基于SOLIDWORKS的齿轮泵设计

目 录1 引言12 齿轮泵的设计12.1 齿轮泵概述12.2齿轮泵设计要求12.2.1 齿轮泵工作参数要求12.2.2 齿轮几何参数的要求32.3 齿轮泵主要部件参数的确定42.4 Solidworks建模62.4.1 齿轮建模62.4.2 箱体建模72.4.3 Solidworks建模基本原则72.4.4 装配体初步建模与后盖建模82.4.5 轴、短轴的建模及后盖和箱体模型的编辑82.4.6 键的建模及轴及箱体模型的编辑92.4.7 连接件的选择和螺纹生成112.4.8 密封件的选择133 齿轮的校核154 齿轮泵的闭死容积和卸荷槽194.1 闭死容积194.2 卸荷槽195 结束语206 致 谢207 参考文献211 引言随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新技术、促进经济增长都具有十分重要的作用。Solidworks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE桌面集成系统，是由美国Solidworks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件，于1995年11月研制成功。Solidworks市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。随着Solidworks版本的不断提高、性能不断提高，Solidworks已经能满足一般企业的一般需求了。动画演示形象、直观，能表达文字或者叙述不易讲解清楚的复杂产品的内部结构，模拟产品的工作情况，达到与非专业人士交流设计思想的目的。建立运动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用动画、图形、表格等多种形式输出结果，其分析结果可指导修改零件的结构设计或调整零件的材料。设计的更改可以反映到装配模型中，再重新进行分析，一旦确定优化方案，设计更改就可直接反映到装配模型中。此外还可以将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析5。2 齿轮泵的设计2.1 齿轮泵概述齿轮泵是靠相互啮合旋转的一对齿轮输送液体，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。泵工作腔由泵体、泵盖及齿轮的各齿槽构成。由齿的啮合线将泵吸入腔和排出腔分开。随着齿轮的转动，齿间的液体被带至排出腔，液体受压排出。齿轮泵适用于输送不含固体颗粒的液体，可作润滑油泵、重油泵、液压泵和输液泵。所输送液体的粘度范围为,齿轮泵结构简单，维修方便82.2齿轮泵设计要求2.2.1 齿轮泵工作参数要求（1）流量外啮合齿轮泵在没有泄露损失的情况下，每一转所排出的液体体积叫做泵的理论排量，以q表示。外啮合齿轮泵，一般两齿轮的齿数相同，所以 (1)式中： b齿宽D齿顶圆直径a齿轮中心距t基圆节距基圆柱面上的螺旋角不修正的标准直齿圆柱齿轮的齿轮泵的理论排量： (2) 式中：m齿轮模数 z齿轮齿数 齿轮压力角理论流量： (3)式中n泵转速，单位 （r/min）实际流量： (4)式中泵的容积效率，一般取0.750.9，小流量泵取小值。（2）转速齿轮泵的转速不宜过高，由于离心力的作用，转速高液体不能充满整个齿间，以至流量减小并引起气蚀，增大噪声和磨损，对高粘性液体的输送影响更大，转速可按表1选取。（3）效率 (5)表1 流体粘度与齿顶圆线速度液体粘度124576152300520760线速度543.732.21.61.25式中：P泵进出口压力差Q流量轴功率齿轮泵的能量损失主要是机械损失和容积损失，水力损失很小，可忽略不计。容积损失主要式通过齿轮端面与侧板之间的轴向间隙，齿顶与泵体内孔之间的径向间隙和齿侧接触线的泄露损失，其中轴向间隙泄露约占总泄露量的75%80%。机械效率，大流量泵低。2.2.2 齿轮几何参数的要求(1) 齿数z、模数m和齿宽齿数多，泵的外形尺寸大，但压力和流量脉动小。中低压齿轮泵对压力和流量脉动要求较严，通常取z=1225，高压泵为减小外形尺寸，一般取z=614，对流量脉动要求不高的粘性液体输送泵可取z=68。中低压齿轮模数按表2选取。对工作压力大于10mP的高压泵，应考虑齿轮强度，需适当增大模数。齿宽按表3确定。