基于solidworks的齒輪泵仿真.doc

xx 學(xué)院學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 題目 基于 solidworks 的齒輪泵仿真 系別 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 日期 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目：設(shè)計題目： 基于 solidworks 的齒輪泵仿真 設(shè)計要求：設(shè)計要求： 1.對齒輪泵的工作參數(shù)（流量、效率、轉(zhuǎn)速） 、幾何參數(shù)(齒數(shù)、模數(shù)、齒寬)、 主要部件參數(shù)（分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑等）進(jìn)行設(shè)計和確定。 2.運用 solidworks 對齒輪泵的各個零部件（泵蓋、泵體、齒輪軸、緊固件等） 進(jìn)行建模，熟練掌握 solidworks 的建模方法。 3.運用 solidworks 對齒輪泵進(jìn)行裝配，掌握 solidworks 的裝配方法。 4.對裝配體進(jìn)行干涉檢查，對其進(jìn)行運動分析。 設(shè)計進(jìn)度要求：設(shè)計進(jìn)度要求： 第一周到第四周下達(dá)任務(wù)書，查閱、收集相關(guān)資料。 第五周到第七周，進(jìn)行齒輪泵的工作參數(shù)，幾何參數(shù)等進(jìn)行設(shè)計和確定。 第八到十周，用 solidworks 進(jìn)行齒輪泵的零件建模及裝配體建模。 第十周到十二周，撰寫論文，對論文進(jìn)行排版修改。 指導(dǎo)教師（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 i 摘 要 solidworks 是一款功能強(qiáng)大的三維設(shè)計軟件，具有強(qiáng)大的參數(shù)化建模功能。在 solidworks 的標(biāo)準(zhǔn)菜單中包含了各種用于創(chuàng)建零件特征和基準(zhǔn)特征的命令。通過運 用這些特征造型技術(shù)可以很方便的設(shè)計出需要的實體特征。應(yīng)用 solidworks 軟件， 可以建立出齒輪泵各個零部件的三維模型，進(jìn)行裝配后建立齒輪泵虛擬樣機(jī)。 參數(shù)化造型設(shè)計是 solidworks 軟件核心功能之一，包括曲面和實體造型以及基 于特征的造型等。它提供尺寸驅(qū)動的幾何變量，用交互式方法檢查模型變化的結(jié)果， 其模型可智能化。參數(shù)化造型虛擬技術(shù)通過記錄幾何體間的所有依存關(guān)系，自動捕 捉設(shè)計者的意圖。 此設(shè)計中主要利用三維設(shè)計軟件 solidworks，建立了齒輪泵的虛擬樣機(jī)模型， 并在此基礎(chǔ)上利用 solidworks 軟件對齒輪泵進(jìn)行運動仿真、基體受力分析等。建立 運動機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運動軌跡，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)計或調(diào)整零件的材料。設(shè)計的更改可以 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)雜運動情況下的復(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。 關(guān)鍵詞： solidworks，參數(shù)化造型，建立模型 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 ii 目 錄 摘 要 .ii 目 錄 iii 1 齒輪泵的設(shè)計.1 1.1 齒輪泵概述.1 1.2 齒輪泵設(shè)計要求 .2 1.2.1 齒輪泵工作參數(shù)要求 2 1.2.2 齒輪幾何參數(shù)的要求 3 1.3 齒輪泵主要部件參數(shù)的確定.5 1.4 solidworks建模 6 1.4.1 齒輪軸建模 6 1.4.2 泵體建模 .10 1.4.3 solidworks 建?；驹瓌t.12 1.4.4 裝配體初步建模與泵蓋建模 .13 1.4.5 連接件的選擇和螺紋生成 .16 1.4.6 密封件的選擇 .18 2 齒輪的校核 .21 3 齒輪泵的閉死容積和卸荷槽 .25 3.1 閉死容積25 3.2 卸荷槽25 4 結(jié)束語 .27 致 謝 .28 參考文獻(xiàn) .29 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 0 1 齒輪泵的設(shè)計 1.11.1 齒輪泵概述齒輪泵概述 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的液壓泵，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種結(jié)構(gòu)形式。齒 輪泵的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速高，自吸性能好， 對有的污染不敏感，工作可靠，壽命長，便于維護(hù)修理以及價格低廉等；主要缺點 是流量和壓力脈動較大，噪聲較大（只有內(nèi)嚙合齒輪泵噪聲較?。?，排量不可調(diào)。 齒輪泵是靠相互嚙合旋轉(zhuǎn)的一對齒輪輸送液體，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，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)簡單，維修方便。smm /101 26 齒輪泵的工作原理如圖 1.1。齒輪泵泵體內(nèi)腔容納一對齒數(shù)相同的外嚙合漸開 線齒輪，齒輪兩側(cè)由端蓋蓋?。▓D中未出示） 。泵體、端蓋和齒輪之間形成了密封腔， 并由兩個齒輪的齒面接觸線將左右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔。當(dāng)主動齒輪軸逆 時針帶動從動齒輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，這對傳動齒輪的嚙合右腔空間壓力降低而產(chǎn) 生局部真空，油池內(nèi)的油在大氣壓力作用下進(jìn)入泵的吸油口。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動，齒 槽中的油不斷被帶至左邊的壓油口，把油壓出，送至機(jī)器中需要潤滑的部位。 圖 1.1 齒輪泵的工作原理圖 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 1.21.2 齒輪泵設(shè)計要求齒輪泵設(shè)計要求 1.2.11.2.1 齒輪泵工作參數(shù)要求齒輪泵工作參數(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 t (1) rmlbtad b q bat /10tan 3 1 3 1 2 322222 式中： b齒寬 d 齒頂圓直徑 a a齒輪中心距 t 基圓節(jié)距 a 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) rmlzbmqt/10cos 12 1 12 3222 式中：m齒輪模數(shù) z齒輪齒數(shù) 齒輪壓力角 理論流量： (3)min/10 3 lnqq tt 式中 n泵轉(zhuǎn)速，單位 （r/min） 實際流量： (4)min/ lqq vt 式中泵的容積效率，一般取 0.750.9，小流量泵取小值。 