大流量內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計

1、四川省宜賓普什驅(qū)動有限責(zé)任公司大流量內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計2012年6 月1摘 要內(nèi)嚙合齒輪泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、對油液污染不敏感、噪音低、流量壓力脈動小、壽命長等特點(diǎn)，在一些場合具有不可替代的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。但目前國產(chǎn)的內(nèi)嚙合齒輪泵排量小，限制了內(nèi)嚙合齒輪泵的適用范圍。本課題以大流量內(nèi)嚙合齒輪泵為設(shè)計目標(biāo)。漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的排量主要由一對嚙合的齒輪副決定。首先完成一對內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計，不僅要保證齒輪副正確傳動，還要考慮齒輪副的各種干涉以及強(qiáng)度要求。接著順序完成月牙板、浮動側(cè)板、泵體、前后泵蓋及連接法蘭的設(shè)計。浮動側(cè)板能夠軸向移動，浮動側(cè)板上背壓室的大小、進(jìn)出油孔的位置及孔徑是設(shè)計的重點(diǎn)。

2、設(shè)計完成的內(nèi)嚙合齒輪泵流量達(dá)到350L/min，額定工作壓力3.5MPa，具有軸向間隙自動補(bǔ)償，提高了泵的容積效率。關(guān)鍵字：漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵，設(shè)計，內(nèi)嚙合齒輪副，浮動側(cè)板AbstractInternal gear pumps have significant advantages over other types of pumps, such as, compact structure, less sensitive to contaminants, little flow pulsation, low noise level and long durability. Internal ge

3、ar pumps have a bright prospect. However the displacement of domestic internal gear pumps is small, which makes its use limited.This research aims to design a internal gear pump in large displacement. The displacement of involute internal gear pumps is determined by internal gear. During the designi

4、ng of internal gear ,we not only should make gears run right, but also take the interference and strength into account. Then a crescent, floating plate, Pump case, pump cover and connecting flange are designed. It is important to make the area of back pressure chamber, the position and diameter of o

5、ilholes right for floating plate, which can move in the axial direction. This pump capacity is 350L/min, which can work in the pressure of 3.5MPa and have axial clearance self-compensation.Keywords: involute internal gear pump, design, internal gear, floating plate目 錄摘 要IAbstractII目 錄21緒論21.1 液壓泵概述2

6、1.2齒輪泵的分類21.2.1 按齒輪的嚙合形式分類21.2.2 按齒形曲線分類21.2.3 按齒面形式分類21.2.4 按嚙合齒輪的個數(shù)分類21.2.5按級數(shù)分類21.3 齒輪泵的研究現(xiàn)狀21.4 齒輪泵的發(fā)展趨勢21.5 本課題的研究內(nèi)容和方法22 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理22.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的分類22.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理22.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的性能特點(diǎn)23 內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計23.1 內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計23.1.1內(nèi)嚙合齒輪副正確嚙合及連續(xù)傳動條件23.1.2內(nèi)嚙合齒輪副的參數(shù)選擇及計算2本章小結(jié)23.2 月牙板的設(shè)計23.3 浮動側(cè)板的設(shè)計23.3.1浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)分析23.3

7、.2進(jìn)出油孔的位置及大小23.4 泵體的設(shè)計23.5 前泵蓋、后泵蓋的設(shè)計23.6 連接法蘭的設(shè)計24 總結(jié)2致謝2參考文獻(xiàn)21 緒論1.1 液壓泵概述液壓技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的一個重要方面，在各種工業(yè)設(shè)備、行走機(jī)械以及船舶、航空航天上都得到了廣泛應(yīng)用。液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，它將動力機(jī)械（如電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）傳輸?shù)臋C(jī)械能轉(zhuǎn)換成流動液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)提供工作所需的具有一定壓力和流量的液體，從而驅(qū)動系統(tǒng)中的液壓執(zhí)行裝置，完成各項(xiàng)輸出的動作。根據(jù)工作腔的容積變化而進(jìn)行吸油和排油是液壓泵的共同特點(diǎn)，因此這種泵也稱為容積泵。液壓泵工作的基本條件是1:（1）必須具備一個或若干個密封油

8、腔，且密封油腔的容積應(yīng)能不斷變化。液壓泵的吸、壓油過程就是靠密封容積的不斷變化而實(shí)現(xiàn)的。密封容積的大小、數(shù)量和變化率決定了液壓泵的輸油量。（2）油箱必須與大氣相通，這是自吸式液壓泵的吸油條件。（3）油壓決定于外界負(fù)載，這是油壓形成的條件。（4）必須使泵在吸油時吸油腔與油箱相通時，而與壓油腔不通；在壓油時壓油腔與壓油管道相通時，而與吸油腔不通。（5）吸油口與排油口不能溝通。液壓泵的型式非常多，常用的類型主要可以分為:齒輪式、葉片式、螺桿式、軸向柱塞式、徑向柱塞式等五類。液壓泵的具體分類情況見圖1.1。從世界各國以及我國的實(shí)際應(yīng)用而言，齒輪泵、葉片泵、柱塞泵呈三足鼎立之勢，近年來其發(fā)展應(yīng)用趨勢并無

9、明顯的變化。但從技術(shù)發(fā)展及市場占有量的變化趨勢看，有利于通軸柱塞泵的發(fā)展，從回路組合與節(jié)能方面看，這方面會進(jìn)一步加強(qiáng)；斜軸泵有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，壓力高、壽命長，但是通軸柱塞泵在結(jié)構(gòu)上有困難，體積偏大，不便回路組合，因此應(yīng)用有減少趨勢。齒輪泵由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕、外形尺寸小、自吸性好、對油液不敏感、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)圖1.1 液壓泵的分類量居絕對優(yōu)勢。圖1.2所示為我國2000年的三大類泵的產(chǎn)量占有比例情況，其中齒輪泵占78.2%。葉片泵由于壓力級的提高、噪聲低的優(yōu)勢明顯，一直具有不可替代的地位。但隨著電液傳動領(lǐng)域中的競爭激烈，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，特別是低功率的領(lǐng)域中電傳動的進(jìn)入，葉片泵的產(chǎn)量

