行星齒輪泵（復(fù)合泵齒輪泵）CAD+3D
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行星齒輪泵設(shè)計(jì)
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20xx年 x 月 x 日
行星齒輪泵設(shè)計(jì)
摘要
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，由于齒輪泵具有的眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)流程、潤滑泵、食品加工等方面。但是隨著生產(chǎn)要求的不斷提高，傳統(tǒng)齒輪泵的一些不足也逐漸顯現(xiàn)，比如徑向力不平衡、流量脈動大、排量較小、噪聲大等問題。因此開發(fā)研制新型的符合現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)要求的齒輪泵是非常有意義的。
行星齒輪泵是集內(nèi)嚙合和外嚙合齒輪泵為一體的新式齒輪泵，它不光是繼承了普通齒輪泵外觀小巧、重量輕、構(gòu)造緊密、運(yùn)行平穩(wěn)、性價(jià)比高等長處，還具有徑向力平衡、流量脈動小、噪聲低、幾何排量很大的特點(diǎn)，與液壓泵向高工作壓力、高排量發(fā)展的趨勢非常吻合。
在設(shè)計(jì)過程中，首先對行星齒輪泵的工作原理和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了論述，然后對齒輪泵靜態(tài)時(shí)的徑向液壓力的特點(diǎn)給出了圖文列舉，最后設(shè)計(jì)了一款行星齒輪泵，并對齒輪泵存在的泄漏和困油現(xiàn)象進(jìn)行了分析，給出了相應(yīng)的解決辦法，以使設(shè)計(jì)的行星齒輪泵具有更好的性能。
關(guān)鍵詞：行星齒輪泵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，徑向壓力
THE DESIGN OF THREE IDLER WHEEL PLANETARY GEAR PUMP
ABSTRACT
With the rapid development of economy,because the gear pump has many advantages,is widely used in chemical production process,the lubrication pump,food processing.But with the continuous improvement of production requirements,some shortages also gradually revealed of the traditional gear pump,such as the unbalanced radial force,flow pulsation big,small displacement,
noise and other issues.Therefore it is very meaningful to develop the new gear pump of satisfy the modern production technology needs.
Three idler planetary gear pump is a new gear pump of collection internal meshing and external gear pump,it not only inherited the ordinary gear pump’s advantages of small volume, light weight compact structure,stable work, cheap,
but also has the characteristics of radical force balance,flow pulsation is small,low noise,geometric displacement.It is in line with of high-pressure hydraulic pump oriented and large displacement of modern design.
In this paper, the three idler the internal parts of the planetary gear pump and the overall structure design, and the gear pump the static radial fluid pressure are analyzed.
KEYWARDS：planetary gear pump, three idler, structural design, the radial stress
II
目錄
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
1.1 齒輪泵的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.2幾種新型齒輪泵 1
2行星齒輪泵的基本理論 4
