CBB型齿轮泵设计

XX学院毕业设计XX学院 毕 业 设 计题目 CB-B型齿轮泵设计 系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 22设计任务书设计题目：CB-B型齿轮泵设计设计要求：.原始材料：一个直齿圆柱中低压齿轮泵由以下要求，综合考虑现初步确定一对啮合的齿轮齿数z=14,模数m=2.5,齿宽定为b=20,电机转速1500r/min-2000r/min,工作压力P=10mpa。根据论文的格式要求并符合上述要求，设计齿轮泵，用Auto CAD做出零件图及装配图，依据齿轮泵的工作性能要求，进行简单的齿轮校核。设计进度：第一周：根据设计要求选定题目第二周：查找资料制定基本大纲第三周：明确设计目的进行设计计算第四周：反复修改最终完成设计任务 指导教师（签名）： 摘 要 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。由齿传动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。齿轮泵的设计主要是齿轮，其中齿轮的加工是通过车床，铣床，磨床等设备经过一定的工序来完成的，其中对加工精度要求比较高的，先经过粗加工对工件进行轮廓加工，再经过半精加工得到半成品，最后再经过精加工，使工件达到技术要求的精度，除此之外，在加工过程中还要结合实际情况，选择相配套的机械设备。齿轮的设计问题包括强度计算和结构设计两方面。强度计算是使轴具有工作能力的根本保证，结构设计是合理确定轴的结构和尺寸，它除应考虑强度和钢度因素外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。本次设计的目的是调研了解齿轮泵的设备在生产中的实际运作和市场需求情况，同时也是为了开发自身的浅能，勇于创新，对知识能力的提高，并对专业知识的实用性和重要性有了更深层次的认识。关键词：齿轮泵 齿轮 轴 机械传动目 录摘 要II1 齿轮泵的设计11.1 齿轮泵的概述11.2 齿轮泵设计要求21.2.1 齿轮泵工作参数要求21.2.2齿轮几何参数的要求313齿轮泵主要部件参数的确定41.4 Auto CAD 作图设计61.4.1 齿轮泵装配示意图71.4.2 泵盖零件图81.4.3 泵体零件图91.4.4 轴零件图101.4.5 齿轮零件图111.4.6 压紧螺母零件图121.4.7 齿轮泵整体装配图132 齿轮的校核143 轴及轴上零件的设计174 齿轮泵的闭死容积和卸荷槽194.1 闭死容积194.2 卸荷槽19致 谢21参考文献221 齿轮泵的设计1.1 齿轮泵的概述 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。由齿传动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。齿轮泵主要是靠一对相互啮合的齿轮进行吸压有的，当两齿轮相继脱开啮合时，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油在大气压的作用下进入吸油腔，从而实现吸油。当两齿轮进入啮合时，使密封容积减小，油液被挤出，通过压油口压油，实现了压油。齿轮泵具有结构简单，制造方便，体积小 ，重量轻，转速高，自吸性能好，对油的污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维护修理以及价格低廉等优点图1.1油泵工作原理图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，每一转排出的液体体积叫做泵的理论排量，以V表示。外啮合齿轮泵，一般两齿轮的齿数相同，所以V=dhb=2zm2b （式1.1）式中： b-齿宽 h-有效齿高，h=2m d-分度圆直径，d=mz m-齿轮模数 z-齿轮齿数实际齿槽容积比轮齿体积稍大一些，所以通常取 V=6.66zm2b （式1.2）式中：m-齿轮模数 z-齿轮齿数 b-齿宽 理论流量： QT=Vn10-3(l/min) （式1.3）式中n-泵转速，单位（r/min）实际流量： Q=QTv(l/min) （式1.4） 式中v-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1.1选取。 （3）效率 v=PQ/Pa （式1.5）表1.1流体粘度与齿顶圆线速度液体粘度v(mm2/s)12 45 76 152 300 520 760线速度umax(m/s)5 4 3.7 3 2.2 1.6 1.25式中：P-泵进出口压力差(mPa) Q-流量(l/s) Pa-轴功率(kw)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的75-80。机械效率m=0.8-0.9,大流量泵m低。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=12-25，高压泵为减小外形尺寸，一般取z=6-14，对流量脉动要求不高的粘性液体输送泵可取z=6-8。中低压齿轮模数按表1.2选取。对工作压力大于10mpa的高压泵，应考虑齿轮强度，需适当增大模数。齿宽按表1.3确定。 表1.2流量与模数流量Q(l/min)模数m（mm）4-101.5210-322.5332-633.5463-1254.55 表1.3工作压力与齿宽 工作压力p(mPa)齿宽b(mm)2(6-10)m2-10(4-8)m10(3-6)m13齿轮泵主要部件参数的确定本设计将设计一个直齿圆柱中低压齿轮泵由以上要求，综合考虑现初步确定一对啮合的齿轮齿数z=14,模数m=2.5,齿宽定为b=20,电机转速1500r/min-2000r/min,工作压力P=10mpa。现回代以验证：由公式（1.1），（1.2），（1.3），（1.4）： V=6.66zm2b=6.66142.522010-3=11.655(ml/r) QT=Vn10-3=11.655(1500-2000) 10-3 =17.523.3(l/min) Q=QTv=(17.523.3) 0.75=(13.125-17.475)(l/min) 流量、排量和模数的关系符合表1.2的要求。齿轮分度圆直径： D=mz=142.5=35(mm)齿轮齿顶圆直径： Da=m(z+2)=2.516=40(mm) 顶圆点的线速度 Umax=2n/60= 4.19(m/s) 要想通过表1.1确定Umax是否符合要求，就要先确定液压油的型号。 在液压泵、液压控制阀、液压缸（液压马达）以及油管等连接起来的密封液压系统中，能量的传递是通过液压油在流动过程中压力、流量变化来实现的。国内外的统计资料表明，液压系统的故障70-85是由于液压油方面的原因引起 的。在液压系统中，液压油的主要作用是：作为对系统中的能量进行控制、转换和传递的工作介质。此外，液压油还具有其他一些重要作用：润滑液压元件、减少机器的摩擦和磨损、防锈、转热、冲洗粉末等作用。一般情况下，液压设备选用液压油时，应从工作压力、温度、工作环境液压系统及元件的结构和材质、经济性等方面综合考虑。表1.4齿轮泵用油的粘度范围及推荐牌号名称运动粘度/(mm2/s)工作压力/MPa工作温度/。C推荐用油允许最佳 齿轮泵 4-220 25-5412.55-40L-HL32,L-HL4640-80L-HL46,L-HL6810-205-4040-80L-HM46,L-HM68对于这次设计中的液压油的选定：依据以上确定的工作参数，及表1.4可以得出，选用L-HL32的液压油。对于齿宽的验证：由表1.3可知，所选的齿宽符合要求。1.4 Auto CAD 作图设计作为以CAD技术为内核的辅助设计软件，Auto CAD具备了CAD技术能够实现的基本功能。作为一个通用的工种设计平台，Auto CAD还拥有强大的人机交互能力和简便的操作方法，十分方便广大普通用户，下面介绍一下Auto CAD的主要功能。具有强大的图形绘制功能：Auto CAD提供了创建直线、圆、圆弧、曲线、文本和尺寸标注等多种图形对象的功能。精确定位定形功能：Auto CAD提供了坐标输入、对象捕捉、栅格捕捉、追踪等功能，利用这些功能可以精确地为图形对象定位和定形。 具有方便的图形编辑功能：Auto CAD提供了复制、旋转、阵列、修剪、缩放、偏移等方便使用的编辑工具，大大提高了绘图效率。 图形输出功能：图形输出包括屏幕显示和打印出图，Auto CAD提供了方便的缩放和平移等屏幕显示工具，模型空间、图纸空间、布局、发布和打印等功能极大地丰富了出图选择。 三维造型功能：Auto CAD具备三维模型、布尔运算、三维编辑等功能。 辅助设计功能：可以查询绘制好的图形的长度、面积、体积和力学性能等；提供多种软件的接口，可方便地将设计数据和图形在多个软件中共享，进一步发挥各软件的特点和优势。 