10、有輕微下降趨勢2。圖1.2 三大泵的產(chǎn)量占有比泵的應(yīng)用范圍特別廣，從上天的飛機(jī)，到入地的鉆井、采礦；從陸地上的火車、坦克，到海上的輪船、潛艇；不論是重工業(yè)，還是輕工業(yè)；不論是尖端科技，還是日常生活，到處都需要泵，到處都可以看到泵在運(yùn)行。因?yàn)楸玫膽?yīng)用范圍廣泛而被列為通用機(jī)械。它是機(jī)械工業(yè)中的一類重要產(chǎn)品，是發(fā)展現(xiàn)代化工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)不可少的機(jī)械設(shè)備之一3。三大泵的應(yīng)用現(xiàn)狀見表1.14。表 1.1 三大泵的應(yīng)用現(xiàn)狀1.2 齒輪泵的分類1.2.1 按齒輪的嚙合形式分類（1）外嚙合齒輪泵 外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、制造維護(hù)簡單、價格低廉、工作可靠、自吸能力強(qiáng)、

11、對油液污染不敏感等。它的不足是齒輪承受不平衡的徑向液壓力，軸承磨損嚴(yán)重，泄漏量大。工作壓力的提高受到徑向液壓力和容積效率的限制；流量脈動大，噪聲高。（2）內(nèi)嚙合齒輪泵 內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、噪聲小、容易實(shí)現(xiàn)高壓。由于齒輪同向旋轉(zhuǎn)，齒面相對滑動速度小、磨損輕微、使用壽命長、流量脈動遠(yuǎn)比外內(nèi)嚙合泵小，因而噪聲小。內(nèi)嚙合齒輪泵允許使用較高的轉(zhuǎn)速，可獲得較高的容積效率。但是內(nèi)嚙合齒輪泵同樣存在徑向液壓力不平衡的問題，限制了其工作壓力的進(jìn)一步提高。另外，齒輪泵的排量不可調(diào)節(jié)，在一定程度上限制了其適用范圍。1.2.2 按齒形曲線分類在外嚙合齒輪泵中，齒輪的齒形曲線一般都采用漸開線（也有采用

12、圓弧齒形的）。在內(nèi)嚙合齒輪泵中，除了可采用漸開線齒形外，還可采用擺線齒形、圓弧齒形、直線共軛齒形。外嚙合漸開線齒形結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，工作可靠，相對噪聲較葉片泵、柱塞泵大；內(nèi)嚙合漸開線齒形較外嚙合漸開線齒形加工難度大，但噪聲低；內(nèi)嚙合直線共軛齒形、內(nèi)嚙合擺線齒形工藝加工要求高、相對復(fù)雜、成本高1 章宏甲，黃誼，王積偉主編.液壓與氣動傳動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20042 俞云飛.液壓泵的發(fā)展張望.液壓氣動與密封，2002，（91），2-53 Peter StaddonI. Internal gear pumps and their use in industry. Word Pumps,Apr

13、il 1995,40-414 雷天覺.新編液壓工程手冊（上冊）.北京：北京理工大學(xué)出版社，19985 雷天覺.液壓工程手冊（工版）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19896 栗振輝.齒輪泵研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.起重運(yùn)輸機(jī)械，2005（5），11-137 劉臻樹.高壓齒輪泵齒輪彎曲強(qiáng)度計算探討.液壓與氣動，1988(2)8 李尚義.談?wù)匌X輪泵輪齒接觸疲勞強(qiáng)度的計算.機(jī)床與液壓，1988(4)9 許仰曾.21世紀(jì)液壓泵的發(fā)展趨勢.液壓泵，2001(5)，72-7310 胡志強(qiáng).泵技術(shù)發(fā)展趨勢.通用機(jī)械，2003(8)，16-1711 姚培棣.內(nèi)嚙合齒輪泵和NB泵.液壓與氣動，1999(2)，32-3512 張

14、展，朱景梓，秦立高編著.漸開線內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動.北京：國防工業(yè)出版社，199113 鐘方毅，吳昌林，唐增寶主編.機(jī)械設(shè)計（第二版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，200114 李宏偉，高紹站.內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪軸的受力分析.液壓與氣動，2007（5），70-7215 吳軍強(qiáng)，廖敏.內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵小齒輪齒頂與月牙板間的間隙優(yōu)化.機(jī)床與液壓，2011（39），34-3516 朱佳斌.內(nèi)嚙合齒輪泵浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計:碩士學(xué)位論文.保存地點(diǎn):蘭州理工大學(xué),2007.。1.2.3 按齒面形式分類（1）直齒齒輪式；（2）斜齒齒輪式；（3）人字齒齒輪式；（4）圓弧齒面的齒輪式。其中斜齒、人字齒、圓弧齒

15、與直齒相比，嚙合性能好一些，嚙合無聲、無撞擊，壽命長。但由于斜角不能太大，故對流量波動性的改善不很明顯；如果斜角太大，會使吸壓油腔想通，所以應(yīng)用不多。1.2.4 按嚙合齒輪的個數(shù)分類（1）二齒輪式：常用齒輪采用的形式。（2）多齒輪式：多齒輪組成并聯(lián)的多個齒輪泵，能同時向多個執(zhí)行元件供給壓力油；多齒輪也可組成串聯(lián)的多個齒輪泵，以使油液獲得更高的壓力。1.2.5按級數(shù)分類（1）單級齒輪泵；（2）多級齒輪泵：將多個齒輪泵串聯(lián)而成，可使輸出液體的壓力增高。1.3 齒輪泵的研究現(xiàn)狀齒輪泵是一種常用的液壓泵，廣泛地應(yīng)用在各種液壓及機(jī)械上，還可用于輸送潤滑性能的液體，如石油部門輸送燃料油和潤滑油。低壓齒輪泵

16、的工作壓力為2.5MPa；中高壓齒輪泵的工作壓力為1620MPa；某些高壓齒輪泵的工作壓力已達(dá)到33MPa。齒輪泵的最高轉(zhuǎn)速一般可達(dá)3000r/min左右，在個別情況下(如飛機(jī)用齒輪泵)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000r/min。容積效率為0.880.96；總效率為0.780.92。其低速性能較差，一般不適于低速運(yùn)行。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速低于200300r/min時，容積效率將降到不能允許的地步。齒輪泵發(fā)展的標(biāo)志是壓力等級的提高，早期的齒輪泵無論是軸向（齒輪端面方向），還是徑向（齒輪圓周方向），都是固定間隙式的，壓力低于10MPa。近三十年來，經(jīng)過了液壓工作者的努力，如采用軸向、徑向間隙補(bǔ)償?shù)确椒?，齒輪泵的壓力等級

