齒輪泵設計說明

齒輪泵設計說明液壓元件與系統(tǒng)綜合訓練綜合訓練一： 液壓泵的設計Q=60L/minn=1450rad/minp=2.5MPa班級：流體13-2班姓名：單德興指導教師：魏曉華學號外齒輪泵 41.1 外齒輪泵的工作原理 42.齒輪泵的困油現象(也稱齒封現象) 43. 齒輪泵設計. 53.1 齒輪泵參數設計 54.齒輪泵校核 94.1 參數選擇 94.2 齒輪校核. 114.3 軸的剪切力校核 144.4 泵體的校核. 155.其他零件選擇與校核 165.1 卸荷槽的計算. 165.2 聯(lián)軸器的選擇及校核計算 165.3 連接螺栓的選擇與校核 175.4 齒輪泵進出口大小確定 185.5 鍵的選擇. 185.6 銷的選用. 196.使用說明 206.1 安裝 206.2 故障排除. 211、外齒輪泵1.1外齒輪泵的工作原理基本結構組成：齒輪（主動齒輪、從動齒輪）、泵體、吸入口、排出口。裝配關系：主動齒輪和從動齒輪分別安裝在兩根平行的轉軸上；兩根平行的泵轉軸由泵體和端蓋支承；兩齒輪被安裝在泵體內。工作原理：KCB齒輪式輸油泵在泵體中裝有一對回轉齒輪，一個主動，一個被動，依靠兩齒輪的相互嚙合，把泵內的整個工作腔分兩個獨立的部分。為入吸腔，B為排出腔。泵運轉時主動齒輪帶動被動齒輪旋轉，當齒化從嚙合到脫開時在吸入側(A)就形成局部真空，液體被吸入。被吸入的液體充滿齒輪的各個齒谷而帶到排出側(B)，齒輪進入嚙合時液體被擠出，形成高壓液體并經泵的排出口排出泵外2.齒輪泵的困油現象 (也稱齒封現象 )齒輪泵的嚙合過程中，同時嚙合的齒輪對數應該多于一對，即重疊系數ε應大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齒間的油液就被困在兩對同時嚙合的輪齒所形成的一個封閉空間內，這個空間的容積又將隨著齒輪的轉動而變化。這就是齒輪泵的困油現象齒輪泵設計3.1齒輪泵參數設計齒輪泵的流量Q、壓力p為已知的設計參數。確定泵的理論流量Q0為Q0Q/V=6063.16ml（2—9）0.95式中：V——泵的容積效率V=0.95。選定轉速：由原動機直接驅動，原動機的轉速即為泵的轉速，或將原動機減速后作泵的轉速。若采用交流電動機驅動，一般轉速為1450r/min 。選取齒寬系數K：對于低壓齒輪泵K=7,壓力高取小值，壓力低取大值。選取齒數Z：對于中低壓齒輪泵：Z=13計算齒輪模數m：當為標準齒輪時：Q010667106=4.28≈4.5m3323.1414504.282nK(Z0.27)6(130.27)mm）圓整后去4.5校驗齒輪泵的流量。該流量與設計理論流量相差5%以內為合格。當為標準齒輪時：Q02Bnm2(Z12cos2)10623.142714504.5213.274566.09(L/min)12當泵流量與設計理論流量相差控制在5%以內。校核齒輪節(jié)圓線速度VH。VHDHn3.1458.5145010006010004.4[VH]60式中： DH——節(jié)圓直徑，(mm)n——轉速，(r/min)[VH]——齒輪節(jié)圓許用線速度，其值見表1-1若輪周速度太大，須減少節(jié)圓直徑，辦法是減少齒數或增加齒寬，有時也可以修改轉速n。工業(yè)齒輪油粘度mm2/s124576152300520760節(jié)圓極限速度Vmaxm/s543.732.21.61.25表1-1確定困油卸荷槽尺寸。兩卸荷槽之間的距離aa

