机械设计制造及其自动化毕业设计（内曲线柱塞式液压马达设计）论文.docx

1、机械设计制造及其自动化毕业设计（论文） 内曲线柱塞式液压马达设计 （柱塞副及缸体）内曲线柱塞式液压马达设计目 录第一章 主要参数的选择计算11.1 液压马达技术参数11.1.1 液压马达工作压力11.1.2 液压马达的效率11.1.3 液压马达的排量与流量关系11.1.4 液压马达的回油背压与进油压力2(1) 配流器局部损失校验2(2) 滚轮不脱离导轨校验21.2 基本结构参数和结构尺寸的选择计算31.2.1 液压马达的排量q31.2.2 柱塞组基本结构参数需要满足的基本条件31.2.3 x与z的选择计算4(1) 尽可能使径向力平衡4(2) 导轨与滚轮间具有最小的接触应力4(3) 使配流轴处具

2、有较小的容积泄漏41.2.4 柱塞排数y的选取41.2.5 柱塞直径d和行程h41.2.6 最小向径0的确定5(1) 强度计算得到的最小向径05(2) 满足导轨起点处不变形的最小Rmin5(3) 结构排定的最小向径061.2.7 最大压力角max7第二章 液压马达主要零部件的计算与设计82.1 柱塞组传力结构形式82.1.1 柱塞传力结构82.1.2 横梁传力结构82.1.3 滚轮传力结构82.2 横梁传力的受力分析与接触比压92.2.1 横梁传力的接触比压92.2.2 横梁强度计算102.2.3 横梁的刚度计算132.2.4 横梁轴颈处应力计算142.3 滚轮尺寸设计选择和寿命计算142.3

3、.1 滚轮寿命计算142.3.2 滚轮外圈的强度计算16(1) 强度计算16(2) 外圈最大挠度计算172.4 柱塞的结构与设计172.4.1 径向间隙选用原则172.4.2 柱塞结构要求172.5 缸体的设计182.5.1 缸体横梁导槽处强度和刚性的计算18(1) 强度计算18(2) 挠度计算192.5.2 缸体材料及结构设计192.5.3 “切缸”现象及消除20总结21致谢21参考文献22内曲线柱塞式液压马达设计摘要: 内曲线液压马达是一种多作用径向柱塞式马达，它由动力输入部分（配流轴、配流套），动力传动部分（转子缸体、缸套），及动力执行部分（柱塞副、定子导轨）三部分组成。其中配流窗口的设

4、计、滚轮与导轨接触强度和导轨材料强度及工作寿命要求，在很大程度上，分别决定了液压马达的工作效率和马达的工作寿命。同时本次设计中还应保证使用材料满足各种力学性能（刚度、强度、接触应力）要求。关键词：液压马达，分类，组成，设计，计算Internal curve plunger hydraulic motor designChen YangshengMechanical Design, Manufacturing and Automation, School of Mechanical Engineering, Chongqing Three Gorges University, 2015, Wan

5、zhou, Chongqing 404100, ChinaAbstract: The NJM series internal curve hydraulic motor is a multi-acting radial piston motor consisting of a power input part (flow distribution shaft, distribution sleeve), a power transmission part (rotor cylinder, cylinder liner), and a power execution part (plunger)

6、. The auxiliary and stator rails are composed of three parts. Among them, the design of the distribution window, the contact strength between the roller and the guide rail, and the material strength and working life requirements of the guide rail largely determine the working efficiency of the hydra

7、ulic motor and the working life of the motor. At the same time, the design should also ensure that the materials used meet various mechanical properties (stiffness, strength, contact stress). Keywords: hydraulic motor, classification, composition, design, calculation机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）第一章 主要参数的选择计算1

8、.1 液压马达技术参数液压马达的主要参数是指每转排量(容积常数)q，额定工作压力p1和额定转速nn。因为液压马达的外负载具有随机特性（主机工作条件具有变换性），需要大量统计规律才能确定，所以目前设计中，大多以额定负载作为设计负载。已知本设计中： 液压马达的额定转速 nn=80r/Min 液压马达的排量 q=4L/r 工作寿命不小于 10000小时1.1.1 液压马达工作压力主要包括额定工作压力p1(MPa)和最大工作压力pMax(MPa)。要确定液压马达的工作压力，应当结合液压马达主机使用条件，考虑液压传动元件与传动系统的经济性。液压马达工作压力应符合国家标准，NJM系列标准如下：表1-1q(

9、L/r)10102025p1(MPa)252016pMax(MPa)2031.51.1.2 液压马达的效率 =m.v.k (式1-1)m机械效率（对于横梁传力型式，NJM系列设计时可取m=0.920.95）；v容积效率；不同排量液压马达在额定压力、额定转速下，容积效率必须满足规定要求：表1-2q(L/r)0.50.631.62.08.010v(%)93929190k水力效率（设计合理的液压马达，一般k99%，可以忽略不计，或计入m）；1.1.3 液压马达的排量与流量关系 q=Qn （式1-2)Q为实际流量；n为理论转速；q液压马达每转排出的液体体积，称为排量；实际上并非全部的油液都能进行有效的