17、明顯提高，己擠入中高壓泵之列，改變了過去人們認(rèn)為齒輪泵只用于低壓系統(tǒng)的看法。齒輪泵的主要缺點(diǎn)是壓力脈動大，高壓下泄漏增加，如能得以克服，那么齒輪泵將既保持其制造容易、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，又可取代部分制造較困難的泵(如柱塞泵)，進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍，這顯然會帶來更大的技術(shù)價值和社會經(jīng)濟(jì)效益。我國齒輪泵發(fā)展?fàn)顩r為：（1）低壓齒輪泵的徑向間隙和軸向間隙為定值，采用間隙密封原理工作，上海機(jī)床廠的BC型泵和無錫液壓件廠的CB-B型泵屬于此類泵。（2）中高壓泵按軸向間隙自動補(bǔ)償分為兩種，一種是浮動軸套型，如長江液壓件廠的CB系列泵和石家莊煤礦機(jī)械廠的YBC系列；另一種是彈性側(cè)板式結(jié)構(gòu)，如榆次液壓件廠的CB-FB

18、型泵。（3）典型的高壓齒輪泵有長江液壓件廠的CB-L型齒輪泵，具有軸向間隙和徑向間隙平衡結(jié)構(gòu)5。濟(jì)南液壓件廠生產(chǎn)的CBZ2系列高壓齒輪泵，采用軸向補(bǔ)償和徑向跟蹤補(bǔ)償，縮小高壓區(qū)，減小徑向力，現(xiàn)已申請了專利。CBZb型系列采用齒輪軸向，徑向浮動補(bǔ)償，減小齒輪泵固有的徑向力，在使用滾動軸承的情況下，達(dá)到了高壓力，現(xiàn)已在中國、美國、日本等國家申請了專利。內(nèi)嚙合齒輪泵目前國內(nèi)主要是上海機(jī)床廠生產(chǎn)的GPA型，引進(jìn)美國VICKERS公司產(chǎn)品，內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用固定月牙板隔開，無間隙補(bǔ)償，排量1.7663ml/r，額定壓力10MPa，轉(zhuǎn)速范圍5003000r/mln。上海航空發(fā)動機(jī)制造廠參照國外QT泵樣機(jī)設(shè)計制造

19、了NB系列直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵。一級齒輪副可承受12.5MPa的壓差。在第二級，泵進(jìn)口壓力12.5MPa，出口壓力25MPa；兩級的壓差都是12.5MPa，合理的布置致使在不增加主軸負(fù)載的同時，提高泵的輸出壓力，保證了泵的使用壽命?，F(xiàn)在航發(fā)廠的NB泵已形成4大系列、3個壓力級別、36種型號的產(chǎn)品型號。寧波華液機(jī)器制造有限公司生產(chǎn)的GPA內(nèi)嚙合齒輪泵其工作壓力也達(dá)到了31.5MPa，最高工作壓力達(dá)33MPa，現(xiàn)已發(fā)展成5大系列，其結(jié)構(gòu)與GPA型類似。世界上各國對齒輪泵的技術(shù)研究在近幾年有了較大的突破，日本Shimazu Seisakusho公司的泵，為使泵的吸油腔與壓油腔有可靠的密封，在端蓋內(nèi)開

20、設(shè)特形槽，并嵌入彈性密封條，使得容積效率提高。捷克研制的泵，從動齒輪裝在滾珠支撐上，以保證與主動輪的自定心，且降低噪聲，減小磨損。德國VOITH公司產(chǎn)品，內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開線齒形，內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用活動月牙板隔開，按出口壓力分為中壓泵21MPa和高壓泵33MPa，其中高壓泵系列其內(nèi)齒環(huán)、齒輪端面都有間隙補(bǔ)償。該泵機(jī)械效率、容積效率都比較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，排量3.5250ml/min，轉(zhuǎn)速范圍4003600r/min。目前，國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的類似產(chǎn)品在壓力等級、容積效率、流量脈動性等方面與國外相比還有一定的差距。國內(nèi)外有關(guān)齒輪泵的研究主要集中在以下幾個方面6：（1）齒輪參數(shù)及泵體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。（2

21、）補(bǔ)償面及齒間油膜的計算機(jī)輔助分析。（3）困油沖擊及卸荷措施。齒輪泵的困油現(xiàn)象對齒輪泵乃至整個液壓系統(tǒng)都產(chǎn)生了很大的危害。困油沖擊與齒輪嚙合的重疊系數(shù)及卸荷是否完全等有很大關(guān)系（包括卸荷槽的位置、形狀及面積等）。（4）齒輪泵噪聲的控制技術(shù)?，F(xiàn)在人們對噪聲的控制越來越重視，而齒輪泵的噪聲大一直是令人困擾的問題。齒輪泵噪聲大的原因是多方面的，但主要是由困油現(xiàn)象、齒形設(shè)計精度以及齒輪泵的自身特點(diǎn)等因素造成的。（5）降低齒輪泵的流量脈動的方法。由于齒輪泵的流量脈動較大，在一些要求較高的液壓系統(tǒng)中，很少采用齒輪泵。關(guān)于降低齒輪泵流量脈動的方法已有很多，如合理選擇齒輪的參數(shù)；采用剖分式齒輪；采用多齒輪等。

22、（6）輪齒表面涂覆技術(shù)及其特點(diǎn)。（7）輪齒彎曲應(yīng)力及接觸疲勞強(qiáng)度的計算。齒輪泵的輪齒彎曲應(yīng)力以及接觸疲勞強(qiáng)度計算與一般齒輪傳動的彎曲應(yīng)力及接觸疲勞強(qiáng)度計算是有區(qū)別的。文獻(xiàn)78對此進(jìn)行了研究。（8）齒輪泵的變量方法研究。齒輪泵的排量不可變也是限制其更廣泛應(yīng)用的一個重要因素。（9）齒輪泵的壽命及其影響因素。（10）齒輪泵高壓化的途徑。提高齒輪泵的工作壓力是齒輪泵的一個重要發(fā)展方向，而提高工作壓力所帶來的問題是:軸承壽命大大縮短；泵泄漏加劇，容積效率下降。產(chǎn)生這兩個問題的根本原因在于齒輪上作用了不平衡的徑向液壓力，且工作壓力越高，徑向液壓力越大。目前國內(nèi)外學(xué)者針對以上兩個問題所進(jìn)行的研究是:對齒輪泵

23、的徑向間隙進(jìn)行補(bǔ)償；減小齒輪泵的徑向液壓力，如優(yōu)化齒輪參數(shù)，縮小排液口尺寸等；提高軸承承載能力，如采用復(fù)合材料滑動軸承代替滾針軸承等。其中復(fù)合齒輪泵在這方面有很大的發(fā)展?jié)摿??？v觀齒輪泵的發(fā)展，可以看出：從齒輪泵的泄漏補(bǔ)償技術(shù)上看，外嚙合齒輪泵的發(fā)展經(jīng)歷了：無補(bǔ)償軸向補(bǔ)償軸向和徑向同時補(bǔ)償?shù)倪^程。從減小徑向力的措施上看，齒輪泵的發(fā)展經(jīng)歷了：擴(kuò)大高壓區(qū)擴(kuò)大低壓區(qū)，并利用徑向浮動補(bǔ)償力達(dá)到受力平衡的過程，因而大大改善了齒輪泵的受力情況，明顯提高了齒輪泵的使用壽命。從壓力等級的發(fā)展來看，齒輪泵的發(fā)展經(jīng)歷了低壓中高壓高壓的過程。1.4 齒輪泵的發(fā)展趨勢近年來，隨著齒輪泵產(chǎn)量的不斷增長，在齒輪泵向高壓化、

