基于UG对齿轮式机油泵的三维造型及工程图

苏州大学本科生毕业设计（论文）基于对齿轮式机油泵的三维造型及工程图摘要：介绍齿轮式机油泵零件的造型分析。主要通过对齿轮机油泵的参数化造型设计的一般方法与步骤的介绍，掌握使用软件进行机油泵零件造型的设计方法和工程图的绘制方法。关键词：齿轮式；机油泵；造型设计；工程图AbstractThis article introduces the modeling analysis of the metering oil pump. Master the UG software through the counter gear on pump the parameterization modeling design general method and the step introduction ,thus to grasp the design method of the metering oil pump body components modeling and the engineering drawing with the UG software.Keywords: gear type; oil pump; modeling design; engineering drawing第一章 绪论1.1节 机油泵的分类外啮合齿轮式机油泵，内啮合齿轮式机油泵，内啮合转子式机油泵1.2节 齿轮泵的工作原理 一对相互啮合的齿轮和泵缸把吸入腔和排出腔隔开。齿轮转动时，吸入腔侧轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大，压力降低，液体在压差作用下进入齿间。随着齿轮的转动，一个个齿间的液体被带至排出腔。这时排出腔侧轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小，而将液体排出。齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。泵的流量可至300米3/时，压力可达3107帕。它通常用作液压泵和输送各类油品。齿轮泵结构简单紧凑,制造容易,维护方便，有自吸能力，但流量、压力脉动较大且噪声大。齿轮泵必须配带安全阀，以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原动机第二章 机油泵的造型设计2.1 机油泵的总体分析2.1.1 构成零件如下图所示：序号名称数量材料备注1主动轴1452泵体1HT1503主动齿轮145m=3,z=114泵盖1HT1505销GB/T119.114m6*126从动齿轮145m=3,z=117从动轴1458螺栓GB/T57834M6*209垫圈GB/T934610垫片1橡胶11螺钉135M10*112螺母GB/T61711M10*113垫圈1皮革14弹簧165Mn15钢球1Gcr6816垫片1皮革17管接头1H622.1.2 结构说明齿轮油泵为输送润滑油的部件，主要有齿轮，齿轮轴，泵盖，泵体及其附件组成，泵体，泵盖及齿轮是齿轮油泵的主要零件，就泵体而言，其内腔为一个主动齿轮和一个从动齿轮，同时有两个齿轮轴进行传动。泵盖与泵体间用螺栓螺母进行固定，采用垫片进行密封，本造型设计采用自底而上的设计方法，即先对齿轮油泵的各个构成零部件进行建模，然后再将个零部件进行装配成齿轮油泵模型。2.2 泵盖的三维造型设计思路：齿轮式机油泵盖的总体比较简单，为轴对称结构，在成型操作中，模型的总体框架，运用了对草图的“回转”和“拉伸”命令; 对其中的螺孔应用了“孔”和“拉伸”命令; 泵盖上的圆角，倒角运用了UG中的“边倒圆”命令，一步成型。