基于SOLIDWORKS的齒輪泵設(shè)計(jì)

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1、 目 錄 1 引言 1 2 齒輪泵的設(shè)計(jì) 1 2.1 齒輪泵概述 1 2.2齒輪泵設(shè)計(jì)要求 1 2.2.1 齒輪泵工作參數(shù)要求 1 2.2.2 齒輪幾何參數(shù)的要求 3 2.3 齒輪泵主要部件參數(shù)的確定 4 2.4 Solidworks建模 6 2.4.1 齒輪建模 6 2.4.2 箱體建模 7 2.4.3 Solidworks建?；驹瓌t 7 2.4.4 裝配體初步建模與后蓋建模 8 2.4.5 軸、短軸的建模及后蓋和箱體模型的編輯 8 2.4.6 鍵的建模及軸及箱體模型的編輯 9 2.4.7 連接件的選擇和螺紋生成 11 2.4.8 密封件的選擇 13 3

2、 齒輪的校核 15 4 齒輪泵的閉死容積和卸荷槽 19 4.1 閉死容積 19 4.2 卸荷槽 19 5 結(jié)束語 20 6 致 謝 20 7 參考文獻(xiàn) 21 1 引言 隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透，CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有十分重要的作用。 Solidworks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)Solidworks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)

3、境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維CAD軟件，于1995年11月研制成功。Solidworks市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快、技術(shù)發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最好、性能價(jià)格比最優(yōu)的軟件。隨著Solidworks版本的不斷提高、性能不斷提高，Solidworks已經(jīng)能滿足一般企業(yè)的一般需求了。 動(dòng)畫演示形象、直觀，能表達(dá)文字或者敘述不易講解清楚的復(fù)雜產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模擬產(chǎn)品的工作情況，達(dá)到與非專業(yè)人士交流設(shè)計(jì)思想的目的。建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出結(jié)果，其分析結(jié)果可指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或調(diào)整零件的材料。設(shè)計(jì)

4、的更改可以反映到裝配模型中，再重新進(jìn)行分析，一旦確定優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)更改就可直接反映到裝配模型中。此外還可以將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中以作出正確的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析[5]。 2 齒輪泵的設(shè)計(jì) 2.1 齒輪泵概述 齒輪泵是靠相互嚙合旋轉(zhuǎn)的一對(duì)齒輪輸送液體，分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。泵工作腔由泵體、泵蓋及齒輪的各齒槽構(gòu)成。由齒的嚙合線將泵吸入腔和排出腔分開。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒間的液體被帶至排出腔，液體受壓排出。 齒輪泵適用于輸送不含固體顆粒的液體，可作潤(rùn)滑油泵、重油泵、液壓泵和輸液泵。所輸送液體的粘度范圍為,齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便[8] 2.2

5、齒輪泵設(shè)計(jì)要求 2.2.1 齒輪泵工作參數(shù)要求 （1）流量 外嚙合齒輪泵在沒有泄露損失的情況下，每一轉(zhuǎn)所排出的液體體積叫做泵的理論排量，以q表示。外嚙合齒輪泵，一般兩齒輪的齒數(shù)相同，所以 (1) 式中： b——齒寬 D——齒頂圓直徑 a——齒輪中心距 t——基圓節(jié)距 ——基圓柱面上的螺旋角 不修正的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒輪泵的理論排量： (2) 式中：m——齒輪模數(shù) z——齒輪齒數(shù) а——齒輪壓力角 理論流量： (3) 式中n——泵轉(zhuǎn)速，單位

6、 （r/min） 實(shí)際流量： (4) 式中——泵的容積效率，一般取0.750.9，小流量泵取小值。 （2）轉(zhuǎn)速 齒輪泵的轉(zhuǎn)速不宜過高，由于離心力的作用，轉(zhuǎn)速高液體不能充滿整個(gè)齒間，以至流量減小并引起氣蝕，增大噪聲和磨損，對(duì)高粘性液體的輸送影響更大，轉(zhuǎn)速可按表1選取。 （3）效率 (5) 表1 流體粘度與齒頂圓線速度 液體粘度 12 45 76 152 300 520 760 線速度 5 4 3.7 3 2.2 1.

