齒輪泵參數(shù)化設(shè)計(jì)概要

1、大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于Pro/E外嚙合直齒齒輪泵CB29的參數(shù)化設(shè)計(jì)、緒論選題的意義齒輪泵是液壓傳動(dòng)機(jī)械中最見(jiàn)的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、尺寸小、重 量輕、使用維修方便、效率較高等特點(diǎn)，因此又被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為 了一種通用機(jī)械。在實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，這些產(chǎn)品 在結(jié)構(gòu)上基本相同，但由于使用場(chǎng)合、工況的差別，在結(jié)構(gòu)尺寸上形成了一個(gè)系列。對(duì) 于這種設(shè)計(jì)任務(wù)，如果我們一一地去設(shè)計(jì)、繪圖和編制工藝流程，所帶來(lái)的重復(fù)工作量 將是相當(dāng)龐大的。這樣不僅極大地浪費(fèi)了人力、物力資源，也無(wú)謂地延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。 參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想使得這種問(wèn)題得到了很好的解決。P

2、ro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC旗下的CAD/CAM/CAE體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以 參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要 地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAMR域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn) 可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重 要位置。參數(shù)化是proe最大的優(yōu)點(diǎn)！修改方便！修改速度快！再生能力強(qiáng)！ Pro/E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn) 題。來(lái)源與現(xiàn)狀由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)溥弱，齒輪泵行業(yè)起步較慢，

3、但其發(fā)展速度比較快。由二十余 年消化吸收國(guó)外提高前輩技術(shù)以及自主立異。我國(guó)齒輪泵設(shè)備制造行業(yè)有了奔騰發(fā)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書展。齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動(dòng)來(lái)輸送液體或使之 增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪 脫開(kāi)側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從 大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠?jī)蓚€(gè)齒輪的嚙合線來(lái)隔開(kāi)的。 齒輪泵的排出口的壓力完全取決于泵出處阻力的大小。齒輪油泵由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 有效地阻斷上游的壓力脈動(dòng)及流量波動(dòng)。在化工和石油部門的生產(chǎn)中，原料、半成品和成品大多是液體，

4、而將原料制成半成 品和成品，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝過(guò)程，泵在這些過(guò)程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反 應(yīng)的壓力流量的作用，此外，在很多裝置中還用泵來(lái)調(diào)節(jié)溫度。在船舶制造工業(yè)中，每艘遠(yuǎn)洋輪上所用的泵一般在百臺(tái)以上，其類型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、 蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床中的潤(rùn)滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸 送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要有大量的泵。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中， 泵是主要的排灌機(jī)械。我國(guó)農(nóng)村幅原廣闊，每年農(nóng)村都需要大量的泵，一般來(lái)說(shuō)農(nóng)用泵 占泵總產(chǎn)量一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用最多的設(shè)備。礦井需要用泵 排水，在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中，需用泵來(lái)供水

5、洗等。在電力部門，核電站需要核主 泵、一級(jí)泵、二級(jí)泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵 等。在國(guó)防建設(shè)中，飛機(jī)襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動(dòng)、潛艇 的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體 ，有的還要求泵無(wú)任何泄漏等.?？傊?無(wú)論是飛機(jī)、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車、船舶 ，或者是日常的生活， 到處都需要用泵，到處都有泵在運(yùn)行。正是這樣，所以把泵列為通用機(jī)械，它是機(jī)械工 業(yè)中的一類重要產(chǎn)品。主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)任務(wù)要求，此型齒輪油泵的主要技術(shù)參數(shù)確定為:大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書理論排量：29ml/r 額定壓力：2.5MPa 額定轉(zhuǎn)速:1450r/

6、min容積效率：90%三.齒輪的設(shè)計(jì)53.1齒輪參數(shù)的確定及幾何要素的計(jì)算 一-一 -2 -由于本設(shè)計(jì)所給的工作介質(zhì)的粘度為 131mm / s,由表一進(jìn)行插補(bǔ)可得此設(shè)計(jì)最大節(jié)圓線速度為3.19 m/s。節(jié)圓線速度V:一 二 D nV =1000 60式中：D節(jié)圓直徑（mm；n 轉(zhuǎn)速。表3.1齒輪泵節(jié)圓極限速度和油的粘度關(guān)系液體粘度v(mm2 / s)124576152300520760線速度Umax（m/s）543.732.21.61.25流量與排量關(guān)系式為Qo 二 Pn式中：Q0 流量;大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書P0理論排量（ml/r ）齒數(shù)Z的確定應(yīng)根據(jù)液壓泵的設(shè)計(jì)要求從流量、 壓力脈動(dòng)

