基于ProENGINEER的齿轮泵仿真.doc

业技术学院业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 基于 Pro/ENGINEER 的齿轮泵仿真 系别 机电工程系 专业 机电一体化技术 班级 机电 04 姓名 学号 指导教师 日期 月 济源职业技术学院毕业设计 设计任务书 设计题目：设计题目： 基于 Pro/ENGINEER 的齿轮泵仿真 设计要求：设计要求： 1.对齿轮泵的工作参数（流量、效率、转速） 、几何参数(齿数、模数、齿宽)、 主要部件参数（分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径等）进行设计和确定。 2.运用 Pro/ENGINEER 对齿轮泵的各个零部件（泵盖、泵体、齿轮轴、紧固件等） 进行建模，熟练掌握 Pro/ENGINEER 的建模方法。 3.运用 Pro/ENGINEER 对齿轮泵进行装配，掌握 Pro/ENGINEER 的装配方法。 4.对装配体进行干涉检查，对其进行运动分析。 设计进度要求：设计进度要求： 第一周：下达任务书，查阅、收集相关资料。 第二周：下达任务书，查阅、收集相关资料。 第三周：进行齿轮泵的工作参数，几何参数等进行设计和确定。 第四周：进行齿轮泵的工作参数，几何参数等进行设计和确定。 第五周：用 Pro/ENGINEER 进行齿轮泵的零件建模及装配体建模。 第六周：用 Pro/ENGINEER 进行齿轮泵的零件建模及装配体建模。 第七周：用 Pro/ENGINEER 进行齿轮泵的零件建模及装配体建模。 第八周：撰写论文，对论文进行排版修改。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： 济源职业技术学院毕业设计 I 摘 要 Pro/ENGINEER 是美国参数技术公司（PTC）推出的全参数化大型三维 CAD/CAM 一体化通用软件包。 Pro/ENGINEER 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决 特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择， 而不必安装所有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一 起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/ENGINEER 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、 钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 此设计中主要利用 Pro/E 软件，来完成齿轮油泵三维建模设计。齿轮油泵设计 主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。建立运 动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、 加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用动画、图形、表格等多种形式输出结果， 其分析结果可指导修改零件的结构设计或调整零件的材料。设计的更改可以反映到 装配模型中，再重新进行分析，一旦确定优化方案，设计更改就可直接反映到装配 模型中。此外还可以将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有 限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析。 关键词：Pro/ENGINEER，参数化设计，模块，齿轮油泵 济源职业技术学院毕业设计 II 目 录 设计任务书 .I 摘 要 .II 1 齿轮泵的设计.1 1.1 齿轮泵概述.1 1.2 齿轮油泵的反求设计 .2 1.3 齿轮泵设计要求 .4 1.4 齿轮泵结构的几个问题 .11 2 PRO/ENGINEER 建模.14 2.1 齿轮油泵骨架的设计.14 2.2 齿轮油泵主体的设计.16 2.3 齿轮油泵左盖的设计.18 2.4 创建齿轮泵右侧盖的设计.20 2.5 齿轮轴的设计.21 2.6 其他零件的设计.26 3 齿轮油泵的装配与仿真.30 3.1 虚拟装备设计 .30 3.2 生成爆炸图 .35 3.3 齿轮油泵机构仿真设计 .36 3.4 齿轮油泵工作原理动画仿真 .40 结束语 .43 致 谢 .44 参考文献 .45 济源职业技术学院毕业设计 0 1 1 齿轮泵的设计齿轮泵的设计 1.11.1 齿轮泵概述齿轮泵概述 齿轮泵是液压系统中广泛采用的液压泵，有外啮合和内啮合两种结构形式。