齒輪泵的研究與三維造型設計【2013年最新整理畢業(yè)論文】

一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 1 - 全套資料帶 CAD圖， QQ聯(lián)系 414951605或 1304139763 第一章 概述 上至翱翔藍天的飛機和直沖云霄的人造衛(wèi)星、宇宙飛船下到地下的鉆井、礦藏的開采；從地上奔馳的火車、坦克 ,到海上航行的艦船和海底的潛艇 ；從茫茫田野作物的灌溉，到城市生活和生產(chǎn)中的給排水 ,乃至科學實驗 ,凡是要讓液體 (甚至固體 )流動的地方，就有泵在工作。目前 ,我國制造的水泵最大直徑 6米 ,足可吞進一條大船 ,每小時的工作量可達 35萬立方米，大有使河水倒流之勢。而最小微型泵的流量還不如常用注射劑，每小時只有幾十毫升以下，真是大得洶涌澎湃， 小似一點一滴。其工作壓可以從常壓一直升高到 l000個大氣壓以上，隨著離心泵的設計和生產(chǎn)技術日益完善，揚程直接迭選 3000米以上的高度易如舉手之勞，輸送液體的溫度變化范圍更大，可輸?shù)偷?200以下的液態(tài)氧、氫等低溫液體 ,亦可輸高達 800以上的液態(tài)金屬和液體，泵輸進液體介質(zhì)種類很多，再把泵僅作抽水的工具來理解 ,顯然已很不全面。當今的泵既可以輸送常溫清水，也可以輸送油液、酸堿液、乳化液和易燃易爆有毒的液體，并已發(fā)展到輸送帶有直徑可以大至幾百毫米的煤、礦石、魚、甜菜等固體顆粒的渣體 ,不產(chǎn)生堵塞 ,不破壞其本來形狀。 盡而泵被列為通用機械，它是發(fā)展現(xiàn)代化工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防技術必不可少的機器之一。 1.1 泵的發(fā)展歷史 泵是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。泵主要用來輸送 的 液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。 水的提升對于人類生活和生產(chǎn)都十分重要。古代就已有各種提水器具，例如埃及的鏈泵 (公元前 17 世紀 )，中國的桔槔 (公元前 17 世紀 )、轆轤 (公元前 11 世紀 )和水車 (公元 1 世紀 )。比較著名的還有公元前三世紀， 阿 基米德 發(fā)明的螺旋桿，可以平穩(wěn)連續(xù)地將水提至幾米高處，其原理仍為現(xiàn)代螺桿泵所利用。 公元前 200年左右，古希臘工匠克特西比烏斯發(fā)明的滅火泵是一種最原始的活塞泵，已具備典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出現(xiàn)了蒸汽機之后才得到迅速發(fā)展。 1840 1850 年，美國沃辛頓發(fā)明泵缸和蒸汽缸對置的蒸汽直接作用的活塞泵，標志著現(xiàn)代活塞泵的形成。 19 世紀是活塞泵發(fā)展的高潮時期，當時已用于水壓機等多種機械中。然而隨著需水量的劇增，從 20 世紀 20 年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐漸被高速的離心泵和回轉泵所代替。但是在 高壓小流量領域往復泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵獨具優(yōu)點，應用日益增多。 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 2 - 回轉泵的出現(xiàn)與工業(yè)上對液體輸送的要求日益多樣化有關。早在 1588 年就有了關于四葉片滑片泵的記載，以后陸續(xù)出現(xiàn)了其他各種回轉泵，但直到 19 世紀回轉泵仍存在泄漏大、磨損大和效率低等缺點。 20 世紀初，人們解決了轉子潤滑和密封等問題，并采用高速電動機驅動，適合較高壓力、中小流量和各種粘性液體的回轉泵才得到迅速發(fā)展?；剞D泵的類型和適宜輸送的液體種類之多為其他各類泵所不及。 利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多 達芬奇所作的草圖中。 1689 年，法國物理學家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。但更接近于現(xiàn)代離心泵的，則是 1818年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。 18511875 年，帶有導葉的多級離心泵相繼被發(fā)明，使得發(fā)展高揚程離心泵成為可能。 盡管早在 1754 年，瑞士數(shù)學家 歐拉 就提出了葉輪式水力機械的基本方式奠定了離心泵設計的理論基礎，但直到 19 世紀末，高速電動機的發(fā)明使離心泵獲得理想動力源之后，它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。