齿轮泵毕业设计

II摘 要 齿轮油泵是一种借一对相互啮合的齿轮，依靠泵内齿轮咬合旋转达到输送流体，在低压液压系统中作为提供一定流量、压力的一种液压能源装置。具有构造简单，自吸能力好，压力波动小，工作平稳可靠，噪声低，效率高等优点。齿轮泵可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。工作腔是齿轮上每相邻两个齿的齿间槽、壳体与两端端盖之间形成的密封空间；内啮合齿轮泵又可分为渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵都属于定量泵，可作润滑油泵、重油泵、液压泵和输液泵，主要输送润滑性的油料介质液体，适用于石油、化工、运输、机械制造等行业。本报告主要针对齿轮泵的组成和设计进行全面分析，内容包括齿轮泵的齿轮的设计与校核，轴承的设计与校核，泵盖的校核，键的选择，齿轮泵的安装，齿轮泵的维修与保养。关键词: 外啮合齿轮油泵；齿轮；泵盖；设计；校核；组装 AbstractGear pump is a equipment which uses a pair of mutually meshing gears,relying on the gear meshing rotary pump to achieve transmission fluid,In the low-pressure hydraulic system as a certain flow, the pressure of a hydraulic power unit.It has something good than other pumps.such as :With a simple structure, self-absorption capacity, small fluctuations in pressure, smooth and reliable, low noise and high efficiency.The gear pump can be divided into the external gear pump and gear pump,The working chamber is sealed space formed between each adjacent two teeth interdental groove shell with both ends of the end cap on the gear;The internal gear pump Gear Pump can be divided into involute and cycloidal gear pumps .The outer meshing gear pumps and internal gear pump to belong to the dosing pumps,Can be used as a lubricating oil pump, heavy oil pump, hydraulic pump, and infusion pumps, conveyor lubrication oil liquid medium,Applicable to the petroleum, chemical, transportation, machinery manufacturing and other industries.This report a comprehensive analysis of the composition and design of the gear pump.Include the design and checking of the design and checking of the gears of the gear pump, bearings, pumps cover the check, the choice of key, the installation of the gear pump, gear pump repair, and maintenance.Keyword ：Outer meshing gear pump；gear ；the cover Of the pump ；calculate ； check ；assemble河南理工大学本科毕业设计说明书目录摘 要IAbstractII第一章绪论11.1齿轮泵概述11.1.1齿轮泵的特点、现状11.1.2齿轮泵分类31.1.3齿轮泵的性能参数及其关系式31.1.4齿轮泵的性能71.2 本课题研究意义7第二章 外啮合齿轮泵结构及其工作原理92.1外啮合齿轮泵的结构92.1.1齿轮泵结构简介92.1.2外啮合齿轮泵的结构特点92.2外啮合齿轮泵工作原理122.2.1工作原理122.2.2排量和流量计算132.2.3外啮合齿轮泵的优缺点13第三章 齿轮泵总体设计153.1齿轮泵的设计要求153.1.1主要技术参数153.1.2主要设计要求153.2齿轮参数的设计与校核153.2.1.