【正文】 根據(jù)雙作用葉片泵定子內(nèi)表面的幾何參數(shù) ,其壓力角的 最大值β max≈ 24176。一般取θ =(1/2)β max,因而葉片泵葉片的傾角θ一般 10176?！?14176。 YB型葉片泵葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子徑向連線前傾 13176。但近年的研究表明 ,葉片傾角并非完全必要 ,某些高壓雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子槽是徑向的 ,且使用情況良好。 第二章 泵體及定子曲線的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 第 9 頁 共 36 頁 雙作用葉片泵的工作原理 （參考文獻(xiàn) [4]） 如圖 31 所示為雙作用式葉片泵工作原理圖。雙作用葉片泵由泵體、定子 ,轉(zhuǎn)子、葉片、左、右配流盤和傳動(dòng)軸組成。定子與轉(zhuǎn)子中心重合。定子 圖 2雙作用葉片泵的工作原理圖 與泵體固定在一起，其內(nèi)表面是由與轉(zhuǎn)子同心的四段圓弧組成，即兩段半徑為 R的大圓弧和兩段半徑為 r 的小圓弧及四段過渡曲線組成。當(dāng)葉片由小半徑向大半徑移動(dòng)時(shí)，兩葉片間密封容腔容積逐漸增大，由于產(chǎn)生局部真空，使油液在大氣壓作用下，通過吸油窗口從油箱吸入泵內(nèi)，而當(dāng)從大半徑向小半徑移動(dòng)時(shí)，葉片后縮，容積逐漸減小，油壓上升，將油從壓油窗口壓出。當(dāng)泵連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠重復(fù)吸油、壓油過程而連續(xù)供油。由于雙作用葉片泵有兩個(gè)吸油腔，兩個(gè)壓油腔，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，葉片泵便完成兩次吸油、兩次壓油過程，故 稱雙作用式葉片泵。且兩對(duì)吸壓油腔是對(duì)稱于轉(zhuǎn)子軸分布的，故徑向液壓力對(duì)其作用力為零，即是平衡的，故又稱此泵為卸荷 (平衡 )葉片泵，因排量不可調(diào)，所以稱為定量泵。 （參考文獻(xiàn) [2]） 第 10 頁 共 36 頁 圖 3 葉片泵定子曲線 雙作用葉片泵的定子曲線半徑為 R和 r的大，為使吸油壓油順利進(jìn)行，使泵正常工作，對(duì)過渡曲線的要求是：能保證葉片貼緊在定子內(nèi)表面上，以形成可靠的密封工作，腔能使葉片在槽內(nèi)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)速度，加速度變化均勻，以減小流量的脈動(dòng)了，當(dāng)葉片沿著槽向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片對(duì)定子內(nèi) 表面的沖擊應(yīng)盡量小，以減小定子曲面的磨損。 為了便于分析討論定子曲線的特征 ,過渡曲線徑向通常用極坐標(biāo)表示 , 分別為過渡和圓弧的包角，定子中心 O到曲線上任一點(diǎn)的矢徑 是轉(zhuǎn)角 的函數(shù)，變化范圍為0a，定子曲線的范圍角 (幅角 )，定義 為曲線的速度 為曲線的加速度， 為曲線的加速度變化率，以后稱躍動(dòng)， 是轉(zhuǎn)角速度。 常數(shù)，定子曲線的升程是長半徑之差。 2. 定子曲線對(duì)噪聲的影響 定子曲線對(duì)葉片泵噪聲的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面 :(1)由定子曲線產(chǎn)生的流量的脈動(dòng) 。(2)由定子曲線產(chǎn)生的葉片運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)而造成的機(jī)械噪聲，通常表 現(xiàn)為葉片與定子內(nèi)撞擊振動(dòng)，這種撞擊振動(dòng)說明在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉片有瞬時(shí)脫離定子的現(xiàn)象。 