7、、機(jī)械效率等各方面綜合考慮。從泵 的流量方面來(lái)看，在齒輪分度圓不變的情況下，齒數(shù)越少，模數(shù)越大，泵的流量就越 大。從泵的性能看，齒數(shù)減少后，對(duì)改善困油及提高機(jī)械效率有利，但使泵的流量及 壓力脈動(dòng)增加。目前齒輪泵的齒數(shù)Z一般為6-19。對(duì)于低壓齒輪泵，由于應(yīng)用在機(jī)床方面較多，要求流量脈動(dòng)小，因此低壓齒輪泵齒數(shù) Z一般為13-19。齒數(shù)14-17的低壓齒輪 泵，由于根切較小，一般不進(jìn)行修正。確定齒寬齒輪泵的流量與齒寬成正比。增加齒寬可以相應(yīng)地增加流量。 而齒輪與泵體及蓋板間的摩擦損失及容積損失的總和與齒寬并不成比例地增加，因此，齒寬較大時(shí)，液壓泵的總效率較高。一般來(lái)說(shuō)，齒寬與齒頂圓尺寸之比的選取范

8、圍為0.20.8,即:R=(0.2 0.8) Da口 1000q。B 一26.66Zm式中：Da齒頂圓尺寸（mm確定齒輪模數(shù)對(duì)于低壓齒輪泵來(lái)說(shuō)，確定模數(shù)主要不是從強(qiáng)度方面著眼， 而是從泵的流量、壓大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書力脈動(dòng)、噪聲以及結(jié)構(gòu)尺寸大小等方面。通過(guò)取滿足以上條件的不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行分析、比較表3.4齒輪泵各參數(shù)關(guān)系qZmB最大轉(zhuǎn)速n2912340.318095871692.3475627 :2913337.216703881562.166982914334.558367891450.58362422915332.25447671353.87804912916330.

9、238571911269.2606712917328.459832381194.5982792918326.878730581128.23170812912422.678928931269.2606712913420.934395931171.6252352914419.439081941087.93771812915418.143143141015.4085372916417.0091967951.94550342917416.00865571895.948709112918415.11928595846.1737808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

10、 油泵的齒輪參數(shù)如下：模數(shù)m = 3齒數(shù)Z =14齒寬b =35因?yàn)辇X輪的齒數(shù)為18,不會(huì)發(fā)生根切現(xiàn)象，所以在這里不考慮修正，以下關(guān)于齒輪參數(shù)的計(jì)算均按標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)經(jīng)行。齒輪各參數(shù)的計(jì)算(1)理論中心距 A0 = Df =mz =3父14 = 42mm(2)實(shí)際中心距 A = Df =mz=42mm大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 齒頂圓直徑 De =m(Z+2 )=3父(14+2 )=48mm(4)基圓直徑DjDj =mzcos：n=3 14 cos 20 = 39.47 mm(5)基圓節(jié)距 tj =7tmcosccn =ux3xcos20fl = 8.86齒側(cè)間隙cncn = 0.010.08

11、m = 0.010.08 3 =0.03 0.24嚙合角口 = 200(8)齒頂高 h = 1.0m =1.0父3=3.0(9)齒根高 h”=1.25m=1.25x3 = 3.75(10)全齒高 h = 2.25m =2.25父3 = 6.75(11)齒根圓直徑DiDi = De -2h =48 -2 3.75 =34.5徑向間隙De D；c0m = A-De - 必=42 -21 -17.25 =3.7522齒頂壓力角外二 arccos 二 arccosReZcos% =34.69Z + 2J(14)分度圓弧齒厚sf二至一 c22 cos3 二0.2422 cos204.58(15)齒厚s-

12、4.71齒輪嚙合的重疊系數(shù)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書Z tan： e -tan：，i 14 tan34.69 -tan20 z i=11.46冗冗(17)公法線跨齒數(shù)6aK =Z 0.5 =2.1180(18)公法線長(zhǎng)度(此處按側(cè)隙5 =0計(jì)算)L =m12.9521 n-0.50.015zla、=32,9521 Z0.5 -0.50.015 18180：31.39油泵輸入功率10-3 (kw)=2.5父10隈29父101450 =1.95 (kw) 60 0.9式中：N -驅(qū)動(dòng)功率(kw)p -工作壓力(MPa)q -理論排量(mL/r)n -轉(zhuǎn)速(r/min)四.齒輪校核6此設(shè)計(jì)中齒輪材料

13、選為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火系數(shù)Ka的確定大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書使用系數(shù)Ka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)Ka的確定：表4.1使用系數(shù)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)1.501.752.02.25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Ka可取為1.35齒輪精度的確定齒輪精度此處取7表4.2各種機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍機(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

14、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大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書動(dòng)載系數(shù)06動(dòng)載系數(shù)Kv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 Kv取為1.1。齒向載荷分布系數(shù)KhP齒向載荷分布系數(shù)Kh日是由于齒輪作不對(duì)稱配置而添加的系數(shù)， 此設(shè)計(jì)齒輪對(duì)稱 配置，故KhP取1.185。齒間載荷分配系數(shù)Kh/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