在英國的雷諾和德國的普夫萊德雷爾等許多學者的理論研究和實踐的基礎上，離心泵的效率大大提 高，它的性能范圍和使用領域也日益擴大，已成為現(xiàn)代應用最廣、產(chǎn)量最大的泵。 齒輪泵結構簡單，加工方便，體積小，重量輕，且有自吸能力強、對油液污染不敏感等特性，因而應用較為廣泛。 1.2 齒輪泵的研究現(xiàn)狀 齒輪泵結構簡單，加工方便，體積小，重量輕，且有自吸能力強、對油液污染不敏感等特性，因而應用較為廣泛。齒輪泵的主要缺點是徑向液壓力不平衡，軸承壽命短；流量脈動大，噪聲高。另外，其排量不可調(diào)節(jié)，使用范圍受到限制。國內(nèi)外有關齒輪泵的研究主要集中在以下幾個方面。 (1)齒輪參數(shù)及泵體結構的優(yōu)化設計； (2)補償面及齒間油 膜的計算機轆助分折； (3)困油沖擊及卸荷措施，齒輪泵的困油現(xiàn)象對齒輪泵乃至整個液壓系統(tǒng)都產(chǎn)生了很大的危害。困油沖擊與齒輪嚙合的重疊系數(shù)及卸荷是否完全等有很大關系 (包括卸荷槽的位置、形狀及面積等 )； (4)齒輪泵噪聲的控制技術； (5)降低齒輪泵的流量脈動的方法，由于齒輪泵的流量脈動較大，在一些要求較高的液壓系統(tǒng)中，很少采用齒輪泵。關于降低齒輪泵流量脈動的方法已有很多，如合理選擇齒輪的參數(shù)；采用剖分式齒輪；采用多齒輪等； (6)輪齒表面涂覆技術及其特點； (7)輪齒彎曲應力及接觸疲勞強度的計算，齒輪泵的輪齒彎曲應力及 接觸疲勞強度計算與一般齒輪轉動的彎曲應力及接觸疲勞強度計算是有區(qū)別的； (8)齒輪泵的變量方法研究 ； (9)齒輪泵的壽命及其影響因素； (10)齒輪泵高壓化的途徑，而提高工作壓力所帶來的問題是： 1軸承壽命大大縮短； 2泵泄漏加劇，容積效率下降。產(chǎn)生這兩個問題的根本原因在于齒輪上作用了不平衡的徑向液壓力，且工作壓力越高，徑向液壓力越大。 目前國內(nèi)外學者針對以上兩個問題所進行的研究是： (1)對齒輪泵的徑向間隙進行補償； (2)減小齒輪泵的徑向液壓力，如優(yōu)化 齒輪參數(shù)，縮小排液口尺寸等； (3)提高軸一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 3 - 承承載能力，如采用復合材料滑動軸承代替滾針軸承等 ,但這些方法都沒有從根本上解決問題。 1.3 齒輪泵的發(fā)展趨勢 液壓傳動系統(tǒng)正向著快響應、小體積、低噪聲的方向發(fā)展。為了適應這種要求，齒輪泵除積極采取措施保持其在中低壓定量系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等的霸主地位外，尚需向以下幾個方向發(fā)展： (1)高壓化高壓化是系統(tǒng)所要求的，也是齒輪泵與柱塞泵、葉片泵競爭所必須解決的問題。齒輪泵的高壓化工作已取得較大進展，但因受其本身結構的限制，要想進一步提高工作壓力是很困難的，必須研制出新結構的 齒輪泵。這方面，多齒輪泵將有很大優(yōu)勢，尤其是平衡式復合齒輪泵。 (2)低流量脈動 流量脈動將引起壓力脈動，從而導致系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。降低流量脈動的方法，除了前面所介紹的措施外，采用內(nèi)嚙合齒輪泵及多齒輪泵 (如復合齒輪泵 )將是一種趨勢 。 (3)低噪聲 國外早就有“安靜”的液壓泵之說。隨著人們環(huán)保意識的增強 對齒輪泵的噪聲要求也越來越嚴格。齒輪泵的噪聲主要由兩部分組成，一部分是齒輪嚙臺過程中所產(chǎn)生的機械噪聲，另一部分是困油沖擊所產(chǎn)生的液壓噪聲 前者與齒輪的加工和安裝精度有關， 后者則主要取決于泵的卸荷是否徹底。對于外嚙臺齒輪泵，要實現(xiàn)完全卸荷是很困難的，因此進一步降低泵的噪聲受到一定的限制。在這方面內(nèi)嚙合齒輪泵因具有運轉平穩(wěn)、無困油現(xiàn)象、噪聲低等特點，因此今后將會有較大發(fā)展。 (4)大排量對于一些要求快速運動的系統(tǒng)來說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量的提高受到很多因素的限制。這方面，平衡式復臺齒輪泵具有顯著優(yōu)勢，如 1臺三惰輪復合齒輪泵的排量相當于 6臺單泵的排量。 (5)變排量齒輪泵的排量不可調(diào)節(jié)，限制了其使用范圍。為了改變齒輪泵的排量，國內(nèi)外學者進行了大量的研究工作，并取得 了很多研究成果。有關齒輪泵變排量方面的專利已有很多，但真正能轉化為產(chǎn)品的很少。但不管怎樣，齒輪泵的變排量將是一個發(fā)展方向。 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 4 - 1.4 泵的分類 一、按泵作用于液體原理分類 1、葉片式泵（動力式泵） 由泵內(nèi)葉片在旋轉時產(chǎn)生的離心力作用將液體連續(xù)的吸入并壓出。