表2 流量与模数流量Q模数m4101.5210322.5332633.54631254.55 (4) 齿轮修正齿轮泵采用压力角标准渐开线齿轮，齿数少于17时均有根切现象产生，使齿轮强度减弱，工作情况变坏，须作齿轮修正，修正方法与通常的齿轮修正方法略有不同，两齿轮的刀具移距取正值（即离开中心），修正后节圆处的齿侧间隙为0.08m,刀具切入齿轮的深度即齿高h=2.3m(0.5)m，修正齿轮的主要数据见表4。表3 工作压力与齿宽工作压力P齿宽b1，即要求在一对齿啮合行将脱开前，后面一对就进入啮合，因此在一段时间内同时啮合的就有两对齿，留在齿间的液体被困在两对啮合齿后形成一个封闭容积（称闭死容积）内，当齿轮继续转动时，闭死容积逐渐减小，直至两啮合点处于对称于节点P的位置时，闭死容积变至最小，随后这一容积又逐渐增大，至第一对齿开始脱开时增至最大。当闭死容积由大变小时，被困在里面的液体受到挤压，压力急剧升高，远大于泵排出压力，可超过10倍以上的程度。于是被困液体从一切可以泄露的缝隙里强行排出，这时齿轮和轴承受到很大的脉冲径向力，功率损失增大，当闭死容积由小变大时，剩余的被困液体压力降低，里面形成局部真空，使容解在液体中的气体析出，液体本身产生气化，泵随之产生噪声和振动，困油现象对齿轮的工作性能和寿命均造成很大的危害。4.2 卸荷槽为消除困油现象，可在与齿轮端面接触的两侧板上开两个用来引出困液的沟槽，即卸荷槽。卸荷槽有相对于节点P对称布置和非对称布置两种。它的位置应保证困液空间在容积达到最小位置以前与排出腔相连，过了最小位置后与吸引腔相连通。（1）对称布置卸荷槽尺寸，卸荷槽间距 (18)本设计卸荷槽采用对称布置。当，中心距为标准值时： （19） （20） （21）卸荷槽最小宽度： （22）式中齿轮重叠系数，此处取一般机械制造业中的值1.4 。一般c2.5m，以保证卸荷槽畅通，取卸荷槽宽度为6.85mm 。对标准齿轮，卸荷槽深度见表5。表5 卸荷槽深度齿轮模数 m2345678卸荷槽深度 1.01.52.54.05.57.510用插值法取卸荷槽深度值为1.25mm 。（2）非对称布置卸荷槽尺寸齿侧间隙很小（接近无齿侧间隙）时，采用非对称布置卸荷槽，其位置向吸入腔一方偏移一段距离，这样不仅可以解决困液问题，还可以回收一部分高压液体。非对称布置的卸荷槽尺寸，除了外，其尺寸的计算公式与对称布置相同。5 结束语本设计根据外啮合齿轮泵的工作原理，运用Solidworks绘制了齿轮泵的零件，进行了虚拟装配，并采用传统方法进行了校核。结果表明：该设计过程具有可视化、生成模型快捷、虚拟装配精确、在装配中对零件可以直接编辑、对模型直接进行的各种力学和运动学分析等特点，大大简化了传统设计中的繁复工作并且能在实际产品造出之前完成优化设计，极大地节约了成本，减少了资源的浪费。6 致 谢经过几个月的学习，现在毕业设计终于完成了！在这几个月的时间里，我的导师给了我极大的帮助，使我对与设计有关的知识有了深入的了解。在设计的过程中我遇到了许多困难，并且常常有不知所措的冲动，因为涉及行业标准和知识，单凭自己的直观理解和做法常常会出错犯下不合实际的荒唐错误。而这种想法也往往会束缚设计人员的思维，因此机械设计确实是一项考验人的工作。老师给我提出了很多非常宝贵的建议，让我受益匪浅，也改变了我以前对机械设计的浅薄认识。7 参考文献1濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，20062孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社，20063Solidworks公司.Solidworks基础教程：零件与装配体.北京：机械工业出版社，20064刑启恩.Solidworks2007零件设计与案例精粹.北京：机械工业出版社，20065江洪，陆利锋，魏峥.Solidworks动画演示与运动分析实例解析.北京：机械工业出版社，20056王兰美.机械制图.北京：高等教育出版社，20047机械工程手册编辑委员会机械工程手册传动设计卷北京：机械工业出版社，19978机械设计手册编委会机械设计手册第二卷北京：机械工业出版社，20049王守城液压元件及选用北京：化学工业出版社，200710李晓文英汉液压气动科技词汇哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200111刘鸿文. 材料力学. 北京.高等教育出版社. 200412哈工大力学教研室. 理论力学. 北京：高等教育出版社.200413郑竹林. 液压与气动. 成都：电子科技大学出版社.200014杨天明，陈杰. 电机与拖动. 北京：中国林业大学出版社.200615宋爱平. CAD/CAM技术综合实训指导书.北京：机械工业出版社.200624