7、6 1.25 式中：P——泵進(jìn)出口壓力差 Q——流量 ——軸功率 齒輪泵的能量損失主要是機(jī)械損失和容積損失，水力損失很小，可忽略不計(jì)。容積損失主要式通過齒輪端面與側(cè)板之間的軸向間隙，齒頂與泵體內(nèi)孔之間的徑向間隙和齒側(cè)接觸線的泄露損失，其中軸向間隙泄露約占總泄露量的75%―80%。機(jī)械效率，大流量泵低。 2.2.2 齒輪幾何參數(shù)的要求 (1) 齒數(shù)z、模數(shù)m和齒寬 齒數(shù)多，泵的外形尺寸大，但壓力和流量脈動(dòng)小。中低壓齒輪泵對(duì)壓力和流量脈動(dòng)要求較嚴(yán)，通常取z=1225，高壓泵為減小外形尺寸，一般取z=614，對(duì)流量脈動(dòng)要求不高的粘性液體輸送泵可取z=68。 中低壓齒輪模數(shù)按表2選取

8、。對(duì)工作壓力大于10mP的高壓泵，應(yīng)考慮齒輪強(qiáng)度，需適當(dāng)增大模數(shù)。 齒寬按表3確定。 表2 流量與模數(shù) 流量Q 模數(shù)m 410 1.52 >1032 2.53 >3263 3.54 >63125 4.55 (4) 齒輪修正 齒輪泵采用壓力角標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪，齒數(shù)少于17時(shí)均有根切現(xiàn)象產(chǎn)生，使齒輪強(qiáng)度減弱，工作情況變壞，須作齒輪修正，修正方法與通常的齒輪修正方法略有不同，兩齒輪的刀具移距取正值（即離開中心），修正后節(jié)圓處的齒側(cè)間隙為0.08m,刀具切入齒輪的深度即齒高h(yuǎn)=2.3m(ξ0.5)m，修正齒輪的主要數(shù)據(jù)見表4。 表3 工作壓力與齒寬 工作壓力P 齒寬b

9、 <2 m ≥210 m ＞10 m 表4 齒輪修正幾何參數(shù) 幾何參數(shù) 計(jì)算公式 齒數(shù) z 實(shí)際中心距 節(jié)圓直徑 頂圓直徑 根圓直徑 基圓直徑 基圓節(jié)距 嚙合角 移距系數(shù) 重疊系數(shù) 齒頂厚度 2.3 齒輪泵主要部件參數(shù)的確定 本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)一個(gè)直齒圓柱中低壓齒輪泵由以上要求，綜合考慮現(xiàn)初步確定一對(duì)嚙合的齒輪齒數(shù)z=20,模數(shù)m=2.5,齒寬定為b=20,電機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min2500r/min，工作壓力P=10。以上參數(shù)可能由于不符合（1）中要求?，F(xiàn)回代以驗(yàn)證： 由公式（2），（3），（4）：

10、 流量、排量和模數(shù)的關(guān)系符合表2的要求。 齒輪分度圓直徑 由表4可得：齒頂圓直徑 故頂圓點(diǎn)的線速度 要想通過表1確定是否符合要求，就要先確定液壓油的型號(hào)。 在液壓泵、液壓控制閥、液壓缸（液壓馬達(dá)）以及油管等連接起來的密封液壓系統(tǒng)中，能量的傳遞是通過液壓油在流動(dòng)過程中壓力、流量變化來實(shí)現(xiàn)的。國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料表明，液壓系統(tǒng)的故障70%85%是由于液壓油方面的原因引起的。在液壓系統(tǒng)中，液壓油的主要作用是：作為對(duì)系統(tǒng)中的能量進(jìn)行控制、轉(zhuǎn)換和傳遞的工作介質(zhì)。此外，液壓油還具有其他一些重要作用：潤(rùn)滑液壓元件、減少機(jī)器的摩擦和磨損、防銹、傳熱、沖洗粉末等作用。 一般情