齿轮参数的确定原则：153.2.2齿轮参数的确定153.2.3齿轮几何要素的计算183.2.4齿面接触强度校核193.2.5齿面弯曲强度校核243.3滑动轴承的计算253.4泵盖的计算与校核283.4.1泵盖的确定283.4.2泵盖的校核293.5卸荷槽的计算293.5.1两卸荷槽的间距a293.5.2卸荷槽最佳长度c的确定303.5.3卸荷槽深度303.6齿轮泵进出口大小确定303.7轴的计算313.7.1轴最小直径计算313.7.2轴的强度计算313.7.3轴的扭转刚度323.7.4轴的弯曲刚度333.8螺栓组的连接强度计算333.8.1初步选择螺栓333.8.2对螺栓组进行拉伸强度校核343.9密封343.10弹性挡圈选用353.11键的选择353.11.1联轴器用键353.11.2齿轮用键353.11.3键槽353.12定位法兰选用353.13联轴器的选择及校核363.13.1联轴器类型选择363.13.2联轴器几何尺寸363.13.3载荷计算373.14齿轮泵的装配37第四章 齿轮泵的安装、维护及保养404.1齿轮泵的安装404.1.1安装要求404.1.2安装顺序404.2使用要求414.2.1齿轮泵设备使用环境414.2.2油液414.2.3滤清424.2.4吸油424.2.5传动424.3故障原因与排除方法424.4日常维护要求45总结46致 谢47参考文献48河南理工大学本科毕业设计说明书第一章绪论1.1齿轮泵概述在液压系统中，液压泵是液压系统的动力元件，为执行元件提供压力油，也是一种能量装换装置，它将驱动电机的机械能转换为油液的压力能，以满足执行机构驱动外负载和的需要，在整个液压系统中起着极其重要的作用，是必不可少的核心元件。液压泵按液压泵排量是否可调分为：（1） 定量泵：单位时间内输出的油液体积不能变化；（2） 变量泵：单位时间内输出的油液体积能够变化；按泵的结构形式不同分为：（1）齿轮泵；（2）叶片泵；（3）；柱塞泵；（4）螺杆泵。齿轮泵是以成对齿轮啮合运动完成吸、压油动作的一种定量液压泵，是液压系统中常用的液压泵。1.1.1齿轮泵的特点、现状（1）齿轮泵特点在各类机械工程中，齿轮泵是一种应用极为广泛的液压泵，它的主要优点是：a. 结构简单，体积小，重量轻，零件少，工艺性好，制造容易，维修方便，价格低廉。b. 自吸性能好，转速低至每分钟三、四百转时，仍能稳定、可靠地实现自吸。c. 转速范围广，流量储备系数大。由于齿轮泵的转动基本上还算是平衡的，虽然常用转速在每分钟1500转左右，但高速时可达每分钟5000转以上。这样，供给的流量就在常用转速流量的3倍以上。d. 对油液的污染不敏感，工作过程中不易咬毛或卡死，可输送高粘度的油液和稠度大的流体。其主要缺点是：流量和压力脉动较大，排量不可调节，高温效率低。（2）齿轮泵的发展及研究现状早在二千多年前，人类就发明了齿轮传动装置。早期的齿轮采用木料或金属铸造成形，只能传递两轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，承载能力也很小。随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律;1765年瑞士数学家L.Euler建议采用渐开线作齿廓曲线。渐开线圆柱齿轮自L.Euler提出后，特别是19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了渐开线齿轮的大量生产和精度问题，使渐开线齿轮取得了在工业界的绝对优势地位。在科学技术飞速发展的今天，齿轮传动作为机械传动的重要组成部分，由于其传动功率大、效率高、结构紧凑、传动比精确、传动平稳等优点而被广泛应用在化工、汽车、船舶、航空、能源等国民经济的重要领域中。齿轮泵作为齿轮在工业中应用的一种重要装置，在液压传动与控制技术中占有很大比重，其主要特点是结构简单、体积小、重量轻、自吸性好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜。但渐开线型齿轮泵也有不少缺点，主要是流量和困油引起的压力脉动较大、噪声较大、排量不可变、高温效率低等。这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上己得到了很大的改善。近年来，齿轮泵的工作压力有了很大提高，额定压力可达到25MPa，最高压力可达31.4MPa。另外，产品结构也有不少改进，特别是三联、四联齿轮泵的问世，部分地弥补了齿轮泵不能变量的缺点。而复合齿轮泵的出现使齿轮泵的流量均匀性得到了很大的改善。其使用领域也在不断扩大，许多过去使用柱塞泵的液压设备也已改用齿轮泵(如工程起重机等)。外观上，2003年，由美国哥伦比亚大学学者sureshBabuKasaragaddat7在研究一种结构相同而啮合齿轮齿数不等的外啮合齿轮泵流量脉动的情况下，通过数学手段分析，当增加泵的自然谐波时，能设计出一种主动齿轮齿数多、从动齿轮齿数少的齿轮泵，该齿轮泵的排量及流量脉动振幅没减少但在结构设计方面与传统齿轮泵相比具有外形简单，体积更小的特点。不过，齿轮泵也有不少缺点，主要是流量和困油引起的压力脉动较大，噪声较大，排量不可变，高温效率较低。这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上，己得到很大的改善。江苏工业学院祝海林教授等人针对现有高粘度齿轮泵结构单一、径向力不平衡、轴承受力大造成磨损严重、流量及压力脉动大等问题，综合行星传动及齿轮泵原理，提出了将外啮合与内啮合两种结构相结合构成高粘度复合齿轮泵的设想，阐述了新型齿轮泵的结构及性能特点，得出了理论排量的计算公式。研究表明:新型齿轮泵的高低压腔对称、齿轮与轴受力平衡。它具有内泄漏小、轴承及泵的寿命长、输出排量成倍增加而流量脉动小等显著优点，具有良好的产业化前景。齿轮泵可分为外啮合和内啮合两大类，齿轮泵是我国最早生产的液压元件之一。开始时仿造苏联1型泵，以后逐渐形成自己的CB系列。现在国产的齿轮泵，压力从0.25-35Pa，流量自3-400l/min的均有。产品主要性能以接近或达到国外先进水平。产品结构也不断更新。据不完全统计，国产齿轮泵现有CB.CB-B,CB-G,CB-N,CB-P,CB-Q,CB-L,CB-Z等20多种，还不包括军工产品型号在内。但我国的内啮合齿轮泵产量不大，特别是内啮合摆线齿轮泵和其它非渐开线齿廓啮合齿轮泵，基本还处于初级阶段。目前，我国的齿轮泵产品性能还比较低，与国外同类产品相比，还有不小的差距。1.1.2齿轮泵分类齿轮泵按分类方式不同可以分为不同种类，大体可分为以下几种，如图1-1所示： 外啮合 按齿轮啮合形式 内啮合 低 压 中 压 按工作压力 中高压 高 压齿 直 齿 螺旋齿轮 按齿轮齿形 摆线齿 圆弧齿 泵 人字齿 特殊齿 单 级 按泵的结构 多 级 多 联 二 对 按工作齿轮对数 多 对 图1-1齿轮泵的分类1.1.3齿轮泵的性能参数及其关系式齿轮泵的主要性能参数有压力、排量、功率和效率等。（1） 齿轮泵的压力 a 工作压力（p）齿轮泵的工作压力是指泵实际工作时的输出压力，也就是齿轮泵在工作时输出油液的压力，也是为了克服阻力损失必须建立起来的压力。工作压力的大小取决于系统的负载，负载越大，泵的工作压力也越大。 b 额定压力（ps）额定压力是指齿轮泵在保证容积效率、使用寿命和额定转速等正常工作条件下按试验标准规定能连续运转的最高压力，齿轮泵的额定压力手泵本身的结构强度、密封性能等因素的制约，超过此压力值就是过载。（2） 排量和流量a 排量（VP）齿轮泵的排量是指泵轴每转一周，由其密封容腔几何尺寸变化所得的排出液体的体积，即在无泄漏的情况下，齿轮泵轴转一周所能排出的液体体积。排量用VP表示，单位为L/r(或m3/r)。b 理论流量（qt）齿轮泵的理论流量是在不考虑泄漏的情况下，齿轮泵在单位时间内排出液体的体积。当泵的转速为n时，泵的理论流量为 （1-1）c 实际流量（q）液压泵在工作时不可避免的会有油液泄露，泵的理论流量减去泄露量称为泵的实际流量。d 额定流量（qn）齿轮泵的额定流量是指在正常工作条件下，按实验标准规定必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量。因泵存在泄露，所以额定流量和实际流量的值都小于理论流量。