齿 轮泵的主要优点是结构简单，制造方便，体积小，重量轻，转速高，自吸性能好， 对有的污染不敏感，工作可靠，寿命长，便于维护修理以及价格低廉等；主要缺点 是流量和压力脉动较大，噪声较大（只有内啮合齿轮泵噪声较小） ，排量不可调。 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。由齿的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。所输送液体的粘度范围为,齿轮泵结构简单，维修方便。smm /101 26 齿轮泵的工作原理如图 1.1。齿轮泵泵体内腔容纳一对齿数相同的外啮合渐开 线齿轮，齿轮两侧由端盖盖住（图中未出示） 。泵体、端盖和齿轮之间形成了密封腔， 并由两个齿轮的齿面接触线将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当主动齿轮轴逆 时针带动从动齿轮顺时针方向转动时，这对传动齿轮的啮合右腔空间压力降低而产 生局部真空，油池内的油在大气压力作用下进入泵的吸油口。随着齿轮的转动，齿 槽中的油不断被带至左边的压油口，把油压出，送至机器中需要润滑的部位。 图 1.1 齿轮泵的工作原理图 济源职业技术学院毕业设计 1 1.21.2 齿轮油泵的反求设计齿轮油泵的反求设计 本课题就是以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，画出零件草图和装配草图，为以后的 Pro/ENGINEER 设 计过程进行数据准备。 1.2.11.2.1 绘制装配示意图绘制装配示意图 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，因此需边写边画，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。齿轮油泵未拆装前的示意图 见图 1.2。 图 1.2 实物图 拆装后的零件包括齿轮泵体、齿轮泵盖、齿轮轴、齿轮、轴、填料等部分，实 体图见图 1.3。 济源职业技术学院毕业设计 2 图 1.3 零件图 在齿轮泵体的拆装过程中，需要表示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 2.3。 图 1.4 装配示意图 济源职业技术学院毕业设计 3 1.1.3 3 齿轮油泵的设计要求齿轮油泵的设计要求 设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使泵的尺寸小、 重量轻、制造容易、成本低。因此，合理选择齿轮泵的各项参数及有关尺寸非常关 键，设计时通常给出泵的工作压力 p 和排量 V 作为原始设计参数。 1.3.11.3.1 齿轮油泵工作参数要求齿轮油泵工作参数要求 （1）流量 外啮合齿轮泵在没有泄露损失的情况下，每一转所排出的液体体积叫做泵的 理论排量，用表示。外啮合齿轮泵，一般两齿轮的齿数相同，所以tq rmlbtaD b q bat /10tan 3 1 3 1 2 322222 （1.1） 式中: b齿宽 齿顶圆直径D a齿轮中心距 基圆节距t 基圆柱面上的螺旋角 不修正的标准直齿圆柱齿轮的齿轮泵的理论排量： （1.2） rmlzbmqt/10cos 12 1 12 3222 式中：m齿轮模数 z齿轮齿数 a齿轮压力角 理论流量： min/10 3 lnqQ TT （1.3） 式中 n泵转速，单位（r/min） 济源职业技术学院毕业设计 4 实际流量： （1.4）min/ lQQ vT 式中 泵的容积效率，一般取 0.7509，小流量泵取小值 （2）转速 齿轮泵一般都和原动机（电动机、内燃机等）直接相连，所以其转速应和原动 机的转速一致。转速越高，流量越大。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，以至于流量减少并引起气蚀，增大噪声和磨损，对 高粘性液体的输送影响更大因此必须限制齿轮泵的最高转速。允许的最高转速与工 作油液的粘度有关，粘度越高，允许的最高转速就越低。一般用限制齿轮节圆速度 的方法来确定最高转速，以保证在工作中不产生气蚀。不同粘度的油液，其允许的 齿顶节圆极限速度可按表 1.1 选取。 另一方面，齿轮泵的转速也不能太低，因为当工作压力一定时，泵的泄漏量也 接近于一定值，它与转速的关系不大，但转速愈低，流量愈小，泄漏量与理论流量 的比值愈大，容积效率愈低。为了避免容积效率严重下降，在实际工作中都不允许 泵的转速低于 300r/min。 表 1.1 流体粘度与齿顶圆线速度 液体粘度 v（mm/s） 12 45 76 152 300 520 760 线速度 u(m/s) 5 4 3.7 3 2.2 1.6 1.25 （3）效率 a v P PQ （1.5） 式中：P泵进出口压力差（） amp Q流量（l/s） 轴功率（kw） a P 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侧 齿接触线的泄露损失，其中轴向间隙泄露约占总泄露量的 75%-80%，机械效率=0.8-w 济源职业技术学院毕业设计 5 0.9，大流量泵机械效率低。 