基于SOLIDWORKS的齿轮油泵设计

目 录1 引言12 齿轮油泵的反求设计22.1 测绘方法分析22.2 SolidWorks的应用32.3 齿轮油泵的设计方法42.3.1绘制装配示意图42.3.2测绘零件，画零件草图62.4尺寸和公差的测量和确定63 SolidWorks设计过程83.2 泵盖的设计103.3 齿轮的绘制123.4 轴的设计过程133.5装配体的实现15结束语18致谢19参考文献201 引言在现代社会中，科技成果的应用已成为推动生产力发展的重要手段。把其他国家的科技成果加以引进，消化吸收，改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术，是发展民族精神的捷径。称这一过程为反求工程。反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理，零部件的设计参数，材料，结构，尺寸，关键技术等指标，再根据现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计，改进设计或创新设计。反求设计已成为世界各国发展科学技术，开发产品的重要设计方发之一。反求设计实际上就是一个从有到新的过程，借助已有的产品，图样，音像等已存在的可感官的实物，创新出更先进，更完美的产品。凡求设计的流程是对原有零件进行分析和测绘，绘制装配示意图绘制零件草图确定尺寸与公差绘制零件图，装配图对零件图和装配图进行复核。【1】可以看出，对设计对象进行测绘是反求设计的重要内容。 机械测绘是对典型的机械设备进行工作原理分析，拆卸、安装并使用简单的测绘工具如钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、各种螺丝刀等对各个零件进行测量，画出零件图和装配图并标注尺寸，填写明细表和技术要求。但是传统的手工测绘和计算机二维绘图的实践方式已经落后于时代，手工测绘工作量大，重复劳动较多，修改复制不方便，学生普遍兴趣不高。以AutoCAD为代表的二维绘图软件在高校机械测绘教学实践中得到普遍应用，但是近年来随着计算机技术，三维彩色图像仿真技术和软件编程技术的飞速发展，计算机绘图已从二维平面图发展到三维立体图，机械计算机辅助设计也从二维设计发展到三维设计。当前不少CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一体，并在国内外得到广泛应用。本毕业设计的意义就在于以反求设计为理论支撑，以零部件测绘为主要内容，应用SolidWorks进行零部件的建模和实现三维装配来代替零件图和装配图的绘制，达到压缩实际工作时间，提高工作效率的目的。2 齿轮油泵的反求设计本课题以HY01-3x5齿轮油泵为测绘对象，利用钢板尺，游标卡尺，内外卡钳，各种螺丝刀对各个零件进行测量，画出装配草图和零件草图，为以后的SolidWorks设计过程进行数据准备。2.1 测绘方法分析测绘就是根据实物，通过测量，绘制出实物图样的过程。测绘与设计不同，测绘是先有实物，再画出图样；而设计一 般是先有图样后有样机。如果把设计工作看成是构思实物的过程，则测绘工作可以说是一个认识实物和再现实物的过程。测绘往往对某些零件的材料、特性要进行多方面的科学分析鉴定，甚至研制。因此，多数测绘工作带有研究的性质，基本属于产品研制范畴。零件测绘有三种情况：设计测绘，机修测绘和仿制测绘。【2】设计测绘测绘为了设计。根据需要对原有设备的零件进行更新改造，这些测绘多是从设计新产品或更新原有产品的角度进行的。机修测绘测绘为了修配。零件损坏，又无图样和资料可查，需要对坏零件进行测绘。测绘对象多为损坏的零件，测绘目的是为修理或制造配件。例如，斜齿圆柱齿轮的螺旋角测量有多种方法，然而，在机修生产中，特别是机修测绘时，往往会受到装备，仪器以及生产批量的限制。