（3） 齿轮泵的功率a 实际输入功率（Pi）齿轮泵由原动机驱动，输入的是机械能，是电动机驱动泵轴的机械功率，齿轮若泵的实际输入转矩为T，轴的转速为n(角速度w)，则 （1-2）b 实际输出功率齿轮泵的实际输出功率是齿轮泵输出的液压功率，它等于泵输出的压力乘以实际输出的流量，若泵的工作压力为p，输出的实际流量为q，则 （1-3） 如果不考虑齿轮泵在能量中转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是他们的理论功率是 （1-4） （1-5）式中,Tt-齿轮泵的理论转矩 n-齿轮泵的转速（4） 齿轮泵的效率齿轮泵在实际工作中，由于存在泄漏和机械摩擦，所以，泵在能量转换过程中总是有能量损失的，即输出功率小于输入功率，两者之间的差值即为功率损失。功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。功率损失的大小可以用效率来表示。a 容积效率容积效率是指在一定转速下，齿轮泵实际流量与理论流量的比值，容积效率是由容积损失来决定的。容积损失是指流量上的损失，主要油泵内高压引起油液泄露造成的，工作压力越高，油液的粘度越小，其泄漏量越大。在液压传动中，一般用容积效率v来表示容积损失的大小。如果设qt为齿轮泵在没有泄露的情况下的流量（称为理论流量），q为齿轮泵的实际输出流量，ql为泄露流量，则齿轮泵的容积效率可表示为 （1-6）齿轮泵的结构形式、几何尺寸确定后，泄漏量的大小主要取决于泵的压力p，且与p成正比关系，即 （1-7）式（1-7）中，kl为泵的泄漏因数。把（1-7）带人式（1-6），有 （1-8）b 机械效率齿轮泵的机械效率是由机械损失所决定的。机械损失是液体因粘性而引起的摩擦转矩损失及泵内元件相对运动引起的摩擦损失。在液压传动中，以机械效率m来表示机械损失的大小，是理论驱动转矩与实际驱动转矩的比值。设Tt为齿轮泵的理论驱动转矩，T为齿轮泵的实际驱动转矩，则 (1-9)c 总效率齿轮泵的输出功率Po与输入功率Pi之比为泵的总效率，用表示，等于泵的机械效率和容积效率的乘积 （1-10）一般情况下，在液压系统设计计算过程中，常需要计算液压泵的输入功率，以确定所需电动机的功率，液压泵所需驱动电机功率为 （1-11）（5） 齿轮泵的性能曲线图1-2 齿轮泵的性能曲线齿轮泵的性能是衡量液压泵优劣的技术指标，常用齿轮泵的性能曲线来表示其性能的优劣。齿轮泵的性能曲线是以工作压力p为横坐标，容积效率v、机械效率m、总效率、输入功率Pi、为纵坐标来绘制的，主要包括压力-流量特性曲线、泵的总效率曲线等，如图1-2所示。由图可以看出，液压泵在零压时的流量即为理论流量qt，由于泵的泄漏量随泵的工作压力p的升高而增大，所以泵的容积效率v及实际流量q随泵的工作压力的升高而降低。1.1.4齿轮泵的性能常用国产齿轮泵的技术性能如表1-1所示类别型号额定压力Pa排量ml/r驱动功率kw单级齿轮泵CB-B(CB-W)2.52.5-1250.13-6.5CB-C10;1610.9-32.84.8-11.5CB32-983.7-27CB-E60-21831.8-97.8CB-G10;12.5;16;2016-20310.5-112.2CB-N16;20;256-803.3-18CB-F1611-396.9-24.17.9-24-1CB-S1610-1403.6-11CB-P33-70.820.5-43.2CB-L40-20029.5-116.7CB-X2010-4011-43.7CB-Q20-6316-46双联齿轮泵CB-G12.5;1640-20050/40-200/18047.2-18252.8-172.92CB-F1611/11-32/116.9/6.9-19.8/6-91.2 本课题研究意义在供给系统中泵几乎是不可缺少的一种动力设备。液压泵是整个液压系统的动力源部分，它把机械能转化为液压能。当今社会泵的应用是很广泛的,在国民经济的许多部门都要用到它。 如：在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，泵在这些过程中起到了输送液体和提供化学反应的压力流量的作用，此外，在很多装置中还用泵来调节温度。 在农业生产中，泵是主要的排灌机械。我国农村幅原广阔，每年农村都需要大量的泵，一般来说农用泵占泵总产量一半以上。在矿业和冶金工业中，泵也是使用最多的设备。矿井需要用泵排水，在选矿、冶炼和轧制过程中，需用泵来供水洗等。在电力部门，核电站需要核主泵、二级泵、三级泵、热电厂需要大量的锅炉给水泵、冷凝水泵、循环水泵和灰渣泵等。在国防建设中，飞机襟翼、尾舵和起落架的调节、军舰和坦克炮塔的转动、潜艇的沉浮等都需要用泵。高压和有放射性的液体，有的还要求泵无任何泄漏等。 在船舶制造工业中，每艘远洋轮上所用的泵一般在百台以上，其类型也是各式各样的。