【導讀】獻，設計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。助力轉(zhuǎn)向泵性能的好壞直接關(guān)系到汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否能正常運行。隨負載變化，可以減少其能量損耗。本文提出單作用葉片泵替代雙作用葉片泵的。與雙作用葉片泵相比，單作用葉片泵具有良好的預升、卸能力和節(jié)約。能量等優(yōu)點，而且滿足變工況調(diào)節(jié)。針對單作用葉片泵流量脈動較大、定子受力。力較小，而且方向恒定。對常見的機械中位開式、機械中位閉式、電動中位開式。在電機方面采用了新型節(jié)能的變頻液壓技術(shù)，研究和分析了一種新型變頻閉。式液壓動力系統(tǒng)，主要由變頻電機驅(qū)動的主油路和補油回路組成。物力、財力等不必要的浪費和損失。的虛擬設計有著重要的參考價值。

　　

【正文】 以及油液壓力 P 。令 c Rarctg e? ? . XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 20 (1)當 1? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?時， 工作腔 P 1? 1? 01 1P 2??? 12 /2iO O B ??? ? 12 2P ? 12 /2iO O B ??? 23 2P 2??? 12 /2iO O B ??? 34 2P 4??? 12 /2iO O B ??? 45 2P 6??? 12 /2iO O B ??? ? 56 2P 8??? 12 /2iO O B??? ? ? (2)當 1 4c? ? ? ? ?? ? ? ?時， 工作腔 P 1? 1? 01 2P 2??? 12 /2iO O B ??? ? (3)當 42c? ? ? ?? ? ? 時， 工作腔 P 1? 1? 01 2P 2??? 12 /2iO O B ??? ? 34 2P 4??? 12 /2iO O B??? ? ? (4)當 23? ? ??? 時， 工作腔 P 1? 1? 01 2P 2??? 12 /2iO O B ??? 34 2P 4??? 12 /2iO O B??? ? ? XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 21 (5)當 233? ? ? ?? ? ? 時， 工作腔 P 1? 1? 01 2P 2??? 12 /2iO O B ??? 34 2P 4??? 12 /2iO O B??? ? ? 56 3P 10??? 12 /2iO O B??? ? ? (6)當 233? ? ? ? ?? ? ? ?時， 工作腔 P 1? 1? 01 2P 2??? 12 /2iO O B ??? 34 2P 4??? 12 /2iO O B??? ? ? 56 0 10??? 0 定子受力計算結(jié)果分析 我們對式 (338)和式 (339)進行計算，可以得到葉片數(shù)分別為 11, 12,13 時，定子所受作用力 F 在 X 軸上的分量 Fx 和 F 在 Y 軸上的分量 Fy 隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 ? 的變化而變化且具有一定的周期性，周期為 2/Z? 。葉片數(shù)為 12 時，定子在 X 軸向的受力大小不但要比葉片數(shù)為 11, 13 時的小，而且方向始終指向 X 軸負向， Y 軸向的受力只影響定子移動時的摩擦力，在設計變量結(jié)構(gòu)時，可以忽略。 為了保證轉(zhuǎn)向泵變工況的正常工作，我們有必 要來研究偏心距 e 對定子受力的影響。當葉片數(shù)為 12 時，偏心距 e 分別為 、 和 0 mm 時 (分別對應于前面 K=1, K= 和 K=O 時的三個工況點，可以得出偏心距對定子在 X 軸上的受力 Fx 幾乎沒有影響，所以在設計變量結(jié)構(gòu)時，可以忽略偏心距的影響。 變量機構(gòu)參數(shù)的確定 己知單作用葉片泵 流量公式為 : XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 22 14 si nQ nZ Be R K e n?? ? ? ? （ 340） 式中 :Z 葉片數(shù) 。R 定子內(nèi)半徑 。B 轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾?。 n 泵的轉(zhuǎn)速 。 e 偏心距 。 Z??? ； 1 4 sinK nZ BR ?? ， 對于給定的泵 1K 是一個常數(shù)。 流量 Q 取決于泵軸轉(zhuǎn)速 n 及偏心距 e 兩個參量。節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的設計思路就是用偏心距 e 的變化來平衡或補償由 n 引起的泵流量的變化，并把變量泵的流量Q 恒定在系統(tǒng)所需要量值上。 