车用发动机齿轮泵逆向设计

摘 要机油泵是内燃机润滑系统的心脏，它的好坏直接影响内燃机的可靠性和耐久性。发动机工作时，机油泵将油底壳机油抽出并加压后排向润滑油道，提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环。本次设计的内容是车用发动机齿轮油泵的逆向设计，主要运用游标卡尺，千分尺等工具进行测量。在运用进行立体建模，对机油泵的机构进行分析和了解，并进行从新的设计。在立体建模后将所建立的模型各个零件即有这些零部件组成的装配模型导入行标注。在设计中选取的是金杯面包车上发动机的机油泵，该机油泵为齿轮形式。该种类的机油泵具有机构简单、加工方便、工作可靠、能产生较高压力等优点，因此得到广泛使用。逆向设计是20世纪90年代才发展起来的，一种以先进产品设备的实物、样件、软件(包括图样、程序、技术文件等)或影像作为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品技术。关键词:发动机齿轮油泵、测量、向设计is of it on of to in is of of as In , of is of of of is my of as is 990 s, we a of of or as of 、摘要第1章 绪论 状与应用4第2章机油泵零件尺寸的测量 7第3章建模和软件介绍参数化建模运用齿轮模型建立过程主动轴从动轴的模型建立323. 4333. 533第4章 模型的模拟仿真机油泵模型的模拟仿真本物理方程流模型格划分界条件参考系模型（解方法算结果及其分析37第5章机油泵流量与校核计算40结论41参考文献42致谢43附录A44附录B时在润滑的过程中对发动机的缸体、活塞、连杆和曲柄等机构起到机油散热的作用。机油泵的功能是将一定压力和数量的润滑油供到润滑表面。机油泵有齿轮形式的、转子形式、叶片式和柱塞式等多种形式，常采用的为齿轮式和转子式机油泵。轮式机油泵由装在油壳体内的两个齿数和模数相同的主动齿轮、从动齿轮、进出油腔和限压阀等组成。齿轮与壳体的顶间隙、端面间隙均很小（一般为1/201/10以减少机油漏损，提高机油泵的容积效率。 发动机工作时，主动齿轮带动被动齿轮，二者转向相反。齿轮将润滑油从进油腔带到出油腔，将机油泵的机械能变为机油的压力能，增大出油腔油压，润滑油便经出油口被压送到发动机有道中。同时，进油口因部分机油被带走而形成真空，机油便从进油口被吸入进油腔。机油泵不断工作，保证机油在润滑油路中不断循环。齿轮机油泵具有机构简单、加工方便、工作可靠、能产生较高压力等优点，因此得到广泛使用。汽油机的机油泵多利用配气机构凸轮轴的螺旋齿轮直接或间接的通过传动轴驱动，同时，驱动分电器，它与凸轮轴的传动比为1:1。齿轮泵由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔内。在压油区一侧，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压力管路中去。在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油腔的位置也就确定不变。这里啮合点处的齿面接触线一直分隔高、低压两腔起着配油作用，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构，这是它和其它类型容积式液压泵的不同之处。齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。E 是近年在计算机技术、数控测量技术和向工程是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有 型的情况下,按照现有零件实物、利用各种数字化技术及 后将此模型用于产品的分析、制造和加工生产的技术。反求工程大致可分为数据采集、数处理、曲面重构建模和模型检验修正等个步骤。目前,随着科技的日新月异和市场全球化,世界范围内的市场竞争越来越激烈,要求在提高产品的品质和性能的同时缩短产品的生产周期,因此,逆向工程在飞机、汽车、家电等模具相关行业越来越受到重视。本文介绍了具体的测量实例以及在三维设计软件环境中实现产品逆向的过程。维创新、难点攻关的脑力劳动。设计与知诅识不等同于设计，但在实践过程中，知识在相当大的程度上也被认为是设计。新技术新设备的出现，以及产品市场的全球化，使得创造性得到了极致的发挥。当今市场的典型特点是：进入市场更加迅速，对个性分明的新产品需求更加旺盛。