葉片式泵包括離心泵、混流泵、軸流泵、部分流泵及旋渦泵。 2、容積式泵 (正排量泵） 包括往復式泵和容積式泵。它們分別由泵內(nèi)活塞作往復運動或轉子作旋轉運動而產(chǎn)生擠壓作用將液體吸入并壓出。前者排液過程是間歇的。常見的往復式泵有各種型式活塞泵、柱塞泵及 隔膜泵等。常見回轉式泵有外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、螺桿泵、回轉徑向柱塞泵、回轉軸向柱塞泵、滑片泵羅茨泵及液環(huán)泵等。 3、其它類型泵 包括利用流體靜壓或流體流體動能來輸送液體的流體動力泵。如噴射泵、空氣升液器、水錘泵等。另外還有利用電磁力輸送液體的電磁泵。 二、按泵的用途分類 按泵的用途可分為進料泵、回流泵、塔底泵、循環(huán)泵、產(chǎn)品泵、注入泵、排污泵、燃料油泵、潤滑油泵和封液泵等。 三、按所適用的介質(zhì)分類 分為清水泵、污水泵、泥漿泵、砂泵、灰渣泵、耐酸泵、堿泵、冷油泵、熱油泵、低溫泵等 。 其中液 壓泵經(jīng)歷了近一個世紀的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，因此要求更高的設計工藝水平以及融現(xiàn)代化的最新技術才能達到更完美的階段。為進一步發(fā)展液壓泵，下面介紹典型液壓泵的工作原理及主要結構特點： 表 1.1 典型液壓泵的工作原理及主要結構特點 類型 結構、原理示意圖 工作原理 結構特點 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 5 - 外嚙合齒輪泵 當齒輪旋轉時，在 A 腔，由于輪齒脫開 使容積逐漸增大，形成真空從油箱吸油，隨著齒輪的旋轉充滿在齒槽內(nèi)的油被帶到 B腔，在 B腔，由于輪齒嚙合，容積逐漸減小，把液壓油排出 利用齒和泵殼形成的封閉容積的變化，完成泵的功能，不需要配流裝置，不能變量 結構最簡單、價格低、徑向載荷大 內(nèi)嚙合齒輪泵 當傳動軸帶動外齒輪旋轉時，與此相嚙合的內(nèi)齒輪也隨著旋轉。吸油腔由 于輪齒脫開而吸油，經(jīng)隔板后，油液進入壓油腔，壓油腔由于輪齒嚙合而排油 典型的內(nèi)嚙合齒輪泵主要有內(nèi)齒輪、外齒輪及隔板等組成 利用齒和齒圈形成的容積變化，完成泵的功能。在軸對稱位置上布置有吸、排油口。不能變量 尺寸比外嚙合式略小，價格比外嚙合式略高，徑向載荷大 葉片泵 轉子旋轉時，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部 緊貼在定子內(nèi)表面上。這樣兩個葉片與轉子和定子內(nèi)表面所構成的工作容積，先由小到大吸油后再由大到小排油，葉片旋轉一周時，完成兩次吸油和兩次排油 利用插入轉子槽內(nèi)的葉片間容積變化，完成泵的作用。在軸對稱位置上布置有兩組吸油口和排油口 徑向載荷小，噪聲較低流量脈動小 柱塞泵 柱塞泵由缸體與柱塞構成，柱塞在缸體內(nèi)作往復 運動，在工作容積增大時吸油，工作容積減小時排油。采用端面配油 徑向載荷由缸體外周的大軸承所平衡，以限制缸體的傾斜 利用配流盤配流 傳動軸只傳遞轉矩、軸徑較小。由于存在缸體的傾斜力矩，制造精度要求較高，否則易損壞配流盤 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 6 - 螺桿泵 一根主動螺桿與兩根從動螺桿相互嚙合，三根螺桿的嚙合線把螺旋槽分割成若干個密封容積。當螺 桿旋轉時，這個密封容積沿軸向移動而實現(xiàn)吸油和排油 利用螺桿槽內(nèi)容積的移動，產(chǎn)生泵的作用。 不能變量 無流量脈動 徑向載荷較雙螺桿式小、尺寸大，質(zhì)量大 1.5 齒輪泵的結構和原理 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，一般做成定量泵，可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中以外嚙合齒輪泵應用最廣。 一、 外嚙合齒輪泵的工作原理 圖 1.1 齒輪泵原理圖 圖 1.2 齒輪泵結構圖 上圖 1.1 為外嚙合齒輪泵的工作原理圖，它由裝在殼體內(nèi)的一對齒輪所組成，齒輪兩側有端蓋（圖中未示出），殼體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成了許多密封工作腔。當齒輪按圖示方向旋轉時，右側吸油腔由于相互嚙合的輪齒逐漸脫開，密封工作容積逐漸增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大氣壓力的作用下，經(jīng)吸油管進入吸油腔，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉，把油 液帶到左側壓油腔內(nèi)。在壓油區(qū)一側，由于輪齒在這里逐漸進入嚙合，密封工作腔容積不斷減小，油液便被擠出去，從壓油腔輸送到壓力管路中去。