11、況下，液壓設(shè)備選用液壓油時(shí)，應(yīng)從工作壓力、溫度、工作環(huán)境 液壓系統(tǒng)及元件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮。 對(duì)于本設(shè)計(jì)中的液壓油的選定： 依據(jù)以上確定的工作參數(shù)，可以看出比較符合市場(chǎng)上的CBG1016液壓泵，只不過CBG1016液壓泵的工作壓力為16，高于設(shè)計(jì)的工作壓力，所以選擇CBG1016的液壓油可以很好滿足工作要求。依據(jù)手冊(cè)可以確定液壓油的型號(hào)： HM46，推薦黏度20，適當(dāng)減小黏度值可以大致符合表1對(duì)于齒頂圓最大線速度的要求。 齒寬的驗(yàn)證可以直接從表中看出符合要求。 2.4 Solidworks建模 2.4.1 齒輪建模 首先安裝Toolboxbrowser插件。從工

12、具菜單插件中選擇Toolboxbrowser選項(xiàng)，單擊確定完成。通過該插件可以方便的進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)于一些標(biāo)準(zhǔn)件或參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的零件無需重復(fù)大量的工作。下面用此插件進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)。 打開界面右側(cè)的Toolboxbrowser,首先選擇標(biāo)準(zhǔn)，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面都有一系列標(biāo)準(zhǔn)件。由于軟件版本的實(shí)際限制，標(biāo)準(zhǔn)系列里面沒有GB，現(xiàn)選擇與GB相近，且通用性強(qiáng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)。打開此標(biāo)準(zhǔn),選擇傳動(dòng)零件里的齒輪傳動(dòng)，從列表里右鍵單擊直尺圓柱齒輪，選擇生成零件，彈出對(duì)話框，從此對(duì)話框里設(shè)定參數(shù)便可生成所設(shè)計(jì)的齒輪。見圖1和圖2。 圖1 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

13、 圖2 齒輪 兩次保存齒輪，并分別命名“齒輪_1”、“齒輪_2”。 2.4.2 箱體建模 第二步是箱體的設(shè)計(jì)，參照齒輪的尺寸，并按照通常齒輪泵箱體的形狀設(shè)計(jì)如下：草圖如圖所視，然后建立“拉伸”特征，這里用了選擇拉伸的方法，選擇一定的輪廓進(jìn)行拉伸，并且在不同的輪廓處選擇不同的拉伸高度。這樣可以用一個(gè)草圖建立不同的拉伸特征組合起來。在后面上繪制草圖，并建立拉伸切除特征,深度尺寸為齒輪厚度。 如圖3所示。 圖3 箱體 2.4.3 Solidworks建?；驹瓌t 基于三維設(shè)計(jì)的Solidworks采用全相關(guān)技術(shù)

14、，并在設(shè)計(jì)思路上支持自下而上和自上而下的方式。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法往往從零件開始設(shè)計(jì)，畫零件圖，然后按尺寸把零件圖畫入裝配體圖，若設(shè)計(jì)零件較多，則尺寸數(shù)據(jù)太多容易出錯(cuò)。當(dāng)零件在裝配體中不合理時(shí)，需要返回更改，工作量很大，且容易有疏漏。基于Solidworks的設(shè)計(jì)可以這樣進(jìn)行： 首先大致確定裝配體形狀和其中的主要關(guān)鍵零件，初步設(shè)計(jì)出表現(xiàn)裝配體形狀的基體零件，比如箱體，基座等零件，然后初步設(shè)計(jì)出關(guān)鍵零件，如本設(shè)計(jì)中的齒輪。 運(yùn)用Solidworks的虛擬裝配功能把以上初步設(shè)計(jì)的零件裝配起來。然后在裝配體中確定剩余零件的粗略尺寸和數(shù)量。 在新建的零件圖中作出零件模型，導(dǎo)入裝配體中，在裝配體中編輯零

15、件尺寸和特征，使各部分配合完善，然后通過干涉檢查確認(rèn)各尺寸的配合是否干涉。 以上操作均可視化,非常直觀方便,省去了頭腦中建模和圖紙中表達(dá)這一間接過程，直觀準(zhǔn)確且不易出錯(cuò)。 2.4.4 裝配體初步建模與后蓋建模 按照以上思路，新建一個(gè)裝配體，命名為“齒輪泵裝配體”，把箱體設(shè)為固定零件，然后把齒輪裝入裝配體。在這之后設(shè)計(jì)出齒輪泵體的后蓋，新建一個(gè)零件草圖，命名為“后蓋”，并保存。建立一個(gè)較大的拉伸形成的矩形板并保存。把后蓋插入裝配體中，并建立平行配合。 在裝配體中編輯“后蓋”草圖，選定箱體相平行面上的輪廓，單擊“轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”按鈕即可在草圖上繪制和箱體配合的輪廓相同的草圖。退出草圖，然后從