2.1行星齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 4
2.2行星齒輪泵的理論排量 5
2.2.1外嚙合子泵的理論排量 5
2.2.2內(nèi)嚙合子泵的理論排量 5
2.2.3整臺泵的理論排量 5
3行星齒輪泵受力情況分析 6
3.1徑向液壓力分析 6
3.2齒輪嚙合力分析 6
4行星齒輪泵主要零件設(shè)計(jì) 8
4.1齒輪的齒數(shù)及材料的初選 8
4.2選擇模數(shù)m和齒寬B及中心距a 8
4.3排量的初步驗(yàn)算 9
4.4各齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定 9
4.5齒輪傳動的強(qiáng)度校核 10
4.5.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 10
4.5.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 12
4.6各齒輪的配合方式 13
4.7行星齒輪泵的主要問題及解決辦法 13
4.7.1內(nèi)部泄漏特性分析 13
4.7.2困油現(xiàn)象 15
4.8中心軸的設(shè)計(jì)及電動機(jī)的選擇 15
4.8.1電動機(jī)的選擇 15
4.8.2中心軸材料的選擇及最小軸徑的計(jì)算 16
4.8.3中心軸上各段尺寸的確定 17
4.8.4中心軸強(qiáng)度校核 17
4.9惰輪軸設(shè)計(jì) 20
i
4.10軸承的選擇和校核 22
4.10.1中心軸上軸承的選擇與校核 23
4.10.2小齒輪軸上軸承的選擇和校核 23
4.11配流盤的設(shè)計(jì) 24
4.12密封塊的設(shè)計(jì) 24
5泵殼體的設(shè)計(jì) 26
5.1泵殼的厚度 26
5.2泵進(jìn)出油口的設(shè)計(jì) 26
5.3泵殼整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27
6聯(lián)軸器的選擇及泵上其他零件的設(shè)計(jì) 29
6.1選擇聯(lián)軸器 29
6.2中心軸上鍵的設(shè)計(jì) 29
6.3密封件 30
6.4泵左右殼體連接螺栓及墊圈的選擇 31
結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
謝辭 35
ii
1緒論
1.1 齒輪泵的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
對于液壓傳動與控制系統(tǒng)來說，液壓泵是將液壓系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w壓力能的元件，是整個(gè)液壓傳動與控制系統(tǒng)的核心。可以根據(jù)液壓泵的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)等，將液壓泵分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等幾大類[1]。
齒輪泵因?yàn)榫哂辛慵?shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)、容易生產(chǎn)和修理、成本較低、對油液污染不敏感等長處，被大量地應(yīng)用于采礦、冶金、航空、建筑、海洋航行、農(nóng)林機(jī)械等具有中低壓力的液壓傳動系統(tǒng)中，并且也大量應(yīng)用于食品、化工等工業(yè)流程的輸液和潤滑。但是，齒輪泵也存在一些制約其使用的缺點(diǎn)，比如：排量不可調(diào)節(jié)，流量均勻性較差，噪聲較大等[2]。
針對齒輪泵的一些優(yōu)缺點(diǎn)，為了使齒輪泵具備更好的使用性能，各國對齒輪泵的研究重點(diǎn)主要集中在以下10個(gè)方向：
（1）降低齒輪泵噪聲的方法[3]；
（2）齒輪泵的信息化智能控制[4]；
（3）齒輪參數(shù)優(yōu)化方法與制造技術(shù)研究[5][6]；
（4）齒輪泵的流量特性的研究[7][8]；
（5）齒輪泵泄漏分析和研究[9][10]；
（6）齒輪泵齒面涂層技術(shù)及其特性[11]；
（7）實(shí)現(xiàn)齒輪泵高壓化的措施[12]；
（8）齒輪泵實(shí)現(xiàn)大排量的方法[13]；
（9）齒輪泵的壽命和失效原因[14]；
（10）純水液壓泵的研究[15]。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，齒輪泵的用途也越來越廣泛，但是，與此同時(shí)對齒輪泵的性能的要求也愈來愈高。齒輪泵正在向著高工作壓力、高排量、低噪聲、低流量脈動的目標(biāo)改進(jìn)。
1.2幾種新型齒輪泵
鑒于普通齒輪泵的諸多不足，近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了一些新型齒輪泵，主要有衛(wèi)星齒輪泵、平衡式復(fù)合齒輪泵以及無嚙合力齒輪泵等[16-20]。
（1）衛(wèi)星齒輪泵
衛(wèi)星齒輪泵是一種復(fù)合齒輪泵，它的開發(fā)目的是改善一般齒輪泵流量脈動高的缺點(diǎn)。其構(gòu)造原理如圖1-1所示。
