齒輪泵設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 液壓元件與系統(tǒng)綜合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練一：液壓泵的設(shè)計(jì)Q=60L/min n=1450rad/min p=2.5MPa班級(jí)：流體13-2班姓名：?jiǎn)蔚屡d指導(dǎo)教師：魏曉華學(xué) 號(hào)外齒輪泵31.1外齒輪泵的工作原理32.齒輪泵的困油現(xiàn)象(也稱齒封現(xiàn)象)33. 齒輪泵設(shè)計(jì)43.1齒輪泵參數(shù)設(shè)計(jì)44.齒輪泵校核84.1參數(shù)選擇 84.2齒輪校核104.3軸的剪切力校核124.4泵體的校核145.其他零件選擇與校核155.1卸荷槽的計(jì)算155.2聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算155.3連接螺栓的選擇與校核165.4齒輪泵進(jìn)出口大小確定175.5鍵的選擇175.6銷的選用186.使用說(shuō)明196.1

2、安裝196.2故障排除201、外齒輪泵1.1外齒輪泵的工作原理 基本結(jié)構(gòu)組成：齒輪（主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪）、泵體、吸入口、排出口。 裝配關(guān)系：主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪分別安裝在兩根平行的轉(zhuǎn)軸上；兩根平行的泵轉(zhuǎn)軸由泵體和端蓋支承；兩齒輪被安裝在泵體內(nèi)。 工作原理：KCB齒輪式輸油泵在泵體中裝有一對(duì)回轉(zhuǎn)齒輪，一個(gè)主動(dòng)，一個(gè)被動(dòng)，依靠?jī)升X輪的相互嚙合，把泵內(nèi)的整個(gè)工作腔分兩個(gè)獨(dú)立的部分。A為入吸腔，B為排出腔。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)被動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)齒化從嚙合到脫開時(shí)在吸入側(cè)(A)就形成局部真空，液體被吸入。被吸入的液體充滿齒輪的各個(gè)齒谷而帶到排出側(cè)(B)，齒輪進(jìn)入嚙合時(shí)液體被擠出，形成高壓液體并經(jīng)泵的排出口排

3、出泵外2.齒輪泵的困油現(xiàn)象(也稱齒封現(xiàn)象) 齒輪泵的嚙合過(guò)程中，同時(shí)嚙合的齒輪對(duì)數(shù)應(yīng)該多于一對(duì)，即重疊系數(shù)應(yīng)大于1(=1.4)才能正常工作。留在齒間的油液就被困在兩對(duì)同時(shí)嚙合的輪齒所形成的一個(gè)封閉空間內(nèi)，這個(gè)空間的容積又將隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化。這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象3. 齒輪泵設(shè)計(jì)3.1齒輪泵參數(shù)設(shè)計(jì)齒輪泵的流量、壓力為已知的設(shè)計(jì)參數(shù)。1.確定泵的理論流量為 = （29）式中：泵的容積效率 =0.95。2.選定轉(zhuǎn)速：由原動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即為泵的轉(zhuǎn)速，或?qū)⒃瓌?dòng)機(jī)減速后作泵的轉(zhuǎn)速。若采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般轉(zhuǎn)速為1450r/min。3.選取齒寬系數(shù)K：對(duì)于低壓齒輪泵K=7,壓力高取小值，

4、壓力低取大值。4.選取齒數(shù)Z：對(duì)于中低壓齒輪泵：Z=135.計(jì)算齒輪模數(shù)m：當(dāng)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)： =4.284.5（mm） 圓整后去4.56.校驗(yàn)齒輪泵的流量。該流量與設(shè)計(jì)理論流量相差5%以內(nèi)為合格。當(dāng)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)：當(dāng)泵流量與設(shè)計(jì)理論流量相差控制在5%以內(nèi)。7.校核齒輪節(jié)圓線速度。 式中： 節(jié)圓直徑，(mm) n轉(zhuǎn)速，(r/min) 齒輪節(jié)圓許用線速度，其值見(jiàn)表1-1若輪周速度太大，須減少節(jié)圓直徑，辦法是減少齒數(shù)或增加齒寬，有時(shí)也可以修改轉(zhuǎn)速n。工業(yè)齒輪油粘度124576152300520760節(jié)圓極限速度543.732.21.61.25表1-18.確定困油卸荷槽尺寸。(1)兩卸荷槽之間的距離式中