面对如此强烈的市场挑战，涌现出对先进的设计方法学的更多思考，以减少在设计过程中知识获取的时间，从而促进创新的思维发展。些特征方便的表达了设计意图及设计信息。设计师可以得到高层的形体定义参数，例如半径、长度、角度、厚度等，以及能指定几何体之间的约束，如强制相等、平行、垂直、共线、同心等。通过改变这些直观的参数及约束，可以在同一个模型上派生出多个配置，从而获取一个产品系列。通常，采用特征树的形式来记录设计过程的历史，使得设计过程可以重现。然而在们生成的是曲面(通常为自由曲面)。自由曲面主要体现在对尺寸及约束的强烈弱化，而在概念设计中我们正需要自由曲面编辑的灵活性， 无需把握设计意图或知识。尽管在自由曲面中采用了诸如权重、节点、控制顶剧41、控制曲线等底层形体参数作为调节手段，但这些参数对设计师而言是很不直观的，而且也很难预估变形后的结果。过去十多年发展了很多提高变形直观性的方法，这也在一定程度上提升了设计师通过网格或曲面变形来控制形体改变的能力。产品逆向设计的过程及其关键问题产品的逆向设计是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理（数据采集、数据处理），并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的模型（曲面模型重构），并进一步用系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。在逆向设计中数据采集、数据处理、模型重构是产品造型设计逆向设计的三大关键环节。数据采集（样件的表面数字化）是进行产品逆向设计的第一步。一般而言，数据采集可由接触式与非接触式两种来实现。接触式方法由于对物体的表面的颜色和光照没有要求，因此物体边界的测量相对精确，但对软质材料适应差且速度慢；而非接触式方式 （以激光为媒介的非接触三维表面数据采集法在采集实物模型的表面资料时，采集速度快， 可形成 “点云” 资料， 缺点是精度较低而且对样件表面和光照有较高的要求。数据处理的结果将影响模型重构的质量。在此阶段一般应进行数据预处理、 数据分块、数据光顺三角化、数据优化、多视拼合、噪声滤波、拓扑建立特征提取等工作。模型重构方案目前主要有三种：逆向工程技术在汽车产品设计中的应用逆向工程是汽车产品最具实用价值的一种高科技技术咖啡形式，其发展前景是无法估量的。在20世纪90年代，国家汽车界兴起一种逆向工程的汽车产品开发方式。经过几年的发展，积累了很多经验，取得巨大进步，可以说已经成为现代汽车产品开发的主流形式。逆向工程技术在汽车产品设计中的世纪应用中主要有以下几个内容：要用于汽车产品的改型或仿形设计。现原产品的设计意图及重构三维数字化模型。便修复或重制。如检测产品的变性分析、焊接量等。以及加工产品与三维数字化模型之间的误差分析。逆向工程可以对已有汽车产品进行数据测量拟合、分析、改进设计和实现新产品的开发，它有效地支持了新产品影响市场的速度，可以输出快速原型制作及模具加工的多种数据格式，支持不同用途。逆向工程主要是依靠高度集成化、可视化、开放式的计算机技术和网络技术，构筑汽车产品，从概念构思、产品设计、工程分析、工艺制造、应用工程、市场服务，全过程实现无纸化、高精度、系统化得操作手段，最终将会为取消这一过程。就这样思维的方式而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的你想逻辑形式，国际汽车界称之为逆向工程。实施逆向工程的目的是为了更好地实现汽车产品设计的并行工程，是产品设计及其相关过程实行同步作业，并使之优化，大大提高产品设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增强企业竞争力。发展汽车产品开发能力，是当代汽车工业竞争的核心问题，逆向工程是一种具有实用价值的新型开发方式，而且还在不断发展中。他的意义在于揭示了汽车产品开发的本质与属性，并且构成了21世纪汽车产品开发的大思路、大战略。）分析机油泵的结构特点，技术参数。游标卡尺等测量并确定机油泵的基本尺寸数据；（2）在化成二维件图。（3）对机油泵泵油量、机油泵进口、出口压力进行计算；（4）完成设计说明书。要初步了解机械设备的结构性能、工作原理和使用情况。对被测绘的每一个零件，要，并且还要大体了解被测绘零件的加工方法。把零件从总成上拆卸下来零件包括机油泵的主动齿轮、从动齿轮、主动轴、机油泵盖、机油泵壳体、限压阀等。测量主要是采用游标卡尺进行测量。游标卡尺，是一种测量长度、内外径、深度的量具。游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。