通常，大多數(shù)雙作用葉片泵的定子內(nèi)曲線采用的是等加速等減速曲線 (又稱拋物線型曲線 )，也有一部分用的是正弦曲線和余弦曲線。它們的軌跡、速度、加速度和躍動(dòng)。曲線如圖 33所示 圖 33 常見定子曲線特性 將上述各項(xiàng)特性隨過渡角變化的數(shù)學(xué)方程列于表 31中。 表 31 常見定子曲線的數(shù)學(xué)方程 2. 各種定子過渡曲線特點(diǎn)分析 定子過渡曲線通常有正弦加速曲線，余弦加速 曲線，等加速等減速曲線，修正的阿基米德螺線幾種。采用正弦曲線作過渡曲線，則在過渡區(qū)，葉片的徑向加速度按 第 11 頁 共 36 頁 正弦規(guī)律變化，葉片不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊和柔性沖擊，但葉片的最大加速度較大，在過渡區(qū)葉片容易產(chǎn)生脫空現(xiàn)象；采用阿基米德螺線作為過渡曲線時(shí)，則過渡曲線的徑向升程或極半徑按阿基米德螺線規(guī)律變化，葉片在阿基米德螺線上滑動(dòng)時(shí)，葉片連接點(diǎn)易磨損 。采用等加速等減速過渡曲線，在連接點(diǎn)處，在過渡曲線與圓弧的連接點(diǎn)及過渡曲線的中點(diǎn)加速度發(fā)生突變而造成 “軟沖 ”現(xiàn)象。高次曲線通過對(duì)參數(shù)的調(diào)整可滿足瞬時(shí)流量均勻性和減小振動(dòng)的要求。國內(nèi)外 的研究表明，采用高次曲線葉片泵的噪聲通常是較小的，為現(xiàn)代高性能低噪聲葉片泵廣泛采用。 從控制葉片的振動(dòng)和噪聲來說，上述三種定子內(nèi)曲線都不具備良好的性能，不是理想的無沖擊的定子內(nèi)曲線，不適應(yīng)于高性能低噪聲葉片泵。 3. 高次型曲線 高次曲線方程的通式可寫成 : 為使該方程的三階導(dǎo)數(shù)存在而且連續(xù)光滑變化，次數(shù)至少不得低于 5 次，即要求n≥ 5。為了限制 和 的值，保證葉片受力良好，方程次數(shù)也不宜太高，一般取 ≤ 8。由此可以得到 5次、 6 次、 7次、 8次四條定子曲線，這些高次曲線已在國內(nèi)新開發(fā)的葉片泵中獲得成功的應(yīng)用，實(shí) 踐證明該方法對(duì)降低葉片的振動(dòng)與噪聲有較明顯的作用。 定子曲線的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 無沖擊、低噪聲定子曲線的特性 （參考文獻(xiàn) [12]） 無沖擊、低噪聲葉片泵對(duì)定子曲線的速度、加速度、躍動(dòng)等特性的具體要求是 : (1)速度特性 速度特性曲線光滑連續(xù)，沿線有突變。為保證葉片泵輸出流量脈動(dòng)盡可能小，要求相鄰間隔為葉片間隔角的任意點(diǎn)的速度組合等于或近于常數(shù)。 (2)加速度特性 加速度特性曲線連續(xù)光滑，沒有突變，不出現(xiàn)加速度為無窮大的點(diǎn)。最大加速度受葉片不脫離定子條件的限制。 (3)加速度變化率 要求躍動(dòng) 特性曲線連續(xù)光滑，沒有突變，不出現(xiàn) J 值為無窮大的點(diǎn)， 的最大值受低噪聲性能的限制。如果定子曲線的 J 值在較小范圍內(nèi)變化且保持連續(xù)，能在一定程度上抑制葉片的振動(dòng)，稱之為低噪聲曲線。不但限制 J 值的連續(xù)變化，更好地實(shí)現(xiàn)葉片無沖擊的徑向運(yùn)動(dòng)，這樣的定子曲線稱為無沖擊低噪聲曲線。 定子曲線的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 （參考文獻(xiàn) [13]） 概述 雙作用葉片泵的定子曲線，一般都是由四段與轉(zhuǎn)子同心且軸對(duì)稱圓弧 (兩段大半徑、兩段小半徑 )的工作曲線和四段中心對(duì)稱的過渡曲線所組成。其關(guān)鍵便是過渡曲線的設(shè)計(jì)。下文所稱的定子曲線既指過 渡曲線。所要求的定子曲線需要滿足以下條件： (1)為了保證輸出的流量脈動(dòng)要小，加速度曲線要相對(duì)于本身中軸對(duì)稱。 第 12 頁 共 36 頁 (2)控制最大加速度值 n ，以保證在油泵剛開始工作時(shí)葉片不會(huì)脫離定子。 (3)定子曲線不能夠有硬沖及軟沖現(xiàn)象，且要盡量減小曲線的度跳動(dòng)值 ，來降低油泵工作時(shí)的噪音。 (4)盡量減小葉片的壓力角 T以及曲線的最高速度 ，來保證葉片有良好的受力狀態(tài)。所用符號(hào)的含義： R一長軸半徑； v一葉片徑向度速度； r一短軸半徑； a— 度加速度； β一圓弧段所對(duì)應(yīng)的中心角； J— 度跳動(dòng)； α一過渡曲線所對(duì)應(yīng)的中心角； τ一葉片壓力角； ρ — 過渡曲線上的半徑值； L一葉片長度； — 包絡(luò)線上的半徑值； 一葉片頂端圓角半徑； 一轉(zhuǎn)子在過渡曲線上的轉(zhuǎn)角； 一定子曲線半徑徑向偏差。 1定子曲線的設(shè)計(jì)方案 為了避免葉片厚度造成的偏差，將過渡曲線的設(shè)計(jì)分兩步走，以此來保證所得到的葉片運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合實(shí)際情況： (1)以葉片頂端圓角圓心為基點(diǎn)，不考慮葉片的厚度，根據(jù)要求先設(shè)計(jì)出 理論曲線，其所展示的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為葉片頂端圓角圓心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 (2)建立葉片頂端圓角的數(shù)學(xué)模型，找出其在頂端圓角圓心按照理論曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際包絡(luò)線，此包絡(luò)線便為最終定子曲線。 2理論曲線的設(shè)計(jì) 為了做到定子曲線完全沒有硬沖及軟沖現(xiàn)象，必須依靠高階曲線，高階曲線的一般表達(dá)式為： 為度速度，體現(xiàn)葉片的徑向速度； 為度加速度 ，影響葉片的徑向慣性力； 為度跳動(dòng)，主要反映曲線的助振作用以及影響噪聲大小； 為葉片壓力 角，即定子對(duì)葉片反作用力與葉片徑向運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，影響葉片的受力狀態(tài)。 從最優(yōu)化的角度出發(fā)。希望能夠使曲線的度跳動(dòng)指標(biāo)趨于極小，同時(shí)兼顧度加速度等指標(biāo)，給出了以下優(yōu)化方程式： 第 13 頁 共 36 頁 其中， 和 為加權(quán)因子，因?yàn)榍€的長短軸半徑已知，從盡可能的減小最大度跳動(dòng)值 的角度出發(fā)，選取了較大的 值和較小的 值。通過在專門求解最優(yōu)化模型的計(jì)算機(jī)軟件包 LINGO8． 0下編程計(jì)算。用分枝定界法 (B— and— B)得到以上優(yōu)化方程式的全局最優(yōu) 解。且將得到的結(jié)果輸入 MATLAB軟件。得到理論曲線的表達(dá)式。 3計(jì)算實(shí)際包絡(luò)線 首先，建立葉片和曲線接觸時(shí)的數(shù)學(xué)模型，如圖 2所示。圖中 FF為葉片與定子曲線在接觸點(diǎn)上的公切線、 NN為接觸點(diǎn)公法線、 o為葉片頂端圓角圓心、 r為葉片頂端圓角半徑、 tao為葉片壓力角 、虛線為依照傳統(tǒng)方案不考慮葉片厚度時(shí)的定子曲線、實(shí)線為實(shí)際定子曲線、 為葉片徑向偏差、 為葉片中心線與公切線 FF的交點(diǎn)、 A為葉片中心線與實(shí)際定子曲線交點(diǎn)。 圖 4 包絡(luò)線 數(shù)學(xué)模型示意圖 計(jì)算式： 如果先得到定子曲線再定葉片的參數(shù)，實(shí)際情況就如圖所示。根據(jù)所建的數(shù)學(xué)模型可以得到其曲線徑向偏差 為： 第 14 頁 共 36 頁 在得到數(shù)學(xué)模型后，便通過 MATLAB軟件的符號(hào)運(yùn)算功能，得到最終的包絡(luò)線的方程。 ． 1理論曲線的評(píng)估 定子曲線的評(píng)估主要是分析比較定子曲線的幾個(gè)重要參數(shù) o、 ^r等等。通過對(duì)理論曲線進(jìn)行評(píng)估來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性。