在衛(wèi)星齒輪泵運(yùn)行的過程中，電動機(jī)通過主動輪輸入驅(qū)動力，3個(gè)衛(wèi)星輪隨著主動輪旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于3個(gè)外嚙合齒輪泵組合在一起。流量是單純的外嚙合齒輪泵的3倍。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)衛(wèi)星齒輪泵的太陽輪齒數(shù)Z1=Ni+1時(shí)（i為自然數(shù)，N為衛(wèi)星輪數(shù)量），衛(wèi)星輪上產(chǎn)生的流量脈動明顯降低；由于衛(wèi)星輪沿著主動輪均勻分布，所以主動輪承載的齒輪嚙合力和徑向液壓力平衡；衛(wèi)星齒輪泵形成N對外嚙合齒輪泵，這就有效避免了傳統(tǒng)齒輪泵中只有一對齒輪嚙合造成的不可避免的振蕩，減小了噪聲。
圖1-1 衛(wèi)星齒輪泵結(jié)構(gòu)圖
（2）平衡式復(fù)合齒輪泵
平衡式復(fù)合齒輪泵是在普通齒輪泵和行星齒輪傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新式齒輪泵。它不僅保留了普通齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)，而且解決了普通齒輪泵徑向壓力不平衡和流量脈動大的問題。與一般齒輪泵相比，它增加了行星輪、內(nèi)齒輪、密封塊等結(jié)構(gòu)。它是由外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵組成的新式復(fù)合結(jié)構(gòu)泵，并且它的結(jié)構(gòu)對稱，徑向液壓力完全平衡，所以稱為平衡式復(fù)合齒輪泵，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。
圖1-2 平衡式復(fù)合齒輪泵
（3）無嚙合力齒輪泵
無嚙合力齒輪泵主要由主動軸、同步齒輪、吸排液齒輪、殼體、左右端蓋等組成。
此泵中同步齒輪的作用主要是承載齒輪轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的嚙合力，而主動齒輪所承載的僅僅是因吸排油而產(chǎn)生的液壓力。無嚙合力齒輪泵除了能夠用在普通齒輪泵應(yīng)用的方面，還在純水、高壓液體的運(yùn)送方面應(yīng)用廣泛，乃至是一些帶有腐蝕性的液體的輸送。無嚙合力齒輪泵結(jié)構(gòu)圖如1-3所示。
圖1-3 無嚙合力齒輪泵結(jié)構(gòu)圖
2行星齒輪泵的基本理論
2.1行星齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理
行星齒輪泵是結(jié)合內(nèi)嚙合和外嚙合齒輪而設(shè)計(jì)的一種液壓泵，它的工作原理圖如2-1所示。它的主要結(jié)構(gòu)有泵蓋、側(cè)板、殼體、太陽輪（中心輪）、內(nèi)齒輪、行星輪（惰輪）、密封塊等。它與一般齒輪泵相比具備更多的長處：構(gòu)造簡易緊密、流量脈動小、噪聲低以及結(jié)構(gòu)小但排量大。
圖2-1行星齒輪泵結(jié)構(gòu)圖
假定惰輪7的中心固定，當(dāng)太陽輪5正向轉(zhuǎn)動時(shí)，惰輪7和內(nèi)齒輪6反向轉(zhuǎn)動。中心輪5和惰輪7相嚙合，與兩邊的密封塊構(gòu)成一對外嚙合齒輪泵；同時(shí)惰輪7也和內(nèi)齒輪6嚙合，惰輪7和內(nèi)齒輪6以及兩邊的密封塊構(gòu)成一對內(nèi)嚙合齒輪。已知普通內(nèi)嚙合、外嚙合齒輪泵的幾何排量為，則具有N個(gè)惰輪的行星齒輪泵的幾何排量近似為,由以上的行星齒輪泵工作原理可知，行星齒輪泵的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：行星齒輪泵比同體積下的單獨(dú)的內(nèi)嚙合或外嚙合齒輪泵的排量大得多，其工作原理如圖2-2所示。
圖2-2 行星齒輪泵工作原理
2.2行星齒輪泵的理論排量
由分析可知，行星齒輪泵由N個(gè)外嚙合子泵和N個(gè)內(nèi)嚙合子泵組成，N為惰輪個(gè)數(shù)。
2.2.1外嚙合子泵的理論排量
中心輪Z1轉(zhuǎn)動一圈時(shí)，每個(gè)外嚙合子泵的排量大小均為：，式中為中心輪的齒數(shù)，為齒輪寬度（mm），為齒輪模數(shù)(mm)，行星齒輪泵中有N對外嚙合子泵，所以外嚙合子泵的理論排量之和為：。
2.2.2內(nèi)嚙合子泵的理論排量
惰輪Z2轉(zhuǎn)動一圈時(shí)，每個(gè)內(nèi)嚙合子泵的理論排量大小均為：
已知行星齒輪泵中中心輪、惰輪以及內(nèi)齒輪的齒寬B都相同，又因?yàn)橹行妮哯1轉(zhuǎn)動一圈時(shí)，Z2轉(zhuǎn)動Z1/Z2圈，所以中心輪Z1轉(zhuǎn)動一圈時(shí)，每個(gè)內(nèi)嚙合子泵的理論排量為，所以，行星齒輪泵中N個(gè)內(nèi)嚙合齒輪泵的理論排量之和為：。
2.2.3整臺泵的理論排量
N個(gè)惰輪，構(gòu)成N個(gè)外嚙合齒輪泵和N個(gè)內(nèi)嚙合齒輪泵，故整臺泵的理論排量為：。
3行星齒輪泵受力情況分析
3.1徑向液壓力分析
圖3-1 行星齒輪泵中心輪受力圖