在齒輪泵的工作過程中，只要兩齒輪的旋轉方向不變，其吸、排油腔的位置也就確定不變。這里嚙合點處的齒面接觸線一直分隔高、低壓兩腔起著配油作 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 7 - 用，因此在齒輪泵中不需要設置專門的配流機構，這是它和其它類型容積式液壓泵的不同之處。 1.6 本次畢業(yè)設計的意義和目的 齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓元件，在結構上可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵兩大類。外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結構簡單 、尺寸小、重量輕、制造維護方便、價格低廉、工作可靠、自吸能力強、對油液污染不敏感等。外嚙合齒輪泵是應用最廣泛的一種齒輪泵 (稱為普通齒輪泵 )，其設計及生產(chǎn)技術水平也最成熟。多采用三片式結構、浮動軸套軸向間隙自動補償措施、鋁合金殼體徑向“掃膛”工藝，并采用平衡槽以減小齒輪 (軸承 )的徑向不平衡力。目前，這種齒輪泵的額定壓力可達 2.5Mpa。正因為其諸多特點引起了多人對其進行研究，目前三維設計技術已經(jīng)達到了一個很高的境界，它能為產(chǎn)品開發(fā)人員提供更先進的設計方法和設計手段，具有形象生動、直觀明了、快速響應等設計特點， 其開發(fā)過程很符合設計人員的設計思維。三維開發(fā)平臺的出現(xiàn)和完善，為增強企業(yè)的開發(fā)能力、提高設計效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提供了強有力的技術支持。三維開發(fā)技術的應用和推廣，可謂是傳統(tǒng)的機械設計的一次革命。三維立體設計逐步替代傳統(tǒng)的二維平面是必然的趨勢。目前，市面上可供選擇的軟件有很多，主要包括高端的 ProEngineer， I-DEAS， UG， CATIA 和中端的 Solidworks， SolidEdge 等 3D 設計軟件。這些軟件的一個共性就是它們都具備了尺寸參數(shù)驅動技術以及虛擬裝配技術；這些技術一般都能滿足用戶設計的各項諸如 設計、計算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運動分析等高級 CAD 的需求。尤其是集設計、工程及制造系統(tǒng)于一體的 UG 軟件，Pro Engineer 是一個典型的模塊化集成軟件，其功能非常強大，最顯著的的特征就是使用參數(shù)化的特征造型。根據(jù)目前的市場來看，它在我國的 CAD/CAM 研究所和工廠中得到了廣泛地應用，有著越來越廣闊的市場。同 AutoCAD 相比，它的技術特點就是參數(shù)化管理，所有的算法都是矢量化的，三維與二維圖形元素具有關聯(lián)性，是目前不可多得的計算機輔助設計軟件。 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 8 - 在本次畢業(yè)設計中，根據(jù) 2CY 系列齒輪 泵中的一種來進行參數(shù)設計，然后進行二維工程圖繪制，最后應用由美國參數(shù)公司 PTC 開發(fā) Pro/Engineer 三維制圖軟件，完成對齒輪泵的三維造型設計。 第二章 齒輪泵的工作原理及總體結構設計 2.1 齒輪泵的工作原理 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 9 - 圖 2.2 工作原理圖 1-壓緊螺母 2-軸套 3-泵體 4-墊片 5-銷 6-齒輪軸 7-齒輪 8-泵蓋 9-螺釘 這個齒輪泵由泵體 3，端蓋 8，主動齒輪軸 6，從動齒輪 7 等 15 種零件組成的。泵體 3 和端蓋 8之間用 6個 螺釘 9 連接，并用兩個圓柱銷 5定位，墊片 4 起調(diào)節(jié)間隙和密封作用。齒輪軸 6、 7 兩端分別由泵體 3 和端蓋 8 支承。齒輪軸 6 裝有 聯(lián)軸器 ，并用 壓緊 螺母 1、墊圈擰緊，防止軸向松動。齒輪軸 6 上裝有 墊片 4，通過 墊片 4、 壓緊 螺母 1壓緊，防止油滲出，起密封作用。當動力通過 聯(lián)軸器 及平鍵使齒輪軸 6 旋轉時，其主動齒輪旋轉，帶動從動齒輪旋轉。一對嚙合的齒輪旋轉，在泵體 3上方進油口處產(chǎn)生局部真空，使壓力降低，油被吸入，油從齒輪的齒隙被帶到下方出油口處。當齒輪連續(xù)轉動就產(chǎn)生齒輪泵的加壓和輸油作用 。 圖 2.1 裝配示意圖 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 10 - 2.2 齒輪泵用途、應用范圍、結構特點 1.用途： 適用于輸送不含固體顆粒和纖維，無腐蝕性，溫度不高于 80，粘度為 5 10-61.5 10-3m2/s（ 5-1500cSt)的潤滑油或性質(zhì)類似潤滑油的其他液體以及用于液壓轉動系統(tǒng)。 