允许用户进行二次开发：Auto CAD自带的AutoLISP语言让用户自行定义新命令和开发新功能。通过DXF、IGES等图形数据接口，可以实现Auto CAD和其他系统的集成。此外，Auto CAD支持Object ARX、ActiveX、VBA等技术，提供了其他高级编辑语言的接口，具有很强的开发性。1.4.1 齿轮泵装配示意图装配示意图是用来表示部件中各零件的相互位置和装配关系，是部件拆卸后重新装配和画装配图的依据，图1.2所示为齿轮油泵的装配示意图。图1.2齿轮泵装配示意图1.4.2 泵盖零件图零件图是设计部门提交给生产部门的主要技术文件。它不仅反映了设计者的意图，而且表达了零件的各种技术要求，如尺寸精度、表面粗糙度等。工艺部门要根据零件图进行毛培制造，工艺规程、工艺装备等设计，所以零件图是制造和检验零件的重要依据。一张完整的零件图应包括以下内容:1 一组视图2 完整的尺寸3 技术要求4 标题栏下面就是齿轮泵所有非标准零件的零件图： 图1.3泵盖零件图1.4.3 泵体零件图图1.4泵体零件图1.4.4 轴零件图图1.5轴零件图1.4.5 齿轮零件图图1.6齿轮零件图1.4.6 压紧螺母零件图图1.7压紧螺母零件图1.4.7 齿轮泵整体装配图装配图时表达机器或部件的图样。通常用来表达机器或部件的工作原理以及零、部件间的装配、连接关系，是机械设计和生产中的重要技术文件之一。在产品设计中，一般先根据产品的工作原理图画出装配草图，有装配草图整理成装配图，然后再根据装配图进行零件设计并画出零件图；在产品制造中，装配图是制订装配工艺过程，进行装配和检验的技术依据；在机器使用和维修时，也需要通过装配图来了解机器的工作原理和构造。一张完整的装配图必须具有下列内容：1 一组视图2 必要的尺寸3 技术要求4 零件的序号、明细栏和标题栏图1.8齿轮泵装配图2 齿轮的校核设齿轮泵功率为Pw，流量为Q,工作压力为P，则 Pw=P106Q10-3/60=3.33(kw)由齿轮泵的工作形式可知其中的流场大致是对称的，主动齿轮和从动齿轮所在流场流动情况大致相同，而流体所获得的能量是由齿轮提供的，这就是说两个齿轮大致提供了相同的能量给流体，两齿轮的能量又最终由电机提供。故，每个齿轮功率为 Pw=Pw=1.67(kw)现考虑一个齿轮的受力情况，转矩 T=8.0(N.m)切向力： Ft=457(N)手册中齿轮校核方法主要是校核其强度条件，见表2.1表2.1 强度条件强度条件HH 或FF 计算接触强度H（MPa）H=668许用接触应力H H =表2.2使用系数原动机工作特性载荷系数均匀、轻微冲击11.2中等冲击1.21.6大的冲击1.61.8表2.3安全系数SH和SF安全系数软齿面（350HBS）硬齿面（350HBS）重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮SH1.01.11.11.21.3SF1.31.41.41.61.62.2下面确定几个参数。使用系数K表示齿轮的工作环境（主要是振动情况）对其造成的影响，使用系数K的确定：液压装置一般属于轻微震动的机械系统所以按上表中可查得K可取为1.35。齿轮精度选为69较为合理，此处取8。对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声、震动增大，即导致不能继续工作的后果，故可取疲劳强度安全系数SH=1。寿命系数： KN=60njLh2.5109其中，n-齿轮转速 j-齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。 Lh-齿轮的工作寿命，此处定为2080h。 根据所选齿轮材料（45钢调质,硬度为210250HBS）查表可得 Hlim=560MPa 由以上数据可得 H =MPa=549MPa H=668=539MPa带入校核公式中得 H=539MPaH 所以，按齿面接触疲劳强度校核，所选齿轮参数符合要求。按齿根弯曲疲劳强度校核亦符合。到此，齿轮泵关键零件齿轮的校核已完成。轴和连接件的校核省略，因为所选零件在装配体中尺寸都较盈余，能很宽裕地符合力学要求。