此處只做靜態(tài)液壓力的分析。由于N個(gè)行星齒輪均布在中心輪和內(nèi)齒輪中央，并且各進(jìn)液口和出液口對稱分布，因此各個(gè)子泵的出液處液體產(chǎn)生的壓力在各個(gè)齒輪的切向上也是均勻分布的，所以在各個(gè)齒輪上產(chǎn)生的徑向液壓力Fp是方向相反并且大小相等的，組成了一個(gè)平衡的力系。圖3-1為行星齒輪泵中心輪的液體壓力的分布及徑向液壓力平衡的形式。因而可知，通過將行星傳動原理和齒輪泵的基本運(yùn)轉(zhuǎn)方式的結(jié)合來改進(jìn)傳統(tǒng)的齒輪泵設(shè)計(jì)，可以有效地改善常規(guī)齒輪泵徑向液壓力不平衡的問題，以增加軸承的使用時(shí)長。
3.2齒輪嚙合力分析
齒輪傳動中，嚙合力是相互嚙合的輪齒之間產(chǎn)生的作用力，它的方向沿著嚙合面的法線向內(nèi)。為了降低分析和計(jì)算的難度，常將嚙合力分解為徑向力Fr和切向力Ft。各齒輪的嚙合力分析圖如圖3-2所示（以行星齒輪泵為例）。由圖可知各個(gè)齒輪上的徑向力Fr是平衡的。內(nèi)齒輪上的切向力合力為零，中心輪上的圓周力構(gòu)成的力矩電動機(jī)的輸出力矩平衡，只有軸承會承受一個(gè)不平衡的徑向力。綜和上述長處，同普通齒輪泵相比較，行星齒輪泵的受力情況有了顯著的改良，這就使齒輪傳動更加穩(wěn)定，齒輪泵的穩(wěn)定系數(shù)和使用期限也大為上升。
圖3-2 齒輪嚙合力示意圖
4行星齒輪泵主要零件設(shè)計(jì)
4.1齒輪的齒數(shù)及材料的初選
行星齒輪泵中各齒輪的齒數(shù)與泵體大小等有很大的關(guān)聯(lián)，應(yīng)該根據(jù)齒輪泵對降低噪音和減小泵體的要求選取各齒輪的齒數(shù)，以保證流量脈動系數(shù)盡量小。一般情況下，要求最小齒數(shù)大于或者等于8。以下記中心輪齒數(shù)為，惰輪齒數(shù)為，內(nèi)齒輪齒數(shù)為。
由行星齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)和裝配一定要符合同心條件知：。
查閱有關(guān)資料知：對齒輪泵流量均勻性的作用至為顯著的是太陽輪的輪齒數(shù)量，但是惰輪齒數(shù)的影響同樣不可小視，并且當(dāng)，（k1，k2為自然數(shù)）時(shí)，泵的流量均勻性最好。
綜合上述條件并參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第3卷，根據(jù)表14-5-4
初選，，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第3卷，參考表14-1-116及表14-1-118，
初步選擇齒輪原料為并且經(jīng)過滲碳淬火處理，要求其硬度為。
4.2選擇模數(shù)m和齒寬B及中心距a
已知幾何排量，工作壓力。
行星齒輪泵的幾何排量近似為
（4-1）
式中：m──齒輪模數(shù)；
Z ──中心輪齒數(shù)；
B──齒寬。
齒寬B一般可根據(jù)模數(shù)大小確定，即
B=(6~8)m= （4-2）
式中：──當(dāng)量寬度，。
選擇后，可確定模數(shù)m，即
（4-3）
將計(jì)算出的m標(biāo)準(zhǔn)化，修正，此處取中間數(shù)=7，則
（4-4）
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表，取模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。
將m=3.5帶入式（4-1）計(jì)算得B=19.7mm 取B=20mm。
中心距。
4.3排量的初步驗(yàn)算
行星齒輪泵的排量計(jì)算公式為
（4-5）
已知m=3.5，Z=19，B=23，帶入式（5-3）得
排量誤差
誤差遠(yuǎn)小于允許誤差，所以模數(shù)和齒數(shù)的選擇滿足要求。
4.4各齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定
本設(shè)計(jì)全部采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動。
已知：齒輪模數(shù)均為
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第3卷得到以下數(shù)據(jù)：
頂隙系數(shù)
齒頂高系數(shù)
分度圓壓力角
分度圓螺旋角
計(jì)算公式：
分度圓直徑：
齒頂高： 齒根高：
齒頂圓直徑：外齒輪 內(nèi)齒輪
齒根圓直徑：外齒輪 內(nèi)齒輪
由上述條件得出的各齒輪尺寸的結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表4-1。
表4-1各齒輪尺寸
中心輪a
惰輪b
內(nèi)齒輪c
分度圓直徑
77
59.5
196
齒頂圓直徑
84
66.5
189
齒根圓直徑
68.25
50.75
204.75
4.5齒輪傳動的強(qiáng)度校核
表4-2各齒輪的疲勞極限參數(shù)
中心輪a
惰輪b
內(nèi)齒輪c
1572
1572
650
850
850
525
資料來源：《機(jī)械設(shè)計(jì)》