5、：齒輪基節(jié)（mm）齒輪嚙合角（）分度圓壓力角取20（）兩齒輪實(shí)際中心距（mm）模數(shù)（mm）齒數(shù)(2)卸荷槽寬度：式中：重疊系數(shù)當(dāng)壓力角且中心距為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，為保證卸荷槽暢通(3)卸荷槽深度：卸荷槽深度的大小，影響困油排出的速度，一般取。式中：齒輪模數(shù)（mm）。通過(guò)對(duì)不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行方案分析、比較結(jié)果，確定此型齒輪油泵的齒輪參數(shù)如下：（1）模數(shù)m=4.5（2）齒數(shù)z=13（3）齒寬b=27目前我國(guó)廣泛采用的是“增一尺修正法”設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪泵的齒輪參數(shù)。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以使壓力角為20的標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具，避免發(fā)生根切，齒輪的齒頂圓直徑和中心距為整數(shù)。（4）理論中心距 Ao=mz=5

6、8.5（5）實(shí)際中心距Ao=m(z+1)=63（6）齒頂圓直徑（7）基圓直徑 （8）基圓節(jié)距（9）齒側(cè)間隙（10）嚙合角（11） 齒頂高（12） （12）齒根高（13）全齒高（14）齒根圓直徑（15）徑向間隙 (16）齒頂高（17）齒頂壓力角 （18）分度圓弧齒厚（19）齒厚 （20）齒輪嚙合的重疊系數(shù)（21）公法線跨齒數(shù)4.齒輪泵校核4.1參數(shù)選擇 此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火原動(dòng)機(jī)工作特性工作機(jī)工作特性均勻平穩(wěn)輕微振動(dòng)中等振動(dòng)強(qiáng)烈振動(dòng)均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微振動(dòng)1.101.351.601.85中等振動(dòng)1.251.501.752.0強(qiáng)烈振動(dòng)1.501.752.

7、02.25使用系數(shù)表示齒輪的工作環(huán)境（主要是振動(dòng)情況）對(duì)其造成的影響，使用系數(shù)的確定： 液壓裝置一般屬于輕微振動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)所以按上表中可查得可取為1.35。 2.齒輪精度的確定齒輪精度此處取7機(jī)器 +名稱精度等級(jí)機(jī)器名稱精度等級(jí)汽輪機(jī) 3 6拖拉機(jī) 6 10金屬切削機(jī)床 3 8通用減速器 6 9航空發(fā)動(dòng)機(jī) 4 8鍛壓機(jī)床 6 9輕型汽車 5 8起重機(jī) 7 10載重汽車 7 9農(nóng)業(yè)機(jī)械 8 11 3.動(dòng)載系數(shù)表示由于齒輪制造及裝配誤差造成的不定常傳動(dòng)引起的動(dòng)載荷或沖擊造成的影響。動(dòng)載系數(shù)的實(shí)用值應(yīng)按實(shí)踐要求確定，考慮到以上確定的精度和輪齒速度，偏于安全考慮，此設(shè)計(jì)中取為1.1。 4.齒向載荷分布

8、系數(shù)是由于齒輪作不對(duì)稱配置而添加的系數(shù)，此設(shè)計(jì)齒輪對(duì)稱配置，故取1.185。 5.一對(duì)相互嚙合的齒輪當(dāng)在嚙合區(qū)有兩對(duì)或以上齒同時(shí)工作時(shí)，載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)或多對(duì)齒上。但載荷的分配并不平均，因此引進(jìn)齒間載荷分配系數(shù)以解決齒間載荷分配不均的問(wèn)題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取=16.彈性系數(shù) 單位，數(shù)值列表齒輪材料彈性模量配對(duì)齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料1180001730002020002060007850鍛鋼162.0181.4188.9189.8鑄鋼161.4180.5188球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。 彎曲疲勞強(qiáng)度壽命

9、系數(shù)7.選取載荷系數(shù)4.2齒輪校核1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核對(duì)一般的齒輪傳動(dòng)，因絕對(duì)尺寸,齒面粗糙度，圓周速度及潤(rùn)滑等對(duì)實(shí)際所用齒輪的疲勞極限影響不大，通常不予以考慮，故只需考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)疲勞極限的影響即可。 齒輪受力圖齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算S疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲，振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取 。但對(duì)于彎曲疲勞強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，如果一旦發(fā)生斷齒，就會(huì)引起嚴(yán)重事故，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取 。壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)查圖1。循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位是r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；

