一种齿轮泵的研究与三维造型设计共24页文档Word文件下载.docx
《一种齿轮泵的研究与三维造型设计共24页文档Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种齿轮泵的研究与三维造型设计共24页文档Word文件下载.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。
泵主要用来输送的液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
水的提升对于人类生活和生产都十分重要。
古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵（公元前17世纪），中国的桔槔（公元前17世纪）、辘轳（公元前11世纪）和水车（公元1世纪）。
比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。
公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。
1840～1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。
19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。
然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。
但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。
回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。
早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。
20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。
回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。
利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·
达芬奇所作的草图中。
1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。
但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。
1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。
尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方式奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。
在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。
齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏感等特性，因而应用较为广泛。
1.2齿轮泵的研究现状
齿轮泵的主要缺点是径向液压力不平衡，轴承寿命短；
流量脉动大，噪声高。
另外，其排量不可调节，使用范围受到限制。
国内外有关齿轮泵的研究主要集中在以下几个方面。
（1）齿轮参数及泵体结构的优化设计；
（2）补偿面及齿间油膜的计算机辘助分折；
（3）困油冲击及卸荷措施，齿轮泵的困油现象对齿轮泵乃至整个液压系统都产生了很大的危害。
困油冲击与齿轮啮合的重叠系数及卸荷是否完全等有很大关系（包括卸荷槽的位置、形状及面积等）；
（4）齿轮泵噪声的控制技术；
（5）降低齿轮泵的流量脉动的方法，由于齿轮泵的流量脉动较大，在一些要求较高的液压系统中，很少采用齿轮泵。
关于降低齿轮泵流量脉动的方法已有很多，如合理选择齿轮的参数；
采用剖分式齿轮；
采用多齿轮等；
（6）轮齿表面涂覆技术及其特点；
（7）轮齿弯曲应力及接触疲劳强度的计算，齿轮泵的轮齿弯曲应力及接触疲劳强度计算与一般齿轮转动的弯曲应力及接触疲劳强度计算是有区别的；
（8）齿轮泵的变量方法研究；
（9）齿轮泵的寿命及其影响因素；
（10）齿轮泵高压化的途径，而提高工作压力所带来的问题是：
轴承寿命大大缩短；
泵泄漏加剧，容积效率下降。
产生这两个问题的根本原因在于齿轮上作用了不平衡的径向液压力，且工作压力越高，径向液压力越大。
目前国内外学者针对以上两个问题所进行的研究是：
（1）对齿轮泵的径向间隙进行补偿；
（2）减小齿轮泵的径向液压力，如优化齿轮参数，缩小排液口尺寸等；
（3）提高轴承承载能力，如采用复合材料滑动轴承代替滚针轴承等,但这些方法都没有从根本上解决问题。
1.3齿轮泵的发展趋势
液压传动系统正向着快响应、小体积、低噪声的方向发展。
为了适应这种要求，齿轮泵除积极采取措施保持其在中低压定量系统、润滑系统等的霸主地位外，尚需向以下几个方向发展：
（1）高压化高压化是系统所要求的，也是齿轮泵与柱塞泵、叶片泵竞争所必须解决的问题。
齿轮泵的高压化工作已取得较大进展，但因受其本身结构的限制，要想进一步提高工作压力是很困难的，必须研制出新结构的齿轮泵。
这方面，多齿轮泵将有很大优势，尤其是平衡式复合齿轮泵。
（2）低流量脉动流量脉动将引起压力脉动，从而导致系统产生振动和噪声，这是与现代液压系统的要求不符的。
降低流量脉动的方法，除了前面所介绍的措施外，采用内啮合齿轮泵及多齿轮泵（如复合齿轮泵）将是一种趋势。
（3）低噪声国外早就有“安静”的液压泵之说。
随着人们环保意识的增强对齿轮泵的噪声要求也越来越严格。
齿轮泵的噪声主要由两部分组成，一部分是齿轮啮台过程中所产生的机械噪声，另一部分是困油冲击所产生的液压噪声前者与齿轮的加工和安装精度有关，后者则主要取决于泵的卸荷是否彻底。
对于外啮台齿轮泵，要实现完全卸荷是很困难的，因此进一步降低泵的噪声受到一定的限制。
在这方面．内啮合齿轮泵因具有运转平稳、无困油现象、噪声低等特点，因此今后将会有较大发展。
（4）大排量对于一些要求快速运动的系统来说，大排量是必需的。
但普通齿轮泵排量的提高受到很多因素的限制。
这方面，平衡式复台齿轮泵具有显著优势，如1台三惰轮复合齿轮泵的排量相当于6台单泵的排量。
（5）变排量齿轮泵的排量不可调节，限制了其使用范围。
为了改变齿轮泵的排量，国内外学者进行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。
有关齿轮泵变排量方面的专利已有很多，但真正能转化为产品的很少。
但不管怎样，齿轮泵的变排量将是一个发展方向。
1.4泵的分类
一、按泵作用于液体原理分类
1、叶片式泵（动力式泵）由泵内叶片在旋转时产生的离心力作用将液体连续的吸入并压出。
叶片式泵包括离心泵、混流泵、轴流泵、部分流泵及旋涡泵。
2、容积式泵（正排量泵）包括往复式泵和容积式泵。
它们分别由泵内活塞作往复运动或转子作旋转运动而产生挤压作用将液体吸入并压出。
前者排液过程是间歇的。
常见的往复式泵有各种型式活塞泵、柱塞泵及隔膜泵等。