4.5.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
由《液壓傳動》查得液壓泵的輸入轉(zhuǎn)矩為：
（4-6）
式中： ──液壓泵幾何排量，；
──液壓泵工作壓力，；
──液壓泵機(jī)械效率，此處取=0.95；
──液壓泵輸出轉(zhuǎn)矩，。
將，帶入式（4-6）得
即中心輪的轉(zhuǎn)矩為
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第三卷，據(jù)表14-5-18，取載荷不均勻系數(shù)，在一對a-b傳動中，中心輪b傳遞的轉(zhuǎn)矩為
式中： ──惰輪數(shù)，。
中心輪上的名義圓周力為
惰輪上的名義圓周力為
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，取齒輪精度等級為7級精度，則可選取，，，。
載荷系數(shù)。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表14-5-21，取接觸最小安全系數(shù)
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式11-2知：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核方程為
（4-7）
式中： ──彈性系數(shù)，從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11—7中可知，；
K──載荷系數(shù)；
──齒數(shù)比。
對a-b傳動：
對b-c傳動：
4.5.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
校核齒輪的彎曲強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)所有受到的力只由一對輪齒承受。當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)，齒根所承受的彎曲力矩最大，所以齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最差。
從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中式11-5知輪齒的彎曲強(qiáng)度校核公式為
（4-8）
式中： K──載荷系數(shù)；
──齒形系數(shù)；
──應(yīng)力集中系數(shù)。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5，知
，，
，，
，，
對中心輪a：
對惰輪b：
對內(nèi)齒輪c：
4.6各齒輪的配合方式
中心輪、惰輪、內(nèi)齒輪的配合如圖4-1所示。
圖4-1 各齒輪的配合圖
4.7行星齒輪泵的主要問題及解決辦法
4.7.1內(nèi)部泄漏特性分析
行星齒輪泵與普通齒輪泵相比，存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是內(nèi)部泄漏更加嚴(yán)重。三惰輪復(fù)合齒輪泵相當(dāng)于6個(gè)普通齒輪泵，結(jié)構(gòu)比一般齒輪泵更復(fù)雜，造成泄漏點(diǎn)更多，相應(yīng)的泄漏也更為嚴(yán)重。不僅多出的惰輪機(jī)構(gòu)的泄漏比較嚴(yán)重，而且徑向泄漏相較普通齒輪泵也更為嚴(yán)重，這嚴(yán)重影響了行星齒輪泵的容積效率。
行星齒輪泵的泄漏主要為徑向泄漏和軸向泄漏。
（1）徑向泄漏
徑向泄漏是油液沿著密封塊由高壓區(qū)向低壓區(qū)的泄漏。在行星機(jī)構(gòu)部分，由于密封塊的徑向尺寸較小，而普通齒輪泵高壓腔到低壓腔通道較長，所以徑向泄漏比普通齒輪泵大。
密封塊與殼體之間的間隙決定了泄漏量的大小，使間隙盡可能的小，可以有效的控制泄漏量的大小，提高泵的容積效率。如果間隙過小，會造成密封塊被齒頂刮擦受傷，但是間隙過大，又會加劇泄漏的發(fā)生，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使徑向間隙盡可能的小，以控制泄漏量，保證足夠大的容積效率，徑向泄漏如圖4-2所示。
圖4-2 徑向泄漏圖
（2）軸向泄漏
軸向泄漏是指液壓油經(jīng)由前后側(cè)板等向進(jìn)油腔的泄漏。軸向泄漏占泄漏總量的80%左右，對泵泄漏量的影響最大。
4.7.2困油現(xiàn)象
在封閉的條件下，油液所占的容積不斷的變化從而使壓力快速改變造成困油現(xiàn)象。困油是泵發(fā)出巨大噪音的主要原因，同時(shí)還會引起內(nèi)部沖擊和氣蝕現(xiàn)象，造成泵的容積效率下降和泵運(yùn)行不穩(wěn)定，并且使泵的使用時(shí)長大為減短。
消除困油造成的危害是必要的，通常，通過在泵兩端的蓋板上開卸荷槽來消除困油。在開卸荷槽時(shí)，要嚴(yán)格控制卸荷槽間的間距大小，卸荷槽之間間距過大，可能會使壓油腔和卸荷槽直接相通，降低容積效率；間距過小，可能不能完全消除困油現(xiàn)象。
4.8中心軸的設(shè)計(jì)及電動機(jī)的選擇
4.8.1電動機(jī)的選擇
在此處選擇電動機(jī)主要是為了計(jì)算最小軸徑的需要。