若从背面看，游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片，利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。主尺一般以毫米为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等。游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量内径，外测量爪通常用来测量长度和外径。深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度。根圆直径d=m0齿顶高系数1齿隙系数c* 00齿顶圆主动轴即从动轴的参数主动轴的测量参数：1=2=53=4=.圆角r=孔直径直径角2=阀弹簧 簧直径簧截面直径簧高度L=圆直径圆直径圆直径圆直径1=2=4=5=机油泵壳体示意图3=4=5=4=出各个零部件的尺寸，了解每一个工作原件的工作原理，清楚它在整机或某个部件中的地位和作用、受理分状太和接触介质，以及与其他零件的关系。第3章软件介绍包含了最先进的生产效率工具，可以促使用户采用最佳设计做法，同时确保遵守业界和公司的标准。集成的参数化3时最大限度地增强创新力度并提高质量，最终创造出不同凡响的产品。产品，它刚一面世(1988年)，就以其先进的参数化设计、有造型设计、零件设计、装配设计、二维工程图制作、结构分析、运动仿真、模具设计、钣金设计、管路设计、数控加工、数据库管理等功能。广泛的应用于机械设计,电子产品设计,模具设计,集零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机2构仿真、应力分析、电路布线、装配管路设计等功能模块和专有模块于一体，可以实现面向制造的设计(面向装配的设计(逆向设计(D)、并行工程(E)等先进的设计方法和模式。为意味着对设计所做的任何变更会自动在所有下游可交付件中反映出来无需进行任何数据转换。因此，您不仅节省了时间，还能避免在设计中出现转换错误的可能性。同时，不可分的一部分。您可以通过添加通过在单一、完全可扩展的平台上提供的强大功能和速度是任何其他产品开发软件包都无法匹敌的。适用于产品设计过程中任何角色的解决方案除了这些中包括：柱和多曲面铣削、工具设计、模具基体设计、加工零件计算机辅助校验、于扩展仿真和分析，数化设计（计（也叫尺寸驱动不仅可使具有自动绘图的功能。目前它是待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。参数化建模运用步骤一:齿轮建模前须知：关于渐开线圆柱座标方程的推导，请看这里：齿轮渐开线方程的推导，标准化的齿轮齿形是以齿数、模数、压力角来定义的。在已知齿数N、模数M、压力角与分度圆半径顶圆半径根圆半径圆半径p=N*M/2p+1*p*)*M/2*p+1*p*)统提问：是否要将所做的修改体现到模型中？回答0输入模数：0步骤三:入草绘画一圆，标注直径加入关系其中标注半径尺寸号，示图而定。拉伸深度为入任意数值。选择该拉伸特征，修改深度尺寸为入草绘画一圆，标注直径加入关系两个方向深度为别选择步骤三的两个端面。入草绘画一圆，标注直径加入关系两个方向深度为别选择步骤三1的两个端面。为方便直观，本人将特征重命名了步骤四:选择=t*)/80r=+(A*80)2)*80)-()/80270/保存退出即可建出一标准渐开线。此方程的推导请看：齿轮渐开线方程的推导。步骤五:1通过渐开线的起点，垂直于渐开线创建基准平面；2）的基准平面镜像步骤（四）的渐开线；3骤六: 入草绘使用步骤五3曲线的边。两个方向深度为别选择步骤三1的两个端面。步骤七：度值暂为任意。选择步骤七1的基准特征，修改角度尺寸为180/ 骤六、步骤七3)与齿根圆步骤三3合并成一个 出圆角R，很多公司习惯该=，本人无法查证，暂且照搬该值。与之前步骤一样修改。步骤八：1选择旋转角度值内写入360/统提示是否加入关系，回答 择步骤 曲面，点选角度尺寸为阵列驱动尺寸，在增量值内暂写入30=阵列数量暂写为5=为尺寸号，视图而定):D#=360/着与阵列的第一个齿面合并。结果如图：6模型树中选中上一步的键单击，选择可用参考阵列合并所有的齿面。步骤九: 成整个齿轮实体。十修改齿轮参数时： 据提示输入各值即可。其实用此曲面做出的齿轮夹因是直接用实体生成的每一个齿形都会有大量参照的。