本文對(duì)于理論定子曲線的評(píng)估主要是以參考文獻(xiàn)叫提出的 7階高性能定 子曲線為參考，來比對(duì)兩條曲線的各項(xiàng)重要數(shù)據(jù)，從而評(píng)估所設(shè)計(jì)的定子曲線。 材料 GCr15 CR12MOV 或 38CrMOAl 熱處理：淬火 HRC60 . 38CrMOAl . 氯化 HRC65～ 70 . 加工要求：端面平行度 內(nèi)圓柱面與端面的垂直度 內(nèi)孔光潔度 ▽ 9 第三章 ：零件的加工 第 15 頁 共 36 頁 圖 五 零件實(shí)物圖 此次加工零件的結(jié)構(gòu)較簡單，精度要求高，各加工 表面之間有嚴(yán)格的公差要求。該零件的材料為 45 鍛件。零件的類型由平面曲線輪廓類和孔組成，全部加工部位都集中在一個(gè)面上，即 XY 平面。零件圖形上各加工部位的尺寸標(biāo)注完整無誤。所銑削的零件外輪廓比較簡單（僅直線和圓弧相切），通過自動(dòng)編程可達(dá)到技術(shù)要求，圖紙相關(guān)尺寸坐標(biāo)已給出可考慮用手工編程方法進(jìn)行，但要保證對(duì)稱公差 、平面度、及 3mm 側(cè)邊，所以裝夾時(shí)要注意保證零件強(qiáng)度，不發(fā)生傾斜等現(xiàn)象。加工孔時(shí)，技術(shù)要求較高必須進(jìn)行二次加工。加工零件時(shí)必須達(dá)到尺寸精度和表面粗糙度要求。 零件三維圖形 第 16 頁 共 36 頁 在數(shù)控加工中，選擇加工方法主要考慮所選加工方法要與實(shí)零件的表面特征，所要求達(dá)到的精度及表面的粗糙度相對(duì)應(yīng)。此加工涉及到的表面粗糙度為 及孔的粗糙度要求，因此，加工方法選擇平面銑切削加 工；即采用端面銑刀和立銑刀進(jìn)行加工銑削?？撞捎孟茹@后鉸進(jìn)行。 加工過程中，為減少換刀次數(shù)，縮短輔助時(shí)間，可以將一把刀具的加工的內(nèi)容安排在一個(gè)工序（或工步）中，按照加工表面的性質(zhì)和要求，將粗加工，精度加工分為依次進(jìn)行的不同工步，一般按“先粗后精”、“基準(zhǔn)先行”、“先面后孔”、“先主后次”、適當(dāng)集中等原則，安排各表面的切削加工、輔助工序的先后次序。零件為鍛件，因此可采用以下加工順序：保證上下面平行度及底面平面度 點(diǎn)孔 —— 鉆孔Ф —— 鉸孔 —— 銑內(nèi)腔輪廓 —— 檢驗(yàn) 加 工路線是刀具在整個(gè)加工工序中的切削運(yùn)動(dòng)軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一，因此，在確定走刀路線時(shí)最好畫一張工序簡圖，將已經(jīng)擬訂出的走刀路線畫上去（包括進(jìn)、退刀路線），這樣可為編程帶來不少方便。工步的劃分與安排一般可隨走刀路線來進(jìn)行，在確定走刀路線時(shí)，要考慮各方面的工藝要求。根據(jù)數(shù)控加工進(jìn)給路線原則，此加工的具體加工路線如下： 選擇的加工路線應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。當(dāng)銑削零件內(nèi)輪廓時(shí)，刀具切削運(yùn)動(dòng)采用圓形環(huán)行切路線較合理，且在切削中使用順銑模式，計(jì)算比 較簡單。一般采用圓柱立銑刀側(cè)刃切削材料。在刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)，每兩行刀具軌跡之間，加工表面不能重疊，總存在沒有被加工去除的間隙部分。每兩行刀具軌跡的刀間距越大，沒有被加工去除的殘留量就越多，從而，切削余量不均勻時(shí)，是后續(xù)精加工的最大障礙，而不能保證零件加工表面的公差和質(zhì)量。位了避免后面可能出現(xiàn)的加工問題，需要進(jìn)行半精加工操作，其目的是消除刀間距的殘留量，達(dá)到均勻的余量要求。在每層 Z 形走刀銑削結(jié)束后，接著在不抬刀的情況下環(huán)繞外輪廓一周進(jìn)行半精加工，光整外輪廓表面，得到均勻的精加工余量。在切削工件時(shí)應(yīng)選擇合理的進(jìn)、退到 方式，其刀具切入工件時(shí)，應(yīng)避免沿零件外輪廓的法向（垂直方向）切入，而應(yīng)沿外輪廓曲線延長線的切向（水平方向）切入，以避免