1.3.21.3.2 齿轮几何参数的要求齿轮几何参数的要求 齿数 z、模数 m 和齿宽 B 我们知道只要确定了 z、m、B，泵的结构尺寸就大体确定了。泵的结构尺寸确 定后，再进行有关的机构设计和强度校核。 （1） 齿数 z 的确定 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。从增大泵的排量考虑，在齿轮分度圆直径不变的条件下，齿数越少，泵的 外形尺寸小，模数越大，泵的排量就越大。从泵的性能考虑，齿数越少，对改善困 油现象及提高机械效率有利，但是泵的流量及压力脉动增加。 目前齿轮泵的齿数一般为 z=620。由于低压齿轮泵多应用在机床上，故要求流 量均匀，因此低压齿轮泵的齿数多取为 1320。齿数为 1417 的低压齿轮泵由于根 切较小，一般不需要进行修正。对于高压齿轮泵，要求有较大的齿根强度。为了减 少轴承的受力，要减少齿顶圆的直径，这样势必要增大模数、减少齿数，因此高压 齿轮泵的齿数较少，一般 z=614。为了防止根切而削弱齿根强度，齿形要按照要求 进行修正。 中低压齿轮泵对压力和流量脉动要求较严，通常取 z=1225，高压泵为减小外 形尺寸，一般取 z =614,对流量脉动要求不高的粘性液体输送泵可取 z=68。 （2）齿轮模数 m 的确定 对于低压齿轮泵来说，确定模数 m 主要不是从强度方面着眼，而是从泵的流量、 压力脉动、噪声以及机构尺寸等方面考虑。 我们知道，模数 m 越大，泵的排量就越大，并且当齿轮节圆直径一定时，对排 量来讲，增大模数比增加齿数有利。因此为了减少泵的体积，希望在可能的条件先 尽量增大模数，减少齿数。但齿数太少将使液压泵的流量和压力脉动增加，因此模 数选择要适当。 齿轮泵的排量公式： （1.6） 33 10)/(2 mBKzmV 根据上式可以计算出齿轮的模数，其中 B/m 可按推选数值进行选取，计算得到 济源职业技术学院毕业设计 6 的 m 值要圆整到标准数值。 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。 表 1.2 流量与模数 流量 Q（l/min)模数 m(mm) 4101.52 10322.53 32633.54 631254.55 （3）齿宽 B 的确定 齿轮泵的流量与齿宽成正比，增加齿宽也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的增加，因此，齿宽较大 时液压泵的总效率较高。但对于高压齿轮泵，齿宽不宜过大，否则将使齿轮轴及轴 承上的载荷过大，使轴及轴承设计困难。一般对于高压齿轮泵，B=（36）m;对于低 压齿轮泵，B=（610）m。泵的工作压力越高，上述系数应取得越小。齿宽按表 1.3 确定。 表 1.3 工作压力与齿宽 工作压力 P(mPa) 齿宽 b(mm) 210 （4-8）m 10 （3-6）m 1.3.31.3.3 齿轮泵的工艺、材料及要求技术齿轮泵的工艺、材料及要求技术 目前使用的齿轮泵中，齿轮和轴通常做成整体。其优点是结构紧凑，装配方便。 对于尺寸较大的齿轮泵，齿轮和轴可以做成分离式，齿轮和轴之间采用键联接，这 济源职业技术学院毕业设计 7 样的结构工艺性好，加工齿轮侧面较容易，在平面磨床上加工相同的齿宽很容易得 到保证。 齿轮泵通常采用的零件材料有：泵体和端盖采用铸铁或铝合金，齿轮和轴采用 45 钢、40Cr、20CrMnTi、20Cr、38CrMoAl 等材料（前面两种用于低压齿轮泵，后 面三种用于高压齿轮泵） 。材料经渗碳氮化处理，表面硬度达 6062HRC，心部硬度 2844HRC，使齿轮具有较高的耐磨性和冲击韧性；淬火后的工作表面必须磨光。轴 套一般采用 40 钢、40Cr 和青铜。 齿轮泵主要零件的技术要求如下：泵体内孔锥度和圆度小于 0.01mm; 齿顶 圆和泵体配合； 泵径向间隙一般为 0.020.06mm； 一对齿轮宽度误差小于 0.0050.01mm,一对齿轮同侧轴套宽度误差小于 0.0050.01mm； 齿轮轴孔和齿顶 圆之间的偏心量小于 0.01mm; 用涂色法检查，在齿高方向上齿轮啮合长度大于 65%， 在齿宽方向上齿轮啮合长度大于 60%；齿轮表面粗糙度为 0.2m,齿轮两侧面表面 粗糙度为 0.2m，轴颈的表面粗糙度为 0.1m，泵的其他主要密封滑动面（如轴套 内孔面、轴套侧面、齿顶圆表面及泵壳体内表面等）的表面粗糙度一般为 0.4m；轴圆度及锥度小于 0.005mm; 泵体中心便心距偏差小于 0.030.04mm , 中心线平行度小于 0.010.02mm。 1.3.41.3.4 齿轮泵主要部件参数的确定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=16,模数 m=3，齿宽定为 b=20 ，电机转速 2000r/min2500r/min，工作压力 P=10mP.以上参数可能由于不符合（1.1）中要求。 