10、為齒輪的工作壽命（單位為h），則齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算：(1)設(shè)齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則 (2)計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (3)(4)(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 (6)計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù)(7)由機(jī)設(shè)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為0.1，安全系數(shù)S=1(9)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度 齒數(shù)比 故該項(xiàng)校核符合要求。2.齒根彎曲強(qiáng)度校核(1)由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 (2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)(3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)則： (4)載荷系數(shù) (5)查取齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù)(6)計(jì)算齒根危

11、險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度所以，所選齒輪參數(shù)符合要求。4.3軸的剪切力校核齒輪泵輸出功率 齒輪泵總效率取80%T-軸所傳遞的扭矩，N.m材料選用40Cr ，d-軸端直徑，mm考慮有兩個(gè)鍵槽，將直徑增大，則： 合格考慮加工安全等其他因素，則取。軸在載荷作用下會(huì)發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，故要進(jìn)行剛度校核。軸的剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度兩種，前者用扭轉(zhuǎn)角衡量，后者以撓度和偏轉(zhuǎn)角來(lái)衡量。軸的扭轉(zhuǎn)剛度軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核是計(jì)算軸的在工作時(shí)的扭轉(zhuǎn)變形量，是用每米軸長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角度量的。軸的扭轉(zhuǎn)變形要影響機(jī)器的性能和工作精度。軸的扭轉(zhuǎn)角查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-20可知滿足要求。2、軸的彎曲剛度軸在受載的情況下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，過(guò)大的彎

12、曲變形也會(huì)影啊軸上零件的正常工作， 因此，本泵的軸也必須進(jìn)行彎曲剛度校核，軸的徑向受到力與齒輪沿齒輪圓周液壓產(chǎn)生的徑向力和由齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力和相等。在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)用近似計(jì)算作用在從動(dòng)齒輪上的徑向力，即軸在徑向受到的力為。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得 故可得軸滿足要求。4.4泵體的校核泵體材料選擇球墨鑄鐵（QT600-02）。由機(jī)械手冊(cè)查得其屈服應(yīng)力為300420MPa。因?yàn)殍T鐵是脆性材料，因此其許用拉伸應(yīng)力的值應(yīng)該取為屈服極限應(yīng)力即的值應(yīng)為300420MPa泵體的強(qiáng)度計(jì)算可按厚薄壁圓筒粗略計(jì)算拉伸應(yīng)力計(jì)算公式為： 式中泵體的外半徑（mm）Re齒頂圓半徑（mm）Ps泵體的試驗(yàn)壓力（MPa）一般取試驗(yàn)

13、壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍。即 =2p=2x1.45=5MPa因?yàn)榇鷶?shù)得考慮加工設(shè)計(jì)等其他因素，所以泵體的外半徑取為。5.其他零件選擇與校核5.1卸荷槽的計(jì)算此處按“有側(cè)隙時(shí)的對(duì)稱雙矩形卸荷槽”計(jì)算。（1）兩卸荷槽的間距a（2）卸荷槽最佳長(zhǎng)度c的確定（3）卸荷槽深度5.2聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算 1.聯(lián)軸器類型選擇：為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。2. 載荷計(jì)算：設(shè)齒輪泵所需功率為型號(hào)軸孔長(zhǎng)度L/mmL1/mmD1/mmD/mmd/mmb/mmJ型42304012090205.3連接螺栓的選擇與校核1.螺栓選用 材料：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)

14、力對(duì)于普通螺栓連接在擰緊時(shí)雖是同時(shí)受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，單在計(jì)算時(shí)，只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。 F螺栓組拉力P壓力S作用面積 R齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為4由于壁厚=12，沉頭螺釘下沉5mm ,腔體厚42mm則取螺紋規(guī)格d=M10,公稱長(zhǎng)度L=54,K=4，b=16性能等級(jí)為8.8級(jí)，表面氧化的內(nèi)六角圓柱螺釘。下面對(duì)它進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉伸強(qiáng)度條件為F工作拉力，N;d螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa；由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P87 表5-8可知：性能等級(jí)為8.8級(jí)的螺釘?shù)目估瓘?qiáng)度極限；所以，滿足條件，螺釘可用。5.4齒輪泵進(jìn)出口大小確定齒輪泵的進(jìn)出

