擺線泵設(shè)計說明書

1、目 錄目 錄11. 擺線泵泵站的結(jié)構(gòu)概述22. 設(shè)計原始參數(shù)43. 擺線泵設(shè)計計算43.1 擺線泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定43.2 擺線齒輪齒廓坐標(biāo)計算43.3擺線齒輪齒形繪制、圓弧齒圈的齒形繪制如圖4所示73.4擺線齒輪嚙合狀態(tài)圖繪制如圖5所示73.5擺線泵的排量分析計算74.漸開線行星減速傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計104.1 漸開線行星減速機(jī)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)則114.2傳動比、齒數(shù)、模數(shù)和行星齒輪數(shù)目確定114.3變位傳動設(shè)計計算124.4齒輪幾何尺寸計算124.5齒輪齒廓的漸開線坐標(biāo)計算及齒形繪制144.6行星傳動嚙合狀態(tài)檢驗155. 溢流閥分析設(shè)計175.1溢流閥結(jié)構(gòu)及主要元件設(shè)計175.2溢流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計說明185

2、.3溢流閥彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定185.4溢流閥彈簧的剛度計算185.5溢流閥彈簧的裝配壓縮量計算196.漸開線齒輪零件圖、擺線齒輪零件圖、行星架零件圖19附錄：漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計計算表221. 擺線泵泵站的結(jié)構(gòu)概述擺線泵是一種為輸送液質(zhì)流體而提供中、低壓力的裝置，它與漸開線齒輪泵比較，在相同的結(jié)構(gòu)尺寸條件下具有流量大的優(yōu)點(diǎn)。由于擺線泵的核心技術(shù)擺線齒輪副的設(shè)計計算理論和制造方法在工程中遠(yuǎn)未如漸開線齒輪普及，因而擺線泵在工程中的應(yīng)用甚少，往往僅在一些國外機(jī)械產(chǎn)品中有所發(fā)現(xiàn)。設(shè)計開發(fā)擺線泵局部替代漸開線齒輪泵，達(dá)到減少原材料的消耗，于生產(chǎn)企業(yè)具有降低產(chǎn)品成本的效益，對社會則有利于資源合理利用和環(huán)境

3、保護(hù)。圖1中繪出擺線泵的三個構(gòu)件，在座圈上切制了容納擺線嚙合副的圓柱形凹坑，鉆出進(jìn)液孔和出液孔，并且還制出兩個圓弧形構(gòu)槽，作為進(jìn)液區(qū)和出液區(qū)。進(jìn)液孔和出液孔分別與閥板連通。另有一個端蓋將擺線嚙合副密封（圖中未畫出）。在端蓋上有，供驅(qū)動軸通過并與擺線齒輪鍵銷聯(lián)接。圖1 擺線泵的主要構(gòu)件電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)一級漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)減速后，使擺線齒輪的驅(qū)動軸低速回轉(zhuǎn)，帶動擺線泵運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2中繪出擺線泵的嚙合過程，其中擺線齒輪的齒數(shù)為8，分齒角為45，圖示的每步轉(zhuǎn)角9；圓弧齒圈的齒數(shù)為9，在擺線齒輪的推動下，每步對應(yīng)回轉(zhuǎn)角8（注：實際運(yùn)行是連續(xù)回轉(zhuǎn)，而不是步進(jìn)回轉(zhuǎn)）。當(dāng)擺線齒輪的轉(zhuǎn)角為45時，完成一對輪齒的嚙合

4、傳動全過程。從圖2中可以看出：在水平中心線的上方，擺線齒輪與內(nèi)齒圈之間的齒間空腔逐漸增大，產(chǎn)生負(fù)壓，因而能經(jīng)由管道從儲液箱吸入油液或其它液態(tài)工質(zhì)；在水平中心線的下方，齒間空腔逐漸減小，從而使已存貯在齒間空腔內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)的壓力增大并輸出。液態(tài)工質(zhì)的工作壓力由后續(xù)的液壓系統(tǒng)中的溢流閥或調(diào)壓閥控制。圖2 擺線泵的嚙合過程擺線泵的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，電動機(jī)經(jīng)一級漸開線行星減速機(jī)構(gòu)降速驅(qū)動擺線泵的擺線嚙合副工作，擺線泵上附有低壓液體進(jìn)液管、溢流閥和高壓液體出口接頭等相關(guān)配件。圖3 擺線泵站的總體結(jié)構(gòu)2. 設(shè)計原始參數(shù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速：8000/r/min 行星齒輪傳動比：7.0 偏心距e：2.4mm 擺線齒

