齒輪泵參數(shù)化設計

1、大學學士學位畢業(yè)設計說明書基于Pro/E外嚙合直齒齒輪泵CB29的參數(shù)化設計 一、緒論 1.1 選題的意義齒輪泵是液壓傳動機械中最見的一種機械結(jié)構，具有結(jié)構簡單緊湊、尺寸小、重量輕、使用維修方便、效率較高等特點，因此又被廣泛地應用于各個生產(chǎn)領域，成為了一種通用機械。在實際設計任務中,我們經(jīng)常會遇到系列產(chǎn)品的設計工作,這些產(chǎn)品在結(jié)構上基本相同,但由于使用場合、工況的差別,在結(jié)構尺寸上形成了一個系列。對于這種設計任務,如果我們一一地去設計、繪圖和編制工藝流程,所帶來的重復工作量將是相當龐大的。這樣不僅極大地浪費了人力、物力資源,也無謂地延長了設計周期。參數(shù)化設計的思想使得這種問題得到了很好的解決。

2、Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（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)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。參數(shù)化是proe最大的優(yōu)點！修改方便！修改速度快！再生能力強！Pro/E第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關性問題。 1.2 來源與現(xiàn)狀由于我國工業(yè)基礎溥弱,齒輪泵行業(yè)起步較

3、慢，但其發(fā)展速度比較快。由二十余年消化吸收國外提高前輩技術以及自主立異。我國齒輪泵設備制造行業(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來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成兩個封閉空間，當齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪脫開側(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兩個齒輪的嚙合線來隔開的。齒輪泵的排出口的壓力完全取決于泵出處阻力的大小。齒輪油泵由獨立的電機驅(qū)動，有效地阻斷上游的壓力脈動及流量波動。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

4、復雜的工藝過程,泵在這些過程中起到了輸送液體和提供化學反應的壓力流量的作用,此外,在很多裝置中還用泵來調(diào)節(jié)溫度。在船舶制造工業(yè)中,每艘遠洋輪上所用的泵一般在百臺以上,其類型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、蒸汽機車的用水、機床中的潤滑和冷卻、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,泵是主要的排灌機械。我國農(nóng)村幅原廣闊,每年農(nóng)村都需要大量的泵,一般來說農(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備。礦井需要用泵排水,在選礦、冶煉和軋制過程中,需用泵來供水洗等。在電力部門,核電站需要核主泵、二級泵、三

5、級泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。在國防建設中,飛機襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體,有的還要求泵無任何泄漏等.?？傊?無論是飛機、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,到處都有泵在運行。正是這樣,所以把泵列為通用機械,它是機械工業(yè)中的一類重要產(chǎn)品。二、 主要技術參數(shù)根據(jù)任務要求，此型齒輪油泵的主要技術參數(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.齒輪的設計53.1 齒輪參數(shù)的確定及幾何要素的計算由于本設

6、計所給的工作介質(zhì)的粘度為131，由表一進行插補可得此設計最大節(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系液體粘度124576152300520760線速度543.732.21.61.25流量與排量關系式為：式中：流量；理論排量（ml/r）。3.2 齒數(shù)Z的確定應根據(jù)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(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(shù)Z一般為6-19。對

7、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(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，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：式中：Da齒頂圓尺寸（mm）。3.4 確定齒輪模數(shù)對于低壓齒輪泵來說，確定模數(shù)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(jié)構尺寸大小等方面。通過取滿足以上條件的不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進行分析

8、、比較:表3.4齒輪泵各參數(shù)關系qZmB最大轉(zhuǎn)速 n2912340.318095871692.347562772913337.216703881562.166982914334.558367891450.58362422915332.25447671353.8780492916330.238571911269.2606712917328.459832381194.5982792918326.878730581128.2317082912422.678928931269.2606712913420.934395931171.6252352914419.439081941087.937718291