齒輪泵的轉(zhuǎn)數(shù)大約為，已知幾何排量，工作壓力。
泵的理論功率為：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表，選取電動機(jī)型號為，其額定功率為，滿載轉(zhuǎn)速為。
4.8.2中心軸材料的選擇及最小軸徑的計(jì)算
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-1，選取中心軸的材料為45號鋼，由表14-2知45號鋼的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為30~40，此處取。
通過《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式14-1可知，軸如果僅僅傳遞轉(zhuǎn)矩，并且它的截面是圓，則可用下式進(jìn)行強(qiáng)度校核
（4-9）
式中： ──抗扭截面系數(shù)，對圓截面；
──轉(zhuǎn)矩；
──傳遞的功率；
──軸的轉(zhuǎn)速。
將上式轉(zhuǎn)化為
（4-10）
式中： C——由軸的原料和受力的情況而確定的常數(shù)，從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2中可查得，C=106。
可用式（4-8）計(jì)算傳遞轉(zhuǎn)矩軸段的最小直徑
考慮到軸上的鍵槽會降低軸的強(qiáng)度，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中軸直徑的推薦，選定軸的直徑為標(biāo)準(zhǔn)值。
4.8.3中心軸上各段尺寸的確定
中心軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-3所示。
圖 4-3中心軸的結(jié)構(gòu)簡圖
（1） 段：
直徑，參考以往的設(shè)計(jì)以及估算聯(lián)軸器和泵殼體的壁厚，初步取。
（2） 段：
軸的直徑比較小，可以將段軸徑比段增大5%~7%，取標(biāo)準(zhǔn)直徑，考慮配流盤的寬度，取。
（3） 段：
段有一個(gè)鍵槽，軸徑增大5%~7%，取標(biāo)準(zhǔn)直徑。寬度與中心輪的寬度相等，取。
（4） 段：
段與段是軸上的對稱部分，，。
4.8.4中心軸強(qiáng)度校核
因?yàn)橹行妮S在受到扭矩作用的同時(shí)還受到彎矩的作用，所以應(yīng)該按照彎扭合成強(qiáng)度要求展開校核，中心軸的載荷分析圖如圖4-4所示。
圖4-4 中心軸的載荷分析圖
中心輪a的分度圓直徑d=77mm。
（1） H面上：
用平衡方程求支反力：
則水平面上的彎矩為：
（2） V面上：
用平衡方程求支反力：
則垂直面上的彎矩為：
總彎矩為：
按第三強(qiáng)度理論，進(jìn)行危險(xiǎn)截面彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。
計(jì)算應(yīng)力：
（4-11）
對截面形狀為圓形的軸，其直徑為d，
彎曲應(yīng)力為 ；
扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為 ；
將和帶入式（4-9），得軸的彎曲合成強(qiáng)度條件為：
（4-12）
式中： ──軸的計(jì)算應(yīng)力；
──軸所受的彎矩；
── 軸所受的扭矩；
── 許用彎曲應(yīng)力，；
──軸的抗彎截面系數(shù)。
從《機(jī)械設(shè)計(jì)》的抗彎截面系數(shù)表中可查得
將數(shù)據(jù)帶入式（4-12）驗(yàn)算
4.9惰輪軸設(shè)計(jì)
惰輪軸較小，可以采用將軸與齒輪做成一體的的方式連接，這樣既可以增加軸的抗彎曲性能，又可以簡化齒輪泵的結(jié)構(gòu)，減小泵的安裝難度。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》，參照以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并考慮軸與軸承的配合，選取惰輪的軸徑為25mm。
惰輪軸的結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。
圖 4-5惰輪軸
惰輪b的受力為：
，分度圓直徑
（1） H面上：
用平衡方程求支反力：
則水平面上的彎矩為：
（2） V面上：
用平衡方程求支反力：
則垂直面上的彎矩為：
總彎矩為：
按第三強(qiáng)度理論，進(jìn)行危險(xiǎn)截面彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-4知
將數(shù)據(jù)帶入式（4-10）驗(yàn)算：
強(qiáng)度滿足要求。
4.10軸承的選擇和校核
為了更好地安排泵的內(nèi)部空間，簡化泵的結(jié)構(gòu)，我們不妨將軸承安放在配流盤上，這樣可以增加齒輪傳動的整體穩(wěn)定性，同時(shí)對泵的密封也有很大的幫助。
配流盤的厚度初定為40mm，配流盤不僅起配流作用，同時(shí)起到軸承支架的作用，因此將厚度定得大一些，以補(bǔ)償強(qiáng)度，配流盤和軸承的配合圖如圖4-6所示。
圖4-6配流盤和軸承的配合圖