其它如城市的给排水、蒸汽机车的用水、机床中的润滑和冷却、纺织工业中输送漂液和染料、造纸工业中输送纸浆，以及食品工业中输送牛奶和糖类食品等，都需要有大量的泵。 从泵的性能范围看，巨型泵的流量每小时可达几十万立方米以上，而微型泵的流量每小时则在几十毫升以下；泵的压力可从常压到高达19.61Mpa(200kgf/cm2)以上；被输送液体的温度最低达-200摄氏度以下，最高可达800摄氏度以上。泵输送液体的种类繁多，诸如输送水（清水、污水等）、油液、酸碱液、悬浮液、和液态金属等。总之，无论是飞机、火箭、坦克、潜艇、还是钻井、采矿、火车、船舶，或在日常的生活，到处都需要用泵，到处都有泵在运行。正是这样，所以把泵列为通用机械，它是机械工业中的一类重要产品，在国民经济中占有非常重要的地位。齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积 小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜等特点。但同时齿轮泵也还存在一些不足，如:困油比较严重、流量和压力脉动较大、径向力不平衡、泄漏大、噪声高及易产生气穴等缺点，这些特性和缺点都直接影响着齿轮泵的质量。随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量脉动、低噪音等方面发展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为国内外深入研究的课题。外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵( 称为普通齿轮泵)， 其设计及生产技术水平也最成熟。多采用三片式结构、浮动轴套轴向间隙自动补偿措施， 并采用平槽以减小齿轮( 轴承) 的径向不平衡力。目前，这种齿轮泵的额定压力可达25 MPa。但是, 由于这种齿轮泵的齿数较少，导致其流量脉动较大由于齿轮泵在液压传动系统中应用广泛，因此，吸引了大量学者对其进行研究。目前，国内外学者关于齿轮泵的研究主要集中在以下方面：齿轮参数及泵体结构的优化设计；齿轮泵间隙优化及补偿技术；困油冲击及卸荷措施；齿轮泵流量品质研究；齿轮泵的噪声控制技术；轮齿表面涂覆技术；齿轮泵的变量方法研究；齿轮泵的寿命及其影响因素研究；齿轮泵液压力分析及其高压化的途径；水介质齿轮泵基础理论研究 。综上所知，对齿轮泵的自主研发和设计对我国尤为重要。特别是在提高其效力和降低噪音和振动方面。本次毕业设计的主要任务书是设计：设计外啮合容积式齿轮泵，适用于输送不含固体颗粒和纤维，无腐蚀性，温度1080，粘度为18 的润滑油。在输油系统中可用作传输、增压泵、润滑油泵。第2章 外啮合齿轮泵结构及其工作原理2.1外啮合齿轮泵的结构2.1.1齿轮泵结构简介CB-B型齿轮泵是我国最基本最为典型的外啮合齿轮泵，属于抵押系列。该泵结构如图2-1所示。图2-1 CB-B型齿轮泵的结构1-后泵盖 ，2-滚针轴承，3-泵体，4-主动齿轮，5-前泵盖，6-传动轴7-键， 8-从动齿轮2.1.2外啮合齿轮泵的结构特点（1） 泄露问题液压泵在工作时，其实输出流量比理论流量要小，主要原因是泄漏。外啮合齿轮泵工作时有三个可能产生泄漏的部位。 齿轮泵齿顶圆与泵体内孔之间的径向间隙。由于齿轮转动方向与泄漏方向相反且油腔通道较长，所以这种泄漏损失较小，约占总泄漏量的10%-15%。 齿轮端面与两侧盖板之间的端面间隙。这种间隙为主要泄漏渠道，占泵总泄漏量的75%-85%。正是由于这个原因，使得齿轮泵的输出压力上不去，影响了齿轮泵的使用范围。所以，解决齿轮泵输出压力低的问题，就要从解决端面泄漏入手。齿轮啮合处的间隙。由于齿轮在加工过程中存在齿形误差，齿轮再捏和过程中接触不好而产生间隙，使压油腔和吸油腔之间造成泄漏，这部分泄漏量很少。为了提高齿轮泵的容积效率，提高泵的输出压力，就要最大肯地减少泄漏。上述的几个泄漏部位中，端面间隙为主要泄漏渠道，因此，就要从解决端面泄漏入手。一些厂家采用在齿轮两侧面加浮动轴套或弹性挡板，将齿轮泵输出压力油引到浮动轴套或弹性挡板外侧，增加对齿轮侧面盖板上的压力，以自动补偿尺侧间隙，达到减少泄漏的目的。径向力不平衡齿轮泵在工作过程中，压油腔和吸油腔存在压力差，因此作用在齿轮外圆圆周上的压力分布不均匀，使齿轮轴受力不平衡。如图2-2所示为齿轮泵在工作时齿轮圆周上的压力分布情况，从图中可以看出，从排油腔到吸油腔的过渡范围内，液体压力是逐渐下降的。工作压力越高，径向不平衡力也越大。