表 1.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表 名 称符 号计 算 公 式 齿数z根据工作要求确定 模数m由强度计算确定 分度圆直径dd =mz 齿顶高 a hmhh aa * 济源职业技术学院毕业设计 8 齿根高 f hmchh af )( * 全齿高h h = fa hh 齿顶圆直径 a d aa hdd2 基圆直径 b dcosddb 齿距pp = m 齿厚ss = m/2 齿槽宽ee = m/2 标准中心距a 2/)( 21 mzza 齿隙c mcc * 基圆齿距 b pcosmpb 法向齿距 n pcosmpn 压力角国家标准 =20 现加以验证： 由公式（1.2） ， （1.3） ， （1.4）： rmlzbmqt/10cos 12 1 12 3222 min)/( 8 . 39min)/(83.31llQT min)/(84.29min)/(87.2375. 0llQQQ TT 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 )(48163mmD)(48163mmD 齿顶圆直径 )(57)3(mmzmDa 济源职业技术学院毕业设计 9 所以顶圆点的线速度 )/(00. 660/2 2 max smn D u a 要想通过表 1.1 确定是否符合要求，就要先确定液压油的型号。 max u 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、传热、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。 齿宽的验证可以直接从表中看出符合要求。 1.41.4 齿轮泵结构的几个问题齿轮泵结构的几个问题 1.4.11.4.1 困油现象困油现象 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 续传动时，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，至第一对齿开始脱开时增至最大。 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，这时齿轮哈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。 1.4.21.4.2 卸荷措施卸荷措施 济源职业技术学院毕业设计 10 产生困油现象的根本原因是重合度 1。从理论上讲，只要取 =1 就会消除 困油现象。事实上，由于制造和安装误差，往往会出 1 的现象，这就造成齿轮 传动不连续，高低压油腔瞬时串通导致高压油腔向低压油腔倒流。所以 的减少应 受到限制，设计时通常要求 不小于 1.05。 消除困油现象的常用办法，是在与齿轮端面接触的两侧板上开两个用来引出困 油液的沟槽，即卸荷槽。尽管卸荷槽的结构形式较多，有相对于节点 P 对称布置和 非对称布置两种,但其卸荷原理是相同的，即在保证高低压腔互不沟通的前提下，设 法使困油容积与高压腔或低压腔相通。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。本设计卸荷槽采用对称布 置。对标准齿轮，卸荷槽深度见表 1.5。 表 1.5 卸荷槽深度 齿轮模数 m 2 3 4 5 6 7 8 卸荷槽深 度 h 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10 1.4.31.4.3 径向作用力不平衡径向作用力不平衡 齿轮泵工作时,液体作用在齿轮外缘上的压力是不均匀的,由于在压油腔和吸油 腔之间存在着压差,又因泵体内表面与齿轮齿顶之间存在着径向间隙,可以认为压油 腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力。这些液体压力的合力就是作用在轴上的径向不 平衡力为： F=KpBDa （1.7） 式中： K系数，对于主动轮，K=0.75;对从动轮，K=0.85; p泵进出口压力差； Da齿顶圆直径。 作用在泵轴上的径向不平衡力，能使轴弯曲，从而引起齿顶与泵壳体相接触， 从而降低了轴承的使用寿命，这种危害会随着齿轮泵压力的提高而加剧，所以应尽 量减少径向不衡量，其方法如下： （1）缩小压油口的直径，使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内; 济源职业技术学院毕业设计 11 （2）增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙，避免因径向不平衡力使齿顶与泵体 内表面相接触； （3）开压力平衡槽，开两个压力平衡槽分别与高、低压油腔相通，这样吸油腔 与压油腔相对应的径向力得到平衡。但此种方法会使泵的容积效率降低，目前很少 使用。 1.4.41.4.4 泄漏泄漏 外啮合齿轮泵压油腔的压力油主要通过三条途径泄露到低压腔中去。 