基于Solidworks的齿轮泵运动仿真设计毕业设计.docx

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基于Solidworks的齿轮泵运动仿真设计毕业设计

**大学毕业设计（论文）

题目：

基于SolidWorks齿轮泵建模与装配

指导教师：

******职称：

教授

学生姓名：

******学号：

***********

专业：

*********************************

院（系）：

********

完成时间：

2013年5月10号

2013年5月10日

摘要................................................................................................................

Abstract..............................................................................................................

1前言..........................................................................................................1

1.1设计背景.................................................................................................1

1.2设计目的和意义.......................................................................................1

1.3国内外现状..............................................................................................1

2设计需求与分析.........................................................................................2

2.1软件Solidworks的介绍...........................................................................2

2.2齿轮泵的分类及应用................................................................................2

2.3齿轮泵的工作原理....................................................................................2

3零部件的设计.............................................................................................4

3.1基座设计..................................................................................................4

3.2前盖设计..................................................................................................6

3.3后盖设计..................................................................................................7

3.4垫片设计.................................................................................................10

3.5螺栓设计.................................................................................................11

3.6传动轴设计..............................................................................................13

3.7支撑轴设计..............................................................................................14

3.8压紧螺母设计...........................................................................................15

3.9圆柱齿轮设计...........................................................................................17

3.10圆锥齿轮设计.........................................................................................19

4装配体的设计.............................................................................................23

4.1传动轴装配..............................................................................................23

4.2支撑轴装配..............................................................................................25

4.3总装配.....................................................................................................25

4.4制作爆炸图及仿真动画.............................................................................30

5小结.............................................................................................................31

致谢..............................................................................................................32

参考文献............................................................................................................33

摘要

齿轮泵是通过一对参数和结构相同的渐开线齿轮的相互滚动啮合，将基体内的低压液体升至能做功的高压油的重要部件。

是把发动机的机械能转换成液压能的动力装置。

本文在调研的基础上，对齿轮泵的三维模型进行的设计与分析。

旨在让大家更加了解与认识齿轮泵。

论文首先提出了齿轮泵的背景和意义以及国内外发展现状和最新科技，陈述了设计需求，针对本专业——计算机辅助设计做出了介绍。

然后在三维设计软件solidworks的基础上进行零部件的设计，生成各个零部件的三维模型以及工程图纸，使人对其在三维和二维上都有一定的认识。

最后对各个零部件进行装配和仿真分析，使人了解其工作原理。

关键词：

CAD／CAM设计装配仿真

Abstract

Gearpump/wheelpumpisanimportantcomponent,whichcantranslatelowpressureliquidinmachinetohighpressureoilwhichcanbeabletowork,throughmutualscrollmeshingofapairofinvolutegearwhichhavesameparameterandstructure.Itisapzowerplant,translatingmechanicalenergyofenginetohydraulicenergy.Onthebasisofsurvey,thisarticlewilldesignandanalyse3dmodelofgearpumpinordertoletpeoplelearningandunderstandingmoreaboutgearpump.

Firstly,thearticleproposethebackgroudandsignificanceofgearpump,developsituationathomeandabroadanditslatesttechnology,statedthedesignrequirementandnecessary,makeintroductionagainstcomputeraideddesignmajor.Thenproceedthedesignofcomponentsandpartsonthebasisofthe3ddesignsoftware-solidworks,creating3dmodelofeverypartsandengineeringdrawing,makepeoplehavecertainunderstandingon3dmodeland2dmodel.Atlast,cometoassemblyandsimulatedanalysisofeveryparts,makepeopleunderstanditsworkingprinciple.

Keywords:

CAD／CAMdesignassemblysimulation.

