精品论文基于CAD的齿轮泵三维造型设计.docx
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精品论文基于CAD的齿轮泵三维造型设计
基于CAD的齿轮泵三维造型
摘 要
随着CAD技术的不断发展，AutoCAD强大的绘图、编辑功能以及方便用户的二次开发功能，有相对成熟的三维作图造型功能,是目前机械领域应用最广泛的CAD软件之一，进行三维造齿轮泵是最常见的机械产品，齿轮泵的设计历来是机械设计中经典的项目之一。
由于齿轮泵内部结构复杂，如单独用二维看上去不能一目了然，三维造型设计解决了这样的问题，它能把齿轮泵的关键部件很清晰的展现出来，因此，通过齿轮泵的三维造型设计来研究三维造型设计具有代表性。
关键词：
齿轮泵；AutoCAD；三维造型设计
BasedonCADTechnologyGearPumpThree-dimensional
Abstract
WiththecontinuousdevelopmentofCADtechnology,AutoCADpowerfuldrawing,editingfeatures,aswellasthesecondarydevelopmentofuser-friendlyfeatures,hasarelativelymatureformthree-dimensionalmappingfunction,whichistheareaofmechanicalCADsoftware,themostwidelyusedoneofapplicationofCADtechnologytoathree-dimensionaldesignhasbeenwidelyused,thegearpumpisthemostcommonmechanicalproducts,gearpumpdesignhasalwaysbeenamechanicaldesignoftheclassicone.Astheinternalstructureofcomplexgearpump,ifnotseparatetwo-dimensionallookataglance,three-dimensionaldesigntosolvesuchaproblem,itcangearpumpofthekeycomponentstopresentaclear,therefore,throughthegearpumptothethree-dimensionaldesignStudyofthree-dimensionaldesignrepresentative.
Keywords:
Gearpump;AutoCAD；3Ddesign
1绪论
计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是一种把计算机技术应用于工程领域及产品设计中的新兴交叉技术。
其定义为：
CAD是计算机系统在工程和产品果，从而达到最佳设计效果的一种技术。
随着计算机技术的不断发展，特别是CAD技术的日新月异，三维造型设计已经不断被机械领域广泛应用。
传统的二维平面图形无法对物体的真实形体进行预演，而三维造型对设计的产品可以进行预先展示，并能装配各个零部件，通过装配，还可检查各个零部件是否符合质量要求，这也大大降低了设计的成本和时间，提高了设计的质量。
本课题是在学习了本专业的专业知识的基础上，对大一时所学知识进行巩固和提高。
本次设计分为三个部分：
齿轮泵各零件的二维平面图形的确定及主要参数的确定；根据各个零件的二维平面图形来进行各个零件的三维造型设计；最后将各个零件的三维模型进行组装并生成总体效果图。
2齿轮泵的概念和工作原理
2.1概念
齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。
来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。
在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即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。
对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体。
实际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到100％，因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能使流体100％地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。
然而泵还是可以良好地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到93％～98％的效率。