16、新編輯拉伸的輪廓就可生成需要的形狀的輪廓。然后在后蓋的另一面繪制草圖并拉伸特征，最終完成零件的建模。單擊“編輯零件”按鈕退出零件編輯，并且注意及時(shí)保存，彈出的對(duì)話框提示確認(rèn)裝配體中相關(guān)聯(lián)的零件已修改，見圖4。 圖4 后蓋 圖4 后蓋 這里體現(xiàn)了全相關(guān)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和特征，在設(shè)計(jì)中任一處關(guān)于零件或裝配體的修改都將保存在相應(yīng)的零件或裝配體中，無需逐個(gè)修改，這保證了準(zhǔn)確性和快捷性，省去了反復(fù)修改的枯燥和易出現(xiàn)的疏漏[3]。 2.4.5 軸、短軸的建模及后蓋和箱體模型的編輯

17、

18、 新建一個(gè)零件，并命名為“軸”。其徑向尺寸，按參數(shù)化設(shè)計(jì)齒輪時(shí)設(shè)定的轂直徑作為設(shè)計(jì)參考尺寸。軸向各部分軸向尺寸不必精確，軸插入裝配體后，調(diào)整其余零件的透明度后觀察軸的裝配狀態(tài)，然后在裝配體中編輯軸的各部分軸向長(zhǎng)度即可。另外切出退刀槽以利于潤(rùn)滑和裝配。此軸結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不用作出軸肩。因?yàn)辇X輪泵中齒輪與箱體內(nèi)壁間隙為保證泵能正常吸油和排油，間距值很小，由裝配誤差來保證，故軸向移動(dòng)靠箱體內(nèi)壁即可約束。另外軸的徑向力也作用在箱體和后蓋上，所以箱體和后蓋內(nèi)壁需在加工時(shí)作一些特殊處理，保證硬度、強(qiáng)度和表面粗糙度

19、,必要時(shí)加上軸瓦以使與軸接觸處有滑動(dòng)軸承的形式。軸的零件模型見圖5。 圖5 主動(dòng)齒輪的軸 軸的尺寸完全確定下來后在裝配體中編輯后蓋零件，在其中建立基準(zhǔn)面，位置由軸插入后蓋的尺寸確定。在此基準(zhǔn)面上繪制草圖并建立“拉伸—切除”特征切出內(nèi)孔以容納軸。同樣的做法，根據(jù)軸的徑向尺寸確定箱體前面凸臺(tái)上容納軸的通孔尺寸。效果見圖3。 建立一個(gè)新的零件，并命名為“短軸”，此軸作為從動(dòng)齒輪的軸。把其設(shè)計(jì)為一個(gè)沒有階梯的光軸，這是為了加工方便，其直徑定為25。拉伸特征的特征類型選為兩側(cè)對(duì)稱，拉伸長(zhǎng)度由后蓋內(nèi)孔深度尺寸作為參考。零件模型見圖6。 2.4.6 鍵

20、的建模及軸及箱體模型的編輯 “軸的模型確定之后確定鍵的選用。此處選擇鍵 GB/T 10962003。 按GB建立鍵的模型，并分別保存兩次分別命名為“鍵_1”和“鍵_2”鍵選定之后在軸上切出鍵槽，首先確定基準(zhǔn)面位置，然后建立“拉伸—切除”特征，選擇“完全貫穿”的切除條件，特征表現(xiàn)在圖5和圖6中。鍵的零件模型見圖7。 新建一個(gè)裝配體，命名為“裝配體3”，把軸和鍵裝配在一起，此舉無建模意義，在于驗(yàn)證：在裝配體中可以插入子裝配體。 至此，齒輪泵的主要設(shè)計(jì)部分基本完成，由于箱體是鑄件，故需要有鑄件方面的要求。模具工具欄提供了常用的模具分析工具。最常用的有“拔模分析”和“拔模”工具。確定中性面后