当镜像不平衡力很大时，就会是齿轮轴变形，造成齿顶与内孔表面摩擦，同时加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命，影响泵的正常工作。为了减小径向不平衡力的影响，一种方法是开压力平衡槽，如图2-3中1、2所示，通过这两个沟槽连通低压腔和高压腔，将高压油引到低压区，产生一个与吸油腔和压油腔对应的液压径向力，但这会造成泄漏增加，影响容积效率，这种方法主要适用于高压齿轮泵中；另一种方法就是缩小压油口的尺寸，使作用在轮齿上的压力区域减小，从而减小径向力不平衡。 图2-2 径向力分布 图2-3 齿轮泵的压力平衡槽 （2） 困油问题为了使齿轮泵能够更平稳地运转，保证吸、排油腔能严格的隔离，以及齿轮泵供油的连续性，根据齿轮啮合原理，要在齿轮设计时使齿轮的重叠系数1，这样在齿轮转动时，在前一对齿轮退出啮合之前，后一对齿轮已进入啮合，在啮合区有两对轮齿同时啮合，形成封闭的容腔，如图2-4所示，如果此时封闭的容积既不与吸油腔相通，又不与压油腔相通，油液将困在其中。 （a） （C）图2-4 齿轮泵的困油现象随着齿轮泵的运转，封闭腔的容积不断变化，如图2-4（a）所示为前一对齿尚未脱开啮合（啮合点为B），而后一对车轮就开始进入啮合（啮合点为A），即形成闭死容积。这个闭死容积随着齿轮的转动逐渐减小，当达到图2-5（b）所示位置时，啮合点C和D处于节点两侧的对称位置，这时闭死容积最小；当齿轮继续旋转式，闭死容积又逐渐增大，直到前一对齿轮在A点即将退出时，闭死容积增至最大，如图2-5（c）所示。在闭死容积变化过程中，当封闭腔容积变小时，被困油液受挤压，压力升高，并从缝隙挤压出去，造成油液发热，轴承负荷增大；而当封闭容积增大时，又会造成局部真空，时油液中溶解的气体分离出来，产生空穴现象。两者都会造成强烈的震动与噪声，降低泵的容积效率，影响泵工作平稳性和使用寿命，这就是齿轮泵的困油现象。要消除困油现象，可以在齿轮两侧的端盖上各铣两个卸荷槽，如图2-4中的虚线所示，两槽之间的距离a是个重要参数。当困油区容积增大时，通过左侧的卸荷槽与吸油腔连通，补充油液；当困油区容积减少时，通过右侧的卸荷槽与压油腔相通，排出油液。2.2外啮合齿轮泵工作原理2.2.1工作原理 图2-2 齿轮泵工作原理图2-2为外啮合齿轮泵的结构简图，外啮合齿轮泵的工作腔是齿轮上每相邻两个齿的齿间槽、壳体与两端盖之间形成的密封空间。当齿轮按图示方向旋转时，其右侧吸油腔的相互啮合着的齿轮逐渐脱开，使得工作腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液在大气压作用下被压入吸油腔内。随着齿轮的旋转，工作腔中的油液被带入左侧压油区。这时，由于齿轮的的两个轮齿逐渐进行啮合，密封工作腔容积不断减小，压力增高，油液便通过压油口被挤压出去。从图2-2中可以看出，吸油区和压油区是通过相互啮合的轮齿和泵体隔开的。2.2.2排量和流量计算外啮合齿轮泵的排量就是齿轮每转一圈，齿间工作腔从吸油区带入压油区的油液容积总和。其精度的计算要根据齿轮的啮合原理来进行，计算过程比较复杂。一般情况下用近似计算，假设齿间槽的容积等于齿轮轮齿的体积，则当齿轮齿数为z、节圆 直径为D、齿高为h、模数为m、齿宽为b时，泵的排量为 （2-1）实际上，齿槽容积比齿轮的体积稍大些，所以通常取经验数据为 （2-2）齿轮泵的实际输出流量为 （2-3） 式（2-3）只是齿轮泵的平均流量，实际上齿轮啮合过程中，啮合点沿啮合线是不断变化的，这就造成齿轮啮合过程中吸、压油腔的容积变化率式不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量式脉动的。设qmax、qmin分别表示最大、最小的瞬时流量，流量脉动率可表示为 （2-4）在齿轮泵中，外啮合齿轮泵的流量脉动率要高于内啮合齿轮泵，并且随着齿数的减少而增大，最高可达20%以上。液压泵的流量脉动对泵的正常使用有较大影响，它会引起液压系统的压力脉动，从而使管道、阀等元件产生振动和噪声，同时，也影响工作部件的运动平稳性，特别是对紧密机场的液压系统更为不利。所以对工作精度要求高的液压系统不宜采用齿轮泵。2.2.3外啮合齿轮泵的优缺点（1）优点1 结构简单、紧凑、价格便宜；2 自吸力强，抗污染，工作可靠，耐冲击载荷；3 使用寿命长，维修容易，不互换，应分组组装。（2）缺点1 效率低，泄漏大；2 流量脉动大，噪音大；3 不能改变流量；4 一般转向一定，由配油结构、泵体结构决定。 第三章 齿轮泵总体设计3.1齿轮泵的设计要求3.1.1主要技术参数根据任务要求，此型齿轮油泵的主要技术参数确定为：理论排量：25ml/r额定压力：0.4-0.6MPa额定转速：750r/min容积效率：90%3.1.2主要设计要求工作条件：使用年限15年(每年工作300天)，工作为一班工作制。