如果传送的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时，这种限制就会大幅度降低。
推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的，如果这一空间没有填充满，则泵就不能排出准确的流量，所以PV值（压力×流速）也是另一个限制因素，而且是一个工艺变量。
由于这些限制，齿轮泵制造商将提供一系列产品，即不同的规格及排量（每转一周所排出的量）。
这些泵将与具体的应用工艺相配合，以使系统能力及价格达到最优。
2.2工作原理
它由装在体内的一对齿轮组成，齿轮两侧有端盖，壳体、端盖与齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。
当齿轮按图方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的齿轮逐渐脱开，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，由于齿轮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，从压油腔输送到压油管道中去。
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离、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，这是它和其他类型容积式液压泵的不同之处如图3-1。
图3-1齿轮泵工作示意图
3齿轮泵的组成
齿轮泵主要有齿轮、轴、泵体、泵盖、轴端密封等部件组成，以摆线圆弧作为其齿轮齿形。
用耐磨粉末冶金材料压制而成。
它的结构紧凑，运转平稳，效率高、寿命长。
3.1齿轮泵示意图及零件编号
该齿轮泵的装配图（见附录装配图）和零件编号（见表3-1）。
该齿轮泵共有9种不同规格的零件，其中标准件有5种，非标准件有4种。
在齿轮泵示意图中，已经指明了这9种零件所在的位置，下面我们将这9种零件的零件图分别用AutoCAD2008绘制出来，这些零件图将表达出该零件的尺寸规格和参数。
表3-1齿轮泵的零件表
序号
代号
名称
数量
材料
单件
总计
备注
1
CHLB-01
螺钉
6
35
GB70-86
2
CHLB-02
泵盖
1
BT200
3
CHLB-03
齿轮
1
35
4
CHLB-04
齿轮轴
1
45
5
CHLB-05
销
2
35
GB119-86
6
CHLB-06
纸垫
1
牛皮纸
7
CHLB-07
泵体
1
HT200
8
CHLB-08
毡封油圈
1
半粗油圈
9
CHLB-09
螺塞
1
35
3.2齿轮泵组成部分零件图
3.2.1齿轮泵非标准件的零件图
⑴2号件零件图见图泵盖（见附录四）；
⑵3号件零件图见图齿轮（见附录四）；
⑶4号件零件图见图齿轮轴（见附录四）；
⑷7号件零件图见附录图泵体（见附录四）。
3.2.2齿轮泵标准件的零件图
齿轮泵的5种标准件：
⑴螺钉、销、纸垫（见零件表3-2）。
⑵8号件零件图见图毡封油圈；
9号件零件图见图螺塞。
表3-2齿轮泵的标准件表
序号
代号
名称
数量
材料
单件
总计
备注
1
CHLB-01
螺钉
1
35
GB70-85
2
CHLB-05
销
2
35
CB119-86
3
CHLB-06
纸垫
6
牛皮纸
4齿轮泵各零件的三维造型设计
4.1齿轮泵非标准件三维造型
根据各个零件的零件图，我们使用AutoCAD2004软件分别对这些零件进行三维造型设计。
4.1.1泵体
泵体是整个齿轮泵中各零件造型最复杂的主体零件。
因此在造型设计中，采用分块进行设计后，再使用布尔运算来进行处理见附录四图泵体。
齿轮泵的底座是有五个部分的模型构成，在建模过程中可以分别进行，最后使用布尔运算的操作将其合围整体，具体的操作步骤如下：
⑴打开齿轮泵的泵体零件图，将泵体的外轮廓线复制到当前的图形中，得到了泵体的框图。
⑵使用extrude命令，对上一步骤得到的轮廓线进行拉伸，得到下泵体的模型。
⑶将得到的泵体模型进行抽壳，然后得到泵体大体模型。
⑷将泵体模型放置在另外一个图层上，并且隐藏该层，然后按装配图中的尺寸，使用拉伸的操作，建立齿轮泵大体的模型，以及中空部分的模型。
⑸从泵体零件图中复制部分零件的轮廓线至当前图形。
⑹使用拉伸操作，得到泵体的大体模型，并且在泵体中减去2和6个小圆孔，作为安装销和螺钉的位置。
⑺使用move命令在图形中移动各个模型，然后使用布尔运算进行相应的操作，得到泵体的主体模型。
⑻使用拉伸操作构造泵体的齿轮轴挡圈、肋板等辅助的模型，并使用move命令将其移动到图形中适当的位置上，在移动的过程中可以结合3个视图的对应关系进行，从而得到泵体的模型。
⑼使用布尔运算的差集操作，将辅助模型从底板中减去，完成齿轮泵底办模型的建模（见图4-1）。