4.10.1中心軸上軸承的選擇與校核
（1）據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表6-1，選擇中心軸上的軸承型號為NA4908，尺寸為，基本額定動載荷。
（2）對軸承的壽命進(jìn)行校核：
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-3，查得：
對于24h連續(xù)工作的泵，其預(yù)期計(jì)算壽命為4000~6000，此處取4000。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-6，查得：
對于沖擊影響很小或者沒有沖擊影響的泵，載荷系數(shù)，此處取，對于深溝球軸承，。
故軸承的力學(xué)性能符合要求。
從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中查得，軸承基本額定壽命可以用下式來進(jìn)行計(jì)算
（4-13）
已知球軸承，將數(shù)據(jù)帶入式（4-11）可得：
故滿足壽命要求。
4.10.2小齒輪軸上軸承的選擇和校核
（1）據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表6-1，選擇惰輪軸上的軸承的型號為GA4905，尺寸為，基本額定動載荷。
（2）對軸承的壽命進(jìn)行校核
故軸承的力學(xué)性能符合要求。
故滿足壽命要求。
4.11配流盤的設(shè)計(jì)
材料采用奧氏體不銹鋼OCr18Ni9，當(dāng)溫度小于150攝氏度時(shí)，許用應(yīng)力。左右配流盤所形成的有壓空間，可以簡化為平蓋封頭圓柱壓力容器，設(shè)計(jì)壓力為。這樣就可以利用《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》中式4-56進(jìn)行校核。
（4-14）
式中： ，，，平蓋計(jì)算直徑近似為。
將數(shù)據(jù)帶入式（4-14）計(jì)算
取鋼板厚度負(fù)偏差，因?yàn)殇摪宓母g極小，可以取腐蝕裕量。
則配流盤的最小厚度為。
配流盤的厚度遠(yuǎn)大于10mm滿足強(qiáng)度要求，考慮配流盤上軸承的厚度等，配流盤的總厚度為40mm。
配流盤的結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。
圖4-7 配流盤結(jié)構(gòu)
4.12密封塊的設(shè)計(jì)
密封塊主要起分隔作用，使泵的吸油腔和排油腔相互隔離。為了防止高壓腔和低壓腔之間油液竄通，使行星齒輪泵的容積效率得到提高，密封塊的長度應(yīng)不小于三個(gè)齒。密封塊選用45號鋼為材料。具體的尺寸結(jié)構(gòu)見裝配圖。密封塊的結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。
圖4-8密封塊結(jié)構(gòu)
密封塊與各齒輪的配合圖如圖4-9所示。
圖4-9 密封塊與各齒輪的配合圖
5泵殼體的設(shè)計(jì)
5.1泵殼的厚度
據(jù)據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中相關(guān)內(nèi)容，選擇泵殼的原料為HT200灰鑄鐵，其最小抗拉強(qiáng)度。
采用《葉片泵設(shè)計(jì)手冊》中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算殼體的厚度：
（5-1）
取，將數(shù)據(jù)帶入式（5-1）計(jì)算：
圓整可取。
5.2泵進(jìn)出油口的設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查得，齒輪泵進(jìn)出油口流速的計(jì)算公式為：
（5-2）
式中： ——排量；
——轉(zhuǎn)速；
——進(jìn)油口的截面積。
由設(shè)計(jì)手冊查得：齒輪泵進(jìn)油口的推薦流速為，出油口的推薦流速為。進(jìn)油口的流速可取，出油口的流速可取。
式（5-2）可變形為：
（5-3）
將已知數(shù)據(jù)帶入式（5-3）可得：
已知進(jìn)出油口都是圓孔，可以利用圓的計(jì)算公式,計(jì)算進(jìn)出油口的孔的截面半徑，求得。
查設(shè)計(jì)手冊知，齒輪泵進(jìn)出油口采用圓柱管螺紋連接。
進(jìn)油口的管螺紋孔代號為G7/8，尺寸為：大徑，中徑，小徑。底孔尺寸為。
出油口處的管螺紋代號為G5/8，尺寸為：大徑，中徑，小徑。底孔尺寸為。
5.3泵殼整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
詳細(xì)的結(jié)構(gòu)根據(jù)泵中各零件的裝配來安排，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見裝配圖。泵的整體結(jié)構(gòu)簡圖如圖5-1所示。
1、13—進(jìn)、出油口， 2—中心軸， 3—?dú)秩τ头猓?4、12—左右殼體，
5、7—軸承， 6—配流盤， 8—惰輪， 9—內(nèi)齒輪， 10—中心輪， 11—O型圈
圖5-1 泵的主體結(jié)構(gòu)簡圖