5、輪數(shù)Z1：9 油壓：4MPa3. 擺線泵設(shè)計計算3.1 擺線泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定齒數(shù)：圓弧齒圈齒數(shù)Z2=10，擺線齒輪齒數(shù)Z1=9，圓弧齒圈的齒面圓弧半徑R=5，齒面圓弧中心的分布圓半徑R=30，圓弧齒圈和擺線齒輪的嚙合中心距（即偏心距）e=2.4。3.2 擺線齒輪齒廓坐標(biāo)計算繪擺線齒輪的齒廓數(shù)據(jù)25,6.31E-1625.49,0.629925.28,0.028325.18,0.83625.94,1.18625.51,1.53725.6,1.37225.8,1.97625.46,2.18325.99,2.0625.32,2.09825.,2.22225.61,2.86325.9,2.73726.

6、02,3.02526.29,3.44526.91,3.30126.47,3.94526.43,3.90226.14,3.6526.45,3.47926.37,3.58326.97,3.67326.38,3.45326.83,3.84926.95,3.91726.32,3.33926.96,3.20826.74,3.25826.18,3.28126.2,3.14426.69,3.31926.72,3.60326.26,3.5126.28,3.46426.51,3.95326.79,3.99726.89,3.57426.91,3.46126.74,3.7726.58,3.84226.23,3.73

7、126.64,3.7226.65,3.27127.7,4.14127.7,4.14127.2,4.92427.15,4.35527.45,4.15928.13,4.40928.59,4.97628.12,4.9528.32,4.81928.51,5.51228.92,5.3428.4,5.40728.5,5.26928.14,5.46328.9,5.07328.18,5.76928.47,5.69428.04,5.29428.45,5.63228.65,5.90828.95,5.86428.4,5.4828.4,5.4828.01,6.00527.82,7.99727.06,7.96927.6

8、4,8.18527.39,8.768 3.3擺線齒輪齒形繪制、圓弧齒圈的齒形繪制如圖4所示圖4 擺線齒輪3.4擺線齒輪嚙合狀態(tài)圖繪制如圖5所示圖5 擺線齒輪嚙合狀態(tài)3.5擺線泵的排量分析計算擺線泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，擺線齒輪1與圓弧齒圈2的最大齒間容積與最小齒間容積之差是對液體工質(zhì)的壓縮量，即擺線泵的每齒排量。設(shè)擺線嚙合副的齒寬為b，齒間最大的空間的截面積為與最小空間的截面積，則擺線齒輪1回轉(zhuǎn)一周時的排量q為 （1）若擺線齒輪1的轉(zhuǎn)速為 r/min，則可求得擺線泵的理論流量為 （2）齒間最大的空間的截面和與最小空間的截面如6所示，a為最大截面，b為最小截面。由于擺線齒輪的齒廓是根據(jù)上述計算方法求得的離散坐

9、a b圖6擺線齒輪嚙合的齒間容積計算圖標(biāo)點(diǎn)繪制的，直接用解析法求解齒間空間的面積有一定的難度，為此可用以下3種方法求得齒間空間的面積：（1）在AutoCAD環(huán)境下，將包圍齒間空間的封閉線條設(shè)置成“塊”，然后在“塊”的屬性中查得面積值。（2）用網(wǎng)格法進(jìn)行數(shù)值計算 根據(jù)例題給定的參數(shù)設(shè)計的擺線泵的齒間空間網(wǎng)格圖如圖7和圖8所示，每方形小格的面積為0.1mm2（邊長為0.）。根據(jù)網(wǎng)格圖，可求得最大齒間空間面積和最小齒間空間面積分別為 mm2 mm2計算面積時，位于圖形邊緣區(qū)域的非完整的網(wǎng)格面積可用目測估算的方法累計。圖7最大齒間空間網(wǎng)格圖 每小格0.1mm2圖8最小齒間空間網(wǎng)格圖 每小格0.1mm2

