【導(dǎo)讀】所選取的發(fā)動機(jī)功率進(jìn)行校核。

　　

【正文】 許按同一方向轉(zhuǎn)動，雙向液壓泵可正反方向轉(zhuǎn)動。 本次除雪汽車除雪裝置的液壓系統(tǒng)動力源主要采用齒輪泵。 齒輪泵結(jié)構(gòu)和工作原理 通過密閉在殼體內(nèi)的兩個或兩個以上齒輪嚙合而工 作的液壓泵稱齒輪泵；嚙合齒輪均為外齒輪泵；由一個內(nèi)齒輪與一個或一個以上的外齒輪構(gòu)成的齒輪泵稱為內(nèi)齒輪泵。如不加特別說明的齒輪泵為外齒輪泵，即通常所說的齒輪泵。齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格低廉、體積小、質(zhì)量輕、自吸性能好，對油液污染不敏感和工作可靠等；其主要缺點(diǎn)是流量和壓力脈動大、噪聲大、排量不可調(diào)節(jié)，它被廣泛應(yīng)用于各種低壓系統(tǒng)中。但隨著齒輪泵在結(jié)構(gòu)上的不斷改進(jìn)完善，它也被用于采礦、冶金、建筑、航空、航海、農(nóng)林等機(jī)械的中壓、高壓液壓系統(tǒng)中。 圖 52為外嚙合漸開線齒 輪泵的結(jié)構(gòu)簡圖。它主要由一對幾何參數(shù)完全相同的主動齒輪和從動齒輪、殼體、吸油箱等主要零件組成。 由圖 52 可知，吸油箱由于輪齒脫離嚙合時齒間容積變大，出現(xiàn)真空而從油箱吸油。吸入的油液由旋轉(zhuǎn)的齒谷攜帶進(jìn)入排油腔，在排油腔由于齒間容積減小而將油壓入系統(tǒng)。由于齒輪的齒頂和殼體內(nèi)孔表面間及齒輪斷面和蓋板間間隙很小，而且嚙合齒的接觸面接觸緊密、起密封作用并把吸、壓油區(qū)隔開。因此，齒 輪轉(zhuǎn)動時泵便連續(xù)性、周期性地排油，這就是齒輪泵的工作原理。 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 27 齒輪泵基本參數(shù)的選擇 1. 工作壓力 不同類型 和規(guī)格的齒輪泵，其額定工作壓力也不同。齒輪泵的輸出壓力應(yīng)為執(zhí)行器所需壓力、管路的壓力損失、控制閥的壓力損失之和，它不得超過樣本上的額定壓力。強(qiáng)調(diào)安全性、可靠性時，還應(yīng)留有較大的余地：一般在要求工作可靠性較高的系統(tǒng)或行走設(shè)備（如車輛與工程機(jī)械），其液壓系統(tǒng)工作壓力可選擇為泵額定壓力的 50%~60%。泵體上的最高壓力時短期沖擊時允許的壓力。如果每個循環(huán)中都發(fā)生沖擊壓力，泵的壽命會顯著縮短，甚至泵會損壞。 2. 輸出流量 泵的流量與工況有關(guān)。齒輪泵的輸出流量應(yīng)包括執(zhí)行器所需流量、溢流閥的最小溢流量、各元件 的泄露量的總和。 3. 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)著泵的壽命、耐久性、氣穴、噪聲等。雖然產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格表中寫著容許的轉(zhuǎn)速范圍，但最好是在與用途相適應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速下使用，不得超過最高轉(zhuǎn)速。 泵的效率值是泵質(zhì)量好壞的體現(xiàn)。壓力越高、轉(zhuǎn)速越低則泵的容積效率越低。轉(zhuǎn)速恒定時泵的總效率在某個壓力下最高，泵的總效率對液壓系統(tǒng)的效率有很大影響，應(yīng)該選擇效率高的泵。并盡量使泵工作在高效率工況區(qū)。 所以，初步選取排量為 14mL 的 CCB 型號外嚙合齒輪單級齒輪泵。其參數(shù)如表 51. 表 51 外嚙合單級齒輪泵的參數(shù) 類別 型號 排量 Q /mL 1r 壓力 P/MPa 轉(zhuǎn)速 n/r 1min 容積效率? /% 額定 p 最高maxp 額定 最高 外嚙合單級齒輪泵 CBB 14 14 2021 3000 90 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 28 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸是液壓系統(tǒng)中常見的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中廣泛使用。 液壓缸按結(jié)構(gòu)分為：活塞式液壓缸、柱塞式液壓缸、伸縮式液壓缸和組合式液壓缸。