z、* 参数字母含义如下:/* 特征尺寸赋值/*定义齿轮常数(c*)/*定义齿高系数(*定义齿顶系数(c*)c=定义渐开线展角B=(a)-(80*a)/(80)/*定义分度圆直径d=m*z/*定义齿顶圆直径z+2*m/*定义齿根圆直径ha+c)*m/*定义基圆直径db=m*z*a)/*定义齿距p=PI*m/*定义基圆齿距 p*a)/*定义分度圆齿槽宽e=(PI*m)/2/*计算齿槽宽的夹角(e/(d/2)*(180/*定义定义结束/*下图所示。回4、方程”，下：下： 0*80)*(180/k=()/=rk*=rk*=0 下图所示：击完成。击正向。成旋转。然后修改旋转角度。d5=下：将齿根圆的半径赋予草绘尺寸。统自动更新草绘尺寸，接受草绘，返回完成裁减。击菜单栏中的“编辑”“特征操作”。击完成。入角度20（随便输），然后完成复制。右击刚刚复制的特征，选择阵列。生模型，如下图所示。主动轴从动轴的模型建立 建模主动轴和从动轴为圆柱形原件，圆柱形原件的建模比较简单，建模限压阀和两个限压阀垫片都为圆柱形原件，圆柱形原件的建模比较简单，主要是选择草绘基准面按测量数据进行草绘然后进行模型的拉伸。建模限压阀的建模运用的是螺旋伸出，运用测量的数据设置弹簧的高度、螺旋数、弹簧的直径和弹簧的轴径。建模壳体的形状较为复杂，但多由规则的形状，主要运用草绘和拉伸。在壳体上的螺栓口、限压阀回油口等在拉伸时要选择删除多余项的选项。建模下端盖的主主题是运用拉伸的方法，而进油油管的建模运用轨迹扫描伸出的方法，在一个选定平面内进行轨迹的草绘，再在系统自动选择的平面内草绘进油管的界面图形，之后进行扫描。指利用计算机软硬件系统来辅助进行产品或工程设计、开发、分析、研究的一门综合性应用技术。随着计算机技术的不断进步，前已经在机械、建筑、水利、电子、化工、服装等行业得到了广泛的应用，并不断的应用到其他新的领域中。9、12、14、前已发展到是，目前最常用的仍然是这20多年的时间里，身功能也日益增强且趋于完善。早期的版本只是绘制二维图的简单工具，画图过程也非常慢，但现在它已经集平面作图、三维造型、数据库管理、渲染着色、互联网等功能于一体，并提供了丰富的工具集。所有这些使用户能够轻松快捷地进行设计工作，还能方便地复用各种已有的数据，从而极大地提高了设计效率。模的时候单位选在mm :1解决比例问题。在后以导入“块”的形式将保存的后将导入的块“包札”。再在寸就一致了。要注意使工程图输出需设置期解决中文名不显示的问题。有时处理乱码问题的另一做法是，在仿宋体拷贝到在字样式设为打开就可以了。中建立各部件的模型，并进行总装成为机油泵整体模型，使模型能够体现出机油泵的结构特点及工作原理。再将的3差即配合间隙的标注，并生成图纸。第4章模型的模拟仿真润滑油在内燃机机油泵内部的流动可以近似为三维定常不可压缩流动，连续性方程动量方程和湍流模型构成封闭控制方程组。中，为流体密度，为流体速度，为流体各向同性压强，为体积力，据计算要求，采用中 1=2= k=95数为9，力角20,齿顶高系数为1，主要的一些性能参数如下：的试验用油，当机油泵转速为1 600r/油压力为400量不小于44L/机油泵转速为300r/油压力为150量不小于8L/油时间不大于5s。（41）（42）（43）另外，数值模拟的工作介质为润滑油，牌号为0，机油密度为857kg/析过程中忽略温度对润滑油的密度影响，动力粘度与油温的关系可以用下面公式表示：=005)机油泵内部流场几何模型的建立：机油泵的工作容腔是由三个几何实体组合形成，这三个实体是：腔体内表面与两侧盖板内表面围成的几何实体 主动齿轮和从动齿轮 只要三个部件的空间位置定位准确，就能得到正确的机油泵工作容腔的几何模型。首先在后由腔体为目标体，分别以主动齿轮和从动齿轮为工具体进行操作，得到机油泵工作容腔的几何模型图1所示为内燃机机油泵内部流场几何模型。用面向内部流场几何模型是复杂的不规则区域，因此采用非结构网格对其进行网格划分。口边界条件根据具体情况设置为所需的压力；固壁边界条件采用无滑移边界条件，对近壁面的流动按标准壁面函数法处理；齿轮廓为动边界，转速大小根据具体工作条件调。动区域中瞬态流动问题，因此采用多参考系模型，建立三个参考系：两个齿轮廓区域以外的静止坐标系和分别建立在两个齿轮廓上的独立旋转参考系，区域间的流场信息通过共享的交界面传递及耦合计算。者采用实现压力速度耦合，方程压力项采用他项采用一阶迎风差分格式在迭代计算时，应用亚松弛迭代，松弛系数分别取：油温85速1400r/分析其内部流场压力和速度变化。可视化仿真分析：齿轮顺时针旋转，右边齿轮逆时针旋转，由于齿轮转动，进油区和压油区的容积发生变化 从的压力云图中可知，进油区的压力降低，压油区的压力升高，这是因为进油区的容积由于齿轮脱离啮合以及机油不断被带到出油区而增大，区内产生一定