噪声：95dB（A）（齿轮精度好，两齿轮轴线平行，转速相对低）3.2齿轮参数的设计与校核3.2.1.齿轮参数的确定原则： 1) 在要求的排量下泵的体积小、重量轻。 2) 在要求的工况下，齿轮的齿形、轴颈和轴伸等具有足够的强度和刚度。 3) 在要求的工况条件下，泵的轴承载荷小。 4) 尽量减小泵的流量脉动。 5) 在泵系列设计时，尽量减少零件和齿轮刀具的种类，提高通用 化和标准化的程度。 3.2.2齿轮参数的确定 现在确定齿数z、模数m、齿宽B和转速n，由参考书可知齿轮泵每转理论流量的近似计算公式为： （l/min）式中：m齿轮模数（mm） z齿轮齿数 n齿轮转速(r/min) B齿宽(mm)（1）确定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3-1选取。表3-1 工业齿轮油粘度与节圆极限速度关系工业齿轮油粘度124576152300520760节圆极限速度543.732.21.61.25根据表格数据，由插补法可得液体粘度为680/s时所对应的线速度V=1.5m/s。节圆线速度式中：D节圆直径（mm)（2） 确定齿数齿数的确定，应根据液压泵的设计要求从流量、压力脉动、机械效率等各方面综合考虑。从泵的流量方面来看，在齿轮分度圆不变的情况下，齿数越少，模数越大，泵的流量就越大。从泵的性能抗，齿数减少后，对改善困油及提高机械效率有利，但使泵的流量及压力脉动增加。目前齿轮泵的齿数Z一般为6-19。对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，要求流量脉动小，因此低压齿轮泵齿数Z一般为13-19。齿数14-17的低压齿轮泵，由于根切较小，一般不进行修正。（3）确定齿宽齿轮泵的流量与齿宽成正比。增加齿宽可以相应地增加流量。而齿轮与泵体及盖板间的摩擦损失及容积损失的总和与齿宽并不成比例地增加，因此，齿宽较大时，液压泵的总效率较高.一般来说，齿宽与齿顶圆尺寸之比的选取范围为0.2-0.8，即：式中：Da齿顶圆尺寸（mm）（4）确定齿轮模数对于低压齿轮泵来说，确定模数主要不是从强度方面着眼，而是从泵的流量、压力脉动、噪声以及结构尺寸大小等方面。通过取满足以上条件的不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行分析、比较，根据如下表3-2所示：表3-2 齿数模数齿宽转速对照ZmBn13546.20004622440.960313514542.90004291409.463148315540.04004005382.165605116537.53753755358.280254817535.32944711337.204945618533.36670004318.471337619531.61055794301.709688213632.08336543367.466927914629.79169647341.219290215627.80558337318.471337616626.06773441298.56687917624.53433827281.004121418623392781319621.95177635251.4247402通过对不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行方案分析、比较结果，确定此型齿轮油泵的齿轮参数如下：v 模数m=3v 齿数z=17v 齿宽B=20因为齿轮的齿数为17，不会发生根切现象，所以在这里不考虑修正，以下关于齿轮参数的计算均按标准齿轮参数经行。3.2.3齿轮几何要素的计算齿轮泵齿轮几何要素经计算后列表如3-3所示：表3-3 齿轮几何要素表名称代号计算公式计算结果理论中心距A0=42mm实际中心距A=42mm齿顶圆直径De=24mm基圆直径Dj=21.5mm齿侧间隙Cn=0.060.08啮合角齿顶高ha=3mm齿根高hf=2.5mm全齿高h=3mm齿根圆直径Di=21mm径向间隙C0m=1.5mm齿顶压力角e=32.7780分度圆弧齿厚Sf=9.36mm齿厚S=9.42mm齿轮啮合的重叠系数=1.55公法线长度取侧隙 L=19.2mm此设计中齿轮材料选为，调质后表面淬火。