齒輪泵畢業(yè)設計

1、畢業(yè)論文 摘要：在當今社會泵的應用是很廣泛的,在國民經濟的許多部門要用到它。在供給系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的一種設備。在泵的實際應用中損耗嚴重，特別是化工用泵在實際應用中損耗，主要是軸封部分，在輸送過程中由于密封不當而出現泄漏造成重大損失和事故。軸封有填料密封和機械密封。填料密封使用周期短，損耗高，效率低。本設計中設計的齒輪泵排量較小安全性較高，軸封設計合理，精度較高，齒輪泵使用壽命較高。關鍵詞： 泵 填料密封 機械密封 一、課程設計任務書( 4 )二、齒輪的設計與校核( 5 )三、卸荷槽的計算( 12 )四、泵體的校核( 13 )五、滑動軸承的計算( 14 )六、聯(lián)軸器的選擇及校核計算

2、( 17 )七、連接螺栓的選擇與校核( 18 )八、連接螺栓的選擇與校核( 20 )九、齒輪泵進出口大小確定( 21 )十、齒輪泵的密封( 22 )十一、法蘭的選擇( 23 )十二、鍵的選擇( 24 )十三、鍵的選擇( 25 )設計小結( 27 ) 參考文獻( 29 )一、課程設計任務書題目：齒輪泵設計工作條件：使用年限10年(每年工作300天)，工作為二班工作制。原始數據：理論排量：125ml/r；額定壓力：6.3MPa；工作介質軸承油：220注意事項：課程設計任務書：1）測繪一套相近部件或產品，完成測繪圖；2）根據給定要求設計齒輪泵，完成一套齒輪泵裝配圖和全部非標零件圖；3）完成全部零件三

3、維實體造型，并進行數字裝配；4）完成齒輪泵標準件的計算選型5）完成齒輪泵非標零件精度設計第一章 引言 1.1 本課題研究意義齒輪泵是在工業(yè)應用中運用極其廣泛的重要裝置之一，尤其是在液壓傳動與控制技術中占有很大的比重，它具有結構簡單、體積小、重量輕、自吸性能好、耐污染、使用可靠、壽命較長、制造容易、維修方便、價格便宜等特點L一”。但同時齒輪泵也還存在一些不足，如困油現象比較嚴重、流量和壓力脈動較大、徑向力不平衡、泄漏大、噪聲高及易產生氣穴等缺點，這些特性和缺點都直接影響著齒輪泵的質量。隨著齒輪泵在高溫、高壓、大排量、低流量脈動、低噪音等方面發(fā)展及應用，對齒輪泵的特性研究及提高齒輪泵的安

4、全和效率已成為國內外深入研究的課題。外嚙合齒輪泵是應用最廣泛的一種齒輪泵( 稱為普通齒輪泵)，其設計及生產技術水平也最成熟。多采用三片式結構、浮動軸套軸向間隙自動補償措施，并采用平槽以減小齒輪( 軸承) 的徑向不平衡力。目前，這種齒輪泵的額定壓力可達25 MPa。但是, 由于這種齒輪泵的齒數較少，導致其流量脈動較大由于齒輪泵在液壓傳動系統(tǒng)中應用廣泛，因此，吸引了大量學者對其進行研究。目前，國內外學者關于齒輪泵的研究主要集中在以下方面：齒輪參數及泵體結構的優(yōu)化設計；齒輪泵間隙優(yōu)化及補償技術；困油沖擊及卸荷措施；齒輪泵流量品質研究；齒輪泵的噪聲控制技術；輪齒表面涂覆技術；齒輪泵的變量方法研究；齒輪