常见回转式泵有外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、螺杆泵、回转径向柱塞泵、回转轴向柱塞泵、滑片泵罗茨泵及液环泵等。
3、其它类型泵包括利用流体静压或流体流体动能来输送液体的流体动力泵。
如喷射泵、空气升液器、水锤泵等。
另外还有利用电磁力输送液体的电磁泵。
二、按泵的用途分类
按泵的用途可分为进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等。
三、按所适用的介质分类
分为清水泵、污水泵、泥浆泵、砂泵、灰渣泵、耐酸泵、碱泵、冷油泵、热油泵、低温泵等。
其中液压泵经历了近一个世纪的发展已经比较成熟，因此要求更高的设计工艺水平以及融现代化的最新技术才能达到更完美的阶段。
为进一步发展液压泵，下面介绍典型液压泵的工作原理及主要结构特点：
表1.1典型液压泵的工作原理及主要结构特点
类型
结构、原理示意图
工作原理
结构特点
外啮合齿轮泵
当齿轮旋转时，在A腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到B腔，在B腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出
利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量
结构最简单、价格低、径向载荷大
内啮合齿轮泵
当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。
吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油
典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成
利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。
在轴对称位置上布置有吸、排油口。
不能变量
尺寸比外啮合式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大
叶片泵
转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。
这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油
利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。
在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口
径向载荷小，噪声较低流量脉动小
柱塞泵
柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。
采用端面配油
径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜
利用配流盘配流
传动轴只传递转矩、轴径较小。
由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否则易损坏配流盘
螺杆泵
一根主动螺杆与两根从动螺杆相互啮合，三根螺杆的啮合线把螺旋槽分割成若干个密封容积。
当螺杆旋转时，这个密封容积沿轴向移动而实现吸油和排油
利用螺杆槽内容积的移动，产生泵的作用。
无流量脉动
径向载荷较双螺杆式小、尺寸大，质量大
课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。
为什么?
还是没有彻底“记死”的缘故。
要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。
可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。
这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。
这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。
1.5齿轮泵的结构和原理
齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，一般做成定量泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，其中以外啮合齿轮泵应用最广。
一、外啮合齿轮泵的工作原理
图1.1齿轮泵原理图
图1.2齿轮泵结构图
上图1.1为外啮合齿轮泵的工作原理图，它由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖（图中未示出），壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。
当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔内。
在压油区一侧，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压力管路中去。
在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油腔的位置也就确定不变。
这里啮合点处的齿面接触线一直分隔高、低压两腔起着配油作用，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构，这是它和其它类型容积式液压泵的不同之处。
1.6本次毕业设计的意义和目的
齿轮泵是液压传动系统中常用的液压元件，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两大类。
外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、制造维护方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感等。
外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵（称为普通齿轮泵），其设计及生产技术水平也最成熟。
多采用三片式结构、浮动轴套轴向间隙自动补偿措施、铝合金壳体径向“扫膛”工艺，并采用平衡槽以减小齿轮（轴承）的径向不平衡力。
目前，这种齿轮泵的额定压力可达2.5Mpa。
正因为其诸多特点引起了多人对其进行研究，目前三维设计技术已经达到了一个很高的境界，它能为产品开发人员提供更先进的设计方法和设计手段，具有形象生动、直观明了、快速响应等设计特点，其开发过程很符合设计人员的设计思维。
三维开发平台的出现和完善，为增强企业的开发能力、提高设计效率和产品质量，提供了强有力的技术支持。
三维开发技术的应用和推广，可谓是传统的机械设计的一次革命。
三维立体设计逐步替代传统的二维平面是
其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。
不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?
尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。
这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。
日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。
必然的趋势。
目前，市面上可供选择的软件有很多，主要包括高端的Pro／Engineer，I-DEAS，UG，CATIA和中端的Solidworks，SolidEdge等3D设计软件。
这些软件的一个共性就是它们都具备了尺寸参数驱动技术以及虚拟装配技术；
这些技术一般都能满足用户设计的各项诸如设计、计算分析、制造、虚拟装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级CAD的需求。
尤其是集设计、工程及制造系统于一体的UG软件，Pro／Engineer是一个典型的模块化集成软件，其功能非常强大，最显著的的特征就是使用参数化的特征造型。
根据目前的市场来看，它在我国的CAD/CAM研究所和工厂中得到了广泛地应用，有着越来越广阔的市场。
同AutoCAD相比，它的技术特点就是参数化管理，所有的算法都是矢量化的，三维与二维图形元素具有关联性，是目前不可多得的计算机辅助设计软件。
在本次毕业设计中，根据2CY系列齿轮泵中的一种来进行参数设计，然后进行二维工程图绘制，最后应用由美国参数公司PTC开发Pro/Engineer三维制图软件，完成对齿轮泵的三维造型设计。
第二章
齿轮泵的工作原理及总体结构设计
2.1
齿轮泵的工作原理
图2.2工作原理图
1-压紧螺母2-轴套3-泵体4-垫片5-销6-齿轮轴7-齿轮8-泵盖9-螺钉
这个齿轮泵由泵体3，端盖8，主动齿轮轴6，从动齿轮7等15种零件组成的。
泵体3和端盖8之间用6个螺钉9连接，并用两个圆柱销5定位，垫片4起调节间隙和密封作用。
齿轮轴6、7两端分别由泵体3和端盖8支承。
齿轮轴6装有联轴器，并用压紧螺母1、垫圈拧紧，防止轴向松动。
齿轮轴6上装有垫片4，通过垫片4、压紧螺母1压紧，防止油渗出，起密封作用。
当动力通过联轴器及平键使齿轮轴6旋转时，其主动齿轮旋转，带动从动齿轮旋转。
一对啮合的齿轮旋转，在泵体3上方进油口处产生局部真空，使压力降低，油被吸入，油从齿轮的齿隙被带到下方出油口处。
当齿轮连续转动就产生齿轮泵的加压和输油作用。
2.2齿轮泵用途、应用范围、结构特点
1.用途：
适用于输送不含固体颗粒和纤维，无腐蚀性，温度不高于80℃，粘度为5×
10-6～1.5×
10-3m2/s（5-1500cSt）的润滑油或性质类似润滑油的其他液体以及用于液压转动系统。
2.应用范围：
在输油系统中可用作传输，增压泵；
在燃油系统中可用作输送、加压、喷射的燃油泵；
在液压传动系统中可用作提供液压动力的液压泵；
在一切工业领域中，均可作润滑油泵用。
3.结构特点：
本系列齿轮泵主要有齿轮、轴、泵体、泵盖、轴端密封等组成。
齿轮经氮化处理有较高的硬度和耐磨性。
与轴一同安装在可更换的轴套内运转。
泵内全部零件的润滑均在泵工作时利用输送介质而自动达到。
2.3
齿轮泵的总体结构设计
本次设计是齿轮泵的三维造型，它是通过两个齿轮相啮合来改变工作腔容积的大小，进而产生不同的压力达到吸油和排油的目的。
齿轮泵大体可分为以下两个方案如图所示：
方案a：
此方案齿轮泵由左端盖、右端盖、中泵体和一对相啮合齿轮组成，外面由联轴器直接与电动机相连。
此方案齿轮泵的转速和电动机转速相同，容易拆装，减小成本，但要求同轴度要好。
方案b：
此方案齿轮泵由端盖、泵体和一对相啮合齿轮组成，外面由一对啮合齿轮再与电动机连接。
此方案密封性较好。
选用方案a作为本次设计的方案。
则齿轮泵的主要性能参数：
流量q=21m³
/h;
压力为2.5Mpa;
容积效率58%；
转速1420r/min；
电动机功率3kw.