10、例題中擺線嚙合副的齒寬為6 mm，根據(jù)公式（1）求得擺線齒輪每轉(zhuǎn)排量為設(shè)擺線泵的轉(zhuǎn)速為1000r/min，則理論流量為L/min(合334.8升/小時)。（3）按齒廓坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)值計算 根據(jù)給定的參數(shù)，經(jīng)分析設(shè)計求得的的擺線的嚙合副的齒廓坐標(biāo)，計算精確的排量。 由于擺線泵機(jī)構(gòu)的構(gòu)件之間必然存在間隙而導(dǎo)致液體工質(zhì)的滲漏，因此液體工質(zhì)的實際輸送速率必須計及泵的容積效率。容積效率值取決于擺線泵的工作壓力和制造精度。標(biāo)定容積效率的有效措施是對擺線泵樣機(jī)的實際輸送速率進(jìn)測定，在不同的工作壓力下測定實際時流量即可求得容積效率=Q/Q 。4.漸開線行星減速傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率成正比，因此為了選用較

11、小外形尺寸的驅(qū)動電機(jī)，擬采用具有高轉(zhuǎn)速的單相串激交流電動機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為約為60008000 r/min。擺線泵的擺線嚙合副的工作轉(zhuǎn)速約為10001200 r/min。因此需要引入一級漸開線行星減速傳動機(jī)構(gòu)，如圖9所示，其中輸入級是中心齒輪1與電機(jī)軸聯(lián)接，行星齒輪2安裝在行星架H上，內(nèi)齒輪3與擺線泵殼體固定聯(lián)接。經(jīng)一級減速后的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由行星架H輸出，驅(qū)動擺線嚙合副的擺線輪回轉(zhuǎn)。圖9 一級行星減速機(jī)構(gòu)4.1 漸開線行星減速機(jī)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)則漸開線行星齒輪傳動設(shè)計時必須滿足以下4項準(zhǔn)則要求：1）傳動比條件在選配中心齒輪和內(nèi)齒圈的齒數(shù)時，必須滿足傳動比要求。2）同中心距條件即行星齒輪與內(nèi)齒圈的中心距和行星

12、齒輪與中心齒輪的中心距必須相等。3）多個行星齒輪均勻分布條件即必須保障多個行星齒輪能夠被均勻安裝在行星架上，并能與內(nèi)齒圈和中心齒輪正確嚙合。4） 不鄰接條件行星齒輪數(shù)量在三個以上時，必須防止相鄰的行星齒輪不干涉。4.2傳動比、齒數(shù)、模數(shù)和行星齒輪數(shù)目確定（1）傳動比計算 為滿足準(zhǔn)則1），漸開線行星減速機(jī)構(gòu)的傳動比按下式計算 (3)根據(jù)輸入和輸出轉(zhuǎn)速的要求，即可按式設(shè)計確定中心齒輪1和齒圈3的齒數(shù)，即： (4) （2) 行星齒輪2的齒數(shù)確定行星齒輪2可按下式計算確定 (5)4.3變位傳動設(shè)計計算求得的值若非整數(shù)，應(yīng)取鄰近的整數(shù)。為滿足準(zhǔn)則2）的要求，可分兩種情況處理：如按上式求得的值是整數(shù)，則必

13、然滿足準(zhǔn)則2）的要求，齒輪可以采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，也可以采用變位齒輪；如值是經(jīng)圓整后整數(shù)，則必須采用變位齒輪才能滿足準(zhǔn)則2）的要求。4.4齒輪幾何尺寸計算1） 確定模數(shù)和齒數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求，初選齒輪的模數(shù)m。根據(jù)傳動比和設(shè)置行星齒輪的數(shù)量，按式（3）和（4）計算確定齒數(shù)z1、z3，然后按式（5）計算行星齒輪2的齒數(shù)z2。確定齒數(shù)z1、z2、z3的過程是一個反復(fù)分析比較的過程，力求獲得一組優(yōu)化的數(shù)據(jù)。齒形標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為刀具角=20、齒頂高系數(shù)ha* =1.0、頂隙系數(shù)c*=0.25。2） 變位齒輪傳動設(shè)計和主要幾何尺寸計算計算中心距兩對齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距為根據(jù)同中心距條件，取3）計算嚙合角 4）計算變位系