2.應用范圍： 在輸油系統(tǒng)中可用作傳輸，增壓泵； 在燃油系統(tǒng)中可用作輸送、加壓、噴射的燃油泵； 在液壓傳動系統(tǒng)中可用作提供液壓動力的液壓泵； 在一切工業(yè)領域中，均可作潤滑油泵用。 3.結構特點： 本系列齒輪泵主要有齒輪、軸、泵體、泵蓋、軸端密封等組成。齒輪經(jīng)氮化處理有較高的硬度和耐磨性。與軸一同安裝在可更換的軸套內(nèi)運轉。 泵內(nèi)全部零件的潤滑均在泵工作時利用輸送介質(zhì)而自動達到。 2.3 齒輪泵的總體結構設計 本次設計是齒輪泵的三維造型，它是通過兩個齒輪相嚙合來改變工作腔容積的大小，進而產(chǎn)生不同的壓力達到吸油和排油的目的。齒輪泵大體可分為以下兩個方案如圖所示： 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 11 - 方案 a：此方案齒輪泵由左端蓋 、 右端蓋 、 中泵體和一對相嚙合齒輪組成，外面由聯(lián)軸器直接與電動機相連。此方案齒輪泵的轉速和電動機轉速相同，容易拆裝，減小成本，但要求同軸度要好。 方案 b：此方案齒輪泵由端蓋 、 泵體和一對相嚙合齒輪組成，外面由一對嚙 合齒輪再與電動機連接。此方案密封性較好。 選用方案 a 作為本次設計的方案。則齒輪泵的主要性能參數(shù)：流量 q=21m/h；壓力為 2.5Mpa；容積效率 58%；轉速 1420r/min；電動機功率 3kw. 理論功率： 由于泵的進口壓力很小近似為零，所以泵出口壓力 P表示進出口壓力差 P 662 . 5 1 0 2 . 1 1 . 4 5 8 33600tP p q t kw 輸入功率iP和輸出功率0P iP Nt 0P= pq= pqt pv=pt 0.85=1.24kw 3.理論轉矩 當忽略能量轉換及輸送過程中能量損失時液壓泵0 vPP 2t i IP P n T 2I ptT n 1 4 5 8 .3 6 02 1 4 2 0 =9.804 N m=9804 N mm 4.實際轉矩 T=ITp =9804/0.9=10893.3 N mm 5.電動機輸入功率及輸入轉矩 0 1 . 2 4 2 . 1 40 . 5 8i PP p kw 圖 2.4 方案 b 圖 2.3 方案 a 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 12 - 66 1 . 6 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 0 8 9 5 . 01420ii PT n N mm 則該齒輪泵結構圖為：、 圖 2.5 齒輪泵結構簡圖 一：聯(lián)軸器選擇與校核： （ 1） 考慮到 Y100l2-4電動機滿載轉速mn=1420r/mm 轉速較高應選擇有彈性元件 的抗性聯(lián)軸器，又考慮到電動機額定功率nP=3kw 功率不大，從制造容易裝拆方面出發(fā)選用彈性圓柱銷聯(lián)軸器。 （ 2） 聯(lián)軸器傳遞功率 1P=iP 聯(lián)軸器效率 =0.99 則1P=2.14/0.99=2.16kw 則聯(lián)軸器的計算轉矩cT=kT 式中： k 載荷系數(shù) k=1.5（ 1406P表 19.3） T 名義轉矩 T=9.55 610 1P/mn=9.55 610 2.16/1420=1.45 410 N mm cT=1.5 1.45 410 =2.18 410 N mm （ 3） 選擇聯(lián)軸器型號 由 cT =2.18 410 N mm mn =1420r/mm 1d =25mm d =28mm （ Y100L2-4電一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 13 - 動機軸徑查 2P155-156 的表 12.1 和 12.3）選用 TL4 型彈性圓柱銷聯(lián)軸器。由 2P92表 8-5它的公稱轉矩為 6.3 410 N mm 許用轉速為 4200r/min 軸孔范圍 20-28mm 均滿足要求。 則聯(lián)軸器 TL4128 6220 38YJ GB4323-84 圖 2.6 聯(lián)軸器示意圖 （ 4） 聯(lián)軸器參數(shù) 圖 4P271 1D=76mm d=10mm z=6mm a=15mm b=23mm s b=23mm 查 1 柱銷許用彎曲應力 =0.4s=0.4 360=144N/ 2mm（選 45鋼作柱銷 45鋼 s =360N/ 2mm ) 查 1P418橡膠圈的許用壓強 P=2N/ 2mm （ 5） 校核橡膠圈壓強 P=12.5kTDdsz = 42 . 5 1 . 5 1 . 4 5 1 07 6 1 0 2 3 6 =0.51P=2N/ 2mm ，滿足要求。 （ 6） 校核柱銷彎曲強度 b = 311.25kTbD zd= 431 . 2 5 1 . 5 1 . 