly analysis in this article.Finally,introduce the noise,use safeguard and lifespan.In the design of blade angle,choose zero which be used today by more and more people.

KEY WORDES: vane pump post pin the stator transition curve

一、概述

（一）双作用叶片泵的概述

叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小、重量轻、寿命长等优点。在机床、工程机床、船舶、压铸及冶金设备中得到广泛的应有。低中压叶片泵的工作压力一般为8Mpa，中高压叶片泵的工作压力可达25至32Mpa，泵的转速范围为600-2500r/min。其缺点是对油液的污染较齿轮泵敏感，又因叶片甩出力，吸油速度和磨损等因素的限制。此外，与齿轮泵相比，叶片泵的制造工艺要求也较高。叶片泵是由转子带动叶片沿定子表面滑动进行工作的。

（二）PFE柱销叶片泵的结构剖析

如图（1）所示，为本次设计的PFE-41085柱销式叶片泵，PFE柱销式叶片泵主要由泵体、泵盖、定子、转子、叶片、前后配流盘、柱销、传动轴等组成。和其他双作用叶片泵结构和工作原理相类似，不同之处是：为了减小吸油腔处作用在定子上的作用力，在叶片下面装一个小柱销，压力油始终通柱销底部，将叶片推向定子，而叶片顶部与两侧有圆弧槽与底部沟通，故叶片受力基本平衡，由于柱销直径很小，作用在定子上的力也就很小，故泵的工作压力很高。

图（1）

和其他叶片泵一样，柱销叶片泵定子的腰圆形内表面由两段半径为R的圆弧和两段半径为r的小圆弧以及四段连接大小圆弧的平滑过渡曲线组成。叶片可以在叶片槽内自由滑动。柱销位于铜套和叶片之间，可在柱销孔内滑动。转子、叶片、定子都夹在前后配流中间，当转子转动时，叶片受离心力而紧贴定子内表面，起密封作用，将吸排油腔隔开。当转子与叶片从定子内表面的小圆弧区向其大圆弧区移动时，两个封油叶片之间的容积增大，通过配流盘上的配流窗口（吸油槽）吸油；由大圆弧区移向小圆弧区时，通过配流盘上的配流窗口（排油槽）排油。转子每转一周，叶片在叶片槽内往复两次，完成两次吸排油过程。

PFE 柱销叶片泵的结构特点如下：

1.PFE柱销叶片泵的两吸排油腔均对称布置，故作用在转子上的液压力互相平衡；

2.柱销底部通高压油，减小了叶片对定子内表面的压紧力，从而减小了定子对叶片的磨损；

3.在转子外圆上开有倒角，在定子的进油侧打有进油孔，外圆上倒有45°的倒角，增大了泵的

通油面积，从而提高了泵的吸油能力；

4.柱销叶片泵的两配流盘得两端面都通高压油，其压力大于转子接触之“前面”的油压压力，

工作时配流盘会自动贴紧定子、转子端面，使转子与配流盘间保持较小的间隙，从而提高了容积效率。

二、设计参数及设计过程

（一）设计原始参数

本次设计的原始参数如下：额定工作压力：P=17.5Mpa；排量：V=85ml/r；额定转速：n=1500r/min；要求配流盘结构具有避免配流冲击、降低振动和流体噪声的作用；确定综合性能最优的定子曲线。