10、工作，因为一部分油液经间隙产生泄漏，一部分油液产生压损，还有一部分油液在进油管和回油管中产生溢损，以容积效率v来表示这些损失则有： QT=Q. v (QT理论流量) （式1-3) 1.1.4 液压马达的回油背压与进油压力 压差p=p1p0， p1 为液压马达的进油压力，作用在柱塞底部，形成液压推力P=d24p1， p0为液压马达的回油背压，一般取p00.51.5MPa。 已知本设计为横梁传力液压马达，相比较而言，存在启动摩擦力较大，柱塞组重量有所增加，在转速相同下，需要提高马达的回油背压。根据以上准则选取液压基本参数为：p1=25MPa，pmax=31.5MPa，p0=1.2MPa， m=0.

11、94。此外液压马达的机械效率还与配流器的流道设计有关，回油背压降低了液压系统的效率，因此不宜过大，以使滚轮不脱离导轨为宜，所以需要对这两方面进行校验。 (1) 配流器局部损失校验随着转速的提高，油液在液压马达的内部流道中流动时会产生能量损失，其中主要的是由于液流形状和方向变化而引起的局部损失，液压马达中的流体压力损失（主要是发生在配流器中的局部损失）为：P=v22g (式1-4)v配流器流道断面积的平均流速；（一般为了减小配油器的液压损失，液流速度不因超过46m/s） 油液的比重（一般液压油比重在0.70.9g/cm3，取=0.8）局部水头损失系数，主要取决于液流局部变化、管道边界的几何形状和

12、尺寸，查水力计算手册可得 =0.946sin22+2.05sin4(2) (式1-5)根据配流器结构型式 ，取=90，计算得=0.9855，圆整为标准值=0.99又因为马达配流器中局部压力损失要小于回油背压，即P0，所以有：.v22g0 (式1-6)得到v5.5m/s，取v=5m/s；符合标准。 (2) 滚轮不脱离导轨校验由于马达到达一定转速时，由于惯性力的影响，在回油区段可能出现滚轮脱离导轨曲面，同时进油区段滚轮受高压作用，易对导轨产生冲击，对导轨损毁或降低寿命，因此在进、回油区段进行滚轮受力分析得到：当给定液压系统的回油背压时，允许液压马达的最大转速为：nd12p0m(1G1min2vf)

13、 (式1-7)G1min加速区柱塞副重心所在的最小向径；（可又后面计算得到G1min114mm） 1 加速区的度加速度；( 1=0.4523m/rad2 ，v=0.095m/rad) f摩擦系数，缸体加工良好，且浸在壳体油中，可取f=0.050.1 m柱塞质量，按照圆柱体计算，M=v=8.0103(0.0414/2)20.0578=0.625kg带入数据计算得:80600.0414121.21060.6250.45230.11420.0950.06=4.84满足滚轮不脱离导轨要求。1.2 基本结构参数和结构尺寸的选择计算1.2.1 液压马达的排量q（在马达旋转工作一周后所有柱塞容积变化之和）

14、q=4d2xyz （式1-8）式中： d柱塞直径；x作用次数（输出构件每转一转时，柱塞的行程次数）；y柱塞排数；z每排柱塞数；h柱塞行程（柱塞往复运动的径向距离）；确定液压马达柱塞组的基本结构参数（d、y、z）和运动参数（x、h），这些参数与滚轮中心运动轨迹的最小向径0相互影响，并且在马达外形尺寸不变的情况下，其中任意一个参数的改变都会引起马达效率、与缸体、导轨接触的柱塞组零部件间接触比压、接触应力以及导轨曲线性能的改变。所以这五个参数的选择，应该保证液压马达具有最小的外形尺寸和较好的综合性能。1.2.2 柱塞组基本结构参数需要满足的基本条件a.尽量做到径向力平衡；b.在给定的工作压力和工作寿

15、命要求下，使马达具有最小的外形尺寸，并保证接触强度要求；c.应使马达具有较高的容积效率和机械效率；d.保证滚轮不脱离导轨，且具有较小的回油背压；e.使马达具有较小的加工量和较好的工艺性。f.根据是否变量、变量范围及变量方法，尽可能保证在变速前后都能实现径向力平衡和输出无脉动；1.2.3 x与z的选择计算(1) 尽可能使径向力平衡选取x、z都为偶数，m2，可得到径向力平衡，且缸孔对称，容易分度、加工。但m应尽可能去小值，以增大总分配系数，扩大分配方案。应选取径向力系数ff较小的x、z组合，ff2。(2) 导轨与滚轮间具有最小的接触应力内曲线液压马达中，导轨与滚轮的疲劳剥落，是液压马达损坏的一种主