因此我们要综合考虑这些因素，做出最合理的测绘方案。仿制测绘测绘为了仿制。为了学习先进，取长补短，常需要对先进的产品进行测绘，制造出更好的产品。众所周知，我国的现代机械制造业发展较为缓慢，与西方先进国家有一定的差距，在技术封锁的背景下，无疑仿制给我们提供了一种了解该领域先进技术的方法。然而仿制并不是原封不动的照搬过来，如果原版照搬是绝对不行的。国产的材料成分没有发达国家的稳定，热处理工艺没有发达国家先进，所以同种尺寸的轴类，杆类，强度并不能满足设备需求；国内加工设备，加工工艺水平不必发达国家的先进，尺寸精度不高，所以按照同样的结构去设计加工，势必达不到预期的结果，可行的仿制设计师在完全理解，领会原设备的工作原理，工艺特征的前提下，根据国内材料，设备以及工艺水平，人员素质等具体情况下，的吸收进口设备的精华，与现有条件有机结合，然后进行设计制造，才可以达到仿制的目的。零件测绘任务的步骤有：（1）了解零件的名称，用途，材料，在机器中的工作位置， 工作状态，分析零件的结构和形状特点。（2）确定零件的表达方了解零件的名称，用途，材料，在机器中的工作位置，案和视图数量；画出主视图和其他视图的定位线，目测比例，徒手画出草图。（3）确定尺寸基准，画出尺寸界线，尺寸线和箭头；用量具测量零件，填写尺寸数据。（4）根据零件各表面的工作情况，注出表面粗糙度，确定尺寸公差。（5）复核，整理零件草图，根据零件草图绘制出标准的零件工作图。零件测绘的五个步骤一环扣一环，是一个循序渐进的过程。在本课题中，保持测绘步骤的前4步不变，第5步通过SolidWorks来完成，以此来节约时间，提高工作效率。2.2 SolidWorks的应用随着先进数控设备及大量的CAD/CAM/CAE软件的不断涌现，设计、分析、加工、检测等功能一体化已经成为现代制造技术的基本特征，工程图样是CAD/CAPP/CAM/ERP各个模块间的重要的信息载体，它不仅表达产品的几何构造，还是对产品性能进行分析和优化，对设计结果进行模拟和验证及工程数据管理的重要基础，二维图样已远不能满足要求，而能够完成这一系列制造工程的信息载体只能是三维模型。 三维设计符合人的思维过程。设计师在设计时，总是先构思，后表达，即先构思出产品的形状，然后再将构思出的产品形状表达出来。由于在脑海中构思出的产品形状是三维的，因此，画三维立体图符合设计师的创新意识流，有利于设计的深入进行。 由三维设计得到的三维立体图具有直观、易于理解等特点，便于与他人进行技术交流，甚至可以与不懂机械制图的人们交流。 有利于获得复杂的几何造型，如截交、相贯、不规则复杂曲面等。 可以在计算机上对零件进行力学分析、虚拟加工、虚拟装配，检验零件的装配情况，从而减少制造昂贵的产品样机的数量。利用SolidWorks软件进行零部件的建模方便易行，省去了很多不必要的麻烦，以齿轮油泵的设计过程为例可以充分的表明这一点。齿轮油泵的设计过程包括齿轮油泵示意图，零件草图，尺寸与公差的测绘，零部件建模与三维装配。2.3 齿轮油泵的设计方法【3】2.3.1绘制装配示意图拆卸零件前，先弄懂齿轮油泵的工作原理和全部零件的装配关系，用符号绘制装配示意图，编制零件明细表。装配示意图是拆卸过程中所画的记录图样。零件之间的真实装配关系只有在拆卸后才能显示出来，因此须边拆边画，记录各零件间的装配关系，作为绘制装配图和重新装配的依据。装配示意图用是用单线条和机构运动简图符号画出来的。画装配示意图时，可把装配体看成是透明的，这样就可以把它的内、外、前、后结构按需要表达在一个或两个视图上。画装配示意图的顺序是先画主要零件的轮廓，然后按装配顺序把其他零件逐个画出。为了节省时间，示意图已经给出，要求结合装配体看懂示意图，熟悉表达方法。齿轮油泵未拆装装前的示意图见图1。 图1 齿轮泵体实体图 拆装后的零部件包括齿轮泵体，齿轮泵盖，齿轮轴，齿轮，轴，填料等部分，实体图见图2。