21、利用“拔模分析”工具確定需要拔模的面，然后利用“拔?！惫ぞ咴谙鄳?yīng)面確定拔模角度。 圖6 從動(dòng)齒輪的軸 圖7 鍵 圖7 鍵 2.4.7 連接件的選擇和螺紋生成 在各棱處建立“圓角”及“倒角”特征，以完成圓角和倒角，效果及作法見圖3。 下面選擇連接件[6]： 1．緊固螺栓：螺栓 ，見圖8。 2．墊片： 墊片 。 3．銷：銷 。 進(jìn)行箱體前端蓋和端蓋螺母的設(shè)計(jì)。其中端蓋螺紋畫法同前，見圖12。 圖8 螺栓 圖8 螺栓

22、 圖9 端蓋 端蓋螺母螺紋畫法：草圖建立方法同前，螺紋用“掃描—凸臺(tái)”特征建立。特征超出螺母端面的部分處理方法：在垂直于端面的基準(zhǔn)面和端面的交線處生成一直線草圖，然后用“拉伸—切除”命令切除即可。見圖10。下面建立與緊固螺栓外螺紋配合的箱體內(nèi)螺紋，方法如下： 更改緊固螺栓零件的拉伸特征長(zhǎng)度和草圖中圓的直徑，然后更改螺旋線長(zhǎng)度，螺距不變，把生成螺紋形狀的草圖中的正三角形的邊長(zhǎng)增大以符合內(nèi)螺紋的尺寸，完成重建并另存為“緊固螺栓shiyan”。見圖11。 在箱體零件模型中用“插入零件”命令，完成定位后單擊“插入—特征—組合”，選擇刪除選項(xiàng)，從箱體中刪除交叉部分以外的螺栓實(shí)體，這相當(dāng)于Aut

23、oCAD中的“布爾運(yùn)算”。見圖12。 圖10 端蓋螺母 圖11緊固螺栓shiyan 2.4.8 密封件的選擇 最后進(jìn)行密封件的設(shè)計(jì)。密封裝置歷來是液壓傳動(dòng)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，密封 裝置的作用是用來阻止壓力工作介質(zhì)的泄漏和外界灰塵污垢和異物的侵入，液壓系統(tǒng)原件中，工作介質(zhì)的內(nèi)泄漏會(huì)迅速降低容積效率，惡化設(shè)備的技術(shù)性能甚至被迫停止工作。工作介質(zhì)的外泄漏導(dǎo)致工作介質(zhì)的浪費(fèi)，污染環(huán)境，造成危險(xiǎn)， 因素。當(dāng)今世界，液壓技術(shù)的設(shè)計(jì)理論和金屬加工工藝設(shè)備均十分成熟，金屬液壓元件的加工精度已不再成問題。所以

24、液壓設(shè)備的壓力等級(jí)、檔次、可靠性及使用壽命的提高在很大程度上起決定作用的是密封裝置和密封件。 圖12螺紋配合建模 實(shí)際上，密封件是通用基礎(chǔ)元件，大多數(shù)類型產(chǎn)品的尺寸系列、公差、材質(zhì)以及安裝溝槽尺寸與公差及設(shè)計(jì)計(jì)算均已標(biāo)準(zhǔn)化，在使用前可根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇。為了勝任密封件耐壓、耐高溫、耐摩擦的要求，具有彈性等良好性能的合成橡膠一直是用量最多的主要密封材料。由于工程中用于高壓高溫的場(chǎng)合日益增多，因此，在超過合成橡膠的耐用溫度、壓力時(shí)，合成樹脂（塑料）如聚四氟乙烯、尼龍、聚甲醛、工程塑料是較為理想的密封材料。考慮密封需要注意零件是靜密封還是動(dòng)密封，這是

25、決定所選密封的基本原則。靜密封只需要考慮壓力等因素，而動(dòng)密封的要求更高，要求密封件與運(yùn)動(dòng)件之間的良好配合。 圖13 墊圈具體作法 本設(shè)計(jì)中，主要有兩處需要密封，一是后蓋和箱體之間的密封，二是軸和箱體軸孔之間的密封。現(xiàn)分別討論之。 后蓋與箱體之間的密封采用常見的平墊圈密封，墊圈厚度為3mm。墊圈的建模采用與后蓋相同的建模方式，由于前面并沒有圖形表示，這里來說明，見圖13、圖14。 圖14 墊圈 軸與箱體軸孔之間的密封采用軟填料密封，軟填料材料通常有：油浸石棉、聚四氟乙烯石棉、塑料、半金屬