24、高可靠性發(fā)展的推動下，我國齒輪泵技術(shù)有了新的發(fā)展和突破。齒輪泵正在向高集成模塊化方向發(fā)展，重視環(huán)保，發(fā)展零泄漏和低噪聲元件，螺紋插裝閥得到廣泛應(yīng)用，油泵噪聲顯著下降，液壓泵變量的信息化、智能化控制己經(jīng)被普遍采用。液壓傳動系統(tǒng)正向著快響應(yīng)、小體積、低噪聲的方向發(fā)展。為了適應(yīng)這種要求，齒輪泵將向以下幾個方向發(fā)展910：（1）高壓化 高壓化是系統(tǒng)所要求的，也是齒輪泵與柱塞泵、葉片泵競爭所必須解決的問題。齒輪泵的高壓化工作已取得較大進(jìn)展，但因受其本身結(jié)構(gòu)的限制，要想進(jìn)一步提高工作壓力是很困難的，必須研制出新結(jié)構(gòu)的齒輪泵。這方面，多齒輪泵將有很大優(yōu)勢，尤其是平衡式復(fù)合齒輪泵。（2）低流量脈動 流量脈動將

25、引起壓力脈動，從而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。降低流量脈動的方法，除了前面所介紹的措施外，采用內(nèi)嚙合齒輪泵及多齒輪泵將是一種趨勢。（3）低噪聲 隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，對齒輪泵的噪聲要求也越來越嚴(yán)格。齒輪泵的噪聲主要由兩部分組成，一部分是齒輪嚙合過程中所產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，另一部分是困油沖擊所產(chǎn)生的液壓噪聲。前者與齒輪的加工和安裝精度有關(guān)，后者則主要取決于泵的卸荷是否徹底。對于外嚙合齒輪泵，要實(shí)現(xiàn)完全卸荷是很困難的，因此進(jìn)一步降低泵的噪聲受到一定的限制。在這方面，內(nèi)嚙合齒輪泵因具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無困油現(xiàn)象、噪聲低等特點(diǎn)，因此今后將會有較大發(fā)展。（4）大排量 對于一些要求快速

26、運(yùn)動的系統(tǒng)來說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量的提高受到很多因素的限制。（5）變排量 齒輪泵的排量不可調(diào)節(jié)，限制了其使用范圍。為了改變齒輪泵的排量，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。有關(guān)齒輪泵變排量方面的專利已有很多，但真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的很少。（6）信息化、智能化控制 由于液壓比例技術(shù)的發(fā)展，在變量控制系統(tǒng)中采用比例或伺服閥，將電子控制和液壓變量控制完美地結(jié)合起來。隨著液壓和電子技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)的壓力、速度、方向都可以采用信息化、智能化控制。1.5 本課題的研究內(nèi)容和方法本課題主要完成一個大流量內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計，詳細(xì)到每一個零部件。目前內(nèi)嚙合齒輪泵有幾種不同的形式，

27、從不同形式泵的性能優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、加工工藝、經(jīng)濟(jì)型等方面考慮，設(shè)計出一個既滿足設(shè)計參數(shù)，又性能良好的內(nèi)嚙合齒輪泵。設(shè)計時從漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的排量開始。內(nèi)嚙合齒輪泵的排量主要由一對嚙合的內(nèi)齒輪副決定，由排量的大小可以計算出一對內(nèi)齒輪副的基本參數(shù)。僅僅滿足排量要求的齒輪副有很多，我們要從齒輪的各種干涉、重合度、強(qiáng)度等方面考慮，選出既符合齒輪副的傳動要求，又滿足齒輪泵排量要求的一對齒輪副。完成齒輪副的設(shè)計后，依次設(shè)計月牙板、浮動側(cè)板、泵體、前后泵蓋、連接法蘭。其中浮動側(cè)板是重點(diǎn)，浮動側(cè)板可以軸向移動，實(shí)現(xiàn)軸向間隙的自動補(bǔ)償。浮動側(cè)板上的背壓室面積要比高壓室斷面面積稍大，一般取1.1倍，才能保

28、證浮動側(cè)板出于過平衡狀態(tài)。進(jìn)出油孔的大小及位置要設(shè)置得當(dāng)，才能實(shí)現(xiàn)各自的功能。設(shè)計時還要考慮強(qiáng)度、密封等問題。2 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理2.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的分類目前，國內(nèi)外市場上的內(nèi)嚙合齒輪泵主要有以下幾種11：（1）GPA泵美國 VICKERS公司產(chǎn)品，上海機(jī)床廠引進(jìn)其技術(shù)消化吸收后已形成大批量生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.1所示。圖 1.1 GPA泵的結(jié)構(gòu)簡圖GPA泵的內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開線齒形，齒數(shù)比13:19。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用固定月牙板隔開，無間隙補(bǔ)償，噪音低?？纱呻p聯(lián)泵使用。排量1.7663.6ml/r，額定壓力10MPa，轉(zhuǎn)速范圍5003000r/min。（2）TCP泵 日本豐興株式會社

29、產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.2所示。圖 2.2 TCP泵的結(jié)構(gòu)簡圖該泵內(nèi)轉(zhuǎn)子為短副等距外擺線，外轉(zhuǎn)子為圓弧曲線，齒數(shù)比為9:11。內(nèi)外齒輪間用固定月牙板隔開，沒有間隙補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪音低。排量5125ml/r，額定壓力17.5MPa，轉(zhuǎn)速范圍6004000r/min。（3）IP泵 德國VOITH公司和日本NACHI不二越公司都有該型號的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.3所示。圖 2.3 IP泵的結(jié)構(gòu)簡圖內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開線齒形，齒數(shù)比13:20。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用活動填隙片隔開。按出口壓力分為低壓泵IPN(12MPa)、中壓泵IPR(21MPa)、高壓泵IPH(32MPa)3個系列。其中IPH高壓泵

