叶片泵的结构设计及造型 叶片泵毕业设计
叶片泵的结构设计及造型
叶片泵在液压系统中应用非常广泛，它具有结构紧凑、体积小、运转平稳、噪声小、使用寿命长等优点，但也存在着结构复杂、吸油性能差、对油液污染比较敏感等缺点。在此次课题设计过程中通过学习了解它的分类、结构特点、工作原理、应用场合等，在对流量，压力等技术参数进行计算的基础上，运用UG软件完成了一种典型叶片泵的设计，包括实体造型、装配图、工程图。
第一章叶片泵概述
1.1 叶片泵的分类
液压泵是液压系统的动力装置，它将原动机输入的机械能转化为液体的压力能。按不同的分类原则，划分如下：
1.按工作原理可分为
（1）叶片式泵、容积式泵、其它类泵。其中叶片式泵有立式泵、高速泵等；容积式泵有往复泵，如活塞（柱塞）泵、隔膜泵等；回转泵如齿轮泵、螺杆泵等。
2．叶片泵按结构分为单作用泵和双作用泵。单作用式叶片泵主要做变量泵使用，双作用式叶片泵主要做定量泵使用。
1.2叶片泵工作原理
1.2.1双作用式叶片泵的原理
当电机带动转子沿转动时，叶片在离心力和叶片底部压力油的双重作用下向外伸出，其顶部紧贴在定子内表面上。处于四段同心圆弧上的四个叶片分别与转子外表面、定子内表面及两个配流盘组成四个密封工作油腔。这些油腔随着转子的转动，密封工作油腔产生由小到大或由大到小的变化，可以通过配流盘的吸油窗口（与吸油口相连）或排油窗口（与排油口相连）将油液吸入或压出。
在转子每转过程中，每个工作油腔完成两次吸油和压油，所以称为双作用式叶片泵，由于高低压腔相互对称，轴受力平衡，为卸荷式。由于改善了机件的受力情况，所以双作用叶片泵可承受的工作压力比普通齿轮泵高，一般国产双作用叶片泵的公称压力为5
1063 pa 。
图1.1 双作用叶片泵工作原理
1— 定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口
1.2.2单作用叶片泵的原理
单作用叶片泵的工作原理如图所示，单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子间有偏心距。叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁，这样在钉子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间，当转子按图示的方向回转时，在图的右部，叶片逐渐伸出，叶片间的工作空间逐渐增大，从吸油口吸油，这是吸油腔。在图的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作空间逐渐缩小，将油液从压油口压出，这是压油腔，在吸油腔和压油腔之间，有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开，这种叶片泵在转子每转一周，每个工作空间完成一次吸油和压油，因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转，泵就不断地吸油和排油。
图 1.2 单作用叶片泵工作原理
1-- 2- 3---
1.3叶片泵的结构组成
1.双作用叶片泵的结构组成
双作用叶片泵由定子（定子的内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成）、转子（转子与定子同心）、叶片、配油盘和传动轴组成。
图 1.3 双作用叶片泵的结构
1-11轴承2、6左右配流盘3、7前后盖体4叶片5定子8端盖9传动轴10防尘圈12
螺钉13 转子
2.单作用叶片泵的组成
单作用叶片泵是由定子（定子的内环为圆）、转子（转子与定子存在偏心）、叶片、配流盘、和传动轴组成。
1.4叶片泵的结构特点
1.双作用叶片泵的结构特点
●双作用叶片泵的径向力平衡
●双作用叶片泵为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通
压力油。
●合理设计过渡曲线形状和叶片数（z≥8），可使理论流量均匀，噪声低。