液壓缸除了單個使用外，還可以組合起來或和其他結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)特殊的功能。 （一） 液壓缸設(shè)計(jì)原始參數(shù) 升降液壓缸的任務(wù)是提升除雪裝置，使鏟板脫離地面，懸于空中。所以升降液壓缸的負(fù)載 LF ≥ G（ G為除雪裝置的重量， 800 =7840N），負(fù)載 LF 取為9000N，則每根單桿活塞式液壓缸的負(fù)載為 4500N。油泵供給每根單桿活塞式液壓缸的油壓為總壓力的一半，即 7MPa。由于一般的障礙物高度為 100 ㎜，為了保證除雪裝置在不工作時，安全通過障礙，可將除雪裝置的提升高度定為 220㎜，即活塞行程。偏轉(zhuǎn)液壓缸的任務(wù)是使鏟板左右擺動，使鏟板與除雪車在行進(jìn)方向上有一定夾角。當(dāng)偏轉(zhuǎn)液壓缸在除雪過程中調(diào)整 F? ,則偏轉(zhuǎn)液壓缸所受到的最大負(fù)載為除雪阻力為 14252，但為了留有相當(dāng)?shù)膫溆脡毫?，可將?fù)載為更大值，可取 17619N。油泵為單桿活塞式液壓缸提供 14MPa 的壓力。由于除雪鏟板的最大偏轉(zhuǎn)角為 30176。，根據(jù)相關(guān)的幾何計(jì)算可求出偏轉(zhuǎn)液壓缸的行程為 166 ㎜。液壓缸的原始參數(shù)如表 52 。 表 52 液壓缸的原始參數(shù) 名稱 類型 數(shù)量（個） 負(fù)載LF /N 運(yùn)動速度u/cm 1s 行程L/mm 供液壓力 p/MPa 升降液壓缸 單桿活塞式液壓缸 2 4500 5 220 7 偏轉(zhuǎn)液壓缸 單桿活塞式液壓缸 1 17619 5 166 14 （二） 液壓缸基本參數(shù)計(jì)算 1）液壓缸內(nèi)徑 D 根據(jù)負(fù)載 LF 和供液壓力 p計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D的公式如下： （ 1） 對于無桿腔，液壓缸內(nèi)徑 1D 為 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 29 p41 ? LFD ? （ 53） （ 2） 對于有桿腔，液壓缸內(nèi)徑 2D 為 22 dp4 ?? ? LFD （ 54） 2） 活塞桿直徑 d 對于單桿雙作用液壓缸可根據(jù)下式確定，即 ?? 1d 1D? （ 55） 式中 φ —— 速比，可根據(jù)表 53中推薦值選取。 表 53 速比推薦值 壓力 p/MPa P10 10≤ p≤ 20 p≥ 20 速比φ 2 由于 p=14MPa，在 10≤ p≤ 20 區(qū)間，所以選速比值為 。 3） 最小導(dǎo)向長度 最小導(dǎo)向長度是在活塞桿全部伸出時導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)到活塞中位線的距離 H，H的大小影響到液壓缸穩(wěn)定性和初始撓度。目前對 H的計(jì)算多采用經(jīng)驗(yàn)公式 ?????? ?? 220 1DLH (56) 4)液壓缸里的活塞寬度 B可由下式確定，即 B=(~) 1D (57) 5） 活塞導(dǎo)向套滑動面長度 A可由下式確定，即 A=(~) 1D (58) 將表 （ 53） ~（ 58）可 求得兩種液壓缸的參數(shù)，如下表 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 30 表 兩種液壓缸的參數(shù) 名稱 液壓缸無桿腔內(nèi)徑1D /mm 液壓缸有桿腔內(nèi)徑2D /mm 活塞桿直徑d/mm 最小導(dǎo)向長度H/mm 活塞寬度 B/mm 導(dǎo)向套滑動面長度A/mm 升降液壓缸 29 32 15 24 17 17 偏轉(zhuǎn)液壓缸 40 46 22 29 24 24 （三）缸體厚度及外徑強(qiáng)度校驗(yàn) 缸體厚 度δ的取值由強(qiáng)度條件決定。當(dāng)δ /D≤ ，即 ? ??? 2p 2maxD? (59) 式中 maxp —— 最高工作應(yīng)力，為油泵的最高輸出壓力， ? ，單位為 Pa； [? ]—— 材料許用應(yīng)力， [? ]= n/b? ， b? 為材料抗拉強(qiáng)度，取 40 剛作為液壓缸的缸壁材料， b? 為 569MPa， n為安全系數(shù)，一般 n=5。 . 當(dāng)δ / 2D =~ 時，按下列校驗(yàn)強(qiáng)度，即 ? ? m ax2m ax p32 p?? D? （ 510） 當(dāng)δ / 2D ≥ 時，按壁厚圓筒公式校驗(yàn)強(qiáng)度，即 ? ?? ? ?????? ?? 