6聯(lián)軸器的選擇及泵上其他零件的設(shè)計(jì)
6.1選擇聯(lián)軸器
已知與聯(lián)軸器連接部分的中心軸軸徑為35mm，據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 中附表8-4，選擇聯(lián)軸器的型號為TL6。軸孔長度L=62mm。
6.2中心軸上鍵的設(shè)計(jì)
鍵是用來固定和傳遞扭矩的零件，選用45鋼為材料。
（1）中心軸段上鍵的設(shè)計(jì)
已知此段軸的直徑為35mm，據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中附表4-1，選擇段上與聯(lián)軸器連接的平鍵的，。
取45鋼的許用擠壓應(yīng)力。
查得擠壓強(qiáng)度條件公式為：
（6-1）
可以化簡為求鍵最小長度的公式：
（6-2）
將數(shù)據(jù)帶入式（6-2）計(jì)算得：
圓整為35mm。
中心軸段上鍵的尺寸為。
（2）中心軸段上鍵的設(shè)計(jì)
已知此段軸的直徑為45mm，據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中附表4-1，選擇段上與中心輪連接的平鍵為，。
將已知數(shù)據(jù)帶入式（6-2）計(jì)算得：
圓整為18mm。
所以中心軸段上鍵的尺寸為。
6.3密封件
通過《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》密封盒潤滑部分得知，氈圈油封用于線速度小于5m/s的場合。
本設(shè)計(jì)的軸在密封處的線速度為：
所以可以使用油氈密封。
已知軸徑為35mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10-4-3，選擇氈圈尺寸為，殼體上的溝槽尺寸為。氈圈油封如圖6-1所示。
6-1 氈圈油封
左右殼體連接處的密封采用O形圈密封，它的構(gòu)造緊密，裝配容易，密封能力強(qiáng)，使用年限長。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表9-5-6，選擇O形圈的尺寸為，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10-4-12和表10-4-15知，殼體上的溝槽外徑，寬度，高度。O型圈密封如圖6-2所示。
圖6-2 O型圈密封
6.4泵左右殼體連接螺栓及墊圈的選擇
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式5-28知，可根據(jù)螺栓危險(xiǎn)截面的抗拉強(qiáng)度條件來確定螺栓的直徑。
（6-3）
式中： ——抗拉強(qiáng)度；
——螺栓所受的預(yù)緊力；
——螺栓直徑。
螺栓的選材為中碳鋼，性能等級為6.8級，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-8知，抗拉強(qiáng)度
初步選擇用12個(gè)螺栓來連接，則螺栓的預(yù)緊力為：
則螺栓的直徑可用下式來求解
（6-4）
將數(shù)據(jù)帶入式（6-4）可得：
取螺栓直徑為10mm。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表3-5，選擇螺栓的尺寸，，，，，。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表3-13，選擇螺母M10的尺寸，，，。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附表3-15，選擇墊圈的尺寸，，，。
結(jié)論
經(jīng)過兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，終于完成了《行星齒輪泵設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)。從開始設(shè)計(jì)時(shí)的毫無頭緒，再到后來的每一步設(shè)計(jì)的完成，這對我來說既是一種挑戰(zhàn)，也是對我的能力的一種檢驗(yàn)和提高。
此次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，對各種液壓泵的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)有了全面的認(rèn)識，尤其是對行星齒輪泵的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。第一次做齒輪泵的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)很不成熟，難免有很多的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，但是通過這次設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識了自己的不足，在以后的工作和生活中，我會更好地改正自己的這些缺點(diǎn)。
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