基于solidworks的齿轮泵仿真

XX 学院 毕 业 设 计 题目 基于 Solidworks的齿轮泵仿真 系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 XX 学院毕业设计 设计任务书 设计题目： 基于 Solidworks的齿轮泵仿真 设计要求： 1.对齿轮泵的工作参数（流量、效率、转速） 、几何参数(齿数、模数、齿宽)、 主要部件参数（分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径等）进行设计和确定。 2.运用 solidworks对齿轮泵的各个零部件（泵盖、泵体、齿轮轴、紧固件等） 进行建模，熟练掌握 solidworks的建模方法。 3.运用 solidworks对齿轮泵进行装配，掌握 solidworks的装配方法。 4.对装配体进行干涉检查，对其进行运动分析。 设计进度要求： 第一周到第四周下达任务书，查阅、收集相关资料。 第五周到第七周，进行齿轮泵的工作参数，几何参数等进行设计和确定。 第八到十周，用 solidworks进行齿轮泵的零件建模及装配体建模。 第十周到十二周，撰写论文，对论文进行排版修改。 指导教师（签名）： XX 学院毕业设计 I 摘要 SolidWorks是一款功能强大的三维设计软件，具有强大的参数化建模功能。在 SolidWorks的标准菜单中包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令。通过运 用这些特征造型技术可以很方便的设计出需要的实体特征。应用 SolidWorks软件， 可以建立出齿轮泵各个零部件的三维模型，进行装配后建立齿轮泵虚拟样机。 参数化造型设计是 SolidWorks软件核心功能之一，包括曲面和实体造型以及基 于特征的造型等。它提供尺寸驱动的几何变量，用交互式方法检查模型变化的结果， 其模型可智能化。参数化造型虚拟技术通过记录几何体间的所有依存关系，自动捕 捉设计者的意图。 此设计中主要利用三维设计软件 SolidWorks，建立了齿轮泵的虚拟样机模型， 并在此基础上利用 SolidWorks软件对齿轮泵进行运动仿真、基体受力分析等。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。 关键词： SolidWorks，参数化造型，建立模型 XX 学院毕业设计 II 目录 摘要 .II 目录 .III 1齿轮泵的设计 .1 1.1 齿轮泵概述 .1 1.2齿轮泵设计要求 .2 1.2.1 齿轮泵工作参数要求 .2 1.2.2 齿轮几何参数的要求 .3 1.3 齿轮泵主要部件参数的确定 .5 1.4 SOLIDWORKS建模 .6 1.4.1 齿轮轴建模 .6 1.4.2 泵体建模 .10 1.4.3 Solidworks建模基本原则 .12 1.4.4 装配体初步建模与泵盖建模 .13 1.4.5 连接件的选择和螺纹生成 .16 1.4.6 密封件的选择 .18 2 齿轮的校核 .21 3 齿轮泵的闭死容积和卸荷槽 .25 3.1 闭死容积 .25 3.2 卸荷槽 .25 4 结束语 .27 致 谢 .28 参考文献 .29 XX 学院毕业设计 0 1 齿轮泵的设计 1.1 齿轮泵概述 齿轮泵是液压系统中广泛采用的液压泵，有外啮合和内啮合两种结构形式。齿 轮泵的主要优点是结构简单，制造方便，体积小，重量轻，转速高，自吸性能好， 对有的污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维护修理以及价格低廉等；主要缺点 是流量和压力脉动较大，噪声较大（只有内啮合齿轮泵噪声较小） ，排量不可调。 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。sm/1026 齿轮泵的工作原理如图 1.1。齿轮泵泵体内腔容纳一对齿数相同的外啮合渐开 线齿轮，齿轮两侧由端盖盖住（图中未出示） 。泵体、端盖和齿轮之间形成了密封腔， 并由两个齿轮的齿面接触线将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当主动齿轮轴逆 时针带动从动齿轮顺时针方向转动时，这对传动齿轮的啮合右腔空间压力降低而产 生局部真空，油池内的油在大气压力作用下进入泵的吸油口。随着齿轮的转动，齿 槽中的油不断被带至左边的压油口，把油压出，送至机器中需要润滑的部位。 图 1.1 齿轮泵的工作原理图 XX 学院毕业设计 1 1.2齿轮泵设计要求 1.2.1 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t (1)rmlbtaD bt /10tan312 322 式中： b齿宽 D 齿顶圆直径a 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) rmlzbmqt /10cos12232 式中：m齿轮模数 z齿轮齿数 齿轮压力角 理论流量： (3)min/103lnqQT 式中 n泵转速，单位 （r/min） 实际流量： (4)in/lvT 式中 泵的容积效率，一般取 0.750.9，小流量泵取小值。v （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， XX 学院毕业设计 2 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 1.1选取。 （3）效率 (5)avPQ 表 1.1 流体粘度与齿顶圆线速度 液体粘度 sm/212 45 76 152 300 520 760 线速度 uax5 4 3.7 3 2.2 1.6 1.25 式中： P泵进出口压力差 amP Q流量 sl/ 轴功率akw 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。 容积损失主要是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。9.08mm 1.2.2 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 1.2选取。对工作压力大于 10mP 的高压泵，应考虑齿轮a 强度，需适当增大模数。 齿宽按表 1.3确定。 XX 学院毕业设计 3 表 1.2 流量与模数 流量 Qmin/l 模数 m 410 1.52 1032 2.53 3263 3.54 63125 4.55 (2) 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，20 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 1.4。 表 1.3 工作压力与齿宽 工作压力 Pam齿宽 bm 1，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。 3.2 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)(cos 2mazy 本设计卸荷槽采用对称布置。 当 ，中心距为标准值时：20 （19）)(95.678.y （20）4.32m （21）)(.1e XX 学院毕业设计 26 卸荷槽最小宽度： （22）2min cos1cosazmCm 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 3.1。 表 3.1 卸荷槽深度 齿轮模数 m 2 3 4 5 6 7 8 卸荷槽深度 h1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10 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。my8.0 XX 学院毕业设计 27 4 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。 XX 学院毕业设计 28 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，谢谢 XX 老师给我的帮助，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。 在运用 Solidworks进行机械建模的应用方面，让我体会到在机械设计中应用 Solidworks所带来的巨大便利和快捷。这将会对我以后从事设计工作有极大的帮助。 在设计期间，很多老师和同学给了我很大的帮助，在这里向他们表示衷心的感谢。 XX 学院毕业设计 29 参考文献 1 濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006 2 刑启恩.Solidworks2007 零件设计与案例精粹.北京：机械工业出版社，2006 3 王兰美.机械制图.北京：高等教育出版社，2004 4 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，2004 5 王守城液压元件及选用北京：化学工业出版社，2007 6 郑竹林. 液压与气动. 成都：电子科技大学出版社.2000