15、口流速計(jì)算公式： 式中：Q泵的流量（L/min）; q泵的排量（ml/r）; n泵的轉(zhuǎn)速（r/min）; S進(jìn)油口油的面積（）因?yàn)辇X輪泵的進(jìn)油口流速一般推薦為24m/s,出油口流速一般推薦為36m/s.這里選進(jìn)油口流速為3m/s,出油口流速為5m/s利用上一個(gè)公式算得進(jìn)油口面積出油口面積由得進(jìn)油口半徑5.5鍵的選擇鍵的截面尺寸b和h按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選定，鍵的長(zhǎng)度L一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定，即鍵長(zhǎng)等于或略短于輪轂的長(zhǎng)度；一般輪轂的長(zhǎng)度可取，這里d為軸的直徑。由機(jī)械設(shè)計(jì)P106 表6-1可選得b=8，h=7，L=40。5.6銷的選用 據(jù)齒輪泵上銷的作用，即其主要起定位的作用，所以選擇公稱直徑d=

16、6的圓錐銷。6.9電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)功率與轉(zhuǎn)速，可確定電機(jī)型號(hào)為Y132s-4，功率5kw，轉(zhuǎn)速1500rad/s。 6.使用說(shuō)明6.1安裝a. 安裝前應(yīng)檢查泵在運(yùn)輸中是否受到損壞，如電機(jī)是否受潮、泵進(jìn)出口的防塵蓋是否損壞而使污物進(jìn)入泵腔內(nèi)部等。b. 安裝管道前應(yīng)先對(duì)管道內(nèi)壁用清水或蒸氣清洗干凈。安裝時(shí)應(yīng)避免使管道的重量由泵來(lái)承擔(dān)，以免影響泵的精度及壽命。c. 油泵應(yīng)盡量靠近油池；管道各聯(lián)接部位不得漏氣、漏液，否則會(huì)發(fā)生吸不上液體的現(xiàn)象。d. 為防止顆粒雜盾等污物進(jìn)入泵內(nèi)，應(yīng)在吸入口安裝金屬過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾精度為30目/in，過(guò)濾面積應(yīng)大于進(jìn)油管橫截面積三倍以上。e. 進(jìn)出口管路建議安裝真空表及壓力

17、表，以便監(jiān)視泵的工作狀態(tài)。f. 當(dāng)油池較深、吸油管路較長(zhǎng)或介質(zhì)粘度較高而造成真空度過(guò)高時(shí)，可將進(jìn)油管加粗一擋。吸油管路較長(zhǎng)時(shí)還應(yīng)安裝底閥。2、工作前的檢查a. 泵的各緊固件是否牢固。b. 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否輕重均勻一致。c. 進(jìn)出管道的閥門是否打開。d. 泵的旋轉(zhuǎn)方向是否符合要求。e. 初次使用前應(yīng)向泵內(nèi)注入適量介質(zhì)。3、工作時(shí)的維護(hù)a. 注意泵的壓力表及真空表的讀數(shù)應(yīng)符合該泵所規(guī)定的技術(shù)規(guī)范以內(nèi)。b. 當(dāng)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中有不正常的噪音或溫升過(guò)高時(shí)，應(yīng)立即停泵檢查。c. 一般情況下，不得任意調(diào)整安全閥，如需調(diào)整時(shí)，要用儀器校正。使安全閥的截止壓力為泵d. 額定壓力的1.5-2倍。4、泵的停止a. 切斷電源。b. 關(guān)閉進(jìn)出管道閥門。6.2故障排除現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法不排油或排油量少1、吸入高度超過(guò)額定值2、 吸入管道漏氣3、旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)4、 吸入管道堵塞或閥門關(guān)閉5、 安全閥卡死或研傷6、液體溫度低而粘度增大1、 提高吸入液面2、檢查各接合處，最好加密封材料密封3、按泵的所示方向糾正4、檢查管道是否堵塞，閥門是否全開5、拆開安全閥清洗并用細(xì)研磨砂研磨閥孔，使之密合6、予熱