图2 齿轮油泵拆装图在齿轮泵体的拆装过程中，需要表示出各个零部件的位置和配合关系，为以后的再装配提供指导说明。在本课题的拆装过程中绘制了装配示意图，边拆边绘，表明了齿轮油泵壳体，齿轮油泵盖，齿轮轴，齿轮，轴，销子，螺栓的位置和装配关系，见图3.图3 齿轮泵装配示意图2.3.2测绘零件，画零件草图零件草图是画装配图和零件图的依据。在部件测绘中画零件草图时应注意：凡标准件只需测量其主要尺寸，查有关标准，确定规定标记，不必画零件图。其余所以零件都必须画出零件图；画零件草图可先从主要的或大的零件着手，按照装配关系依次画出各零件草图，以便随时校核和协调零件的相关尺寸；两零件的配合尺寸或结合面的尺寸量出后，填写在各自的零件草图中，避免发生矛盾。按照装配顺序逐个拆卸零件，分组堆放整齐，在拆卸过程中逐个和明细表一一核对，弄清零件名称、数量、规格和材料。轴的零件草图见图4。 图4 轴的零件草图2.4尺寸和公差的测量和确定在测绘过程中，会遇到线性尺寸以及角度尺寸等一些非线性尺寸，还会经常接触到形位公差方面的问题。对于线性尺寸以及角度尺寸往往通过钢直尺，游标卡尺，内外卡钳，量角仪等工具就可测出较为精确的数值，但是形位公差的测量却经常需要用到专用的量具，使用起来稍显复杂。直线度测量是长度计量技术的重要内容之一，常用的测量方法有直尺法，准直法，重力法和直线法等。在精度要求较高的条件下，通常用直线度测量仪进行测量，在精度要求不是很高的情况下，往往采用直尺，平尺等以光隙法和指示表发等进行测量。本课题采用指示表法。平面度的测量方法有两种：平晶法，平板测微仪法。本课题选用平板测微仪法进行平面度的测量。圆度误差通过回转轴法进行测量，得到较为准确的误差数值。圆柱度误差一般是在圆度仪上附加能沿被测圆柱体作轴向运动的精密直线导轨，电子计算机和相应的程序来测量。平行度的误差测量较为简单，指示表和一个平板就能完成测量。垂直度可以通过专门的垂直度测量仪进行测量。三坐标测量机在工厂里用来测量同轴度误差，因此，本课题也以三坐标测量机测量同轴度误差。圆跳动和全跳动通过跳动检查仪均可得到较为精确地尺寸。例如，齿轮泵齿轮的各项参数见表1。【4】表1齿数模数齿厚压力角螺旋角齿顶圆直径分度圆直径齿根圆直径161.510mm20027mm24mm20.25mm轴的各项参数见表2.表2直径长度键槽1长度宽度深度键槽2长度宽度深度12mm67mm10mm6mm2mm12mm4mm3 SolidWorks设计过程【5】3.1 齿轮泵体的设计：（1） 选择前视基准面为草绘平面。使用草图工具栏中的矩形，直线，圆和剪切实体工具完成所示图5的绘制，标注尺寸，然后退出草图。见图5、图6。 图5 图6（2）在所示平面内绘制所示草图。单击拉伸切除按钮，深度值为14mm。见图 图7 （3）在上方空中绘制螺旋线，螺距为1mm，高度为14mm。使用扫描切除工具切制出螺纹，同时对其他五个孔进行相同的处理。见图8、图9。 图8 图9 （4）选取其中草绘平面，在上面绘制出图示的两个小孔。利用拉伸切除工具，切制出销孔，深度为13mm。见图10 图10（5）在该平面上绘制出草图。利用拉伸切除，切制出图示工作孔，在深度栏处选择完全贯穿。见图11、图12。 图11 图12（6）选取其中一个侧面，绘制草图。利用拉伸切除切制一个圆柱孔，深度为2mm。见图13、14。 图13 图14（7）选取圆角工具，设置半径为1mm,绘制出圆角。在切出的平面上绘制出孔，进行切除。在切除的孔中绘制螺旋线，扫描切除出螺纹。见图15、16、17。利用镜像工具在另一面切除出相同的图形。 图15 图16 图173.2 泵盖的设计（1）选取前视基准面为草绘平面，并绘制草图。拉伸上述草图，深度为12mm。见图18、19。 图18 图19 （2）取前视基准面为绘图平面，绘制草图。伸切除上述各孔，分别设置为完全贯穿。见图20、21。 