15、引進(jìn)齒間載荷分配系數(shù) Kh口以解決齒問(wèn) 載荷分配不均的問(wèn)題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取 Kh=1彈性系數(shù)ze1彈性系數(shù)Ze = -7-1K單位MPa2,數(shù)值列表見(jiàn)表3E E E1E2 )大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書表4.6.1彈性模量6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45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。1N圖4.6.2彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)Kfn載荷系數(shù)k選取載荷系

16、數(shù)K =1.3-10 -大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書齒寬系數(shù)九的選擇d = di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。齒輪的許用應(yīng)力按下式計(jì)算SS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S=SH = 1。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SS=1.25T.5。Kn 壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù) Kfn查圖1。循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方

17、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)；Lh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：N =60 njL h設(shè)齒輪泵功率為Pw ,流量為Q,工作壓力為P,則Pw =P 106 Q 10，/60 =1.775（kw）計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T，55 106 以=11690.517N mm n-11 -大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(3)日=2=竺=0.833d d1421(4)Ze，189.8(MPa攵) 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限仃Him =1130MPa計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù)N =60njL 產(chǎn)60父1450 父1 x(2x8

18、x300 x15) =6.26父109由機(jī)設(shè)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)Khn =0.9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;h = Khn- lim 二 0.85 1130MPa = 960.5MPaS計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度K = KaKvKhMh： =1.762TFt =556.691 Nd1齒數(shù)比u =16KF, u 1二 H =2.5Zet-= 547.843MPa i H bd1 u齒根彎曲強(qiáng)度校核 由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限仃fe =690MPa由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn=0.82 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力-12 -大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

19、取彎曲疲勞安全系數(shù)S =1.4則：K fn。fe 0.82 690t F= = 404.14MPaF S1.4（4）載荷系數(shù) K = KaKvKhPKHu = 1.485查取齒形系數(shù)YFa = 2.85應(yīng)力校正系數(shù)Ysa =1.54 計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度SYsaYFa =1.48= 556.691M 5.349M1.395 = 58 749MPa *bm35 3所以，所選齒輪參數(shù)符合要求。五.泵體的校核泵體材料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。s為 300420MPa因?yàn)殍T鐵是脆性材料，因此其許用拉伸應(yīng)力匕】的值應(yīng)該取為屈服極限 應(yīng)力即k】的值應(yīng)為3004

20、20MPa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)力二計(jì)算公式為_(kāi) 220.4Re 1.3Rye2d Ps MPaRy -Re式中：Ry泵體的外半徑（mm；Re齒頂圓半徑（mm；-13-大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書Ps泵體的t驗(yàn)壓力（MPa。一般取試驗(yàn)壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍。即ps =2p=2x2.5=5MPa因?yàn)? 一!二 s 1代入具體數(shù)據(jù)，得Ry _28mm考慮加工設(shè)計(jì)等其他因素，所以泵體的外半徑取為32mm六.軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算一般可以分為三種：1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；2.按彎矩合成剛度計(jì)算；3.精確強(qiáng)度校核計(jì)算。根據(jù) 任務(wù)要求我們選擇第一種，此法用于計(jì)算傳遞扭矩，不受或受

21、較小彎矩的軸。材料選用 20號(hào)鋼,%=1525MPa , Ao =149-126P1.775d -Ao3=A。3=0.107A0n1450d-軸端直徑，mmT-軸所傳遞的扭矩，N.m6 PT =9.55 1 06 nP-軸所傳遞的功率，Kwn-軸的工作轉(zhuǎn)速,r/minO-最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，Mpa-14 -大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書又0.2359Ao為13.48215.943 ,考慮有 1個(gè)銷孔，將直徑增大15% ,則:dmax =13.482x1.15 =15.504 定 16 ,6 P6 7 245_9.55 1 069.55 1 06-t = 3n=3 1450 =14.535MPa 三tW

22、t- ：d /16 二 16 /16考慮加工安全等其他因素，則取 17。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=7350=1 /m d4查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-20可知滿足要求。七.連接螺栓的選擇與校核螺栓選用材料：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)力二-二-2 3 2 ： 1.3一 ca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豚考慮扭轉(zhuǎn)的影響。F =PS=6.3 106 2二 R2 106

23、-6.3 106 2二 242 10”= 9047 .787 NF螺栓組拉力-15 -大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書P壓力S作用面積_ 2S = R2R齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為6由于壁厚b0=12,沉頭螺釘下沉4mm則取螺紋規(guī)格d=M6,公稱長(zhǎng)度L=25,性能等 級(jí)為6.8級(jí)，表面氧化的外六角圓柱螺釘。下面對(duì)它進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉伸強(qiáng)度條件為二-二F二2（0.85d）4F工作拉力，N;d螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm二螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa6o =73.818MPa二 d24d二一 -；：-2 3 2 1.3：. =95.963MPa ca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)度極限二=600MPa滿足條件，螺釘可用。八.銷的強(qiáng)度校核軸上最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力0 =14.535MP