一种径向柱塞泵凸轮的设计与仿真.pdf
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1、【机械与电子工程】:./.一种径向柱塞泵凸轮的设计与仿真王亮 刘蓉蓉 李占锋 管西巧(.烟台职业学院 智能制造系 山东 烟台.烟台城乡建设学校 机电技术专业部 山东 烟台)摘 要:针对偏心轮式径向柱塞泵存在的柔性冲击和流量脉动问题 从改变柱塞杆运动规律入手 通过 种运动规律的组合 设计一种特殊轮廓曲线凸轮 通过 个泵原件的组合 该凸轮柱塞杆在一定时间段内无流量脉动 仿真结果表明 该柱塞泵凸轮设计可行且总流量恒定关键词:柔性冲击 流量脉动 凸轮轮廓曲线 中图分类号:文献标志码:文章编号:()自动润滑系统可以根据设备需求 按照预设好的程序 由注油泵对不同润滑点定时定量注入润滑油 实现设备的自动润滑
2、 在机械工程领域应用中十分广泛 注油泵是润滑系统的关键部件 其性能好坏直接影响整个润滑系统的工作可靠性 径向柱塞式注油泵因其结构简单、制造方便、输出压力高等优点 成为注油泵的主要形式 目前润滑系统使用的柱塞泵多采用偏心轮机构带动柱塞上下运动实现吸油和排油功能 本文以某型号集中润滑系统的柱塞泵为研究对象 介绍柱塞泵的结构组成和工作原理 分析偏心轮机构的运动规律 针对其存在的柔性冲击和流量脉动问题提出解决方案 使用 软件绘制凸轮曲线 并通过运动仿真和 数值分析进行验证 柱塞泵的工作原理本文所研究的注油泵为径向柱塞式注油泵 主要由电机、储油箱、柱塞泵总盘、泵原件(柱塞)、偏心轮、钢套、轴承等部件组成
3、 其结构如图 所示第 卷第 期 辽东学院学报(自然科学版).年 月 ().收稿日期:基金项目:烟台职业学院校本科研项目()烟台职业学院横向研究项目()作者简介:王亮()男 山东枣庄人 硕士 讲师 研究方向:机械/及仿真技术 泵原件(柱塞)工作时 电机带动偏心轮转动 泵原件的柱塞杆在偏心轮和泵原件大弹簧的共同作用下在柱塞套内进行往复运动 当柱塞杆在大弹簧的弹力作用下向左运动时 柱塞腔内形成负压 润滑油经吸油口进入柱塞腔 充满柱塞腔(理想状态下)当柱塞杆在偏心轮推动下向右运动时 密封垫(起到单向阀作用)在润滑油压力下向右移动 与柱塞腔体之间出现间隙 润滑油经排油口排出 进入到润滑管路 实现对润滑点
4、的润滑 泵原件(柱塞)的结构如图 所示 偏心轮机构的运动规律本文研究的柱塞泵中的偏心轮直径为 偏心轮中心相对于转动中心的偏心距为 柱塞杆行程 角速度 ./(电机旋转速度为 /)使用 软件完成主要零部件的三维建模及装配 并进行运动仿真 生成柱塞杆的位移()、速度()、加速度曲线()偏心轮机构运动规律如图 所示由图 可知 该偏心轮机构中柱塞杆的运动接近余弦加速度运动规律 具有良好的加速度运动状态 但在运动的始、末 处位置 加速度存在有限值的突变 即会发生柔性冲击 同时 柱塞杆的移动速度接近正弦规律变化 会使泵流量也随之变化 从而导致润滑管路中出现流量脉动现象 当转速提高时 流量脉动现象会更严重 恒
5、流凸轮机构设计.凸轮机构运动规律组合方案因柱塞泵的输出流量与柱塞杆的速度直接相关 要实现柱塞泵无流量脉动 需要柱塞杆等速移动 但由等速运动凸轮机构的推程运动线图(如图 所示 图中 为推程角 为推杆速度运动时的速度)可知 等速运动规律的推杆在运动开始和终止的瞬间 速度会出现突变 理论上其加速辽东学院学报(自然科学版)第 卷度为无穷大 会使凸轮机构受到较大的刚性冲击不利于机构的长期稳定运行 因此 可将等速运动规律与其他运动规律进行组合 增加速度过渡区域 使速度和加速度连续变化 避免突变因为正弦加速度运动规律在运动的始、末 点不存在速度和加速度的突变 没有刚性冲击和柔性冲击 因此 本文将等速运动行程
6、的两端与正弦加速度运动规律进行组合 如图 中 号柱塞速度规律所示(排油为正)其运动行程包含 个阶段 分别是正弦加速度加速阶段、等速运动阶段、正弦加速度减速阶段、正弦加速度减速阶段、等速运动阶段、正弦加速度加速阶段 各阶段对应的凸轮转角分别为、推程角为 回程角为 因单个柱塞泵加速阶段和减速阶段的速度仍存在变化 可将 个柱塞泵进行叠加 使推程部分速度叠加为一条直线 实现恒流量输出 在设计时 可由一个凸轮同时驱动 个泵原件 并合并出油口来实现 个柱塞速度关系如图 所示为简化模型 取 由图 可知 各凸轮转角有如下关系:()()进而可得 ()因此 当 个柱塞以 相位角 即对称布置时 其推程部分速度之和为
7、一个定值本文采用如下参数设计组合运动规律曲线:个阶段对应柱塞杆位移分别为、其中 因原偏心轮机构中偏心轮半径为 偏心距为 为使所设计凸轮能够替换偏心轮 取凸轮基圆半径 推杆行程 仍为 .凸轮推程曲线计算和绘制.计算推程 个阶段的推杆位移正弦加速度运动规律推程运动方程为 ()第 期 王 亮 刘蓉蓉 李占锋 等:一种径向柱塞泵凸轮的设计与仿真等速运动规律推程运动方程为 ()式中 为凸轮转角因为不同运动规律进行组合时 两端运动规律在连接点处的位移、速度、加速度要保持连续 当凸轮转角 时 连接点为加速阶段的终点和等速阶段的起点该点处个运动轨迹的速度相等由正弦曲线特点可知 加速阶段在该连接点处的速度为 (
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