齒輪泵參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、基于Pro/E外嚙合直齒齒輪泵CB29的參數(shù)化設(shè)計(jì) 一、緒論 1.1 選題的意義齒輪泵是液壓傳動(dòng)機(jī)械中最見(jiàn)的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、尺寸小、重量輕、使用維修方便、效率較高等特點(diǎn)，因此又被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為了一種通用機(jī)械。在實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)中,我們經(jīng)常會(huì)遇到系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作,這些產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上基本相同,但由于使用場(chǎng)合、工況的差別,在結(jié)構(gòu)尺寸上形成了一個(gè)系列。對(duì)于這種設(shè)計(jì)任務(wù),如果我們一一地去設(shè)計(jì)、繪圖和編制工藝流程,所帶來(lái)的重復(fù)工作量將是相當(dāng)龐大的。這樣不僅極大地浪費(fèi)了人力、物力資源,也無(wú)謂地延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想使得這種問(wèn)題得到了很好的解決。Pro/Engineer操

2、作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。參數(shù)化是proe最大的優(yōu)點(diǎn)！修改方便！修改速度快！再生能力強(qiáng)！Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。 1.2 來(lái)源與現(xiàn)狀由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)溥弱,齒輪泵行業(yè)起步較慢，但其發(fā)展速度比較快。由

3、二十余年消化吸收國(guó)外提高前輩技術(shù)以及自主立異。我國(guó)齒輪泵設(shè)備制造行業(yè)有了奔騰發(fā)展。齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動(dòng)來(lái)輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪脫開(kāi)側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠?jī)蓚€(gè)齒輪的嚙合線來(lái)隔開(kāi)的。齒輪泵的排出口的壓力完全取決于泵出處阻力的大小。齒輪油泵由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有效地阻斷上游的壓力脈動(dòng)及流量波動(dòng)。在化工和石油部門的生產(chǎn)中,原料、半成品和成品大多是液體,而將原料制成半成品和成品,需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝過(guò)程,泵在這些過(guò)

4、程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反應(yīng)的壓力流量的作用,此外,在很多裝置中還用泵來(lái)調(diào)節(jié)溫度。在船舶制造工業(yè)中,每艘遠(yuǎn)洋輪上所用的泵一般在百臺(tái)以上,其類型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床中的潤(rùn)滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿,以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等,都需要有大量的泵。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,泵是主要的排灌機(jī)械。我國(guó)農(nóng)村幅原廣闊,每年農(nóng)村都需要大量的泵,一般來(lái)說(shuō)農(nóng)用泵占泵總產(chǎn)量一半以上。在礦業(yè)和冶金工業(yè)中,泵也是使用最多的設(shè)備。礦井需要用泵排水,在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中,需用泵來(lái)供水洗等。在電力部門,核電站需要核主泵、二級(jí)泵、三級(jí)泵、熱電廠需要大量的鍋爐

5、給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。在國(guó)防建設(shè)中,飛機(jī)襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動(dòng)、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體,有的還要求泵無(wú)任何泄漏等.?？傊?無(wú)論是飛機(jī)、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車、船舶,或者是日常的生活,到處都需要用泵,到處都有泵在運(yùn)行。正是這樣,所以把泵列為通用機(jī)械,它是機(jī)械工業(yè)中的一類重要產(chǎn)品。二、 主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)任務(wù)要求，此型齒輪油泵的主要技術(shù)參數(shù)確定為：理論排量：29ml/r額定壓力：2.5MPa額定轉(zhuǎn)速:1450r/min容積效率:90% 三.齒輪的設(shè)計(jì)53.1 齒輪參數(shù)的確定及幾何要素的計(jì)算由于本設(shè)計(jì)所給的工作介質(zhì)的粘度為1

6、31，由表一進(jìn)行插補(bǔ)可得此設(shè)計(jì)最大節(jié)圓線速度為3.19。節(jié)圓線速度V：式中：D節(jié)圓直徑（mm）； n轉(zhuǎn)速。 表3.1 齒輪泵節(jié)圓極限速度和油的粘度關(guān)系液體粘度124576152300520760線速度543.732.21.61.25流量與排量關(guān)系式為：式中：流量；理論排量（ml/r）。3.2 齒數(shù)Z的確定應(yīng)根據(jù)液壓泵的設(shè)計(jì)要求從流量、壓力脈動(dòng)、機(jī)械效率等各方面綜合考慮。從泵的流量方面來(lái)看，在齒輪分度圓不變的情況下，齒數(shù)越少，模數(shù)越大，泵的流量就越大。從泵的性能看，齒數(shù)減少后，對(duì)改善困油及提高機(jī)械效率有利，但使泵的流量及壓力脈動(dòng)增加。目前齒輪泵的齒數(shù)Z一般為6-19。對(duì)于低壓齒輪泵，由于應(yīng)用在機(jī)