30、齒圈外徑、齒圈、齒輪端面都有間隙補(bǔ)償。該泵機(jī)械效率、容積效率都比較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。與同一壓力等級的內(nèi)嚙合齒輪泵相比，該泵造價高，外形體積小，噪音較低。排量3.6125ml/r，轉(zhuǎn)速范圍3004000r/min。（4）QT泵 瑞士Turninger公司產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.4所示。圖 2.4 QT泵的結(jié)構(gòu)簡圖外齒輪齒廓為直線，內(nèi)齒圈齒廓為與直線共扼的曲線，齒數(shù)比13:17。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用固定月牙板隔開，間隙沒有補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)比較簡單，噪音較低。QT泵可由雙極、三級齒輪副串聯(lián)加壓，后者額定壓力可達(dá)30MPa。QT泵也可以串成雙聯(lián)、三聯(lián)泵。按不同的壓力和排量組合成多大1300多種規(guī)格。在有特殊需要的地

31、方可與變頻電機(jī)配套組成變量泵。(5)QX泵 該泵是瑞士Turninger公司在QT泵的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型產(chǎn)品。同QT泵一樣，外齒輪齒廓為直線，內(nèi)齒圈齒廓為直線共軛曲線，結(jié)構(gòu)與QT泵大致相同，齒數(shù)比為10:13。因?yàn)辇X數(shù)比QT泵少，與同樣排量的泵相比，齒輪齒根加寬，使承載能力提高，一級齒輪副即能承受32MPa的壓力。QX泵也可串成雙聯(lián)泵。(6)擺線轉(zhuǎn)子泵 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.5所示。擺線轉(zhuǎn)子泵的外轉(zhuǎn)子在泵體內(nèi)圖2.5 擺線轉(zhuǎn)子泵結(jié)構(gòu)簡圖自由旋轉(zhuǎn)，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合必須有正確的偏心距。偏心距不正確將影響內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合，從而使效率下降，并產(chǎn)生噪聲，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損壞。對于擺線轉(zhuǎn)子泵，吸排油角度范圍大，在

32、高速旋轉(zhuǎn)時，離心力的作用有利于油液在齒谷的充填，不會產(chǎn)生有害的“空穴”現(xiàn)象。擺線轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)速范圍可達(dá)4008000r/min。由于漸開線齒輪的加工工藝已經(jīng)很成熟，制造成本低，本課題采用了漸開線齒形的內(nèi)嚙合齒輪泵。2.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示。后泵蓋2、前泵蓋8、泵體4和前端蓋9用螺釘1緊固在一起?；瑒虞S承10（兩個）裝于泵體4和前泵蓋8的軸承孔內(nèi)，用來支承外齒小齒輪12的軸頸，內(nèi)齒輪6直接用泵體4支承，兩齒輪的兩側(cè)面裝有兩個浮動側(cè)板5。小齒輪和內(nèi)齒環(huán)之間裝有月牙板7，月牙板由兩跟軸固定，這兩根軸穿過浮動側(cè)板，兩端支撐在泵體4和前泵蓋8上。浮動側(cè)板5

33、在背壓室油液的作用下貼在小齒輪和內(nèi)齒環(huán)組成的高壓區(qū)端面，起到了自動補(bǔ)償端面間隙的作用，有利于提高泵的容積效率。當(dāng)小齒輪12按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，帶動內(nèi)齒輪6在泵體內(nèi)同向旋轉(zhuǎn)，即小齒輪與內(nèi)齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)。小齒輪的齒頂與內(nèi)齒輪輪齒之間的間隙有效容積逐圖2.6 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡圖1-螺釘 2-后泵蓋 3-O形密封圈 4-泵體 5-浮動側(cè)板 6-內(nèi)齒輪 7-月牙板 8-前泵蓋 9-前端蓋 10-滑動軸承 11-內(nèi)包骨架旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 12-小齒輪軸 13-鍵漸變大，即齒間容積逐漸變大，形成真空狀態(tài)，油液在大氣壓力作用下進(jìn)在吸油腔a，從而進(jìn)入吸油狀態(tài)，并將油液填滿泵的小齒輪與內(nèi)齒輪間的低壓腔a

34、；這時，因?yàn)樾↓X輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，小齒輪與內(nèi)齒輪進(jìn)入嚙合的區(qū)域是由小齒輪內(nèi)齒輪的嚙合最淺處的位置上逐漸向相反的位置滑動，即小齒輪的齒頂與內(nèi)齒輪輪齒間的間隙由大逐漸變小，即齒間容積逐漸縮小，形成擠壓狀態(tài)，將油液排入泵的壓油腔b，并從內(nèi)齒輪6中沿著圓周布置的多個徑向小孔排擠出去，從而進(jìn)入排油狀態(tài)。隨著小齒輪的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，齒輪泵泵將重復(fù)上述的吸油、排油過程。2.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的性能特點(diǎn)內(nèi)嚙合齒輪泵作為齒輪泵的重要組成部分，在實(shí)際當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它具有以下性能特點(diǎn):（1）流量、壓力的脈動小。其流量脈動系數(shù)在2%5%之間，而外內(nèi)嚙合齒輪泵的流量和壓力脈動是很嚴(yán)重的。（2）噪聲低。由于采用了滑動軸承；無困

35、油現(xiàn)象；吸油腔的進(jìn)口面積大，吸油充分，不會引起氣蝕現(xiàn)象；流量、壓力脈動小，所以噪聲只有5060dB，而外內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲一般有7080dB。（3）由于小齒輪和內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)向相同，齒間相對滑動速度小，輪齒接觸應(yīng)力小，磨損小，因而壽命長。3 內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計3.1 內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計漸開線內(nèi)嚙合齒輪副是內(nèi)嚙合齒輪中的核心部件，其參數(shù)如何及性能好壞直接決定了內(nèi)嚙合齒輪泵性能的優(yōu)劣。泵運(yùn)行時，就是依靠齒的嚙合引起容積的變化從而完成吸油、排油的過程。同時，這對齒輪副也是內(nèi)嚙合齒輪泵的主要摩擦副之一。3.1.1內(nèi)嚙合齒輪副正確嚙合及連續(xù)傳動條件一對漸開線內(nèi)嚙合齒輪副要正確嚙合并連續(xù)傳動，須滿足一下條件1

36、2：1.正確嚙合條件：內(nèi)嚙合傳動時正確嚙合條件和外嚙合時相同，要求兩齒輪的基圓齒距相等，即（3.1）式中，、分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的模數(shù)，、分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的分度圓壓力角。2.連續(xù)傳動條件連續(xù)傳動條件，應(yīng)使重合度>1，即（3.2）式中，為嚙合角，、分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂壓力角，其計算公式分別為：（3.3），（3.4），式中，、分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的基圓半徑，、分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂圓半徑。3.為了保證在齒頂高范圍內(nèi)的齒廓曲線全部為漸開線，內(nèi)齒輪的齒頂圓必須大于基圓。否則，由于基圓內(nèi)沒有漸開線，將造成齒頂部分有一段非漸開線齒廓，這就不能保證正確嚙合傳動。為此應(yīng)使（3.5）對于標(biāo)準(zhǔn)

