三缸轴向斜盘柱塞泵的设计与开发

论文摘要

斜盘柱塞泵是高压清洗机的关键零部件,对高压清洗机的性能有着重要的影响。本文首先对斜盘柱塞泵的工作原理和设计要求作了详细的介绍,从高压、高速两方面论述了泵的设计要领,分析了泵的方案设计、整体设计的方法和进、排水阀组设计的原理,建立了柱塞往复运动的数学模型并进行了实际计算,得到了柱塞的升程、速度、加速度随斜盘转角变化的运动规律。推导了流量与缸数、斜盘转角变化之间的数学方程,给出了实际的计算结果,指出了奇数缸泵的流量脉动比偶数缸泵的流量脉动要小的原因。调压卸荷系统是泵设计中的重要一环,针对调压系统建立了力学平衡方程,编制了相应的计算程序为调压系统的设计奠定了理论基础。建立了柱塞副、斜盘、泵盖在斜盘不同转角位置时的受力分析数学模型,对斜盘、柱塞、泵体、轴承进行了受力分析与实例计算。摩擦与润滑直接影响斜盘柱塞泵的使用寿命,为延长其运行时间应尽量降低运行中存在的磨损,着重分析了摩擦副间磨损状况的影响因素,并给出了几类相应的改进措施;最后根据流体动压润滑理论对柱塞泵的柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析,利用回程和升程时的油厚度对比,对密封的可靠性进行了判断。并根据实际研究指出在柱塞泵的往复运行周期内,密封摩擦副处于干、混合摩擦状态,密封件的结构设计、润滑的状态和润滑油的选择、冷却结构的设计对密封与润滑也是至关重要的。本文对高压清洗机用斜盘柱塞泵的设计、开发和制造有很大的参考价值。

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摘要

Abstract

1 绪论

2 斜盘柱塞泵的工作原理和设计要求

2.1 工作原理

2.2 主要设计技术指标

2.3 柱塞泵的运动学分析

2.3.1 运动方程的求解

2.3.2 柱塞的位移S

p、滑移速度V_h以及流量波动初步分析'>2.3.3 柱塞的速度V_p、滑移速度V_h以及流量波动初步分析

2.3.4 柱塞的加速度分析

2.3.5 柱塞在斜盘平面内的运动轨迹

2.3.6 柱塞在垂直于泵体轴线平面内的运动轨迹

2.3.7 柱塞球头沿斜盘表面的滑移速度

2.4 流量与脉动分析

2.4.1 流量分析

2.4.2 脉动分析

2.5 实际体积流量，容积效率

2.6 转矩与机械效率

3 柱塞泵主要参数和总体结构设计

3.1 方案设计概述

3.2 主要参数设计

3.3 柱塞泵总体结构设计

3.3.1 总体结构设计模块化

3.3.2 进排水阀组的通用设计

3.4 柱塞泵运动学计算

3.4.1 位移

3.4.2 速度

3.4.3 加速度

3.4.4 柱塞球头的运动轨迹

3.4.5 柱塞球头沿斜盘表面的滑移速度

3.4.6 流量与脉动分析

4 主要零部件的受力分析

4.1 柱塞的受力分析

4.1.1 吸入行程受力分析

4.1.2 压排行程受力分析

4.2 泵盖的受力分析

4.2.1 泵盖轴向力分析

4.2.2 N对于Z轴的力矩分析

4.2.3 N对于Y轴的力矩分析

4.2.4 N对于Y轴的力分析与力矩平衡方程

4.3 斜盘的受力分析

i'之合力ΣN_i'与坐标的求解'>4.3.1 N_i'之合力ΣN_i'与坐标的求解

4.3.2 斜盘所受到的力矩求解

5 工作能力计算和结构设计

5.1 进、出水单向阀的设计

5.2 柱塞副的设计与分析

5.2.1 柱塞结构设计

5.2.2 材料、热处理的选择

5.2.3 柱塞副的摩擦校核

5.3 斜盘轴的设计与分析

5.3.1 平键表面挤压强度校核

5.3.2 斜盘轴的扭转强度校核

5.4 深沟球轴承的寿命计算

5.5 螺栓强度校核

5.6 调压系统的计算、分析与结构设计

5.6.1 卸荷阀系统的结构设计和性能计算

5.6.2 卸荷阀系统尺寸链分析

5.7 结构工艺性

6 润滑结构设计

6.1 润滑的状态、分类与转化

6.1.1 润滑状态与摩擦、磨损

6.1.2 流体润滑的分类

6.1.3 润滑状态的转化

6.2 磨损的状态、分类与转化

6.2.1 胶合磨损与减少胶合磨损的措施

6.2.2 磨粒磨损与减少磨粒磨损的措施

6.2.3 疲劳磨损与减少疲劳磨损的措施

6.2.4 磨损形式的转化

6.3 斜盘柱塞泵摩擦副摩擦磨损分析与减小磨损措施

6.3.1 柱塞摩擦副磨损润滑分析

6.3.2 材料与润滑油的选择

7 密封结构设计

7.1 密封机理

7.2 往复密封

7.2.1 往复密封原理和润滑特性

7.2.2 水封和密封结构的设计

7.3 旋转油封的密封设计

7.3.1 旋转油封的密封原理和润滑特性

7.3.2 旋转油封的设计与改进

8 样机性能参数实验与结果分析

9 总结

致谢

参考文献

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