5、泵的壽命及其影響因素研究；齒輪泵液壓力分析及其高壓化的途徑；水介質齒輪泵基礎理論研究。綜上所知，對齒輪泵的自主研發(fā)和設計對我國尤為重要。特別是在提高其效力和降低噪音和振動方面。本次畢業(yè)設計的主要任務書是設計：設計外嚙合容積式齒輪泵，適用于輸送不含固體顆粒和纖維，工作介質軸承油：220在輸油系統(tǒng)中可用作傳輸、增壓泵、潤滑油泵。 1.2 齒輪泵的發(fā)展研究現狀早在二千多年前，人類就發(fā)明了齒輪傳動裝置。早期的齒輪采用木料或金屬鑄造成形，只能傳遞兩軸間的回轉運動，不能保證傳動的平穩(wěn)性，承載能力也很小。隨著生產的發(fā)展，齒輪運轉的平穩(wěn)性受到重視。1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線

6、，以得到運轉平穩(wěn)的齒輪。18世紀工業(yè)革命時期，齒輪技術得到高速發(fā)展，人們對齒輪進行了大量的研究。江蘇工業(yè)學院祝海林教授等人針對現有高粘度齒輪泵結構單一、徑向力不平衡、軸承受力大造成磨損嚴重、流量及壓力脈動大等問題，綜合行星傳動及齒輪泵原理，提出了將外嚙合與內嚙合兩種結構相結合構成高粘度復合齒輪泵的設想，闡述了新型齒輪泵的結構及性能特點，得出了理論排量的計算公式。研究表明:新型齒輪泵的高低壓腔對稱、齒輪與軸受力平衡。它具有內泄漏小、軸承及泵的壽命長、輸出排量成倍增加而流量脈動小等顯著優(yōu)點，具有良好的產業(yè)化前景。齒輪泵可分為外嚙合和內嚙合兩大類，國外某些工業(yè)發(fā)達國家齒輪泵的產量在液壓泵中占有很大比

7、重與外嚙合齒輪泵相比內嚙合齒輪泵以其體積小，重量輕、噪聲低、自吸性能好、流量脈動小等優(yōu)點而倍受重視，其產量在齒輪泵的總產量中占有很大比例。一些發(fā)達國家內嚙合與外嚙合齒輪泵的產量比接近于1:1。齒輪泵是我國最早生產的液壓元件之一，壓力從0.5MPa至25Mpa(最高壓力達到31.SMpa)，流量從3Umin至4OOL/min的齒輪泵均有生產;我國的內嚙合齒輪泵產量不大，特別是內嚙合擺線齒輪泵和其它非漸開線齒廓嚙合齒輪泵，基本還處于初級階段。目前，我國的齒輪泵產品性能還比較低，與國外同類產品相比，還有不小的差距。       &

8、#160;第二章 齒輪泵簡介 2.1 齒輪泵的工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理圖如圖2-1所示：圖2-1齒輪泵工作原理圖由圖可見，這種泵的殼體內裝有一對外嚙合齒輪。由于齒輪端面與殼體 端蓋之間的縫隙很小，齒輪齒頂與殼體內表面的間隙也很小，因此可以看成將齒輪泵殼體內分隔成 左、右兩個密封容腔。當齒輪按圖示方向旋轉時，右側的齒輪逐漸脫離嚙合，露出齒間。因此這 一側的密封容腔的體積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下經泵的吸油 口進入這個腔體，因此這個容腔稱為吸油腔。隨著齒輪的轉動，每個齒間中的油液從右側被帶到 了左側。在左側的密封容腔中，輪齒逐漸進入嚙合,使左側密封容腔的

9、體積逐漸減小，把齒間的油 液從壓油口擠壓輸出的容腔稱為壓油腔。當齒輪泵不斷地旋轉時，齒輪泵的吸、壓油口不斷地吸油 和壓油，實現了向液壓系統(tǒng)輸送油液的過程。在齒輪泵中，吸油區(qū)和壓油區(qū)由相互嚙合的輪齒和泵體分隔開來，因此沒有單獨的配油機構。齒輪泵是容積式回轉泵的一種，其工作原理是：齒輪泵具有一對互相嚙合的齒輪，齒輪（主動輪）固定在主動軸上，齒輪泵的軸一端伸出殼外由原動機驅動，齒輪泵的另一個齒輪（從動輪）裝在另一個軸上，齒輪泵的齒輪旋轉時，液體沿吸油管進入到吸入空間，沿上下殼壁被兩個齒輪分別擠壓到排出空間匯合（齒與齒嚙合前），然后進入壓油管排出。    齒輪泵的主要特點是結構緊湊