37、內(nèi)齒輪，壓力角，齒頂高系數(shù)，代入上式后得內(nèi)齒輪34。由此可知，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪時，其齒數(shù)不得小于34. 4.要保證內(nèi)齒輪能正確內(nèi)嚙合，除了要求基圓齒距彼此相等。重合度大于1外，小齒輪的基圓和內(nèi)齒輪的基圓必須相交。只有這樣才能做出嚙合線，保證嚙合角。即保證如下關(guān)系（3.6）式中，分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。3.1.2內(nèi)嚙合齒輪副的參數(shù)選擇及計算內(nèi)嚙合齒輪泵的流量公式為 （3.7）式中，為泵的轉(zhuǎn)速，b為齒寬，為容積效率。取=1500r/min，齒寬系數(shù)=0.6，即b=0.6m，容積效率=0.9。從公式中知，內(nèi)嚙合齒輪泵的排量與齒輪的模數(shù)、齒數(shù)有關(guān)。齒輪的模數(shù)只能從一系列標(biāo)注值中選取，而齒數(shù)必須

38、是整數(shù)。因此，采用列舉法，在matlab中編碼計算出符合條件的模數(shù)、齒數(shù)。Matlab代碼如下：p=137541.3;for m=1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 for z1=3:100 for z2=(z1+1):100 L=z1*m3*(2*z1+0.274*(1-z1/z2); if p*0.9<L&&L<p*1.1&&z2/z1>=1.5&&z2/z1<=10&&z2>=20 %篩選依據(jù) dlmwrite('D:符合

39、條件的參數(shù).txt',m z1 z2 L,'-append','newline','pc'); end end endend%篩選依據(jù)：1.排量的變動范圍；2.內(nèi)嚙合直齒輪傳動的齒數(shù)比一般范圍：1.510；3.機(jī)械設(shè)計手冊表14-1-16，z2>=20;運(yùn)行上述代碼，得到一系列滿足條件的模數(shù)、齒數(shù)。為了使減小泵的尺寸，選取了模數(shù)較大的一組數(shù)據(jù)：m=5, =23, =35其中分度圓壓力角，齒頂高系數(shù)=1，頂隙系數(shù)=0.25，變位系數(shù)。 齒輪基本參數(shù)的計算嚙合角由于內(nèi)小齒輪的變位系數(shù)相同，所以嚙合角等于分度圓壓力角，即實(shí)際中心距由于內(nèi)外

40、齒輪的變位系數(shù)相同，故實(shí)際中心距等于理論中心距，即 =30mm （3.8）中心距變動系數(shù)實(shí)際中心距與理論中心距相等，所以中心距變動系數(shù)y=0。變位系數(shù)和齒輪加工方法的選擇內(nèi)齒輪：碗形直齒插齒刀（GR73-60），插齒刀的參數(shù)如下：=100，=5，=20，=0.105，=114.05，=1.3，=29小齒輪：滾刀加工插內(nèi)齒輪時的嚙合角 （3.9）把相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上式得 =插內(nèi)齒輪時的中心距=39.61mm （3.10）分度圓直徑小齒輪分度圓直徑=115mm （3.11）內(nèi)齒輪分度圓直徑=175mm齒根圓直徑小齒輪的齒根圓直徑=108.5mm （3.12）內(nèi)齒輪的齒根圓直徑=193.27mm （3.

41、13）齒頂圓直徑小齒輪的齒頂圓直徑=130.77mm （3.14）內(nèi)齒輪的齒頂圓直徑=171mm （3.15）齒頂壓力角小齒輪的齒頂壓力角= （3.16）內(nèi)齒輪的齒頂壓力角=插齒刀的齒頂壓力角=齒輪寬度齒寬b=69mm，元整后去b=70mm。內(nèi)齒輪輪緣厚度及輪緣直徑當(dāng)輪緣厚度為8/p英寸（p為內(nèi)齒輪的齒距）時，可滿足齒輪的強(qiáng)度要求，及輪緣厚度為?？紤]到輪緣上還要加工油孔，輪緣厚度取20mm。輪緣直徑=（+40）mm=233.27mm齒輪的校核校驗(yàn)重合度為使齒輪連續(xù)平穩(wěn)地傳動，必須保證重合度大于1。校驗(yàn)插內(nèi)齒輪時，是否使內(nèi)齒輪產(chǎn)生齒頂干涉頂切現(xiàn)象這種頂切現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是：當(dāng)內(nèi)齒輪的齒頂圓與嚙合線的交

42、點(diǎn)低于插齒刀基圓與嚙合線的切點(diǎn)時，產(chǎn)生干涉頂切現(xiàn)象。為避免這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)保證： （3.17）將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上式知，能夠滿足。所以，不會產(chǎn)生這種干涉頂切現(xiàn)象。校驗(yàn)插內(nèi)齒輪時，是否產(chǎn)生徑向切入頂切加工內(nèi)齒輪時，插齒刀逐漸切入毛坯，在切入進(jìn)給的同時，插齒刀與齒輪有范成運(yùn)動。當(dāng)內(nèi)齒輪和插齒刀的齒數(shù)差太小時，在切入進(jìn)給的過程中便有可能產(chǎn)生切入頂切現(xiàn)象。查查文獻(xiàn)12中表3-3中對應(yīng)于及的，若大于對應(yīng)的，即不會產(chǎn)生徑向切入頂切。查表得，=29，而=35，大于29，故不會產(chǎn)生徑向切入頂切。校驗(yàn)過渡曲線干涉當(dāng)小齒輪的齒頂與內(nèi)齒輪的齒根過渡曲線部分接觸，或者內(nèi)齒輪的齒頂與小齒輪的過渡曲線部分接觸，便產(chǎn)生過渡曲