26、盤根。這里選用聚四氟乙烯石棉。由工作壓力確定填料根數(shù)為三根，每根厚度為6mm。見圖15 圖15 填料 把以上各確定的零件裝配起來，并用移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)零部件的方法調(diào)整零部件使各部件之間不發(fā)生干涉。見圖16。 圖16 裝配體 3 齒輪的校核 設(shè)齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則 (6) 由齒輪泵的工作形式可知其中的流場(chǎng)大致是對(duì)稱的，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪所在流場(chǎng)流動(dòng)情況大致相同，而流體所獲得的能量是由齒輪提供的，這就是說兩個(gè)齒輪大致提供了相同的能量給流體，兩齒輪的

27、能量又最終由電機(jī)提供。由以上分析可知能量傳遞情況，見表6。 故，每個(gè)齒輪功率為 (7) 現(xiàn)考慮一個(gè)齒輪的受力情況，轉(zhuǎn)矩 (8) 切向力： (9) 手冊(cè)中齒輪校核方法主要是校核其強(qiáng)度條件，見表7。 表6 齒輪泵能量分析 表7 齒輪校核條件 強(qiáng)度條件 計(jì)算接觸應(yīng)力 計(jì)算接觸應(yīng)力基本值 許用接觸應(yīng)力 接觸強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算安全系數(shù) 表8 使用系數(shù)

28、 原動(dòng)機(jī)工作特性 工作機(jī)工作特性 均勻平穩(wěn) 輕微轉(zhuǎn)動(dòng) 中等振動(dòng) 強(qiáng)烈振動(dòng) 均勻平穩(wěn) 1.00 1.25 1.50 1.75 輕微振動(dòng) 1.10 1.35 1.60 1.85 中等振動(dòng) 1.25 1.50 1.75 2.0 強(qiáng)烈振動(dòng) 1.50 1.75 2.0 2.25或大更 下面確定幾個(gè)參數(shù)。 使用系數(shù)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)的確定： 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可取為1.35。 齒輪精度選為69較為合理，此處取7。 動(dòng)載系數(shù)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)

29、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)中取為1.1。 齒向載荷分布系數(shù)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)稱配置故取1。 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，因此引進(jìn)齒間載荷分配系數(shù)以解決齒間載荷分配不均的問題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取=1 彈性系數(shù) 單位——，數(shù)值列表見表9 表9 彈性模量 彈性模量 齒輪材料 配對(duì)齒輪材料 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑料 灰鑄鐵 118000 17300

30、0 202000 206000 7850 球墨鑄鐵 162.0 181.4 188.9 189.8 鑄鋼 161.4 180.5 188 鍛鋼 156.6 173.9 夾布塑料 143.7 此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。 (10) 表5中的校核系數(shù)過于復(fù)雜。可按西北工業(yè)大學(xué)第八版《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的方法簡(jiǎn)化為具體過程： (11)

31、 (12) (13) 對(duì)接觸疲勞強(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，故可取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1。 壽命系數(shù)： (14) 其中，n——齒輪轉(zhuǎn)速 j——齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合的次數(shù)。 ——齒輪的工作壽命，此處定為4500h。 根據(jù)所選齒輪材料查表可得 (15) 由以上數(shù)據(jù)可得

32、 (16) 代入校核公式中得 (17) 所以，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核，所選齒輪參數(shù)符合要求。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核亦符合，在此不在贅述。 到此，齒輪泵關(guān)鍵零件齒輪的校核已完成。 軸和連接件的校核省略，因?yàn)樗x零件在裝配體中虛擬裝配時(shí)尺寸都較盈余，能很寬裕地符合力學(xué)要求。下面來討論與齒輪泵本身特點(diǎn)密切相關(guān)的一些結(jié)構(gòu)和現(xiàn)象。 4 齒輪泵的閉死容積和卸荷槽 4.1 閉死容積 為保證齒輪泵能連續(xù)輸液，必須使齒輪的重疊系數(shù)ε>1，即要求在一對(duì)齒嚙合行將脫開前，后面一對(duì)就