節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的工作原理示意圖如圖 353 所示。 為了降低轉(zhuǎn)向泵的機械噪聲，本設計中使用滾針軸承來代替滑動軸承，使轉(zhuǎn)子處于動態(tài)平衡。當泵軸轉(zhuǎn)速變化時，節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的流量可以通過根據(jù)負載變化自動調(diào)整偏心量來實現(xiàn)該泵輸出流量為恒定值。節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的變量機構(gòu)采用了雙活塞桿的控制。轉(zhuǎn)向泵剛啟動還未建立起壓力時，定子 5 在彈簧 3 的作用下，向右移動到最右端，此時偏心距 e 為最大值 maxe 。油泵輸出的流量為 Q ，泵排出的油液全部通過節(jié)流閥進入動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在節(jié)流閥兩端形成壓力差△ 12P P P??。當泵軸轉(zhuǎn)速低時，泵的輸出流量較小，△ P 也較小，偏心距 e 保持為最大值 maxe ，直至流量達到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的額定流量 7L/min 為止。若轉(zhuǎn)速繼續(xù)增高，△ P 也隨之增大，變量活塞在壓力差作用下克服彈簧力左移，使偏心距 e 減小，從而使流量變小。轉(zhuǎn)速越高，偏心距越小，因而保持泵在泵軸轉(zhuǎn)速改變較大時，其流量在很小的范圍內(nèi)變動。這就是節(jié)能型轉(zhuǎn)向葉片泵的恒流機理。 XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 23 圖 353 節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的工作原理示意圖 1控制活塞； 2雙活塞桿； 3彈簧； 4滾針軸承； 5定子； 6轉(zhuǎn)子； 7節(jié)流閥 定子所受高壓油液作用力 F 在 X 軸上的分量 Fx 是一個變量，其變化頻率 f非常高。當轉(zhuǎn)向泵正常工作時，轉(zhuǎn)速 n 在 2021r / min 左右，其頻率 f 在 400 Hz左右。頻率如此高的變力，在該液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中可以看作一個恒力，其大小為 Fx 的平均值 Fx 。 設控制活塞 1 的面積為 1S ，雙活塞桿 2 的面積為 2S 。推力 11PS? 來平衡 Fx 的最大值 maxFx ；推力△ 2PS? 一方面平衡力 maxF Fx Fx??，一方面平衡彈簧 3 的推力。由于滾針軸承的摩擦系數(shù) ?? ～ ，定子所受作用力 F 在 Y 軸上的分量 Fy 所產(chǎn)生的摩擦力僅為幾十牛頓，可以忽略不計。 力平衡方程為 2m a x 1 1 1 1F x p S p r?? ? ? ? ? （ 341） 0K x F??=△ 22pr??? （ 342） 上面兩式中： 1p = 7 MPa， maxFx =1600N， Fx =1000N， F =600 N彈簧剛度 XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 24 45 10 /K N m?? ，彈簧預壓縮量 0 4x mm? ，節(jié)流閥兩端壓差△ Mpa? ?？梢杂嬎愕?:控制活塞的半徑為： 1 mm? ；雙活塞桿的半徑為： 2 9r mm? 。 節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的流量 轉(zhuǎn)速特性 轉(zhuǎn)向油泵的流量對轉(zhuǎn)向的靈敏性和操縱 的輕便性有著重要的影響，所以本節(jié)我們來研究轉(zhuǎn)向泵的流量 轉(zhuǎn)速特性 【 9,11】 。 泵輸出的流量全部進入節(jié)流閥，通過節(jié)流閥的流量與壓差的關(guān)系可以用下式表示 : 1dQ C A? ? ? △ 2pK???△ p? （ 343） 式中 : dC 流量系數(shù)； ? 系數(shù)，薄壁小孔為 ，細長小孔為 1。 1A 節(jié)流閥通流面積，若 1A 調(diào)好不變，則 21dK C A??為常數(shù)。 當轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速增高，流量和壓差△ P 也隨之增大，液壓力克服彈簧力使定子左移，泵的輸出流量減小，達到穩(wěn)定狀態(tài)時有 : 0()K x x F? ? ? ?△ 22pr??? （ 344） 式中： x 定子左移距離。 