1前言

1.1设计背景

随着科技的进步，国内发展状况日新月异，工业、农业、商业以及其它各个行业都在迅猛的前进。

工业发展更是蓬勃向上，煤炭的开采、石油天然气的输送、各种机械的制造与加工以及各种矿物质开采等。

在这欣欣向上的工业时代，齿轮泵在工业发展中起了不可抹灭的作用。

在化工和石油部门的生产中、农业生产中、矿业和冶金工业中、电力部门、国防建设中、船舶制造工业中，齿轮泵的作用是无可替代的。

因此，齿轮泵的设计与研发是不可忽视的。

当代社会是互联网社会时代，计算机普及在社会的各个角落，在设计研究方面所起的作用是巨大的。

CAD/CAM的发展带领我们走进了三维领域，远离了以前只有二维图纸的时代。

在设计上，计算机三维辅助设计软件在视觉上给了我们逼真的享受，让我们更加清楚的了解所设计的模型的形状以及工作原理；各种分析软件的应用在一定程度上减少了不必要的试验和试加工，从而减少了生产成本，节约了资源。

1.2设计的目的和意义

齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜等特点。

但同时齿轮泵也还存在一些不足，如困油现象比较严重、流量和压力脉动较大、径向力不平衡、泄漏大、噪声高及易产生气穴等缺点，这些特性和缺点都直接影响着齿轮泵的质量。

随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量脉动、低噪音等方面发展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为国内外深入研究的课题。

因此，齿轮泵的研究与设计有着非常重要的意义。

认识齿轮泵以及了解它的工作原理对与人们来说可以更好的去应用它和维护它，也能明白在实际生活中很多机械是怎样工作的。

本文旨在让大家清楚的认识齿轮泵的构造以及其运动过程和工作原理。

1.3国内外现状

随着工业、房地产、建筑、工程项目的产业的发展，我国齿轮泵行业也在急速发展，尤其是2013年，国内的齿轮泵行业受到国内良好的投资环境以及基础建设政策的不断深化，在此基础上，我国的齿轮泵行业也开始加大对于齿轮泵及齿轮油泵发展。

从长远方向看，国内制泵企业应该向以下四个方向发展，首先应该走集团化道路，向大型化方向发展，研发出能在电站、石化、水利工程三个领域应用的大型泵。

其次，由国外的经验来看，我们应该进一步提升机电一体化的综合水平，用不锈钢泵都走出了坚实的一步；第三，泵应该向标准化、系列化、通用化方向发展，最后，开发多品种、多用途的泵也应该成为未来几年技术发展的方向。

近几年来，电子技术在科技发展和变革中起到了关键的作用。

在泵和泵系统中，电子技术正得到越来越广泛的使用。

泵的检测和泵的诊断系统及两者之间的通讯都需要电子技术。

没有电子元件，使用变频驱动泵配合系统设备或节能根本无法实现。

目前，全世界的泵制造商致力于在设计上提高泵效率，在运行中降低泵功率损失的研究开发。

一些制造商使用美国航天上的非金属材料或碳来封堵泵运行中的间隙，从而改进了泵的效率。

一些国家也在悄悄地进行研究，并试图改善泵内流道表面的质量。

壳体表面越光滑，水阻力就越小。

从而提高泵的效率。

2设计需求和分析

2.1软件Solidworks的介绍

计算机辅助设计与制造（computeraideddesignandmanufacturing，CAD/CAM）是一种以计算机为核心的数字信息处理系统与工程技术人员协同作业进行产品设计和制造的先进技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。

CAD/CAM技术的发展和应用是传统的产品设计方法和生产模式发生了深刻的变化，对制造业的生产模式和人才知识结构产生重大的影响，并由此奠定了制造业信息化工程的基础。

经过几十年的发展，计算机辅助设计软件的发展也是多种多样：

Autocad、Pro/Engineer、UGNX、CATIA、Solidworks、Inventor、CAXA等。

Solidworks是由美国solidworks公司推出的功能强大的三维机械设计软件，自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大的提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的激烈竞争中已经确立了其市场地位，成为三维机械设计软件的标准，其应用范围涉及航空航天、汽车、机械、造船、通用机械、医疗机械和电子等诸多领域。

功能强大、易学易用和技术创新是Solidworks的三大特点，这些特点使得Solidworks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

Solidworks能够提供不同的产品设计方案，减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

COSMOS/Works是在Solidworks作为有限元分析不仅能对单个的机械零件进行结构分析，还可以直接对整个装配体进行分析。

DesignWorks是专业化的运动学和动力学分析模块，它不仅能直接读取Solidworks的装配关系，自定义铰接，同时还可以计算反力，并将反力自动加载到零部件上，对零部件进行结构分析。