10、、體積小、重量輕、造價低。但與其他類型泵比較，有效率低、振動大、噪音大和易磨損的缺點。齒輪泵適合于輸送黏稠液體。2.2 齒輪泵的結構特點齒輪采用具有國際九十年人先進水平的新技術-雙圓弧正弦曲線齒型圓弧。它與漸開線齒輪相比，最突出的優(yōu)點是齒輪嚙合過程中齒廓面沒有相對滑動，所以齒面無磨損、運轉平衡、無困液現象，噪聲低、壽命長、效率高。該泵擺脫傳統(tǒng)設計的束縛，使得齒輪泵在設計、生產和使用上進入了一個新的領域。 泵設有差壓式安全閥作為超載保護，安全閥全回流壓力為泵額定排出壓力1.5倍。也可在允許排出壓力范圍內根據實際需要另行調整。但是此安全閥不能作減壓閥長期工作，需要時可在管路上另行安裝。 該泵軸端密

11、封設計為兩種形式，一種是機械密封，另一種是填料密封，可根據具體使用情況和用戶要求確定。  2.3 困油現象及卸荷困油現象齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重合度必須大于1，于是總有兩對齒輪同時嚙合，并有一部分油液被圍困在兩對輪齒所圍成的封閉容腔之間。這個封閉的容腔開始隨著齒輪的轉動逐漸減小，以后又逐漸加大。封閉腔容積的減小會使被困油液受擠壓而產生很高的壓力，并且從縫隙中擠出，導致油液發(fā)熱，并致使機件受到額外的負載；而封閉腔容積的增大又造成局部真空，使油液中溶解的氣體分離，產生氣穴現象。這些都將產生強烈的振動和噪聲，這就是齒輪泵的困油現象。 危害徑向不平衡力很大時能使軸彎曲，齒頂與殼體接觸，

12、同時加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。 消除困油現象方法消除困油的方法，通常是在兩側蓋板上開卸荷槽，使封閉腔容積減小時通過左邊的卸荷槽與壓油腔相通，容積增大時通過右邊的卸荷槽與吸油腔相通。   第三章 齒輪泵總體設計一、主要技術參數根據任務要求，此型齒輪油泵的主要技術參數確定為：理論排量：125ml/r額定壓力：額定轉速:552r/min容積效率:90%二、設計計算的內容由于本設計所給的工作介質的粘度為220，由表一進行插補可得此設計最大節(jié)圓線速度為。節(jié)圓線速度V：式中D節(jié)圓直徑（mm）n轉速表2.1 齒輪泵節(jié)圓極限速度和油的粘度關系液體粘度12457615230052076

13、0線速度543流量與排量關系式為：流量理論排量（ml/r）齒數Z的確定，應根據液壓泵的設計要求從流量、壓力脈動、機械效率等各方面綜合考慮。從泵的流量方面來看，在齒輪分度圓不變的情況下，齒數越少，模數越大，泵的流量就越大。從泵的性能看，齒數減少后，對改善困油及提高機械效率有利，但使泵的流量及壓力脈動增加。目前齒輪泵的齒數Z一般為6-19。對于低壓齒輪泵，由于應用在機床方面較多，要求流量脈動小，因此低壓齒輪泵齒數Z一般為13-19。齒數14-17的低壓齒輪泵，由于根切較小，一般不進行修正。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