43、線干涉。內(nèi)齒輪嚙合的情況與小齒輪相似，內(nèi)齒輪的齒廓同樣有一段非漸開線部分，因此，在嚙合時也應(yīng)避免產(chǎn)生過渡曲線干涉現(xiàn)象。避免內(nèi)齒輪齒根干涉條件 （3.18）代入數(shù)據(jù)得=20=26顯然，滿足條件，所以內(nèi)齒輪不會產(chǎn)生過渡曲線干涉避免小齒輪齒根干涉條件 （3.19）代入數(shù)據(jù)得=59=56顯然，滿足條件，所以小齒輪不會產(chǎn)生過渡曲線干涉校驗(yàn)齒廓重疊干涉一對內(nèi)嚙合齒輪傳動中，如果齒數(shù)差較小時，可能產(chǎn)生不在嚙合區(qū)域的齒廓發(fā)生相互重疊的現(xiàn)象，即嚙合終了的小齒輪齒頂在退出內(nèi)齒輪齒槽時，與內(nèi)齒輪齒頂發(fā)生重疊干涉，稱為齒廓重疊干涉。用插齒刀加工內(nèi)齒輪時，若出現(xiàn)這種干涉，內(nèi)齒輪將產(chǎn)生頂切現(xiàn)象（即切入頂切現(xiàn)象）。對于的高

44、度變位齒輪和正變位齒輪，如果可不必校驗(yàn)齒廓重疊干涉。當(dāng)=35時，=9，=12，滿足上述條件。所以，不會產(chǎn)生齒廓重疊干涉。校驗(yàn)小齒輪齒頂厚度小齒輪齒頂厚度=3.4mm=0.58m （3.20）應(yīng)大于0.25m（正火調(diào)質(zhì)鋼）或大于0.4m（淬火鋼）。小齒輪的厚度顯然滿足這個要求。齒面接觸強(qiáng)度校核直齒圓柱齒輪的齒面接觸強(qiáng)度條件為13 （3.21）式中，為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，考慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對接觸應(yīng)力的影響，其值取2.5；為材料系數(shù)，其值取189.9；為重合度系數(shù)，是用以考慮因重合度增加，接觸線長度增加，接觸應(yīng)力降低的系數(shù)，其值取0.9；為載荷系數(shù)，其值取1.3；為小齒輪的轉(zhuǎn)矩，等于127.78N.m；齒數(shù)

45、比等于35/23；齒寬b等于70mm；小齒輪分度圓直徑等于115mm；為許用接觸疲勞應(yīng)力，取1363.6MPa。將上述數(shù)據(jù)代入公式（3.21）中得齒面接觸強(qiáng)度= 550.67MPa，小于許用接觸疲勞應(yīng)力。所以，小齒輪和內(nèi)齒輪的齒面接觸強(qiáng)度滿足要求。輪齒彎曲強(qiáng)度校核直齒圓柱齒輪的輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度條件為13 （3.22）式中，為載荷系數(shù)，取1.3；為小齒輪的轉(zhuǎn)矩，等于 127780N.mm；為齒寬系數(shù)，取0.6；為小齒輪齒數(shù)，等于23；m為模數(shù)，等于5mm；為載荷作用于齒頂時的齒形系數(shù)，其值取2.2；為應(yīng)力修正系數(shù)，其值取1.8；為重合度系數(shù)，其值取0.7；為許用彎曲疲勞應(yīng)力，等于613.3MPa

46、；將以上數(shù)據(jù)代入式（3.22）中得，輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度=123.2MPa，小于許用彎曲疲勞應(yīng)力。所以，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。軸的強(qiáng)度校核1）選擇軸的材料選擇軸的材料20CrMnTi，經(jīng)淬火處理，其機(jī)械性能查表得：=1010MPa，=850MPa，=525MPa，=300MPa，=90MPa。2）初步計算軸徑 選C=100，=25.2mm （3.23）考慮到軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，將其軸徑增加4%5%，故取軸最小直徑為30mm。3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖（3.2），軸的支撐形式見圖（2.6）。4）按彎扭合成校核（1）畫受力簡圖如圖（3.1）所示。（2）軸上受力分析作用在齒輪軸上的力有徑向力和

47、圓周力。徑向力是由沿齒輪圓周液體壓力產(chǎn)生的徑向力和由齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力所組成14。文獻(xiàn)14中給出了最大徑向力的近似公式 （3.24）式中，為最大徑向力系數(shù)，取1.058，B為齒寬。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：=127779N.mm （3.25）齒輪的圓周力：=2222.3N （3.26）齒輪的徑向力：=30992.5N （3.27）（3）作用在軸上的支反力水平面內(nèi)支反力=1149.5N，=1072.8N垂直面內(nèi)支反力=16030.6N，=14961.9N（4）計算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖如圖（3.1）所示。（5）轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化計算，取=0.6，則T=76667.4N.mm按計算，并畫當(dāng)量彎矩圖。圖3.

48、1 齒輪軸的受力分析（6）校核軸的強(qiáng)度由前述計算可知，當(dāng)量彎矩最大的地方在齒輪軸向中心面上。考慮該軸是一個齒輪軸，校核齒輪的右端面（靠近支撐點(diǎn)B的面），此處的當(dāng)量彎矩為=539776N.mm （3.28）又抗彎截面系數(shù)=6.28，所以彎扭合成強(qiáng)度為=85.9MPa （3.29）顯然，<，故安全。本章小結(jié)本章完成了一對內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計，該內(nèi)嚙合齒輪副既滿足泵的排量要求，又滿足齒輪的傳動要求。設(shè)計出的齒輪副的參數(shù)如下：m=5, =23,=35其中分度圓壓力角，齒頂高系數(shù)=1，頂隙系數(shù)=0.25，變位系數(shù)。內(nèi)齒環(huán)的材料選取40Cr，小齒輪的材料選取20CrMnTi，這兩種合金鋼均有很高的強(qiáng)度

49、、韌性，經(jīng)熱處理后有很高的硬度和耐磨性。小齒輪及軸的結(jié)構(gòu)圖、內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖3.2 小齒輪及軸的結(jié)構(gòu)圖圖3.3 內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)圖3.2 月牙板的設(shè)計月牙板位于兩齒輪之間，同齒輪的嚙合線一起把兩齒輪與側(cè)板圍成的密封腔分成兩部分，即吸油腔和壓油腔。吸油腔和壓油腔的隔開是構(gòu)成容積式泵的必要條件之一。齒輪齒頂與月牙板之間的間隙，是內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)泄漏的主要途徑之一。月牙板有固定式和活動式兩種。固定式月牙板結(jié)構(gòu)簡單，但與齒輪齒頂之間的間隙不會變化?；顒邮皆卵腊褰Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，與齒輪齒頂之間的間隙可以變化，能夠?qū)崿F(xiàn)徑向間隙的自動補(bǔ)償。這里采用的是固定式月牙板，有兩根軸通過月牙板將其固定在泵體和前泵蓋上。設(shè)