33、進(jìn)入嚙合，因此在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)嚙合的就有兩對(duì)齒，留在齒間的液體被困在兩對(duì)嚙合齒后形成一個(gè)封閉容積（稱閉死容積）內(nèi)，當(dāng)齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閉死容積逐漸減小，直至兩嚙合點(diǎn)處于對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)P的位置時(shí)，閉死容積變至最小，隨后這一容積又逐漸增大，至第一對(duì)齒開始脫開時(shí)增至最大。 當(dāng)閉死容積由大變小時(shí)，被困在里面的液體受到擠壓，壓力急劇升高，遠(yuǎn)大于泵排出壓力，可超過10倍以上的程度。于是被困液體從一切可以泄露的縫隙里強(qiáng)行排出，這時(shí)齒輪和軸承受到很大的脈沖徑向力，功率損失增大，當(dāng)閉死容積由小變大時(shí)，剩余的被困液體壓力降低，里面形成局部真空，使容解在液體中的氣體析出，液體本身產(chǎn)生氣化，泵隨之產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，困油現(xiàn)象

34、對(duì)齒輪的工作性能和壽命均造成很大的危害。 4.2 卸荷槽 為消除困油現(xiàn)象，可在與齒輪端面接觸的兩側(cè)板上開兩個(gè)用來引出困液的溝槽，即卸荷槽。卸荷槽有相對(duì)于節(jié)點(diǎn)P對(duì)稱布置和非對(duì)稱布置兩種。它的位置應(yīng)保證困液空間在容積達(dá)到最小位置以前與排出腔相連，過了最小位置后與吸引腔相連通。 （1）對(duì)稱布置卸荷槽尺寸，卸荷槽間距 (18) 本設(shè)計(jì)卸荷槽采用對(duì)稱布置。 當(dāng)，中心距為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)： （19） （20）

35、 （21） 卸荷槽最小寬度： （22） 式中ε——齒輪重疊系數(shù)，此處取一般機(jī)械制造業(yè)中的值1.4 。 一般c>2.5m，以保證卸荷槽暢通，取卸荷槽寬度為6.85mm 。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，卸荷槽深度見表5。 表5 卸荷槽深度 齒輪模數(shù) m 2 3 4 5 6 7 8 卸荷槽深度 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10 用插值法取卸荷槽深度值為1.25mm 。 （2）非對(duì)稱布置卸荷槽尺寸 齒側(cè)間隙很?。ń咏鼰o齒側(cè)間隙）時(shí)，采用非對(duì)稱布置卸荷槽，其位置向吸入腔一方偏移一段距離，這樣不僅可以解決困液?jiǎn)栴}，還可以

36、回收一部分高壓液體。非對(duì)稱布置的卸荷槽尺寸，除了外，其尺寸的計(jì)算公式與對(duì)稱布置相同。 5 結(jié)束語 本設(shè)計(jì)根據(jù)外嚙合齒輪泵的工作原理，運(yùn)用Solidworks繪制了齒輪泵的零件，進(jìn)行了虛擬裝配，并采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行了校核。結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)過程具有可視化、生成模型快捷、虛擬裝配精確、在裝配中對(duì)零件可以直接編輯、對(duì)模型直接進(jìn)行的各種力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的繁復(fù)工作并且能在實(shí)際產(chǎn)品造出之前完成優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大地節(jié)約了成本，減少了資源的浪費(fèi)。 6 致 謝 經(jīng)過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了！在這幾個(gè)月的時(shí)間里，我的導(dǎo)師給了我極大的幫助，使我對(duì)與設(shè)計(jì)有關(guān)的知識(shí)有了深入的了解

37、。在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了許多困難，并且常常有不知所措的沖動(dòng)，因?yàn)樯婕靶袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)，單憑自己的直觀理解和做法常常會(huì)出錯(cuò)犯下不合實(shí)際的荒唐錯(cuò)誤。而這種想法也往往會(huì)束縛設(shè)計(jì)人員的思維，因此機(jī)械設(shè)計(jì)確實(shí)是一項(xiàng)考驗(yàn)人的工作。老師給我提出了很多非常寶貴的建議，讓我受益匪淺，也改變了我以前對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的淺薄認(rèn)識(shí)。 7 參考文獻(xiàn) [1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006 [2]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2006 [3]Solidworks公司.Solidworks基礎(chǔ)教程：零件與裝配體.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [4]刑啟恩.Solidwork

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