14、總和與齒寬并不成比例地增加，因此，齒寬較大時，液壓泵的總效率較高.一般來說，齒寬與齒頂圓尺寸之比的選取范圍為0.20.8，即：Da齒頂圓尺寸（mm）對于低壓齒輪泵來說，確定模數主要不是從強度方面著眼，而是從泵的流量、壓力脈動、噪聲以及結構尺寸大小等方面。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（2）齒數（3）齒寬因為齒輪的齒數為18，不會發(fā)生根切現象，所以在這里不考慮修正，以下關于齒輪參數的計算均按標準齒輪參數經行。（4）理論中心距 （5）實際中心距（6）齒頂圓直徑（7）基圓直徑（8）基圓節(jié)距（9）齒側間隙（10）嚙合角（11）齒頂高

15、（12）齒根高（13）全齒高（14）齒根圓直徑（15）徑向間隙（16）齒頂壓力角 （17）分度圓弧齒厚（18）齒厚s（19）齒輪嚙合的重疊系數（20）公法線跨齒數（21）公法線長度（此處按側隙 計算）(22)油泵輸入功率式中：N - 驅動功率 (kw)p -工作壓力 (MPa)q - 理論排量 (mL/r)n - 轉速 (r/min)- 機械效率，計算時可取0.9。三、校核此設計中齒輪材料選為40cr，調質后表面淬火表示齒輪的工作環(huán)境（主要是振動情況）對其造成的影響，使用系數的確定：表2.3 使用系數原動機工作特性工作機工作特性均勻平穩(wěn)輕微振動中等振動強烈振動均勻平穩(wěn)輕微振動中等振動強烈振動液

16、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可取為。齒輪精度此處取7表2.4 各種機器所用齒輪傳動的精度等級范圍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，此設計中取為。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，故取。5.一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

17、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以解決齒間載荷分配不均的問題。對直齒輪及修形齒輪，取=1數單位，數值列表見表3表2.5 彈性模量齒輪材料彈性模量配對齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料1180001730002020002060007850鍛鋼鑄鋼188球墨鑄鐵灰鑄鐵此設計中齒輪材料選為40cr，調質后表面淬火，由上表可取。.彎曲疲勞強度壽命系數數的選擇對一般的齒輪傳動，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。齒輪的許用應力 按下式計算S疲勞強度安全系數。對解除疲勞強度計

18、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。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 。壽命系數。彎曲疲勞壽命系數查圖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；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：(1)設齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則(2)計算齒輪傳遞的轉矩(3)(4)(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限 (6)計算循環(huán)應力次數(7)由機設圖10-19取接觸疲勞壽命系數(8)計算接觸疲勞許用應力

19、取失效概率為，安全系數S=1(9)計算接觸疲勞強度齒數比(1)由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 (2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(3)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數則： (4)載荷系數 (5)查取齒形系數應力校正系數(6)計算齒根危險截面彎曲強度<所以，所選齒輪參數符合要求。三、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a（2）卸荷槽最佳長度c的確定（3）卸荷槽深度四、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為300420MPa。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

20、值應為300420MPa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 式中泵體的外半徑（mm）齒頂圓半徑（mm）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 因為代數得考慮加工設計等其他因素，所以泵體的外半徑取為。五、滑動軸承的計算選擇軸承的類型選整體式液體靜壓軸承：因為此種類類型的軸承用于低速輕載，且難以形成穩(wěn)定油膜。軸承材料選擇及性能計算軸承寬度材料類別牌號（名稱）p/MPav/m/spv/MPa.m/s最高工作溫度軸頸硬度、BHS鋁青銅ZCuAll0Fe3（10-3鋁青銅一般軸承的寬徑比B/d范圍在0.3-1.5，寬徑比小，有利于提