●定子曲线圆弧段圆心角β≥配流窗口的间距角γ≥叶片间夹角α（= 2π/ z）。
为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。
双作用叶片泵将压力油引入叶片底部，平衡叶片顶部的液压力，保证叶片与定子内表面的良好接触，但叶片经过吸油区时叶片底部没有液压力，附加的叶片底部的液压力会加剧叶片的磨损，而且为了减少液压冲击和噪声，避免困油现象，可以通过开卸荷槽来解决。
2.单作用叶片泵的特点
●单作用叶片泵可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量。
●叶片槽根部分别通油，叶片厚度对排量无影响。
●因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数，以减小
流量的脉动。
1.5叶片泵的应用特点
1.叶片泵的应用优点
叶片泵的流量均匀，运转平稳，噪声小，体积小，总量轻。叶片泵在中低压一般为8MPa,中高压可达25MPa至32MPa。
2. 叶片泵的应用缺点
叶片泵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
影响，泵的转速不能太大，也不宜太小，一般可在600～2500r/min范围内使用；泵的结构也比齿轮泵复杂；吸入特性比齿轮泵差。
1.6单作用叶片泵与双作用叶片泵的区别
单作用叶片泵：
1、单作用叶片泵为单数叶片（使流量均匀）
2、单作用叶片泵的定子、转子和轴受不平衡径向力
3、单作用叶片泵叶片底部的通油槽采取高压区通高压、低压区通低压，以使叶片底部和顶部的受力平衡，叶片靠离心力甩出。
双作用叶片泵：
1、双作用叶片泵为双数叶片（使流量均匀）
2、双作用叶片泵定子、转子和轴受平衡径向力
3、双作用叶片泵的叶片底部的通油槽均通以压力油（定子曲线矢径的变化率较大，在吸油区外伸的加速度较大，叶片的离心力不足以克服惯性力和摩擦力）
1.7叶片泵的工作场合
自从18世纪末开始运用液压传动到1759年英国制造第一台水压机，泵就随液压传动应用而生。第二次世界大战以后液压元件迅速发展起来，被广泛应用于工业、农业、航空、航海、等各个部门。在机床行业中应用更为普遍，叶片泵被重点用于在车床、铣床、拉床、镗床、组合机床、机械手等设备的液压系统中。
1.8叶片泵的使用要点
1.为了叶片泵可靠的吸油，其转子转速不能太低，但也不能过高600～1500转
r/min比较适宜。转速太低，叶片不能押紧在定子内表面上，故不能吸油；转速过高，则造成泵的“吸空”现象，使泵工作不正常。
2.叶片泵使用的液压油粘度应在适中。粘度太大，吸油阻力增大，影响泵的流量；粘度太小，因间隔影响，真空度不够，给吸油造成影响。
3.叶片泵对液压油的污染物很敏感，工作可靠性较差，油液不清洁会使叶片卡死，因此必须注意液压油的过滤和环境的清洁。
4.叶片泵的叶片有安装倾角，故转子只允许单项旋转。
1.9叶片泵的故障和故障产生的原因以及解决措施
叶片泵故
障
产生故障原因解决措施
叶片泵不出油和叶片泵没有压力
1、吸油高度太高或液面太
低
2、滤油器堵塞
3、叶片泵电动机反转
4、工作油液粘度太厚
5、油泵启动转速太低
1、增加油液或降低吸油
高度
2、清洗滤油器或更换滤
油器
3、更正叶片泵电机转向
4、采用推荐油液或提高
油温
5、提高油泵转速至公称
转速
叶片泵噪声异常
1、油道内有空气
2、滤油器容量太小或杂物
堵塞
3、叶片泵与电机安装不同
心
1、检查各接合面的密封
性
2、清洗滤油器或更换滤
油器
3、校正同轴度≤0.05mm
叶片泵压力振摆大
1、进油口和接管连接
处漏气
2、液压系统溢流阀不稳定
1、检查并锁紧联接件或
使用密封胶带保证严格密封
2、修复溢流阀
叶片泵噪声过大
1.吸油口或过滤器部分堵
塞
2.吸油口连接处密封不严，
有空气进入
3.吸油口高度太大，油箱液
面低
4.泵与联轴器不同轴或松
动
5.连接螺钉松动
6.液压油粘度太大，吸油口