2mZ

cos2A式中：t0——齒輪基節(jié)（mm）——齒輪嚙合角（°）——分度圓壓力角取20（°）A——兩齒輪實際中心距（mm）m——模數（mm）Z——齒數(2)卸荷槽寬度：CminCminmcos1m2Z222cosA式中：——重疊系數1.4當壓力角20且中心距為標準值時，cmin1.3m為保證卸荷槽暢通cmin2.5m卸荷槽深度h：卸荷槽深度的大小，影響困油排出的速度，一般取h 0.8m。式中：m——齒輪模數（mm）。通過對不同模數、不同齒數的齒輪油泵進行方案分析、比較結果，確定此型齒輪油泵的齒輪參數如下：1）模數m=4.52）齒數z=133）齒寬b=27目前我國廣泛采用的是“增一尺修正法”設計計算齒輪泵的齒輪參數。采用這種方法的優(yōu)點是：可以使壓力角為20°的標準齒輪刀具，避免發(fā)生根切，齒輪的齒頂圓直徑和中心距為整數。（4）理論中心距 Ao=mz=58.55）實際中心距Ao=m(z+1)=63（6）齒頂圓直徑DemZ34.513372mm（7）基圓直徑Djmzcosn4.515cos2063.4mm（8）基圓節(jié)距tj mcosn