1.4p1.4p02 m a xm a x2 ??? D （ 511） 缸體外徑 Dm=D+2δ，然后圓整。 ① 升降液壓缸體厚度及外徑校驗(yàn) ? ? 5 105692 a x 66 ?????????D 則 δ取 ，δ / 2D =，所以 2 1017. 55 105692 1017. 5 666 ????????? 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 31 所以 δ最終取 滿足強(qiáng)度要求， 缸體外徑 Dm=D+2δ =+2*= ② 偏轉(zhuǎn)液壓缸體厚度及外徑校驗(yàn) ? ? 5 1056962m a x6 ?????????D 則 δ取 ，δ / 2D =，所以 65 1056966 ????????? 所以 δ最終取 滿足強(qiáng)度要求， 缸體外徑 Dm=D+2δ =+2*= （四） 活塞桿直徑強(qiáng)度校驗(yàn) 由于升降液壓桿和偏轉(zhuǎn)液壓缸均不承受壓負(fù)載，所以不需要校驗(yàn)活塞桿的穩(wěn)定性，只需要校驗(yàn)活塞桿直徑強(qiáng)度?；钊麠U直徑強(qiáng)度按下式校驗(yàn)強(qiáng)度，即 ? ??? LF4d ? (512) 式中 LF —— 液壓缸負(fù)載，單位為 N； [? ]—— 材料許用應(yīng)力， [? ]= n/b? ， b? 為材料抗拉強(qiáng)度 ，單位 Pa， n為安全系數(shù)，一般 n=。 . ① 升降液壓缸的活塞桿直徑強(qiáng)度校驗(yàn) 已知升降液壓缸所受的總負(fù)載為 LF =9000N，則每個液壓缸受到的負(fù)載為 4500N，活塞桿的材料選用 40Cr 合金鋼，其抗拉強(qiáng)度 b? 為 900MPa。則[? ]= a107a 10980n/ 86b PP ????? ② 對活塞桿直徑強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn) ? ? 450044d 8 ?????? ?? LF 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 32 由于升降液壓缸的活塞桿直徑為 ，所以滿足要求。 ③ 偏轉(zhuǎn)液壓缸的活塞桿直徑強(qiáng)度校驗(yàn) 已知偏轉(zhuǎn)液壓缸所受的負(fù)載為 LF =17619N，活塞桿的材料選用 40Cr 合金鋼，其抗拉強(qiáng)度 b? 為 900MPa。則 [? ]= a107a 10980n/ 86b PP ????? 對活塞桿直徑強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn) ? ? 1761944d 8 ?????? ?? LF 由于升降液壓缸的活塞桿直徑為 ，所以滿足要求。 （五） 缸體螺紋連接校核 （ 1）缸體與端部采用螺紋連接，螺紋拉應(yīng)力 ? 為 2maxF4 D??? ? （ 515） 切應(yīng)力τ為 ? ?331 om a x1 dF D ??? ? （ 516） 則，合成應(yīng)力 n? 為 ? ????? ??? 22n 3 （ 517） 式中 Fmax—— 液壓缸最大推力， maxmax pAF ? ， A為液壓缸面積， 24DA ?? 。 D—— 液壓缸內(nèi)徑，單位為 m； od —— 缸體螺紋外徑，單位為 m； 1d —— 螺紋內(nèi)徑，單位為 m， 1d = od ， t 為螺距； ? —— 螺紋預(yù)緊系數(shù)， ? =~； 1? —— 螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)， 1? =； ??? —— 材料許用應(yīng)力， [? ]= n/s? ， s? 為材料屈服極限， n 為安全系數(shù)，一般 n=~。 重慶理工大學(xué) 除雪汽車設(shè)計(jì) 33 ① 升降液壓缸螺紋連接校核 升降液壓缸的最大推力? ? NF 62m a x2m a x1 ?????? （? 液壓缸內(nèi)徑為 ，查國標(biāo) GB/T73072021，可得缸體螺紋外徑 od =，螺紋內(nèi)徑為 。螺紋預(yù)緊系數(shù) ? 取 。 液壓缸的端蓋材料用 20Cr，屈服極限為 540MPa，材料的許用應(yīng)力 [? ]為 [? ]= a41 5384 61 10540n 6s P???? 將以上數(shù)據(jù)代入（ 515） ~（ 5