CAMWorks是世界上第一个基于特征知识库的加工模块，它能在Solidworks实体上直接提取加工特征，并调用知识库的加工特征，自动产生标准的加工工艺，实现实体切削过程模拟，最终生成机床加工指令。

2.2齿轮泵的分类及应用

2.2.1齿轮泵的分类

（1）按啮合形式可分为：

外啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵

（2）按齿形曲线可分为：

渐开线齿轮泵

摆线齿轮泵

（3）按齿面可分为：

直面齿轮泵

斜齿齿轮泵

人字齿齿轮泵

（4）按压力可分为：

低压齿轮泵

中高压齿轮泵

高压齿轮泵

2.2.2齿轮泵的应用

齿轮泵主要用于以下领域：

（1）商业建筑业在空调系统中匹配VFD用于高层建筑中冷却水的闭环泵水。

（2）管道工业为了节省泵管道工业中的能源，许多国家在管道工业中要使用大量的大型泵（功率可达10000制动马力）。

（3）电力部门世界上有几家泵制造商提供智能泵设备，用于电业中的锅炉给水泵控制。

没有锅炉给水泵就不会有蒸汽循环。

（4）另外，在电业、食品加工、水和污水处理工业中使用大量的VFD；制药、化学和炼油工业中使用小量的VFD。

泵虽然不是这些领域的核心设备，但起着至关重要的作用。

这些工业中用的小型泵多于大型泵，他们可以使用调节阀控制流量而不使用可变速的节能小型泵。

2.3齿轮泵的工作原理

齿轮泵也叫正排量装置，就像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。

因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。

由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。

随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。

泵的流量直接与泵的转速有关。

齿轮泵工作时，主动轮随电动机一起旋转并带动从动轮跟着旋转。

当吸入室一侧的啮合齿逐渐分开时，吸入室容积增大，压力降低，便将吸人管中的液体吸入泵内；吸入液体分两路在齿槽内被齿轮推送到排出室。

液体进入排出室后，由于两个齿轮的轮齿不断啮合，便液体受挤压而从排出室进入排出管中。

主动齿轮和从动齿轮不停地旋转，泵就能连续不断地吸入和排出液体。

3零部件的设计

3.1基座设计

基座作为齿轮泵的腔体，液体通过进口孔从中流过，由出口孔流出。

使液体从低压变成高压，承载着压力的变化。

作为齿轮泵的主体，它起着巨大的作用，基座材质的好坏以及设计的合理与否影响着齿轮泵的性能与寿命。

下面就基座的设计做出简述：

（1）选择“前视基准面”，利用“直线”和“圆”工具绘制腔体草图，拉伸生成腔体模块；

（2）选择腔体一平面，绘制内腔轮廓，拉伸切除，生成基座腔体，如图3.1所示：

图3.1基座腔体拉伸图

（3）选择基座两侧平面作为基准面，利用“圆”命令绘制进口孔和出口孔草图；

（4）拉伸实体。

利用“拉伸”命令拉伸生成实体；

（5）在拉伸的两个凸台上，利用“异型孔向导”命令，插入两个螺纹孔，如图3.2所示；

图3.2基座通口生成图

（6）选择基座腔体前视平面作为基准面，利用“异型孔向导”选择腔体的上半圆圆心和圆的直径与距离圆心22mm的地方作为基准点插入第一个螺纹孔；

（7）利用“圆周阵列”命令，选择刚才生成的螺纹孔阵列，生成腔体上半部的三个螺纹孔；

（8）重复上述命令，生成腔体下半部的三个螺纹孔；

（9）在不改变基准平面的情况下，绘制两个销钉孔；综合结果如图3.3所示：

图3.3基座成品图

（10）到这里，基座的设计基本完成了，最后赋予基座材质（铸铁）以及色彩，进行“圆角”，最终结果如图3.4所示：