操作步骤：1，选择“文件”|“新建”命令新建文件benggai.prt，其单位为mm2，选择“起始”|“建模”命令，进入建模模式3，单击“成型特征”工具栏上的“草图”按钮，选择“草图”工具栏上的，以x-y面作为草图的绘制平面。进入草图绘制环境下，绘制草图。如图所示4，绘制完草图，单击“草图”工具栏中的“完成草图”按钮，返回到建模环境下。5，选择“插入”|“设计特征”|“拉伸”命令，弹出“拉伸”对话框，并设置参数如图所示。单击“确定”按钮，可生成油泵泵盖的底座。6,单击“成型特征”工具栏上的草图按钮，选择垂直于底座的面YC-XC 为草图的绘制平面，进入草图绘制环境下，绘制如图所示的草图。绘制完成后，单击“草图”工具栏中的“完成草图”按钮，返回建模环境7，拉伸刚绘制好的草图，设置参数如图，单击“拉伸”对话框中的“确定”按钮，完成如图所示的模型8，单击草图按钮，选择中心平面，对其偏置30mm，以它为基准面，作20*20的矩形，如图所示，单击完成草图，回到建模环境9，单击拉伸按钮，对矩形进行拉伸，设置参数如图，生成所示图样。10，对泵盖进行边倒圆处理，参数如图所示，最后图形如图11，选择泵盖底座为基准面，选择“插入”|“设计特征”|“孔”命令，弹出“孔”对话框，在对话框的“类型”栏中选择简单，参数如图所示，系统提示选择孔的放置面。12，选择孔的放置面，如图所示，选择水平，定位参数如图12,单击对话框中的“确定”按钮，即可完成对孔的创建，如图所示13,对泵盖中央孔的处理，选择静态线框按钮，以偏置面XC-YC为基准面，做草图，如图所示14，完成草图，返回建模环境，点击拉伸按钮，设置参数如图，点击确定，得到所示图样。15，以XC-YC为基准面，选择草图命令，建立草图如下图所示16，单击“成型特征”工具栏上的“回转”按钮，弹出“回转”对话框，选择草图如图所示，以Y轴为回转轴，设置回转参数如图所示，得到所需图样小结：泵盖的造型设计主要运用了成型特征中的“拉伸”，“回转”，“孔”，“边倒圆”命令，其中对于基准面的选择，基准轴的确定，需要进行计算，使用“静态线框”命令，使得视图更加清晰。2.3泵体的三维造型设计思路： 泵体零件的结构相对比较复杂，其表面的孔和凸起较多，内部常有空腔，其底座上一般都有安装孔，此造型设计主要对草图进行“拉伸”或“回转”，创建零件的主体部分，用拉伸中的“求差”命令，来创建泵体的空腔部分。1,启动UG程序，新建一个名为泵体的部件文件，其单位为mm2，单击“起始”|“建模”命令，进入建模模式3，单击“草图”按钮，在系统弹出的“草图平面选择”工具条中选择图标以x-z平面为基准平面。绘制泵体的草图，具体如图4,单击“完成草图”按钮返回建模模式。5，单击“成型特征”工具栏上的图标，弹出“拉伸”对话框，选择需拉伸的草图并设置参数，如图所示，单击“确定”按钮，可生成所需实体。6，对底座三个孔进行拉伸，以为基准面进行操作，作草图如下，拉伸后如图所示7,选择XC-YC为基准面，作垫片草图，如下图所示8，以XC-YC面为基准面，进行偏置，参数如图所示，在基准面作出草图，如下图9，在新的基准面上，作出草图如下10.,单击拉伸，设置参数如图，得到所示图样11，对泵体作如下处理，参数如图，效果如下图所示12，以XC-YC为基准面，作三角支撑板草图，如图所示，拉伸参数如下图，生成图样13,以XC-YC为基准面作草图，如下图所示，点击静态线框按钮，进行拉伸，设置参数如图，拉伸后得到所示图样14，以泵体后表面为基准面，做草图如图所示。生成图示15，对外圆进行拉伸，参数如下图，得到所示图样，选择静态线框命令，点击拉伸，设置参数如下图，进行拉伸15,对孔进行螺纹处理，参数如图，结果如图小结：创建此类零件常用命令有“回转”，“拉伸”，“孔”，“螺纹”等，主要是通过对草图的各种成型操作来完成。