14、數(shù)式中漸開線函數(shù)按下式計算角度值以弧度計。根據(jù)求得的和值，可適當(dāng)分配、。在確定各變位系數(shù)值時，必須顧及不發(fā)生根切的條件和齒頂不變尖條件。(本文為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，不用變位)4.5齒輪齒廓的漸開線坐標(biāo)計算及齒形繪制繪制中心齒輪1齒廓數(shù)據(jù)8.318,08.158,0.681068.362,0.03648.135,0.537268.718,0.735918.398,0.25919.763,0.32719.014,0.56799.104,0.73619.534,0.57269.552,0.38189.591,0.79739.705,0.74679.801,0.68289.461,0.35289.136,0.4

15、366繪制行星齒輪2齒廓數(shù)據(jù)21.29,021.3,0.4737621.3,0.5809321.04,0.7908921.03,0.985121.54,0.051422.3,0.89222.96,0.760922.12,0.606422.13,0.854122.51,0.495122.95,0.291723.01,0.607823.39,0.79623.72,0.306223.04,0.9486繪制內(nèi)齒輪3齒廓數(shù)據(jù)52.3,0.435453.97,0.211253.14,0.66253.88,0.899453.7,0.79253.75,0.732453.83,0.960354.54,0.174

16、254.38,0.381854.83,0.033254.56,1.6854.46,1.26654.83,1.27254.5,1.79255.01,1.05855.68,1.009圖10 漸開線齒輪4.6行星傳動嚙合狀態(tài)檢驗行星齒輪2的數(shù)量及均布條件校核和不鄰接條件校核采用多個行星齒輪能提高傳動機(jī)構(gòu)的負(fù)荷能力，但必須滿足上述準(zhǔn)則3）和準(zhǔn)則條件式 (6)設(shè)行星齒輪的數(shù)量為，根據(jù)準(zhǔn)則3）的要求，必須按下式校核計算，并調(diào)整、和值。 為整數(shù) (7)1避免產(chǎn)生根切。要求選定的變位系數(shù)不小于齒輪不產(chǎn)生根切的最小變位系數(shù)。2）避免齒頂變尖。要求選定的變位系數(shù)不能太大，過大的變位量會導(dǎo)致齒輪的齒頂厚度縮小為零值

17、甚至為負(fù)值，這是不允許的。3）各齒輪的變位系數(shù)值按無側(cè)隙嚙合方程式計算確定。4）繪制嚙合狀態(tài)圖為了檢查設(shè)計計算的正確性，應(yīng)用excel軟件計算漸開線齒廓坐標(biāo)，再應(yīng)用auto cad 平臺繪制齒輪截面圖，并將齒輪截面圖安裝成行星星傳動機(jī)構(gòu)的嚙合狀態(tài)圖。圖2中結(jié)出一種機(jī)構(gòu)的嚙合狀態(tài)圖。在嚙合狀態(tài)圖中齒廓不得相交，也不能存在間隙。 漸開線齒廓的坐標(biāo)計算漸開線方程為：基圓半徑為：在基圓上漸開線的壓力角為0，從基圓開始計算漸開線的直角坐標(biāo)值為計算時，值從0開始，按取定的計算步長，逐次計算出漸開線齒廓的坐標(biāo)值。計算齒輪的主要幾何尺寸（參考機(jī)械原理教材中的計算公式）應(yīng)用auto cad 平臺繪制齒輪截面圖和嚙合狀態(tài)圖。圖11 漸開線齒輪嚙合圖5. 溢流閥分析設(shè)計5.1溢流閥結(jié)構(gòu)及主要元件設(shè)計溢流閥的結(jié)構(gòu)組成見圖12，它由閥體、閥芯、彈簧和調(diào)節(jié)螺釘組成。圖12溢流閥的結(jié)構(gòu)(直動型)5.2溢流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計說明通過一壓縮彈簧控制進(jìn)閥口液體壓力，通過一鋼球自動調(diào)心密封，為使控制壓力可變，通過調(diào)節(jié)螺旋旋入或旋出來改變彈簧的壓縮量。5.3溢流閥彈簧