4.5 cos20 13.28mm（9）齒側間隙cn 0.01~0.08m 0.01~0.08 4.5 0.045~0.36（10）嚙合角 arccos（z/z 1）cosαn 28（11）齒頂高h1.5m1.54.56.75mm（12）（12）齒根高h1.25m1.254.55.625mm（13）全齒高h2.25m2.254.510.125mm（14）齒根圓直徑DiDe2h72-2*5.62560.75mmc0mADeDi3.37522（15）徑向間隙(16）齒頂高h1.5m1.54.56.75arccosRiarccosZeRecosn（17）齒頂壓力角Z2arccos13cos203613 2（18）分度圓弧齒厚sfmcn4.50.222cosn27.02cos20（19）齒厚sm7.102（20）齒輪嚙合的重疊系數14tanetan14tan36tan28π1.4π（21）公法線跨齒數KZ1800.52.1齒輪泵校核4.1參數選擇此設計中齒輪材料選為40Cr，調質后表面淬火使用系數KA表示齒輪的工作環(huán)境（主要是振動情況）對其造成的影響，使用系數KA的確定：原動機工作工作機工作特性特性均勻平穩(wěn)輕微振動中等振動強烈振動均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微振動1.101.351.601.85中等振動1.251.501.752.0強烈振動1.501.752.02.25液壓裝置一般屬于輕微振動的機械系統(tǒng)所以按上表中可查得KA可取為1.35。齒輪精度的確定齒輪精度此處取7機器 +名稱 精度等級 機器名稱 精度等級汽輪機3~6拖拉機6~10金屬切削機床3~8通用減速器6~9航空發(fā)動機4~8鍛壓機床6~9輕型汽車5~8起重機7~10載重汽車7~9農業(yè)機械8~11動載系數KV表示由于齒輪制造及裝配誤差造成的不定常傳動引起的動載荷或沖擊造成的影響。動載系數的實用值應按實踐要求確定，考慮到以上確定的精度和輪齒速度，偏于安全考慮，此設計中KV取為1.1。齒向載荷分布系數KH是由于齒輪作不對稱配置而添加的系數，此設計齒輪對稱配置，故KH取1.185。一對相互嚙合的齒輪當在嚙合區(qū)有兩對或以上齒同時工作時，載荷應分配在這兩對或多對齒上。但載荷的分配并不平均，因此引進齒間載荷分配系數KH以解決齒間載荷分配不均的問題。對直齒輪及修形齒輪，取KH=11ZE1212121E1E26.彈性系數2單位——MPa，數值列表配對齒輪材料齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料彈性模量1180001730002020002060007850鍛鋼162.0181.4188.9189.8鑄鋼161.4180.5188球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7此設計中齒輪材料選為40Cr，調質后表面淬火，由上表可取。1ZE 189.8(MPa2)彎曲疲勞強度壽命系數KFN7.選取載荷系數K 1.34.2齒輪校核齒面接觸疲勞強度校核對一般的齒輪傳動，因絕對尺寸,齒面粗糙度，圓周速度及潤滑等對實際所用齒輪的疲勞極限影響不大，通常不予以考慮，故只需考慮應力循環(huán)次數對疲勞極限的影響即可。齒輪受力圖齒輪的許用應力 按下式計算limSS——疲勞強度安全系數。對解除疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲，振動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取SSH1。但對于彎曲疲勞強度來說，如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起嚴重事故，因此在進行齒根彎曲疲勞強度計算時取 S SF 1.25~1.5。KN——壽命系數。彎曲疲勞壽命系數KFN查圖1。循環(huán)次數N的計算方法是：設n為齒輪的轉速（單位是r/min）；j為齒輪每轉一圈，同一齒面嚙合次數；Lh為齒輪的工作壽命（單位為h），則齒輪的工作應力循環(huán)次數N按下式計算：60njLh設齒輪泵功率為Pw，流量為Q，工作壓力為P，則Pw P 106 Q 103/60 2.5(kw)計算齒輪傳遞的轉矩9.55106PW15916.67NmmTn(3)b270.43d63d11(4)ZE189.8(MPa2)(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim500MPa計算循環(huán)應力次數N60njLh6015001（2830015）6.4109(7)由機設圖10-19取接觸疲勞壽命系數KHN1.15(8)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為0.1，安全系數S=1KHNlim0.9850MPa575MPaHS計算接觸疲勞強度KKAKVKHKH1.76Ft2T505.27Nd1齒數比u1KFtu160.0MPa575MPa[H]故該項校核符H2.5ZEubd1合要求。齒根彎曲強度校核(1)由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限FE650MPa(2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數KFN0.95計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S1.4則：(4)載荷系數KKAKVKHKH1.3(5)查取齒形系數YFa3.03應力校正系數YSa1.5計算齒根危險截面彎曲強度KFNFE0.95650F441MPaS1.4KFtYSaYFa1.485261.223.0041.51F14.5MPa<Fbm274.5所以，所選齒輪參數符合要求。4.3軸的剪切力校核齒輪泵輸出功率p1pQ2.5602.5KW6060p12.5p23.125齒輪泵總效p20.83.125kw9550n9550145020.58N?m率取80%T-軸所傳遞的扭矩，N.m材料選用40Cr，[T]35~55MPa，A0112~97dA03PA032.50.12A0n1500d-軸端直徑，mm考慮有兩個鍵槽，將直徑增大15%，則：dmax13.441.1513.4415.5mmT9.55106P9.551062.5n150021.371MPa[T]合格T0.2d30.23WT（15.5）考慮加工安全等其他因素，則取40。軸在載荷作用下會發(fā)生彎曲和扭轉變形，故要進行剛度校核。軸的剛度分為扭轉剛度和彎曲剛度兩種，前者用扭轉角衡量，后者以撓度和偏轉角來衡量。軸的扭轉剛度軸的扭轉剛度校核是計算軸的在工作時的扭轉變形量，是用每米軸長的扭轉角度量的。軸的扭轉變形要影響機器的性能和工作精度。T軸的扭轉角 7350d4 0.051/m查《機械設計手冊》表5-1-20 可知滿足要求。2、軸的彎曲剛度軸在受載的情況下會產生彎曲變形，過大的彎曲變形也會影啊軸上零件的正常工作，因此，本泵的軸也必須進行彎曲剛度校核，yp (0.01~0.03)mn 0.07~0.210.001~0.002rad軸的徑向受到力與齒輪沿齒輪圓周液壓產生的徑向力和由齒輪嚙合產生的徑向力和相等。在實際設計計算時用F0.85△pBDe近似計算作用在從動齒F輪上0.的85徑△向pBD力，即軸在徑向受到的力為e0.852.565126。17403.75N查《機械設計手冊》可得yF0.02827[10.52(7)2]6F0.0282（11）61040.0284281040.028420.00146yp0.0005radp故可得軸滿足要求。4.4泵體的校核泵體材料選擇球墨鑄鐵（QT600-02）。由機械手冊查得其屈服應力 s為300~420MPa。因為鑄鐵是脆性材料，因此其許用拉伸應力的值應該取為屈服極限應力即的值應為300~420MPa泵體的強度計算可按厚薄壁圓筒粗略計算拉伸應力計算公式為：0.4Re21.3Ry2PsRy2Re2式中Ry——泵體的外半徑（mm）ReRe——齒頂圓半徑（）mmPs——泵體的試驗壓力（MPa）一般取試驗壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍。即ps=2p=2x1.45=5MPa因為s代數得Ry 42.5mm考慮加工設計等其他因素，所以泵體的外半徑取為85mm。5.其他零件選擇與 校核5.1卸荷槽的計算此處按“有側隙時的對稱雙矩形卸荷槽”計算。（1）兩卸荷槽的間距aaπm2zcos2nπ4.5214cos2206.24mmA126（2）卸荷槽最佳長度c的確定cminmcos1m2z2cos29.3A2（3）卸荷槽深度hh0.8m0.84.53.65.2聯(lián)軸器的選擇及校核計算聯(lián)軸器類型選擇：為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。2.載荷計算：設齒輪泵所需功率為Pw型號軸孔長度L1/mmD1/mmD/mmd/mmb/mmL/mmJ型42304012090205.3連接螺栓的選擇與校核螺栓選用材料：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據第四強度理論求出預緊狀態(tài)下的計算應力ca