v （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齒間， xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 以至流量減小并引起氣蝕，增大噪聲和磨損，對高粘性液體的輸送影響更大，轉(zhuǎn)速 可按表 1.1 選取。 （3）效率 (5) a v p pq 表 1.1 流體粘度與齒頂圓線速度 液體粘度smm / 2 124576152300520760 線速度smu/ max543.732.21.61.25 式中：p泵進(jìn)出口壓力差 a mp q流量sl / 軸功率 a p kw 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。 容積損失主要是通過齒輪端面與側(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。9 . 08 . 0 m m 1.2.21.2.2 齒輪幾何參數(shù)的要求齒輪幾何參數(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，但壓力和流量脈動小。中低壓齒輪泵對壓力和流量 脈動要求較嚴(yán)，通常取 z=1225，高壓泵為減小外形尺寸，一般取 z=614，對流量脈 動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 1.2 選取。對工作壓力大于 10mp 的高壓泵，應(yīng)考慮齒輪 a 強(qiáng)度，需適當(dāng)增大模數(shù)。 齒寬按表 1.3 確定。 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 表 1.2 流量與模數(shù) 流量 qmin/ l模數(shù)mmm 4101.52 10322.53 32633.54 631254.55 (2) 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 時均有根切現(xiàn)象產(chǎn)生， 20 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=2.3m(0.5)m，修正齒輪的主要數(shù)據(jù)見表 1.4。 表 1.3 工作壓力與齒寬 工作壓力 p a mp齒寬 bmm 1，即要求在一對齒嚙合 行將脫開前，后面一對就進(jìn)入嚙合，因此在一段時間內(nèi)同時嚙合的就有兩對齒，留 在齒間的液體被困在兩對嚙合齒后形成一個封閉容積（稱閉死容積）內(nèi)，當(dāng)齒輪繼 續(xù)轉(zhuǎn)動時，閉死容積逐漸減小，直至兩嚙合點處于對稱于節(jié)點 p 的位置時，閉死容 積變至最小，隨后這一容積又逐漸增大，至第一對齒開始脫開時增至最大。 當(dāng)閉死容積由大變小時，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，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，困油現(xiàn)象對齒輪的工作性能和壽命均 造成很大的危害。 3.23.2 卸荷槽卸荷槽 為消除困油現(xiàn)象，可在與齒輪端面接觸的兩側(cè)板上開兩個用來引出困液的溝槽， 即卸荷槽。卸荷槽有相對于節(jié)點 p 對稱布置和非對稱布置兩種。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）對稱布置卸荷槽尺寸，卸荷槽間距 (18) )(cos 2 mm a zm y 本設(shè)計卸荷槽采用對稱布置。 當(dāng)，中心距為標(biāo)準(zhǔn)值時： 20 （19）)(95 . 6 78 . 2 mmmy （20） )(48 . 3 2 mm y y （21） )(32 . 1mmme xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 26 卸荷槽最小寬度： （22） 2 222 min cos 1cos a zm mc mm 式中 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 c2.5m，以保證卸荷槽暢通，取卸荷槽寬度為 6.85mm 。 對標(biāo)準(zhǔn)齒輪，卸荷槽深度見表 3.1。 表 3.1 卸荷槽深度 齒輪模數(shù) m 2345678 卸荷槽深度 h 1.01.52.54.05.57.510 用插值法取卸荷槽深度值為 1.25mm 。 （2）非對稱布置卸荷槽尺寸 齒側(cè)間隙很小（接近無齒側(cè)間隙）時，采用非對稱布置卸荷槽，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問題，還可以回收一部分高壓液體。 非對稱布置的卸荷槽尺寸，除了外，其尺寸的計算公式與對稱布置相同。my8 . 0 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 27 4 結(jié)束語 本設(shè)計根據(jù)外嚙合齒輪泵的工作原理，運用 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)計過程具有可視化、 生成模型快捷、虛擬裝配精確、在裝配中對零件可以直接編輯、對模型直接進(jìn)行的 各種力學(xué)和運動學(xué)分析等特點，大大簡化了傳統(tǒng)設(shè)計中的繁復(fù)工作并且能在實際產(chǎn) 品造出之前完成優(yōu)化設(shè)計，極大地節(jié)約了成本，減少了資源的浪費。 xx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 28 致 謝 經(jīng)過幾個月的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計終于完成了！在這幾個月的時間里，謝謝 xx 老師給我的幫助，使我對與設(shè)計有關(guān)的知識有了深入的了解。在設(shè)計的過程中我遇 到了許多困難，并且常常有不知所措的沖動，因為涉及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和知識，單憑自己 的直觀理解和做法常常會出錯犯下不合實際的荒唐錯誤。而這種想法也往往會束縛 設(shè)計人員的思維，因此機(jī)械設(shè)計確實是一項考驗人的工作。老師給我提出了很多非 常寶貴的建議，讓我受益匪淺，也改變了我以前對機(jī)械設(shè)計的淺薄認(rèn)識。 在運用 solidworks 進(jìn)行機(jī)械建模的應(yīng)用方面，讓我體會到在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用 solidworks 所帶來的巨大便利和快捷。這將會對我以后從事設(shè)計工作有極大的幫助。 在設(shè)