4 5 1 0 2 37 6 6 1 0 =1.4 N/ 2mm b =144 N/ 2mm （ 7） 校核鍵聯(lián)接強度 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 14 - 選用普通平鍵聯(lián)接 查 2P51 表 4 1 聯(lián)軸器與電動機間用鍵 8 32 GB1096-79(1d=28mm) 聯(lián)軸器與齒輪泵間用鍵 6 25 GB1096-79(1d=20mm) 校核擠壓強度p= 32 1 0Th l d p 式中 T=1.45 410 N mm h =0.5h=0.5 7=3.5mm(與電動機聯(lián)接 ) h =0.5 6=3mm(與齒輪泵聯(lián)接 )（查 2P51 表 4-1 h=7mm,h=6mm） ； d=28mm(與電動機聯(lián)接 ) d=20mm(與齒輪泵聯(lián)接 )； l =L-b=56-8=48mm； l =L-b=32-6=26mm =60 N/ 2mm (查 3P126表 7.1，聯(lián)軸器用鑄鐵制造，輕微沖擊 ) 與電動機的聯(lián)接 p= 32 1 .4 5 1 03 .5 4 8 2 8=6.19 N/ 2mm p 與聯(lián)軸器聯(lián)接 p= 32 1 .4 5 1 03 .5 2 6 2 0=18.5 N/ 2mm p 二、齒輪泵內(nèi)兩個相嚙合齒輪的校核 : 已知輸入功率為 P=2.14kw, 主軸轉速為 n=1420r/mm, 轉矩 T=10.9 310 N mm 1.2齒 輪 m=3 z=10 b=27 兩齒輪材料采用 40Cr 調(diào)質(zhì)后表面淬火硬度為 48 55HRC, 則齒寬系數(shù)d=0.5（ 1P222 圖 12.13） 齒形系數(shù)1FY=2FY=2.56（ 1P229 圖 12.21） 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 15 - 應力修正系數(shù)1sY=2sY=1.64（ 1P230 圖 12.22） 查附表 12-10 得： 彎 曲 疲 勞 極 限li m 1 li m 2FF=2.346HRC+605.628=2.346 48+605.628=718 N/ 2mm 彎曲許用應力 3F=4F=0.7lim=0.7 718=502.6N/ 2mm （ 1） 校核齒根彎曲疲勞強度 使用情況系數(shù)AK=1.25 圓周速度 V=3360 100dn= 3 .1 4 3 0 1 4 2 06 0 1 0 0=22.39m/s 動載系數(shù)vK=2.29 610 3v -2.43 410 2v +9.922 310 v +1.0257=1.15 齒向載荷分布系數(shù)HK=1.05+0.26（ 1+0.6 2d） 2d+0.16 310 62.1=1.05+0.26（ 1+0.6 20.5 ） 20.5 +0.16 310 62.1=1.13， FK=0.794HK+0.207=1.1； 312 1 0 . 9 1 02 / 7 2 6 . 7 N30tF T d ； 1AtKFb=1.25 726.727=33.6N/m100N/m； 齒間載荷分布系數(shù)HK=1.09，F(xiàn)K=1.18 （見 1P217 表 12.10） 重合度=1.88-3.2（11Z +21Z ） cos =1.88-3.2 1/5=1.24 重合度系數(shù) Y=0.25+0.75=0.25+0.751.24=0.85 H A V H HK K K K K=1.25 1.15 1.13 1.09=1.77 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 16 - F A V F FK K K K K=1.25 1.15 1.18 1.1=1.86 彎曲最小安全系數(shù)minFS=1.25（見 1P225 表 12.14 一般可靠度） 彎曲壽命系數(shù)12NNYY=1 尺寸系數(shù)xY=1.0 1F=lim 11minF N xYYSF = 718 1 1.11.25=574.4 N/ 2mm =2F, 1F=11112 F F SK T Y Y Ybd m = 32 1 . 8 6 1 0 . 9 1 0 2 . 5 6 1 . 6 4 0 . 8 52 7 3 0 3 =59.55 N/ 2mm H 2F=1F 2211FSFSYYYY=1F,齒根彎曲疲勞強度滿足要求。 （ 2） 校核齒面接觸疲勞強度 重合度系數(shù) 4 4 1 . 