2 32 1.3對于M10~M64普通螺栓連接在擰緊時雖是同時受拉伸和扭轉的聯(lián)合作用，單在計算時，只按拉伸強度計算，并將所受的拉力增大30%來考慮扭轉的影響。FPS2.51062R21062.5106266.5210669464.54056NF——螺栓組拉力P——壓力S——作用面積SR2R——齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數為4由于壁厚b0=12，沉頭螺釘下沉5mm,腔體厚42mm則取螺紋規(guī)格d=M10,公稱長度L=54,K=4，b=16性能等級為8.8級，表面氧化的內六角圓柱螺釘。下面對它進行拉伸強度校核拉伸強度條件為F[]2F——工作拉力，N;4（0.85d）d——螺栓危險截面的直徑，mm[]——螺栓材料的許用拉應力，MPa；F4315MPa2321.3409.5MPa4d2ca由機械設計教材P87表5-8可知：性能等級為8.8級的螺釘的抗拉強度極限[]800MPa；所以，滿足條件，螺釘可用。5.4齒輪泵進出口大小確定齒輪泵的進出口流速計算公式：V

Q

10

qn

10

2

m/s60S

60S式中：Q——泵的流量（L/min）;q——泵的排量（ml/r ）;n——泵的轉速（r/min ）;S——進油口油的面積（cm2）因為齒輪泵的進油口流速一般推薦為 2——4m/s,

出油口流速一般推薦為3——6m/s.這里選進油口流速為3m/s,出油口流速為5m/s利用上一個公式算得進油口面積S進0.210cm2出油口面積S出0.123cm2由SR2得進油口半徑R進8mm,R出6.3mm5.5鍵的選擇鍵的截面尺寸b和h按軸的直徑d由標準來選定，鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度；一般輪轂的長度可取L/(1.5~2)d，這里d為軸的直徑。由機械設計P106表6-1可選得b=8，h=7，L=40。5.6銷的選用據齒輪泵上銷的作用，即其主要起定位的作用，所以選擇公稱直徑d=6的圓錐銷。6.9電動機的選擇根據功率與轉速，可確定電機型號為 Y132s-4 ，功率 5kw，轉速1500rad/s 。使用說明6.1安裝安裝前應檢查泵在運輸中是否受到損壞，如電機是否受潮、泵進出口的防塵蓋是否損壞而使污物進入泵腔內部等。安裝管道前應先對管道內壁用清水或蒸氣清洗干凈。安裝時應避免使管道的重量由泵來承擔，以免影響泵的精度及壽命。油泵應盡量靠近油池；管道各聯(lián)接部位不得漏氣、漏液，