21、高運轉穩(wěn)定性，提高端卸量以降低溫度。但軸承寬度越小，軸承承載能力也隨之降低。綜合考慮寬經比取0.5 所以軸承寬度 計軸頸圓周速度（1）按從動齒輪所受徑向力計算，兩滑動軸承所受徑向力之和為式中：p的單位為，和的單位為。每個軸承所受徑向力為（2）軸承PV值（3）齒輪軸頸線速度（4）軸承單位平均壓力（比壓）(5) 選擇軸瓦材料查機械設計中表12-2，在保證的條件下，選定軸承材料為ZCuAll0Fe3（6）換算出潤滑油的動力粘度已知選用的潤滑油的運動粘度v=220cSt取潤滑油密度潤滑油的動力粘度（7）計算相對間隙由式（8）計算直徑間隙（9）計算承載量系數由式(10)計算軸承偏心率根據的值查機械設計中

22、表12-6，經過查算求出偏心率（11）計算最小油膜厚度由式（12）確定軸頸、軸承孔表面粗糙度十點高度按照加工加工精度要求取軸頸表面粗糙度為0.8，軸承孔表面粗糙度為1.6，查機械械設計書中表7-6得軸頸，軸承孔。（13）計算許用油膜厚度取安全系數S=2,由式因，故滿足工作可靠性要求。（14）計算軸承與軸頸的摩擦系數因軸承的寬徑比B/d=0.5,取隨寬徑比變化的系數，計算摩擦系數 （15）查出潤滑油流量系數查機械設計書中圖12-16，得潤滑油流量系數（16）計算潤滑油溫升按潤滑油密度，取比熱容，表面?zhèn)鳠嵯禂?，由式?7）計算潤滑油入口溫度由式因一般取故上述入口溫度適合。（18）選擇配合根據直徑間

23、隙,查得軸承孔尺寸公差為mm，軸頸尺寸公差mm。（19）求最大、最小間隙因，在，估算配合合用六、聯(lián)軸器的選擇及校核計算 1.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Q流量P工作壓力公稱轉矩： 由機械設計表14-1查得取，故由式（14-1）計算轉矩為： 圖6.1 聯(lián)軸器由機械設計綜合課程設計P143表6-97得剛性凸緣聯(lián)軸器（GB/T58432003）軸孔直徑為28的聯(lián)軸器工程轉矩為224N.m，許用最大轉速為9000r/min，,故選用軸孔直徑為28mm的聯(lián)軸器滿足要求。型號軸孔長度L/mmL1/mmD1/mmD/mmd/mmd1/mmJ型44

24、62551052848七、軸的強度計算軸的強度計算一般可以分為三種：1.按扭轉強度或剛度計算；2.按彎矩合成剛度計算；3.精確強度校核計算。根據任務要求我們選擇第一種，此法用于計算傳遞扭矩，不受或受較小彎矩的軸。材料選用40Cr ，d-軸端直徑，mmP-軸所傳遞的功率，Kwn-軸的工作轉速,r/min-許用扭轉剪應力，Mpa又為，考慮有兩個鍵槽，將直徑增大，則：，考慮加工安全等其他因素，則取。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

25、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。軸的扭轉角查機械設計手冊表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，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近似計算作用在從動齒輪上的徑向力，即軸在徑向受到的力為。查機械設計手冊可得故可得軸滿足要求。八、連接螺栓的選擇與校核1.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)下的計算應力對于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

26、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。 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為4由于壁厚=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工作拉力，N;d螺栓危險截面的直徑，mm螺栓材料的許用拉應力，MPa；滿足條件，螺釘可用。九、齒輪泵進出口大小確定齒輪泵的進出口流速計算公式：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（）因為齒輪泵的進油口流速一般推薦為24m/s,出油口流速一般推薦為36m/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出油口面積由得進油口半徑十、齒輪泵的密封軸承蓋上均裝墊片，透蓋上裝J型無骨架橡膠油封。因軸徑d=12mm，由GB/T 9877.1-1988,GB/T 9877.2-1988 查得J型無骨架橡膠油封的相關尺