2 433Z =0.96 彈性影響系數(shù)EZ=189.8 MPa ， 節(jié)點區(qū)域系數(shù)HZ=2.5（見 1P222 圖 12.16） 接觸最小安全系數(shù)minHS=1.05（見 1P225 表 12.14，一般可靠度） 接觸壽命系數(shù)1NZ=1.09，2NZ=1.07（見 1P224 圖 12.18） 接觸疲勞極限lim 1 lim 2HH=12HRC+550=12 48 550=1126N/ 2mm , 許用接觸力 1H=1lim1minHNHZS =1126 1.091.05=1244 N/ 2mm , 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 17 - 2H=2lim2minHNHZS =1126 1.071.05=1147.4 N/ 2mm H=1212 1*HHEKT uZ Z Zb d u=455.52 322 1 . 7 7 1 0 . 9 1 0 22 7 3 0 =811.83 2H 三、軸的校核 選 45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理作軸B=600 N/ 2mm ，S=355 N/ 2mm （見 2P25表 2-7）查 1P314表 16.2選許用扭轉剪應力 T=30 40 N/ 2mm ， C=118 106。 此齒輪軸由泵蓋支承，右端聯(lián)軸器 屬 有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 ，有方向不定徑向力0F作用，0F=（ 0.2 0.5）tF，取0F=0.3tF，查附表可知聯(lián)軸器的1D尺寸為 76mm，則tF=2T/1D= 42 1 .4 5 1 076=381.6N,則0F=0.3tF=114.48N, 0F方向不定，按最危險情況考慮。 （ 1）聯(lián)軸器的徑向力0F的彎矩圖 則 0 1 1 4 . 4 8 9 5 . 534ACF B CRAB =321.6N 0BC ACR R F=321.6 114.48=436.03N 則 B點彎矩為：0BCMFBC=114.48 95.5=1.09 410 N mm 0F彎矩圖如圖（ b） （ 2）扭矩圖 T=1.45 410 N mm，扭轉切應力按脈動應力校正系數(shù)1bob =5595 =0.58（見 1P315 表 16.3） T=0.58 1.45 410 =0.84 410 N mm，扭矩圖如圖（ c） 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 18 - （ 3）計算彎矩圖 B點彎矩 2 2 4 2 4 2( ) (1 . 0 9 1 0 ) ( 0 . 8 4 1 0 )B C BM M T =1.38 410 N mm D點彎矩 2 2 4 2 4 2( ) ( 0 . 2 1 1 0 ) ( 0 . 8 4 1 0 )D C DM M T =0.87 410 N mm 則彎矩圖為 d （ 4）按彎矩校核軸的強度 B截面校核 B截面的抗彎截面系數(shù) W 0.1 3d =0.1 322 =1.06 3310mm ，查 1P315表 16.3 1b=55 N/ 2mm （ 45鋼B=600 N/ 2mm ） CC MW = 431.38 101.06 10 =12.28 N/ 2mm 1b =55 N/ 2mm ，安全 （ 5）靜強度校核 選 B 截面為危險截面，彎曲應力 4m a x 33 3 1 . 0 9 1 01 . 0 6 1 0MW =30.85N/ 2mm 抗扭截面系數(shù)TW=0.2 3d =0.2 322 =2.13 310 N mm 扭轉應力max3TTW = 433 1.45 102.13 10 =20.42 N/ 2mm ，查 1P41表 3.2 sb=1.4s=1.4 355=497 N/ 2mm s=0.7s=0.7 355=249 N/ 2mm S =m ax49730.85sb =16.11 m a x2492 0 .9 2sbS =12.19, 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 19 - S=22SSSS=221 6 .1 1 1 2 .1 91 6 .1 1 1 2 .1 9=9.7，查 1P15 表 2.2 最小許用安全系數(shù)S=1.5 滿足要求。 圖 2.7 軸校核圖 由以上參數(shù)進行齒輪泵的設計及三維造型。 第三章 齒輪泵的主要零部件造型設計 3.1 齒輪泵內(nèi)相嚙合齒輪造型設計 齒輪泵內(nèi)有兩個相嚙合的齒輪，其中可由齒輪 1二維工程圖進行三維繪圖過程如下：（ 1）建立齒輪基礎特征：采用旋轉特征操作；（ 2）生成漸開線齒廓：單擊“基準”工具條草繪曲線按鈕 單擊“從方程 /完成” 選取坐標系 從文本中輸入以下關系式： ms=3 zs=10 alfa=20 0AR 0BR 0F 1.09 410 0.21 410 T=1.45 410 0.87 410 1.38 410 41 .3 8 1 0T (c) T 圖 （ b）0M圖 ()d 220 ()cMMT x y z (a) 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 20 - r=(ms*zs*cos(alfa)/2 ang=t*90 s=(pi*r*t)/2 xc=r*cos(ang) yc=r*sin(ang) z=xc+(s*sin(ang) x=yc-(s*cos(ang) y=0 生成漸開線齒面；（ 3）輪齒陣列操作；（ 4）生成齒輪零件。