16、要形式，所以柱塞组参数的选用应满足导轨与滚轮间具有最小的接触应力。分析得到，选择基本结构参数x、z的组合时，应尽量选用x10 （很少采用） z= 12，14，18 （较少采用）本次设计中选取作用次数x=6；查机械工业出版社低速大扭矩液压马达理论、计算与设计陈卓如编著（以下简称低设），表2-3，不同x和z组合的径向力系数ff,选取z=10（ff=0）；1.2.4 柱塞排数y的选取应与x、z以及主机使用条件考虑，为简化马达结构和加工工艺，降低加工成本，一般情况下采用单排柱塞结构，当主机对马达的径向尺寸有要求时，常采用双排，三排很少采用。特别注意，对于排量较大的马达，为了减少柱塞直径，降低柱塞副的受

17、力和，应增加柱塞排数，同时应保证多排结构中的横梁、滚轮和导轨的强度与寿命。所以y=2。 1.2.5 柱塞直径d和行程h 柱塞直径的选取，必须考虑到柱塞组，滚轮的寿命和导轨的接触强度。根据柱塞直径增大一倍，滚轮寿命将降低为原来寿命的1100，所以对于排量较大的液压马达，双排柱塞有利于减小径向尺寸。但是本次设计中排量q和工作压力p1已定，柱塞底部液压推力Pd2,增大柱塞直径d，可以减小x和柱塞行程h,借以降低1，max，缩短柱塞长度，减小马达外形尺寸。研究表明，为了得到性能较好的导轨曲线，并使所设计的马达有紧凑的径向尺寸。取 hd=0.50.7综合上述，本次马达设计选取双排柱塞结构: y=2；x=

18、6, z=10; h=0.6d。将数据带入式1-8计算，得到圆整后的d=41.4mm, h=0.6d=24.8mm。1.2.6 最小向径0的确定0必须满足导轨材料和热处理工艺所决定的许用接触应力要求。(1) 强度计算得到的最小向径0滚轮与导轨曲面的接触应力(按线接触计算)： c=60.6PyiBcoseqc (式1-9)通常在导轨曲线加速区段起点处存在最大接触应力，可得到： Rmin=iBrG2iBrG60.62yc2cos （式1-10）加速区起点处又有： 0=Rmin21+41Rmin1 （式1-11） 由以上三式可得：0iBrG2iBrG60.62yc2cos41iBrG60.62yc2

19、cosiBrG21 (式1-12)式中 B=36mm， rG=40mm，i=2，由低设P97结论选取得到；1=0.4523m/rad2，由以下计算过程得到；c=1.3Gp，查阅低设图2-33 b)图得到；将上诉参数带入公式得到0127.45mm。(2) 满足导轨起点处不变形的最小Rmin保证滚轮中心运动轨迹在加速去起点处的最小向径RminrG,使导轨起点处不产生变尖或反凹；图1-1a)RminrG,为正常曲线情况； b）Rmin=rG，导轨曲线变尖；c）RminrG，导轨曲线在加工中将发生“沉切”（反凹）现象，是rG=40mm，因此导轨曲线不会“沉切”或“变尖”改写负号得Rmin=92.6mm

20、；根据已定的柱塞组参数来排定的最小向径0大于由接触强度确定的0值时，就以此最为设计所得的最小向径反之则按接触强度确定0 。结构排定所需的0，主要取决于柱塞直径和柱塞组结构型式。(3) 结构排定的最小向径0对横梁传力式液压马达：0Db2LZ20 （式1-18） LZ=+1 （式1-19）式中 柱塞缸孔底部所在分布圆的直径；Db应满足配油轴尺寸要求，并使配流孔至缸底的厚度具有足够的强度。 Db=d0+3tanz （式1-20）一般根据液压马达压力高低，取两相邻缸孔退刀槽间距348mm。取3=5mm;柱塞缩至最低点时，柱塞底部离缸孔底的距离，常取=1mm；滚轮运动至导轨曲线最外点时，柱塞与缸孔间的最

21、小密封长度。当=0.50.7d时，推荐采用=0.750.9d。使柱塞长度LZ=(1.251.6)d；(对于横梁传力，1主要起减小泄漏的密封作用，而柱塞处的泄漏与密封长度的一次方成反比，因此，1取推荐的下限d0为缸孔退刀槽直径。) 取1=0.8d=41.40.8=33mm, 得 LZ=+1=24.8+33=57.8mm1.4d，满足条件；取d0=44mm, 得 Db=44+5tan180 10=150.8mm滚轮中心至柱塞顶端的距离。横梁传力的马达，若上，下底对称于横梁中心，则2=L2(L为横梁高度，可由低设式（2-219）和（式2-223）满足的强度和刚度要求计算得到)；因为横梁强度计算涉及max，而max的确定与0有关，所以L的确定甚为复杂,手工运算难以计算出来，可采用区间极值法计算，所以本次设计给出L值不是最优解。取L=58.6mm；得:0=Db2+LZ+2=150.82+1+57.8+58.62=163.5mm又因为 137.6mm163.5mm，所以取0=163.5mm；设计中，若满足：0.750x1.5 （ 式1-21)可设计得到结构紧凑的液压马达，并有较高的机械效率，带入数据计算得到； 0x=24.8163.5.6=0.910.75, 1.