3 轴及轴上零件的设计（1）选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件知齿轮泵传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理由表3.1查得强度极限B=650MPa再由表3.2得许用弯曲应力b=60MPa表3.1 轴的常用材料及部分力学性能材料牌号热处理方法抗拉强度极限B/MPaQ235A440Q27552035正火52045正火60035调质65045Cr调质750表3.2 轴的许用弯曲应力材料Bb碳素钢40050060070040455565合金钢8009001000758090铸钢4005003040（2）按扭转强度估算轴径根据表3.3得C=107-118，得 dC=（107-118）mm=9.5-10.5mm 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%-5%，取为9.785-10.815mm。有设计手册取标准直径d=10mm表3.3 常用材料的和C值轴的材料Q235A,20354540Cr,35SiMn/MPa12-2020-3030-4040-52C135-160118-135107-11898-107（3）设计轴的结构 1） 确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端有轴肩定位，右端有套筒固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的轴向固定采用圆柱销。 2） 确定各轴段的直径 最小段10mm考虑到要对最小轴端上的联轴器进行定位，第二个轴段上应有轴肩3） 确定各轴段上的长度 齿轮轮毂宽度为16mm，为保证齿轮固定可靠，轴段二的长度应略短于齿轮轮毂宽度，但是轴要和孔配合，同时齿轮有圆柱销固定，所以轴段二长取76mm,轴总长为166mm,又因轴段一上加工键槽，按轴段直径差手册得到，键槽3X8.23） 选定轴的结构细节，如圆角、倒角等的尺寸。4 齿轮泵的闭死容积和卸荷槽4.1 闭死容积 为保证齿轮泵能连续输液，必须使齿轮的重叠系数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，使溶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 Y=cosa(mm)此设计卸荷槽采用对称布置。当a=20，中心距为标准值时： Y=7.38(mm) Y=3.69(mm) e=3.925(mm)卸荷槽最小宽度：Cmin=mcos(mm)式中-齿轮重叠系数，此处取一般机械制造业中的值1.4。对标准齿轮，卸荷槽深度见表4.1表4.1卸荷槽深度齿轮模数m2345678卸荷槽深度h1.01.52.54.05.57.510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y=0.8m外，其他尺寸的计算公式与对称布置相同。致 谢经过几周的努力和学习，现在毕业设计终于完成了！在这几周的时间里，我的辅导老师和同学们给了我很大的帮助，使我对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很多困难，并且常常有不知所措的感觉，因为涉及很多专业知识，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。XX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。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的机电工程系全体老师和同门，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 参考文献1 陈立德.机械设计基础.北京:高等教育出版社,20042 张宏友.液压与气动技术.大连:大连理工大学出版社,20013 刘力.机械制图.北京:高等教育出版社,20044 吴宗泽.机械零件设计手册.北京:机械工业出版社,20045 陈立德.机器设计.上海:上海交通大学出版社,20006 沈乐年.机械设计基础.北京:清华大学出版社,19977 丁树模.液压传动.北京:机械化工业出版社,19998 李玉琳.液压元件与系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,19919 龚桂义.机械设计课程设计指导书.2版.北京:高等教育出版社,1999XX学院毕业设计（论文）意见表指导教师意见： 教师签字： 年 月 日评阅人意见： 评阅人签字： 年 月 日答辩委员会意见： 成绩评定： 答辩组组长签字： 年 月 日