泵的偏心距： maxe e x?? （ 345） 泵的流量 Q 為： m a x4 ( )Q B n R e x?? ? ? ? ? ? （ 346） 由 (348)得 : (x? △ 220)/p r F K x?? ? ? ? （ 347）將式 (346)和 (343)代入式 (347)得 : 22m a x 0 14 ( )drF B n R e x K C A??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 348） 對于細長小孔節(jié)流閥 1?? ，由式 (348)可解出 : m a x 0 112( / )1e x F K K nQ KAnKK? ? ? ?? ???? （ 349） XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 25 對于薄壁小孔節(jié)流閥 ?? ，由式 (346)可解出 : 221 m a x 0 221221 1 4 ( / )2KAK e x F K nKKQK A nKK? ? ? ? ? ? ? ??? ??? （ 350） 式 (349)和式 (350)是節(jié)流閥分別為細長小孔和薄壁小孔情況下的泵的流量 Q 與泵軸轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系式。 從式 (349)看出，當泵轉(zhuǎn)速 n 足夠大時，則有 : 11221K A K AnnK K K K??? ? ? ? （ 351） 此時對于細長小孔節(jié)流閥，泵流量有 極大值，表示為 : m a x 0 2( / )l imx e x F K K KQ A? ? ? ? ? ? ?? （ 352） 此時對于薄壁小孔節(jié)流閥，泵流量有極大值，表示為： m a x 0 2( / )l imx e x F K K KQ A? ? ? ? ? ? ?? （ 353） 通過計算表明，用薄壁小孔節(jié)流閥控制的穩(wěn)流泵比細長小孔節(jié)流閥控制的穩(wěn)流泵穩(wěn)流效果更理想，所以在本設計中采用薄壁小孔節(jié)流閥。 XX學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 26 4 對現(xiàn)有中位開式 、閉式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行能耗分析 現(xiàn)有傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗分析 目前，在使用的汽車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)中，絕大部分都是傳統(tǒng)的中位開式液壓轉(zhuǎn) 向助力系統(tǒng)（如圖 221 所示） 【 11】 ，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、液壓泵壽命長，轉(zhuǎn)向手感好，但存在如下三方面的能量損失： 1)轉(zhuǎn)向液壓泵的能量損失 1w ：出于降低成本的需要，轉(zhuǎn)向液壓泵大多采用雙作用定量葉片泵；泵的排量是個定值，因此為了保證在低速時也能提供足夠的流量，通常按發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速來選用液壓泵，而當汽車高速行 駛時，這一流量會成倍的增長，目前采取的措施是附加旁通閥使多余的流量溢流，來保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速增大時提供轉(zhuǎn)向的流量不變。由于汽車在行駛過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在絕大部分時間都是高于怠速的，從而面造成了能量損失。 2)轉(zhuǎn)向機構(gòu)輸出與負載不匹配產(chǎn)生的能量損失 2w ：當汽車在低速行駛下轉(zhuǎn)向 r 車速低于 15km/h 時，由于靜摩擦力的影響，需要較大轉(zhuǎn)向力矩，目前的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正是以此工況來確定系統(tǒng)的輸出流量和壓力。但當車輛高速行駛時，轉(zhuǎn) 向所需力矩減小，車速超過 50km/h 時，僅為低速時的 1/8，而這時供給轉(zhuǎn)向閥的流量仍然不變，甚至增大，造成泵出口壓力升高，所以存在與車速有關(guān)的能量損失。 3)與轉(zhuǎn)向器工作特點有關(guān)的能量損失 3w ：統(tǒng)計資料表明，汽車在行駛過程中有一個重要的特征，就是在行駛當中，轉(zhuǎn)向動作實際是非常少的，除去啟動和停車(把車從停車場開出駛?cè)胲嚨?)以及在十字路口轉(zhuǎn)向，剩余的時間絕大部分都處于非轉(zhuǎn)向工況，即使這條路線中很少包括直道。