7、床方面較多，要求流量脈動(dòng)小，因此低壓齒輪泵齒數(shù)Z一般為13-19。齒數(shù)14-17的低壓齒輪泵，由于根切較小，一般不進(jìn)行修正。3.3 確定齒寬齒輪泵的流量與齒寬成正比。增加齒寬可以相應(yīng)地增加流量。而齒輪與泵體及蓋板間的摩擦損失及容積損失的總和與齒寬并不成比例地增加，因此，齒寬較大時(shí)，液壓泵的總效率較高。一般來(lái)說(shuō)，齒寬與齒頂圓尺寸之比的選取范圍為0.20.8，即：式中：Da齒頂圓尺寸（mm）。3.4 確定齒輪模數(shù)對(duì)于低壓齒輪泵來(lái)說(shuō)，確定模數(shù)主要不是從強(qiáng)度方面著眼，而是從泵的流量、壓力脈動(dòng)、噪聲以及結(jié)構(gòu)尺寸大小等方面。通過(guò)取滿足以上條件的不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行分析、比較:表3.4齒輪泵各參

8、數(shù)關(guān)系qZmB最大轉(zhuǎn)速 n2912340.1692.2913337.1562.166982914334.1450.2915332.1353.2916330.1269.2917328.1194.2918326.1128.2912422.1269.2913420.1171.2914419.1087.2915418.1015.2916417.951.2917416.895.2918415.846.通過(guò)對(duì)不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行方案分析、比較結(jié)果，確定此型齒輪油泵的齒輪參數(shù)如下：模數(shù)齒數(shù)齒寬因?yàn)辇X輪的齒數(shù)為18，不會(huì)發(fā)生根切現(xiàn)象，所以在這里不考慮修正，以下關(guān)于齒輪參數(shù)的計(jì)算均按標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)經(jīng)行

9、。3.5 齒輪各參數(shù)的計(jì)算 理論中心距 實(shí)際中心距 齒頂圓直徑 基圓直徑 基圓節(jié)距 齒側(cè)間隙 嚙合角 齒頂高 齒根高 全齒高 齒根圓直徑 徑向間隙 齒頂壓力角 分度圓弧齒厚 齒厚s 齒輪嚙合的重疊系數(shù) 公法線跨齒數(shù)6 公法線長(zhǎng)度（此處按側(cè)隙 計(jì)算） 油泵輸入功率 式中：N - 驅(qū)動(dòng)功率 (kw)p -工作壓力 (MPa)q - 理論排量 (mL/r)n - 轉(zhuǎn)速 (r/min)四.齒輪校核6此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火4.1 系數(shù)的確定使用系數(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：表4.1使用系數(shù)原動(dòng)機(jī)工作特性工作機(jī)工作特性均勻平穩(wěn)輕微振動(dòng)中等振動(dòng)

10、強(qiáng)烈振動(dòng)均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微振動(dòng)1.101.351.601.85中等振動(dòng)1.251.501.752.0強(qiáng)烈振動(dòng)1.501.752.02.25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。4.2 齒輪精度的確定齒輪精度此處取7表4.2 各種機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍機(jī)器名稱精度等級(jí)機(jī)器名稱精度等級(jí)汽輪機(jī)3 6拖拉機(jī)6 10金屬切削機(jī)床3 8通用減速器6 9航空發(fā)動(dòng)機(jī)4 8鍛壓機(jī)床6 9輕型汽車5 8起重機(jī)7 10載重汽車7 9農(nóng)業(yè)機(jī)械8 114.3 動(dòng)載系數(shù)6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)載荷或沖擊造成的影響。動(dòng)載系數(shù)

11、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。4.4齒向載荷分布系數(shù)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1.185。4.5齒間載荷分配系數(shù)6一對(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(wèn)題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取=14.6 彈性系數(shù)彈性系數(shù) 單位，數(shù)值列表見(jiàn)表3 表4.6.1 彈性模量6齒輪材料彈性模量配對(duì)齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料7850鍛鋼162.0181.4188.9189.8鑄鋼1