图20 图21（3）拉伸出如图22所示凸台，并在凸台上进行孔的拉伸切除，如图23、24。 图22 图23 图24 （4）对孔进行螺纹切制，用镜像工具对其他孔进行相同处理，如图25、26。 图25 图263.3 齿轮的绘制（1） 打开geartrax软件，填入齿轮的各项参数，其中模数为1.5，齿数为16，可绘制出如下草图。见图27。 图27 （2）由于齿轮油泵为非标准齿轮，所以需要对齿厚进行拉伸，设置深度为10mm。见图28。 图28（3）对齿轮进行切齿处理，见图29。 图29（4）对所切制出的齿进行阵列，齿数为16。见图30。 图30（5）在齿轮上切除出直径为的孔。见图31。 图313.4 轴的设计过程（1）在前视基准面上绘制草图，同时对草图进行67mm拉伸，见图32、33。 图32 图33（2）构造基准面，与上视基准面的距离为6mm,并在基准面上进行草图的绘制。见图35。 图35（3）拉伸切除出键槽，深度为2mm。见图36。 图36（4）在轴的另一端绘制草图。切制出键槽，深度为2mm。见图37、图38。 图37 图38（5）在轴的一端绘制草图，如下所示。切制出中心锥孔，深度为5mm，拔模斜度为5.00deg。见图39、图40。 图39 图40（6）重复上述操作，在轴的另一端绘制出相同的孔。见图41。 图413.5装配体的实现（1）对轴2，套筒以及齿轮进行装配。见图42。 图42（2）插入填料，进行装配。见图43。 图43（3）插入泵体，进行装配。见图44。 图44（4）插入另外一个齿轮。插入轴1进行装配。插入填料，进行装配。见图45。 图45（5) 将上述装配体与泵体进行装配。 插入箱盖1，泵盖2，螺栓，销子进行装配。见图46 图46结束语本毕业设计在深入学习反求设计过程的基础上，提出了自己的看法，即在保持测绘的前4个步骤不变的情况下，用计算机辅助设计软件对零部件建模和装配体的三维装配来代替零件图和装配图的绘制，以此压缩工作时间，提高工作效率。最终的研究结果就是改变传统的设计过程如下：（1）了解零件的名称，用途，材料，在机器中的工作位置， 工作状态，分析零件的结构和形状特点。（2）确定零件的表达方了解零件的名称，用途，材料，在机器中的工作位置，案和视图数量；画出主视图和其他视图的定位线，目测比例，徒手画出草图。（3）确定尺寸基准，画出尺寸界线，尺寸线和箭头；用量具测量零件，填写尺寸数据。（4）根据零件各表面的工作情况，注出表面粗糙度，确定尺寸公差。（5）复核，用SolidWorks实现三维建模并实现对装配体的三维装配。致谢经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的指导教师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，原理图等整个过程中都给予了我悉心的指导。丛老师细心地纠正毕业设计中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。参考文献1 丛晓霞.机械创新设计M.北京大学出版社,20082 王兰美.机械制图M.机械工业出版社,20043 濮良贵,纪名刚.机械设计M.第七版.西北工业大学出版社,20064 陈作模,孙恒 .机械原理M.第五版. 西北工业大学出版社,20035 赵汝嘉,曹岩 .SolidWorks2008M.北京化工出版社,20086 廖念钊.互换性技术与测量M.中国计量出版社,20077 侯维芝,祁翠琴.反求设计与技术创新EB/OL.http:/59.69.174.7:8080/asp/Detail.asp,2004-03/2009-05-188 王志伟,孟玲琴.机械零件的反求设计EB/OL. 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