过滤器的通流能力小
7.定子内表面拉毛
8.定子吸油区内表面磨损
9.个别叶片运动不灵活或
装反
1.除去污物，使吸油管路
畅通
2.加强密封，紧固连接件
3.降低吸油口高度，向油
箱加油
4.重新安装，使其同轴
心，紧固连接件
5.适当拧紧
6.更换粘度适当的液压
油，更换通流能力较大的过滤
器
7.抛光定子内表面
8.将定子翻转装入
9.逐个检查、重装、对不
灵活叶片重新装配
叶片泵输出流量不足甚至完全不排油
1.电动机转向不对
2.油箱液面过低
3.吸油管路或过滤器
堵塞
4.电动机转速过低
5.油粘度过大
6.配油盘端面磨损
7.叶片于定子内表面
接触不良
8.叶片在叶片槽内卡
死或移动不灵活
9.连接螺钉松动
1. 纠正转向
2. 补油至油标线
3. 疏通吸油管路，清洗
过滤器
4. 使转速达到液压泵的
最低转速以上
5. 检查油质，更换粘度
适合的液压油或提高油温
6. 修磨端面或更换配油
盘
7. 修磨接触面或更换叶
片
10.溢流阀失灵8. 逐个检查，对移动不
灵活的叶片重新研配
9. 适当拧紧
10. 调整、拆卸、清洗溢
流阀
泵温升过高
1.压力过高，转速太快
2.油粘度过大
3.油箱散热条件差
4.配油盘与转子严重摩擦
5.油箱容积太小
6.叶片与定子内表面磨损
严重
1.调整压力阀，降低转速
2.选用粘度适宜的油液
选用粘度适宜的油液
3.加大油箱容积或增加
冷却装置
4.加大油箱容积或增加
冷却装置
5.加大油箱，扩大散热面
积
6.修磨或更换叶片、定
子，采取措施，减小磨损1.10国内泵行业现状及未来发展趋势
1.行业现状
（ 1 ）在过去的几年内，我国泵行业的技术发展趋势越来越与世界泵业技术发展趋向一致，但总体技术水平较低。
（ 2 ）在材料、工艺等基础性研究方面取得了一定进展，为国产化提供了有利的依据。
（ 3 ）对一般通用泵的更新换代，从性能范围、结构型式、使用用途、方便维修和外观质量以及系列化、标准化、通用程度方面有了进一步完善。
（ 4 ）国家采取积极的宏观经济调控政策，市场持续的需求增长，对环境保护的日益重视以及用户日益严格和不断变化的要求和需求都成为推动行业厂技术水平提升的主要动力。
（ 5 ）产品制造工艺水平有了一定的提高，特别是近两年一些企业扩建和添置了设备，装备水平、工艺设备得到了进一步完善，但缺少先进的检测和试验手段。
（ 6 ）产品品种依然比国外先进国家少。
（ 7 ）可靠性、可维修性、寿命有了一定的提高。
（8 ）在高、精、尖技术含量高的产品领域，泵产品供不应求。
（ 9 ）各种泵产品出口大幅度增长，从另一个侧面也反映了国内泵行业在某些品种的泵技术方面有了明显的提高。
（ 10 ）泵行业生产企业的发展正处于一个两级分化的关键时期。
（ 11 ）国家重点工程所需要的高技术含量配套用泵的研制取得了一定的进展，配套能力有所提高。
2.发展环境分析和需求预测
（ 1 ）电力用泵在“十·五”后两年、“十一·五”及未来 20 年中，我国电力工业将以更高速度发展。
（ 2 ）石化用泵石化用泵发展方向主要是大型化、高速化、机电一体化及泵产品成套化、标准化、系列化和通用化；多品种、性能广、寿命长及高可靠性；高效率、小型化；泵用密封、轴承生产大型化和专业化。特别是高温泵、低温泵和超低温泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、高速泵、精密计量泵、耐腐蚀泵、输送粘稠介质和带固体颗粒介质泵、屏蔽泵的技术将快速发展，需求量将大幅度增加。
（ 3 ）环保、城建用泵环保是我国一项基本国策，“十·五”期间国家环保投资 7000 亿元，占同期 GDP 的 1.3% 。环保及城市自来水供应领域需求各类泵约20 000 台。
（ 4 ）“三农”及城乡用泵随着西部大开发进程加快以及中央对“三农”的重视，“十·五”期间“三农”及城乡用泵的增长率约为 16% 。按此增长率测算“十一·五”期间每年需农业泵可达 600 ～ 700 万台。