(二)设计过程

1. 查阅资料文献，明确任务，确定设计方案；

2. 进行参数计算，包括流量、功率和扭矩的计算，进行运动学和动力学分析；

3. 结合前面已知和计算出的结果，对主要零件进行系统设计，确定结构及尺寸，包括对叶片的

设计、转子的设计、定子的设计、配流盘的设计和泵轴的设计；

4. 对所设计的零件进行受力分析和性能校核。包括对叶片的强度校核、转子槽根部强度校核、

定子满足叶片不脱空验算、配流窗口流速验算和泵轴强度校核；

5. 泵的噪声及寿命分析。

三、主要零件的设计

（一）叶片的设计

对叶片的设计主要包括叶片材料的选择、叶片数的选择、叶片厚度的确定、叶片长度的设计，叶片工作条件比较恶劣，其材料要求具有相当高的硬度和良好的耐磨性，故选用W18Cr4V。叶片数的选择对叶片泵的性能有很大影响，按理论叶片数应取大于6的偶数，一般取8-12，在本次设计中取12，这样既可以得到比较稳定的流量也可以减小对定子根部强度的消弱。叶片受力比较复杂，主要受定子、转子和油液对叶片的共同作用，还有惯性力的作用。叶片的实效主要表现在叶片顶部的磨损和叶片发生翘曲变形。

（二）转子的设计

转子的设计主要包括转子半径的确定、轴向宽度的确定以及花键的设计。转子是叶片泵的关键零件之一，它的破坏通常表现为转子体两相邻叶片槽根部的断裂，为了提高转子的抗冲击强度，同时又保证叶片槽具有足够的硬度一防止槽磨损，转子一般采用冲击韧性较好的40Cr淬火处理。转子半径由花键轴颈d0和叶片高度L根据叶片槽根部的强度确定，一般取r z=(0.9-1)d0,但是在实际设计中还得结合实际选取。转子的轴向宽度与叶片的长度、定子的轴向宽度相等。

（三）定子的设计

定子的设计主要包括定子材料的选择、定子长短半径的确定、定子大小圆弧及过度曲线幅角的设计、定子过度曲线的设计。由于叶片头部贴紧定子内表面，当泵工作时，定子内表面难免会发生磨损，为了提高定子内表面的耐磨性，定子一般采用38CrMoAl合金钢进行氮化处理，其耐磨性能相对比较高。定子短半径一般比转子半径大0.5-1，而结合短半径、转子轴向宽度和泵的流量可以求出定子长半径，R=39。由于本次设计的叶片数为12，所以大小圆弧的范围角为β1=β2=2π/12=30°，所以过渡曲线的幅角大小为60°。对定子的校核主要校核叶片槽根部的弯曲强度。

（四）配流盘得设计

配流盘的设计包括材料的选择和配流窗口的设计。由于配流盘和叶片、转子紧密接触，当泵工作是，配流盘表面难免发生磨损，所以在本次设计中配流盘得材料选用HT54。在配流盘窗口的设计中应注意闭死角的设计和三角窗口的设计，在排油窗口的前后端都设有预升压，吸油窗口的前后端设有预降压，以使压力变化缓慢，避免油压冲击，对于本次设计的定子过渡曲线而言，排油侧闭死角，其中，吸油侧闭死角，其中。在排油窗口的前后端和吸油窗口侧往叶片底部通油液的窗口前后端都对称设有三角窗口，用来减小液压冲击，起消振降噪的作用，三角槽幅角的大小取与闭死角相等的角度。吸排油窗口的大小角度=过渡曲线范围角-2倍的相对应的闭死角，经计算的吸油窗口的范围角为38°，排油窗口的范围角为32°。

（五）泵轴的设计

泵轴的主要作用是传递扭矩和动力的零件，它的设计主要包括轴的直径及轴的长度的确定，他们的确定依据已设计的与轴接触零件的尺寸来确定。该泵的泵轴主要受扭矩作用，其轴向力和径向力相对扭矩可以忽略不计，所以在对轴校核时只进行扭矩的校核。

四、噪声与寿命

叶片泵的噪声主要来源于叶片与定子曲线表面的摩擦、困油噪声、流量脉动激发的噪声以及气蚀噪声，减低噪声的主要措施有：选择合理的叶片数和定子曲线；开三角槽口避免液压冲击增大吸油面积防止气蚀。与齿轮泵和轴向柱塞泵不同，平衡式叶片泵的使用寿命不是取决于轴承寿命，而是取决于定子内曲面和叶片头部的磨损，所以叶片泵的寿命很难估算。

参考文献

[1] 何存兴.液压元件.北京：机械工业出版社，1982