2.4 齿轮的造型设计 设计思路： 齿轮一般为盘状，对于齿轮来说，主体部分结构比较简单，通过“拉伸”，“孔”等命令即可直接创建，但齿槽的创建比较复杂，需设计轮廓线，所以必须先推算出轮廓线的计算公式，再通过UG提供的“表达式”命令输入计算公式，方可在“规律曲线”命令中直接调用，创建给定的曲线。设计步骤：2.4.1，表达式的推导已知圆的直径D，画渐开线的方法如图(1）将圆周分成若干等分（图中为12等分），将周长D作相同等分；(2）过周长上各等分点作圆的切线；(3）在第一条切线上，自切点起量取周长的一个等分（D/12）得点1；在第二条切线上，自切点起量取周长的两个等分（2xD/12）得点2；依此类推得点3、4、12；(4）用曲线板光滑连接点1、2、3、12；即得圆的渐开线。渐开线画法将一个圆轴固定在一个平面上，轴上缠线，拉紧一个线头，让该线绕圆轴运动且始终与圆轴相切，那么线上一个定点在该平面上的轨迹就是渐开线。直线在圆上纯滚动时，直线上一点K的轨迹称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，直线称为渐开线的发生线。 渐开线的形状仅取决于基圆的大小，基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直；基圆为无穷大时，渐开线为斜直线。渐开线方程为：x=rcos(+)+(+)rsin(+)y=rsin(+)-(+)rcos(+)z=0式中，r为基圆半径；为展角，其单位为弧度展角和压力角之间的关系称为渐开线函数=inv()=tan()-式中，inv为渐开线involute的缩写 由以上过程可知，齿轮渐开线的方程为：x=a(cost+t*sint) y=a(sint-t*cost)其中a为基圆半径，t为角度（弧度制）2.4.2，设计步骤1，查相关资料并计算齿轮的参数：分度圆直径=m*z=3.5*11=38.5 齿顶圆直径=3.5*（11+2）=45.5 齿根圆直径=3.5*（11-2.5）=29.75基圆直径=38.5*cos20=36.18 分度圆齿槽角=360112=16.362,以齿顶圆直径绘制一圆，拉伸20厚。3,建立表达式如下其中a为渐开线起始角度，b为终止角度，r为基圆半径，t为系统变量可取01不等。u为弧度转换。xt是变量x的函数表达式，yt是变量y的函数表达式。4、插入曲线-规律曲线-【根据方程f(x):定义x、定义y；根据恒定值定义z，这里z坐标的变化规律为恒定值0（可根据情况任意确定）】，最后点确定。生成渐开线如下图：2.5 主动轴的造型设计设计思路：轴是组成零件和机器的重要零件，一切做回转运动的传动零件（如齿轮），都必须安装在轴上进行运动及动力的传递。在UG中，可通过创建草图，运用“回转”命令即可完成轴的造型特征，最后对零件进行必要的倒角操作。设计步骤：1. 启动UG程序，新建一个名为zhudongzhou.prt的部件文件，其单位为mm2. 选择“起始”|“建模”命令，进入建模状态3. 单击“草图”按钮，系统弹出“草图平面选择工具条”4. 单击按钮，以x-y面为草图基准面，进入草图绘制模式，用直线命令绘制如图所示的草图5. 单击完成草图按钮，返回建模模式6. 单击回转图标，在回转对话框中设置参数，如图所示，单击确定，即可生成所需实体7，对水平面进行偏置，参数如图所示，以此为基准面，绘制草图，如下图8,点击完成草图按钮，对草图进行拉伸，参数如图所示,得到主动轴的三维造型。 9，选择“插入”|“细节特征”|“倒斜角”命令，系统弹出“倒斜角”对话框。设置参数如图所示，选择所要倒角的边。单击“确定”按钮即可生成所需的实体。2.6 弹簧的造型设计设计思路：在运用UG设计弹簧时，主要运用到“螺旋线”和“沿导引线扫掠”两个命令。只要对端面结构沿着指定的导引线进行扫掠即可。