（ 5 ）矿山及浆体输送用泵矿山工业在我国国民经济建设中占有十分重要的地位。矿山及冶炼行业使用各种浆体和固液混符合物输送泵，这种泵对材质要求很高，要耐磨损，同时无堵塞、高可靠、寿命长。预计“十一·五”期间需污水离心泵、单级双吸离心泵、多级离心泵、潜水泵及备件等 2 万台套。
（ 6 ）南水北调工程该工程是当今世界上最大的调水工程，预计建设期长达 50 年，总投资 5000 亿元。该工程分为东线、中线、西线等三个工程，东线工程分三期。第一期工程总计 37 座泵站，第二期工程规划新建 13 座泵站，第三期工程规划新建 17 座泵站，
（ 7 ） 2008 年北京奥运会北京将新建 13 座污水处理厂和 3 个垃圾处理厂，将投资近 1000 亿元用于城市环境治理和保护。
（ 8 ） 2010 年上海世博会，包括展馆城市基础设施、水资源改善、旧城改造等任务项目，直接投资达 30 亿美元。
3.发展目标
“十一·五”期间，泵行业将以 25% 的平均速度发展。 2010 年工业总产值（不变价）将达 995 亿元。销售产值将达到 1016 亿元。产品销售收入将达到 1190 亿元。
泵产品国内市场占有率，“十一·五”期间预计可达到 92% 。由于国家注重重大工程国产化率的提高，因此，火电、核电和“三大化工”中的重点产品市场占有率预计可达 80% ～ 85% 。
第二章叶片泵结构设计及造型
本次毕业设计运用UG软件完成叶片泵实体造型。
2.1 UG软件简介
Unigraphics（简称UG）是美国推出的集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。自1960年McDonnell Douglas Automation公司成立到2001年以后发布NX1.0；NX2.0；NX3.0；NX4.0；NX5.0等版本，UG经历50年的发展过程，已成为当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。
它具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统
其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。UG一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。
另外，UG软件在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG 软件占80%。UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney和GE 喷气发动机公司这样的知名客户。航空业的其它客户还有：B/E航空公司、波音公司、以色列飞机公司、英国航空公司、Northrop Grumman、伊尔飞机和Antonov。
同时，UGS公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、Eureka 和Arctic Cat等。UG进入中国以后，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为其远东区业务增长最快的国家。
在此次课题设计过程中，主要运用UG软件强大的实体建模功能和绘图功能，完成了叶片泵的壳体、特征零件及所有标准件的绘制和导出工程图的任务。
2.2特征零件的设计过程
2.2.1配油盘的设计过程
1拉伸增料；先绘制草图后拉伸成基体如图2.1所示
图2.1
2孔建模；先做与空等直径的圆柱体后与基体用布尔运算求差如图2.2所示
图2.2
3拉伸求差；绘制草图拉伸布尔求差如图2.3所示
图2.3 4最后处理；做倒圆角等完成零件建模如图2.4所示
图2.4
2.2.2定子的设计过程
1绘制好草图后拉伸建模如图2.5所示
图2.5 2倒圆角如图2.6
图2.6 3打孔如图2.7
图2.7 2.2.3转子的设计过程
1拉伸得到实体圆柱如图2.8
图2.8 3绘制草图拉伸求差得到槽如图2.9