50、計固定式月牙板，主要考慮月牙板與齒頂之間的縫隙大小如何取舍。合適大小的縫隙既能保證良好的密封，又能最大程度減小功率損失。從減小功率損失的角度出發(fā)，利用最優(yōu)化設(shè)計理論、徑向間隙泄漏理論和縫隙流量理論對內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵小齒輪齒頂與月牙板間的間隙進(jìn)行優(yōu)化研究，推導(dǎo)出間隙優(yōu)化模型，并求出最佳間隙解15 （3.30）式中，為小齒輪齒數(shù)，為為小齒輪齒頂厚，為小齒輪齒頂圓半徑，為液體的動力粘度，為小齒輪轉(zhuǎn)動角速度，為齒輪泵吸、壓油腔壓差。這里以46號液壓油作為設(shè)計參考計算間隙大小。將=23，=3.4mm，=65.885mm，=0.04Pa.s，=157.1rad/s,=3.5MPa代入上式得=0.136m

51、m。所以，小齒輪齒頂與月牙板間隙取0.15mm，內(nèi)齒輪齒頂與月牙板間隙取0.2mm。根據(jù)月牙板的使用環(huán)境，要求它具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，并且具有一定的熱疲勞抗力?；诖?，對月牙板的材料選用合金鋼5CrNiMo。5CrNiMo具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性及良好的淬透性；它在室溫時和500600時的力學(xué)性能幾乎完全相同；經(jīng)高頻淬火后再回火，其表面的硬度、耐磨性進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，材料5CrNiMo完全能達(dá)到月牙板的使用要求。月牙板的結(jié)構(gòu)圖如圖（3.4）所示：圖3.4 月牙板結(jié)構(gòu)圖3.3 浮動側(cè)板的設(shè)計浮動側(cè)板是漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵中一個非常關(guān)鍵的零部件，其結(jié)構(gòu)精密、復(fù)雜。泵中軸向間隙的自動補(bǔ)償，

52、就是通過浮動側(cè)板實(shí)現(xiàn)的。在某種程度上浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)、性能直接決定了泵的容積效率和壽命。浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)、性能的優(yōu)劣是內(nèi)嚙合齒輪泵整體性能好壞的重要標(biāo)志之一。根據(jù)浮動側(cè)板的使用環(huán)境，要求它具有很高的強(qiáng)度、硬度以及良好的塑性、韌性和耐磨性，承受沖擊性能好，并且具有一定的熱疲勞抗力。基于此，對浮動側(cè)板的材料選用合金鋼5CrNiMO。5CrNiMO具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性及良好的淬透性；它在室溫時和500600時的力學(xué)性能幾乎完全相同；經(jīng)高頻淬火后再回火，其表面的硬度、耐磨性進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，材料5CrNiMO完全能達(dá)到浮動側(cè)板的使用要求。3.3.1浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)分析內(nèi)嚙合齒輪泵的浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)圖如圖3

53、.5所示。浮動側(cè)板背面有背壓室b。高油腔的壓力油經(jīng)側(cè)板上的通孔a與背壓室相通，當(dāng)高油腔的壓力升高時，背壓室內(nèi)的壓力也隨之升高。在背壓的作用下，齒輪泵兩側(cè)的浮動側(cè)板緊貼在小齒輪、內(nèi)齒輪和月牙板端面上。當(dāng)輪齒端面使浮動側(cè)板磨損后，浮動側(cè)板在背壓室壓力油的作用下向下移動，從而自動補(bǔ)償軸向間隙，這就避免了因軸向間隙增大而導(dǎo)致容積效率下降的問題。圖3.5 浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)圖孔a連通著壓油腔和背壓室(如圖3.5所示)。壓油腔的壓力有通過孔a進(jìn)入背壓室后，就會在浮動側(cè)板上產(chǎn)生一個向下的壓緊力只，這個力稍大于壓油腔對動側(cè)板向上的反推力，從而使浮動側(cè)板緊緊貼在小齒輪和內(nèi)齒輪的輪齒端面上，減小了軸向間隙泄露，這時我們

54、稱浮動側(cè)板所處的狀態(tài)為過平衡狀態(tài)。當(dāng)壓油腔油液的壓力發(fā)生大小變化時，背壓室內(nèi)油液的壓力緊跟著發(fā)生大小變化，并且始終使>，自動補(bǔ)償軸向間隙泄漏。齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)由小齒輪和內(nèi)齒環(huán)的一對輪齒及齒輪兩端的浮動側(cè)板組成的密閉容積由高壓區(qū)排完油進(jìn)入低壓區(qū)的瞬間，其體積最小。進(jìn)入低壓區(qū)后，這段密封容積要增大，即完成吸油動作。但這時候，該段容積還在泵體的包圍之中，泵體阻斷了其吸油的通路。若小齒輪繼續(xù)帶動內(nèi)齒環(huán)旋轉(zhuǎn)，那么這段容積就會繼續(xù)增大，同時卻無法完成吸油動作，這就勢必會造成氣穴現(xiàn)象。這不是我們所期望看到的。為了防止這段容積內(nèi)油液氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，在浮動側(cè)板對應(yīng)的區(qū)域加工了小孔

55、c。小孔c連通背壓室和低壓區(qū)的初始位置。背壓室內(nèi)油液的壓力很高，接近于壓油腔油液的壓力。若將背壓室的油液直接補(bǔ)充到易發(fā)生氣穴的密閉容積，高壓的油液一定會對輪齒造成很大的沖擊。因此，小孔c的直徑開得很小，起到了阻尼孔的作用。這樣，背壓室的高壓油液經(jīng)過小孔c后，由于阻尼孔的壓力損耗，使油液的壓力很低，就不會對輪齒造成沖擊了。另外，在浮動側(cè)板正面小孔c處加工了一個圓形槽，以便在此處聚集有更多的油液來補(bǔ)充。同時，使圓形的一部分別通向小齒輪和內(nèi)齒環(huán)的輪齒在此處嚙合時各自的齒谷位置，也就是易發(fā)生氣穴的密閉容積位置，這使得該處容易得到更多的油液，進(jìn)而使消除氣穴更加徹底。3.3.2進(jìn)出油孔的位置及大小由上文知道，浮動側(cè)板上有兩個孔與背壓室相通，孔a和孔c。根據(jù)高壓油進(jìn)出的方向，我們稱孔a為進(jìn)油孔，孔c為出油孔。進(jìn)油孔的位置及大小由封閉油腔變小而產(chǎn)生的高壓困油原理可知，進(jìn)油孔的位置應(yīng)該設(shè)在從兩齒剛剛嚙入到嚙合點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重合的區(qū)間，在這個區(qū)間的封閉油腔是一個從形成到逐漸減小到最小的過程，即壓油過程。如圖有： （3.30） （3.31）有公式知：=6.92mm （3.32）圖3.6 內(nèi)嚙合齒