齒輪 2 可參照齒輪 1創(chuàng)建。 圖 3.1 從動齒輪工程圖 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 21 - 圖 3.2 齒輪毛坯圖 圖 3.3 齒輪漸開線曲線生成 圖 3.4 齒 間生成圖 圖 3.5 齒輪三維造型 3.2 齒輪泵殼體的造型 齒輪泵左端蓋零件的創(chuàng)建過程：根據(jù)二維工程圖尺寸進行三維造型（ 1）建立基本特征：繪制草圖，利用拉伸等命令建立閥蓋基本特征；（ 2）生成構造特征；（ 3）對特征進行編輯加工。中泵體、右端蓋可參照左端蓋創(chuàng)建。 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 22 - AA-A深7AA與泵體共鉆鉸 圖 3.6 左端蓋工程圖 圖 3.7 左端蓋三維造型 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 23 - 裝配時鉆鉸 圖 3.8 中泵體 工程圖 圖 3.9 中泵體三維造型 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 24 - 第四章 齒輪泵的總裝配設計 齒輪泵是有左端蓋、中泵體、右端蓋、主動齒輪軸、從齒輪等零件組成。 (1) 在齒輪 1的過齒寬中點平行端面的繪圖面上繪 d = 30mm的分度圓 , 求分度圓與齒輪任一齒面的交點 ,過交點作垂直齒面的軸 A5,作過交點垂直端面的軸 A6；作穿過軸 A6垂直軸 A5的輔助面 DTM1, 作穿過軸 A6同時穿過軸 A5 的輔助面 DTM2, 其結果見圖 7。同理在齒輪 2上作輔助面 DTM4、齒輪 2輔助面的生成過程輔助面 DTM5, 其結果見圖 ： ( 2 ) 讓 DTM1與 DTM4、 DTM2與 DTM5分別進行匹配性約束 ,齒輪兩端面進行對齊性約束把兩齒輪裝配起來 , 見圖： 圖 4.1 創(chuàng)建輔助平面 圖 4.2 創(chuàng)建輔助平面 圖 4.3 兩齒輪相嚙合 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 25 - (3) 齒輪泵是有左端蓋、中泵體、右端蓋、主動齒輪軸、從齒輪等零件組成。 則齒輪泵總裝效果圖如圖 4.4所示、分解圖如圖 4.5所示 圖 4.5 齒輪泵分解圖 圖 4.4 齒輪泵裝配圖 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 26 - 第五章 總 結 在此次畢業(yè)設計及其論文的寫作過程中，主要進行了以下方面的工作： 1、對齒輪泵的市場需求及現(xiàn)有產(chǎn)品進行了調(diào)查分析，分析所要設計的齒輪泵的市場前景，并制定 出本次設計的基本方案； 2、分析所設計的齒輪泵的工作原理及應用； 3、進行了主動齒輪軸的設計及校核； 4、進行了齒輪設計及校核； 5、進行聯(lián)軸器的選擇及校核； 6、分析了齒輪泵的改裝及綜合利用； 7、進行齒輪泵主要零件的二維工程圖繪制； 8、用 Pro/Engineer 三維造型設計軟件，完成齒輪泵的零件及組件的造型設計 . 此次所設計的齒輪泵是一種適應生產(chǎn)生活需要的液壓泵，其結構簡單，安裝方便，成本低廉，只齒輪經(jīng)氮化處理有較高的硬度和耐磨性。與軸一同安裝在可更換的軸套內(nèi)運轉。泵內(nèi)全部零件的潤滑均在泵工作時利用 輸送介質(zhì)而自動達到。 三個多月的畢業(yè)設計及論文的寫作，是對我大學 三 年期間所學知識的一次總結與大檢測。通過對齒輪泵的三維造型設計及論文的撰寫，我發(fā)現(xiàn)了很多以前學習過程中遺留下的問題，并通過進一步的深入學習和大量資料的查閱，使我對以前所學專業(yè)課程有了更好的鞏固，并擴大了知識面，學到了更多的知識，同時也培養(yǎng)了我獨立解決問題、獨立完成工作的能力。 本次設計及論文主要針對齒輪泵的結構設計及工作原理做了深入的學習研究。在設計中主要應用 Pro/Engineer 等軟件對齒輪泵的結構進行三維造型設計，使我對Pro/Engineer 軟件有了更深刻的認識，更深刻的領悟了 Pro/Engineer 軟件的參數(shù)化設計和特征的實體模型化、單一數(shù)據(jù)庫、行為建模技術的特點。同時也鍛煉了我對Pro/Engineer 制圖軟件的應用，強化了對各基本功能的應用操作，同時增強了我的識圖能力，對一些復雜零件的造型所用到的新功能進行了新的學習，得到了很大的收獲。 一種齒輪泵的研究與三維造型設計 - 27 - 參考文獻 1 邱宣懷編 . 機械設計 . 高等教育出版社 . 1997. 2 吳宗澤主編 . 機械設計課程設計手冊 . 高等教育出版社 . 1999. 3