3.2.4齿面接触强度校核（1）使用系数的确定使用3-4系数表示齿轮的工作环境（主要是振动情况）对其造成的影响，可以根据表格确定使用系数：表3-4 使用系数原动机工作特性工作机工作特性均匀平稳轻微转动中等振动强烈振动均匀平稳1.001.251.501.75轻微振动1.101.351.601.85中等振动1.251.501.752.0强烈振动1.501.752.02.25或大更 液压装置一般属于轻微振动的机械系统所以按上表中可查得可取为1.35。（2） 齿轮精度的确定表3-5 各种机器所用齿轮传动的精度等级范围机 器 名 称精 度 等 级机 器 名 称精 度 等 级汽轮机3 - 6拖拉机6 - 8金属切削机床3 - 8通用减速器6 - 8航空发动机4 - 8锻压机床6 - 9轻型汽车5 - 8起重机7 - 10载重汽车7 - 9农业机械8 - 11齿轮精度此处取7。（3）动载系数的确定动载系数表示由于齿轮制造及装配误差造成的不定常传动引起的动载荷或冲击造成的影响。动载系数的实用值应按实践要求确定，考虑到以上确定的精度和轮齿速度，偏于安全考虑，此设计中取为1.1。（4）齿向载荷分布系数的确定齿向载荷分布系数是由于齿轮作不对称配置而添加的系数，此设计齿轮对称配置故取1。（5）齿间载荷分配系数的确定一对相互啮合的齿轮当在啮合区有两对或以上齿同时工作时，载荷应分配在这两对或多对齿上。但载荷的分配并不平均，因此引进齿间载荷分配系数以解决齿间载荷分配不均的问题。对直齿轮及修形齿轮，取。（6）弹性系数，单位 弹性系数数值列表如下3-6表3-6弹性模量齿轮材料弹性模量配对齿轮材料灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布塑料1180001730002020002060007850锻钢162.0181.4188.9189.8铸钢161.4180.5188球墨铸铁156.6173.9灰铸铁143.7此设计中齿轮材料选为（其含碳量为0.37%-0.44%，锻钢含碳量在0.15%-0.6%），调质后表面淬火，由上表3-6可取。图3-1弯曲疲劳强度寿命系数（7）动载系数 =1.485（8）齿宽系数对一般的齿轮传动，因绝对尺寸,齿面粗糙度，圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限影响不大，通常不予以考虑，故只需考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。齿轮的许用应力按下式计算：S疲劳强度安全系数。对解除疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取 。但对于弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取 。寿命系数。循环次数N的计算方法是：设n为齿轮的转速（单位是r/min）；j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数；为齿轮的工作寿命（单位为h），则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算：N=60nj。（9）齿轮的输入功率设齿轮泵功率为，流量为Q，工作压力为P，则： 所以每个齿轮的功率为：（10）计算齿轮传递的转矩： （11）接触疲劳强度极限由机械设计图10-21按齿面硬度差得齿轮的接触疲劳强度极限。（12）计算循环应力次数 （13）接触疲劳寿命系数由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数 （14）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为0.1，安全系数S=1 （15）计算接触疲劳强度载荷系数 径向力 因为齿数比u=1 = 507MPa 所以齿轮的劫持疲劳强度满足要求。3.2.5齿面弯曲强度校核（1）弯曲疲劳强度极限由机械设计图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 （2）弯曲疲劳寿命系数由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数： （3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 则： （4）载荷系数 （5）齿形系数及应力校正系数由机械设计表105查取齿形系数 应力校正系数。（6）计算齿根危险截面弯曲强度 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