理论功率：
由于泵的进口压力很小近似为零，所以泵出口压力P表示进出口压力差△P
kw
输入功率和输出功率
=△pq=△pqtηpv=pt×
0.85=1.24kw
3.理论转矩
当忽略能量转换及输送过程中能量损失时液压泵
=9.804N·
m=9804N·
mm
4.实际转矩
T==9804/0.9=10893.3N·
5.电动机输入功率及输入转矩
N·
则该齿轮泵结构图为：
、
图2.5
齿轮泵结构简图
一：
联轴器选择与校核：
考虑到Y100l2-4电动机满载转速=1420r/mm转速较高应选择有弹性元件
的抗性联轴器，又考虑到电动机额定功率=3kw功率不大，从制造容易装拆方面出发选用弹性圆柱销联轴器。
联轴器传递功率
=
——联轴器效率=0.99
则=2.14/0.99=2.16kw
则联轴器的计算转矩=kT
式中：
k—载荷系数
k=1.5（[1]表19.3）
T—名义转矩T=9.55×
×
/=9.55×
2.16/1420=1.45×
=1.5×
1.45×
=2.18×
选择联轴器型号
由=2.18×
mm
=1420r/mm
=25mm
=28mm
（Y100L2-4电动机轴径查[2]P155-156的表12.1和12.3）选用TL4型弹性圆柱销联轴器。
由[2]P92表8-5它的公称转矩为6.3×
N·
许用转速为4200r/min轴孔范围20-28mm均满足要求。
则联轴器TL4GB4323-84
图2.6联轴器示意图
联轴器参数图[4]P271
=76mm
d=10mm
z=6mm
a=15mm
b=23mm
sb=23mm
查[1]柱销许用弯曲应力[]=0.4=0.4×
360=144N/（选45钢作柱销
45钢=360N/）
查[1]P418橡胶圈的许用压强[P]=2N/
校核橡胶圈压强
P===0.51<
[P]=2N/，满足要求。
校核柱销弯曲强度
===1.4N/<
[]=144N/
校核键联接强度
选用普通平键联接查[2]P51表4～1
联轴器与电动机间用键8×
32GB1096-79（=28mm）
联轴器与齿轮泵间用键6×
25GB1096-79（=20mm）
校核挤压强度=[]
式中T=1.45×
=0.5h=0.5×
7=3.5mm（与电动机联接）
=0.5×
6=3mm（与齿轮泵联接）（查[2]P51表4-1h=7mm,h=6mm）;
d=28mm（与电动机联接）
d=20mm（与齿轮泵联接）;
=L-b=56-8=48mm;
=L-b=32-6=26mm
[]=60N/（查[3]P126表7.1，联轴器用铸铁制造，轻微冲击）
与电动机的联接
==6.19N/<
[]
与联轴器联接
==18.5N/<
二、齿轮泵内两个相啮合齿轮的校核:
已知输入功率为P=2.14kw,主轴转速为n=1420r/mm,转矩T=10.9×
m=3
z=10
b=27
两齿轮材料采用40Cr调质后表面淬火硬度为48～55HRC,
则齿宽系数=0.5（[1]P222图12.13）
齿形系数==2.56（[1]P229图12.21）
应力修正系数==1.64（[1]P230图12.22）
查附表12-10得：
弯曲疲劳极限=2.346HRC+605.628=2.346×
48+605.628=718N/
弯曲许用应力[]=[]=0.7=0.7×
718=502.6N/
校核齿根弯曲疲劳强度
使用情况系数=1.25
圆周速度V===22.39m/s
动载系数=2.29×
-2.43×
+9.922×
+1.0257=1.15
齿向载荷分布系数=1.05+0.26×
（1+0.6）+0.16×
62.1=1.05+0.26×
（1+0.6×
）×
+0.16×
62.1=1.13，
=0.794+0.207=1.1；
；
==33.6N/m<
100N/m；
齿间载荷
升级会员 