12、61.4180.5188球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。圖4.6.2彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)4.7 載荷系數(shù)選取載荷系數(shù)4.8 齒寬系數(shù)的選擇4.9 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核對(duì)一般的齒輪傳動(dòng)，因絕對(duì)尺寸,齒面粗糙度，圓周速度及潤(rùn)滑等對(duì)實(shí)際所用齒輪的疲勞極限影響不大，通常不予以考慮，故只需考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)疲勞極限的影響即可。齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算 S疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)解除疲勞強(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 。但對(duì)于彎曲疲勞強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，如果一旦發(fā)生斷齒，就會(huì)

13、引起嚴(yán)重事故，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取 。壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)查圖1。循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位是r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；為齒輪的工作壽命（單位為h），則齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算： 設(shè)齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù) 由機(jī)設(shè)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為0.1，安全系數(shù)S=1 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度 齒數(shù)比64.10齒根彎曲強(qiáng)度校核 由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)

14、算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)則： 載荷系數(shù) 查取齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度所以，所選齒輪參數(shù)符合要求。五.泵體的校核泵體材料 泵體材料選擇球墨鑄鐵（QT600-02）。由機(jī)械手冊(cè)查得其屈服應(yīng)力為MPa。因?yàn)殍T鐵是脆性材料，因此其許用拉伸應(yīng)力的值應(yīng)該取為屈服極限應(yīng)力即的值應(yīng)為MPa泵體的強(qiáng)度計(jì)算可按厚薄壁圓筒粗略計(jì)算拉伸應(yīng)力計(jì)算公式為式中：泵體的外半徑（mm）；齒頂圓半徑（mm）；泵體的試驗(yàn)壓力（MPa）。一般取試驗(yàn)壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍。即 =2p=2x2.5=5MPa因?yàn)榇刖唧w數(shù)據(jù)，得考慮加工設(shè)計(jì)等其他因素，所以泵體的外半徑取為。六.軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度

15、計(jì)算一般可以分為三種：1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；2.按彎矩合成剛度計(jì)算；3.精確強(qiáng)度校核計(jì)算。根據(jù)任務(wù)要求我們選擇第一種，此法用于計(jì)算傳遞扭矩，不受或受較小彎矩的軸。材料選用20號(hào)鋼 ，d-軸端直徑，mmT-軸所傳遞的扭矩，N.m P-軸所傳遞的功率，Kwn-軸的工作轉(zhuǎn)速,r/min-最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，Mpa又為，考慮有1個(gè)銷孔，將直徑增大，則：，考慮加工安全等其他因素，則取17。軸的扭轉(zhuǎn)剛度軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核是計(jì)算軸的在工作時(shí)的扭轉(zhuǎn)變形量，是用每米軸長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角度量的。軸的扭轉(zhuǎn)變形要影響機(jī)器的性能和工作精度。軸的扭轉(zhuǎn)角查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-20可知滿足要求。七.連接螺栓的選擇與校核螺栓選用 材料

16、：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力對(duì)于普通螺栓連接在擰緊時(shí)雖是同時(shí)受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，單在計(jì)算時(shí)，只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。 F螺栓組拉力P壓力S作用面積R齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為6由于壁厚=12，沉頭螺釘下沉4mm ,則取螺紋規(guī)格d=M6,公稱長(zhǎng)度L=25,性能等級(jí)為6.8級(jí)，表面氧化的外六角圓柱螺釘。下面對(duì)它進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉伸強(qiáng)度條件為F工作拉力，N;d螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa；由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P87 表5-8可知：性能等級(jí)為8.8級(jí)的螺釘?shù)目估瓘?qiáng)度極限滿足條件，螺釘可用。八.銷的強(qiáng)

17、度校核軸上最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力=，而銷釘選用的材料為45號(hào)鋼,許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力=80,而，所以銷釘滿足條件。九.齒輪泵進(jìn)出口大小確定齒輪泵的進(jìn)出口流速計(jì)算公式： 式中：Q泵的流量（L/min）; q泵的排量（ml/r）; n泵的轉(zhuǎn)速（r/min）; S進(jìn)油口油的面積（）因?yàn)辇X輪泵的進(jìn)油口流速一般推薦為24m/s這里選進(jìn)油口流速為2.6034m/s,出油口流速為2.6034m/s利用上一個(gè)公式算得進(jìn)油口面積出油口面積由得進(jìn)油口半徑參 考 文 獻(xiàn)1 濮良貴、紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）北京：高等教育出版社，20062 龔溎義、羅圣國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二版）北京：高等教育出版社，19903 吳宗澤、羅圣國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）北京：高等教育出版社，19994 陳鐵鳴新編機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)北京：高等教育出版社，20035 聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社6 徐錦康主