图4-1泵体
4.1.2螺塞
螺塞的绘制过程具体的操作步骤如下：
⑴打开齿轮泵的螺塞零件图（见附录四图螺塞），将整个的外轮廓线复制到当前的图形中。
⑵在得到的螺塞框图中直接利用拉伸和旋转就可以了。
图4-2螺塞
4.1.3泵盖
泵盖是整个齿轮泵中各零件造型较为复杂的主体零件。
因此在造型设计中，采用分块进行设计后，再使用布尔运算来进行处理（见附录四图泵盖）。
泵盖的绘制过程基本上与泵体的相似，主要是如何处理拱形部分。
具体的操作步骤如下：
⑴打开齿轮泵的泵盖零件图，将泵盖的下面的外轮廓线复制到当前的图形中，得到了椭圆图的框图。
⑵将得到的泵盖的椭圆图模型进行拉伸，旋转，然后得到泵盖的椭圆大体模型。
再使用拉伸操作，得到泵盖的大体模型，并且在底板中减去2和6个小圆孔，作为安装销和螺钉的位置。
⑶然后将下面椭圆模型放置在另外一个图层上，并且隐藏该层。
⑷打开齿轮泵的泵盖零件图，将泵盖的上面的外轮廓线复制到当前的图形中，得到了椭圆图的框图。
⑸将得到的泵盖的上面椭圆图模型进行拉伸，旋转，然后得到泵盖的椭圆大体模型。
⑹然后就隐藏的下面椭圆模型带基点复制到上面椭圆图模型中，用move命令在图形中移动各个模型，然后使用布尔运算进行相应的操作，得到泵盖的主体模型。
⑺使用布尔运算的差集操作，将辅助模型从泵盖中减去，完成齿轮泵泵盖的模型建模见图4-3。
图4-3泵盖
4.1.4齿轮
齿轮的绘制过程具体的操作步骤如下：
⑴打开齿轮泵的齿轮零件图（见图附录四齿轮），从齿轮零件图中复制轮廓线和中心线至当前图形中，并且删除部分直线，留下除了分度圆和齿顶圆以外的部分。
⑵对图形中的线条进行调整，并且利用零件图中的尺寸补全轮廓线包括将齿形部分形状也画出。
使用拉伸操作，对齿轮的外轮廓进行拉伸，然后使用布尔运算进行操作，齿轮的外轮廓成型。
以齿轮零件图中的截面为平面，进行旋转，得到了两个相重合的圆环。
使用布尔运算将其从齿轮模型中减去。
⑶将齿轮截面中的另一部分进行拉伸，并将拉伸得到的实体合并到齿轮的模型中，完成齿轮的建模见图4-4。
图4-4齿轮
4.1.5齿轮轴
齿轮轴的绘制过程具体的操作步骤如下：
⑴打开齿轮泵的齿轮轴零件图（见附录四齿轮轴），从齿轮轴零件图中复制主视图到当前图形，并按照齿轮之间的啮合关系补全齿轮的侧视图。
⑵使用旋转生成实体的操作，对齿轮轴的主视图进行操作，得到齿轮轴的大体外形。
⑶使用拉伸操作得到齿轮轴的轮廓模型，并将其移动到齿轮轴中适当的位置。
⑷使用布尔运算进行并集操作，将两者合并。
⑸使用拉伸操作命令操作建立齿轮键的模型，并将其从齿轮轴中减去，完成齿轮轴的建模见图4-5。
图4-5齿轮轴
4.2齿轮泵标准件三维造型
⑴件8（毡封油圈）
图4-6毡封油圈
⑵件6（纸垫）
图4-7纸垫
⑶件1（螺钉）
图4-8螺钉
5齿轮泵三维造型组装
5.1齿轮泵的组装
5.1.1齿轮泵的组装图过程
安装齿轮泵是三维图最主要的步骤，而且每一个步骤都要仔细不能马虎，只要稍微不留意就会出差错，最主要的是安装之前要看准图的安装法，一定要找准基点，一步一步的来，因此在安装过程中，采用分块进行安装。
在安装泵体里边的零件时，必须一步一步的来，如果安装出出了一点差错的话那后面的每一步都是错的，所以在安装是一定要小心。
齿轮和齿轮轴在这个装配中是最关键的一步，因为它们是相互运动的，是整个齿轮泵中最主要的零件之一。
下面就是安装齿轮泵每个零件的方法及步骤。
⑴打开齿轮泵的泵体三维图见图5-1，并且隐藏该层，又打开齿轮泵的齿轮三维图，将它带基点复制到泵体的图层中，然后找准中心点将它粘贴在泵体上见图5-2。
⑵打开齿轮泵的齿轮轴三维图，将它带基点复制到图5-2中，然后找准中心点将它粘贴在泵体上见图5-3。
⑶打开齿轮泵的垫圈、螺塞三维图，将它们带基点复制到图5-3中，然后在泵体上找准垫圈、螺塞安装的位子，将它们粘贴到指定的位子见图5-4。
⑷打开齿轮泵的毡封油圈三维图，将它带基点复制到图5-4中，然后在泵体上找准毡封油圈安装的位子，最后粘贴到指定的位子见图5-5。
⑸打开齿轮泵的泵盖三维图，将它带基点复制到图5-5中，然后在泵体上找准泵体安装的位子，最后粘贴到指定的位子见图5-6。
⑹打开齿轮泵的螺钉、销三维图，将它带基点复制到图5-6中，然后在泵体上找准螺钉、销安装的位子，最后粘贴到指定的位子见图5-7。
图5-1泵体
图5-2安装齿轮
图5-3安装齿轮轴
图5-3安装螺塞、毡封油圈
图5-4安装纸垫
图5-5安装泵盖
图5-6安装销、螺钉
5.1.2齿轮泵零件显示组装
根据齿轮泵的零件显示组装可以一次性的看清楚它的组装零件图。
齿轮泵总体组装可先将齿轮轴和齿轮安装在泵体中，然后装上泵盖及其附属零件，最后再组装上所有的联接零件即可见图5-7。
齿轮泵总体组装主要是将泵盖部分安装到泵体上，再安装上其他附属零件。
将所有的零件全部安装好，在组装时，要特别注意各个零件之间的相对位置。
下面是齿轮泵组装后的整体效果图，从四个侧面可以很清楚的看到齿轮泵的每个部位。