图3.4基座最终效果图

（11）基体工程图如图3.5所示：

图3.5基座三视图

3.2前盖设计

齿轮泵的前盖起着固定传动轴和支撑轴的作用，并且与齿轮泵基体和后盖形成一个腔体空间，使得传送的液体不外流。

齿轮泵前盖的设计不仅关着齿轮泵的传输效率，而且还影响着齿轮泵的外观是否美观。

下面就齿轮泵前盖的设计给出一些简单步骤：

（1）选择“前视基准面”作为基准面，利用“直线、圆”命令绘制前盖轮廓草图，选择“拉伸”命令，拉伸草图生成凸台；

（2）选择凸台的边线，利用“转换实体引用”和“等距实体”命令，生成前盖凸台上的轴支撑台草图，拉伸草图，生成前盖大致模型。

如图3.6所示：

图3.6前盖拉伸图

（3）选择前盖较大的一个端面作为基准面，绘制两个“圆”，拉伸切除，生成轴的支撑孔；

（4）选择前盖的环形表面作为基准面，绘制安装孔的草图，然后进行拉伸切除，生成螺钉通孔；

（5）选择螺钉通孔特征，以前盖外轮廓半圆圆心轴为旋转轴，圆周阵列螺钉通孔；然后，同样步骤生成下半部的螺钉通孔；

（6）通过前盖外轮廓圆圆心绘制圆形构造线，选择“直线”命令，绘制与前盖外轮廓圆圆心所在的水平直线成45°角的构造线，在交点处绘制销钉孔草图，拉伸切除生成销钉孔。

同样步骤生成下半部的销钉孔。

结果如图3.7所示：

图3.7前盖异形孔图

（7）最后对做好的前盖进行“圆角”，给与材质（铸铁），并且赋予颜色。

最终结果如图3.8所示：

图3.8前盖最终效果图

（8）前盖工程图如图3.9所示：

图3.9前盖三视图

3.3后盖设计

齿轮泵后盖连接基体，固定支承轴，传动轴从其上螺纹孔中穿出，上面的螺纹与压紧螺母配合固定了传动轴；并且与齿轮泵基体和齿轮泵前盖组成一个腔体，是的齿轮泵的腔体只有进口孔和出口孔与外部相连接，这样通过齿轮的啮合与不断旋转就形成了液体的传输通道。

下面就齿轮泵后盖的设计过程给出简单介绍：

（1）选择“前视基准面”作为基准面，利用“直线”和“圆”以及“剪裁”工具绘制齿轮泵后盖凸台基体草图。

选择“拉伸”命令，拉伸凸台基体；

（2）选择拉伸生成的凸台基体的一个平面作为基准面，绘制与上一步轮廓相同，尺寸不同的草图，拉伸生成凸台；结果如图3.10所示：

图3.10后盖拉伸图

（3）选择较小的凸台上面作为基准面，选择“圆”命令，绘制圆形凸台草图，拉伸生成螺纹凸台实体；如图3.11所示：

图3.11后盖螺纹凸台图

（4）选择圆柱凸台表面作为基准面，利用“插入”→“曲线”→“螺旋线/涡状线”菜单命令，在对话框中选择“螺距和圈数”，生成螺纹的螺旋线；

（5）选择“右视基准面”作为绘图基准面，绘制螺纹牙型草图；

（6）绘制螺纹。

利用“插入”→“切除”→“扫描”菜单命令，选择螺纹牙型草图作为轮廓草图，螺旋线作为路径草图，扫描生成螺纹，如图3.12所示：

图3.12后盖螺纹生成图

（7）选择“螺纹实体”端面作为基准面，正视于，然后绘制圆，选择“拉伸切除”命令，切除高度与“螺纹实体”高度相同；结果如图3.13所示：

图3.13后盖螺纹腔体图

（8）选择后盖最大端面作为基准面，绘制传动轴和支撑轴的支撑孔草图，并拉伸切除生成支撑孔；结果如图3.14所示：

图3.14后盖支撑孔图

（9）选择圆环面作为基准面，拉伸切除螺栓通孔，然后“阵列”、“镜像”生成六个螺栓通孔；

（10）通过后盖外轮廓圆圆心绘制圆形构造线，选择“直线”命令，绘制与后盖外轮廓圆圆心所在的水平直线成45°角的构造线，在交点处绘制销钉孔草图，拉伸切除生成销钉孔。

同样步骤生成下半部的销钉孔。

结果如图3.15所示：

图3.15后盖成品图

（11）将做好的后盖进行“圆角”，给与材质（铸铁），并且赋予颜色。

最终结果如图3.16所示：

图3.16后盖最终效果图

（12）