9、5418.143143141015.4085372916417.0091967951.94550342917416.00865571895.94870912918415.11928595846.1737808通過對不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進行方案分析、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)齒寬因為齒輪的齒數(shù)為18，不會發(fā)生根切現(xiàn)象，所以在這里不考慮修正，以下關于齒輪參數(shù)的計算均按標準齒輪參數(shù)經(jīng)行。3.5 齒輪各參數(shù)的計算 理論中心距 實際中心距 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

10、嚙合的重疊系數(shù) 公法線跨齒數(shù)6 公法線長度（此處按側(cè)隙 計算） 油泵輸入功率 式中：N - 驅(qū)動功率 (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此設計中齒輪材料選為45號鋼，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（主要是振動情況）對其造成的影響，使用系數(shù)的確定：表4.1使用系數(shù)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)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

11、動的機械系統(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(nóng)業(yè)機械8 114.3 動載系數(shù)6動載系數(shù)表示由于齒輪制造及裝配誤差造成的不定常傳動引起的動載荷或沖擊造成的影響。動載系數(shù)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)是由于齒輪作不對稱配置而添加的系數(shù)，此設計齒輪對稱配置，

12、故取1.185。4.5齒間載荷分配系數(shù)6一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(shù)以解決齒間載荷分配不均的問題。對直齒輪及修形齒輪，取=14.6 彈性系數(shù)彈性系數(shù) 單位，數(shù)值列表見表3 表4.6.1 彈性模量6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45號鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。圖4.6.2

13、彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞強度壽命系數(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(shù)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(shù)。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 。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(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)查圖1。循環(huán)次數(shù)N的計算方法是：設n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位是r/

14、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），則齒輪的工作應力循環(huán)次數(shù)N按下式計算： 設齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限 計算循環(huán)應力次數(shù) 由機設圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞許用應力取失效概率為0.1，安全系數(shù)S=1 計算接觸疲勞強度 齒數(shù)比64.10齒根彎曲強度校核 由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)則： 載荷系數(shù) 查取齒形系數(shù) 應力校正系數(shù) 計算齒根危險截面彎曲強度<所以，所選齒輪參數(shù)符合要

15、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 =2p=2x2.5=5MPa因為代入具體數(shù)據(jù)，得考慮加工設計等其他因素，所以泵體的外半徑取為。六.軸的強度計算軸的強度計算一般可以分為三種：1.按扭轉(zhuǎn)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(jù)任務要求

16、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20號鋼 ，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)剪應力，Mpa又為，考慮有1個銷孔，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)剛度校核是計算軸的在工作時的扭轉(zhuǎn)變形量，是用每米軸長的扭轉(zhuǎn)角度量的。軸的扭轉(zhuǎn)變形要影響機器的性能和工作精度。軸的扭轉(zhuǎn)角查機械設計手冊表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：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據(jù)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

17、拉伸和扭轉(zhuǎn)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(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,公稱長度L=25,性能等級為6.8級，表面氧化的外六角圓柱螺釘。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；由機械設計教材P87 表5-8可知：性能等級為8.8級的螺釘?shù)目估瓘姸葮O限滿足條件，螺釘可用。八.銷的強度校核軸上最大扭轉(zhuǎn)剪應力=，而銷釘選用的材料為45號鋼,許用扭轉(zhuǎn)剪應力=80,而，所以銷釘滿足條件。九.齒

18、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(zhuǎn)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這里選進油口流速為2.6034m/s,出油口流速為2.6034m/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參 考 文 獻1 濮良貴、紀名剛機械設計（第八版）北京：高等教育出版社，20062 龔溎義、羅圣國機械設計課程設計指導書（第二版）北京：高等教育出版社，19903 吳宗澤、羅圣國機械設計課程設計手冊（第二版）北京：高等教育出版社，19994 陳鐵鳴新編機械設計課程設計圖冊北京：高等教育出版社，20035 聞邦椿主編.機械設計手冊. 機械工業(yè)出版社