设计步骤：1， 用“螺旋线”命令创建所需的螺旋导引线2， 进入到草图设计环境下，在导引线的一段绘制出弹簧的截面曲线3， 用“沿导引线扫掠”命令，对已画好的弹簧截面沿着导引线扫描生成所需的弹簧结构4， 根据设计的需要对弹簧进行一定的处理2.7 螺栓，螺母的造型设计螺母的参数化设计1， 查相关资料得到螺母（GB/T6171）的规格参数，如图所示2， 启动UG程序，新建一个名为螺母.prt的部件文件，其单位为mm3， 选择“起始|建模”命令，进入建模模式4， 选择“工具|表达式”命令，系统会弹出“表达式”对话框，建立相应的表达式如图所示2.8 其他零件的造型设计第三章 机油泵的装配3.1 机油泵的装配结构分析由上文对机油泵的结构分析可知，齿轮油泵主要有齿轮，齿轮轴，泵盖，泵体及其附件组成，泵体，泵盖及齿轮是齿轮油泵的主要零件，就泵体而言，其内腔为一个主动齿轮和一个从动齿轮，同时有两个齿轮轴进行传动。泵盖与泵体间用螺栓螺母进行固定，采用垫片进行密封，造型设计采用自底而上的设计方法，即先对齿轮油泵的各个构成零部件进行建模，然后再将个零部件进行装配成齿轮油泵模型。3.2 机油泵的装配 1,启动UG程序，新建一个名称为zhuangpeiti.prt的部分文件，其单位为mm2，选择“起始”|“建模”命令，进入建模模式3，选择“装配”|“组件”|“添加现有组件”命令，将零件部件2.prt，即泵体作为装配父组件，坐标为（0,0,0），如下图所示5， 选择“添加现有组件”命令，单击“选择部件”按钮，指定添加齿轮部分文件3.prt，定位选择“配对”方式，单击“确定”按钮，弹出“配对条件”对话框。单击“配对条件”对话框中的“中心”按钮，选择齿轮中心，和泵体左面孔中心，点击确定，完成左侧齿轮的装配 ，右侧亦然，效果如图。6，选择“添加现有组件”命令，单击“选择部件”按钮，指定添加从动轴部分文件7.prt，定位选择“配对”方式，单击“确定”按钮，弹出“配对条件”对话框。单击“配对条件”对话框中的“中心”按钮，选择从动轴中心，和右侧齿轮中心，点击确定，完成从动轴的装配6， 对主动轴的装配，选择主动轴部分文件1.prt，定位选择“配对”方式，单击“确定”按钮，弹出“配对条件”对话框。单击“配对条件”对话框中的“中心”按钮，选择主动轴中心，和左侧齿轮中心，点击确定7， 泵盖垫片的装配，选择主动轴部分文件1.prt，定位选择“配对”方式，单击“确定”按钮，弹出“配对条件”对话框。单击“配对条件”对话框中的“配对”按钮，单击确定，完成对垫片的装配。8， 泵盖的装配，选择主动轴部分文件1.prt，定位选择“配对”方式，单击“确定”按钮，弹出“配对条件”对话框。单击“配对条件”对话框中的“中心”按钮，选择泵盖右侧螺孔，垫片右上螺孔，单击确定，单击“配对条件”对话框中的“距离”按钮，完成泵盖的装配9， 螺栓及垫片的装配，选择部件文件，配对条件为“中心”和“距离”，点击确定，即可完成装配，得到下图所示图样。10，泵盖上垫圈，球体的装配，选择相对应的部分文件，配对条件为“中心”和“距离”，点击确定，结果如下图所示。10， 泵盖螺钉，螺母的装配，配对条件为“中心”和“距离”，螺钉的装配需要设置参数，如下图，螺母的装配，直接在装配条件下，点击确定，即可完成11， 管接头，垫片的装配，同上，配对条件为“中心”和“距离”，完成如图第四章 机油泵的工程图4.1 工程图分析4.2 操作步骤1，启动UG，打开模型文件zhuangpeiti.prt，单击“起始”选择进入“制图”模块，系统将弹出如图所示的“插入图纸页”对话框,参数如图所示2，选择菜单命令“插入”|“视图”|“基本视图”，并弹出“基本视图”工具栏，选择后视图，单击图纸区域，则添加实体模型右视图，再选择俯视图，则添加实体模型俯视图44