在软件中可以模拟出产品来，而且可以象实际产品一样拆缷，了解产品中存在的问题，并能进行调整。
图5-7组装图
5.1.3齿轮泵剖视图
把安装好的整体图进行剖视，这样好方便观察它的安装位置，让大家看的一目了然。
见图5-8、图5-9
图5-8全剖视图
图5-9半剖视图
5.1.4齿轮泵总体视图见图5-10、图5-11
图5-10齿轮泵A
图5-11齿轮泵B
结论
基于CAD技术的齿轮泵三维造型设计终于完成了，通过这次毕业设计，我对产品的设计，特别是利用CAD软件进行三维造型设计，收获很大。
毕业设计锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志、抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。
这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
通过CAD软件进行三维造型设计，将是设计领域必然发展的一个趋势，而且必然被广泛的使用。
三维造型设计具有较多的优势，降低了设计的成本和时间，不需要实际的产品加工和调试，完全用软件进行模拟加工和调试，而且由此产生了许多的二次开发软件，这些软件的设计思路与AutoCAD软件是一致的，因此，通过这次毕业设计，为我以后的工作打下了较好的基础。
当然，在设计过程中，由于初次进行三维造型设计，不是非常的熟练。
因此，在设计过程中存在的许多问题，而且工作量也较大。
如果我们能够将一些标准件的三维造型也进行参数化，那么将大大的节省设计的时间，同时，也使设计工作变得轻松和有趣很多。
最重要的是更加充实了自己的专业知识，为以后的发展奠定了基础。
总之，本次设计使我收获很大，也是对我学习的一个总结。
致谢
本课题在选题及设计过程中得到老师的细心指导，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；刘老师多次询问设计过程，并为我提出宝贵的意见，帮助我开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励，在此谨向刘老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
我还要感谢在一起愉快度过大学生活的各位老师及同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本次设计的顺利完成。
在论文即将完成之际，我的内心无比激动，从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多的老师、同学、朋友给了我无尽的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。
由于我的能力有限，再加上时间较紧，在设计中不免有许多的不足，因此恳请各位老师和同学给予批评和指正。
在此我要真挚的感谢我的指导老师对我指导和同学的帮助，最后还要感谢百忙之中参加毕业答辩的评审老师。
参考文献
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国防工业出版社，2007.
［2］刘志毅.吴萍，机械设计[M].上海：
上海交通大学出版社，2005.
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高等教育出版社，2005.
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机械工业出版社，1998.
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高等教育出版社，2002.
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高等教育出版社，1990.
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高等教育出版社，1998.
［8］王中发.机械设计[M].北京：
北京理工大学出版社，1998.
附录
附录一齿轮泵的主要零件三维视图展示
图一齿轮
图二齿轮轴
图三泵盖
图四泵体
附录二齿轮泵的组装展示
图五组装图A
图六组装图B
附录三齿轮泵的剖视图和总体图展示
图七剖视图
图八总体图
附录四齿轮泵主要零件图（见六张图纸）
零件图表
序号
代号
名称
数量
材料
1
CHLB-02
泵盖
1
BT200
2
CHLB-07
泵体
1
HT200
3
CHLB-03
齿轮
1
35
4
CHLB-09
螺塞
1
45
5
CHLB-04
齿轮轴
1
45
6
CHLB-08
毡封油圈
1
半粗毛毡
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