1. 泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏 由于齿轮转动方向与泄漏方向相反，压油腔到吸油腔通道较长，所以径向间隙 泄漏量相对较小，约占总泄漏量的 10%15%左右。 2. 齿面啮合处间隙的泄漏 由于齿形误差会造成沿齿宽方向接触不好而产生间隙，使压油腔与吸油腔之间 造成泄漏，这部分泄漏量很少。 3. 齿轮端面间隙的泄漏 齿轮端面与前后盖之间的端面间隙较大，此端面间隙封油长度又短，所以端面 间隙泄漏量，可占总泄漏量的 70%75% 。 从上述可知，要想提高齿轮泵的额定压力并保证较高的容积效率，减少端面间 隙的泄漏是关键。 济源职业技术学院毕业设计 12 2 2 Pro/ENGINEERPro/ENGINEER 建模建模 本设计主要围绕齿轮油泵设计这个实例展开。液压油泵作为一种重要的液压元 件，其规格和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大，Pro/E 作为一款高效快捷的 CAD/CAM 软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的 开发速度，本文将着重就 Pro/E 的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮 油泵的设计。齿轮油泵包含多个零部件，其设计巧妙运用 Pro/E 基于单一数据库这 一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。 设计的具体要求为： （1） 齿轮油泵零件建模设计； （2） 齿轮油泵装配设计； （3） 齿轮油泵机构仿真设计； （4） 齿轮油泵工作原理动画设计。 2.12.1 齿轮油泵骨架的设计齿轮油泵骨架的设计 齿轮油泵骨架的设计主要是一系列基准曲线的绘制，其随后的建模设计建立在 骨架设计的基础上，齿轮油泵的骨架设计结果如图 2.1 所示。 图 2.1 齿轮油泵的骨架设计 济源职业技术学院毕业设计 13 （1） 新建零件文档； 1） 单击“新建”按钮打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选取“零件” 选项，在“子类型”中选取“实体”选项，在“名称”文本框中输入零件名称 “gujia” ； 2） 取消“使用缺省模板”复选项，单击“确定”按钮。系统打开“新文件选 项”对话框，选取其中的“mmns_part_solid”选项，再单击“确定”按钮进入三维 实体建模环境5。 （2） 草绘基准曲线； 图 2.2 骨架草绘 1） 单击“草绘工具”按钮打开“草绘”对话框； 2） 选取基准平面 FRONT 作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击 “草绘” ，进入草绘界面； 3） 在草图内绘制曲线如图 2.2 所示。 （3） 创建基准平面； 1） 单击“基准平面工具”按钮打开“基准平面”对话框； 2） 选取 FRONT 基准平面作为参照，设置平移距离 35； 3） 单击“确定” ，完成 DTM1 基准平面。 济源职业技术学院毕业设计 14 （4） 草绘曲线。 1） 单击“草绘”打开“草绘”对话框； 2） 选取 DTM1 作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击“草绘” ； 3） 绘制如图 2.3 所示曲线。 图 2.3 绘制曲线 保存设计结果，作为骨架设计，关闭窗口。 2.22.2 齿轮油泵主体的设计齿轮油泵主体的设计 （1） 新建零件文档； 单击“新建”按钮打开新建对话框。在“类型”中选“零件” ，在“子类型”中 选“实体” ，在“名称”文本框中输入零件名称“bengti” 。 （2） 创建外部继承特征； 1） 单击“插入”主菜单中选取“共享数据”/“合并/继承”选项，系统打开 如图 2.4； 济源职业技术学院毕业设计 15 图 2.4 插入骨架 2） 单击“打开”按钮，使用浏览的方式打开上一小节设计的齿轮油泵骨架文 件“gujia”.同时系统打开“外部合并”对话框如图 2.5，在该对话框的“约束类 型”下选取“缺省”选项，在系统默认位置装配齿轮油泵骨架文件； 图 2.5 外部合并对话框 3） 单击“外部合并”中的“确定” ，单击“设计板”上的“确定” 。 （3） 创建拉伸实体特征； 1） 单击“拉伸”打开设计板，在设计板中单击“放置”打开参照面板，单击 其中“定义”打开“草绘”对话框，选择 FRONT 为草绘平面，接受其它默认设置单 击“草绘”进入草绘模式； 2） 在草绘平面内单击“草绘”按钮，选取“边” ，点击“使用” ，来抓取绘制 拉伸剖面图，然后单击“确定”退出草绘，调整方向输入拉伸深度“60” ，最后创建 的拉伸实体如图 2.6。 济源职业技术学院毕业设计 16 图 2.6 拉伸实体特征 再次单击“拉伸”按钮，选取上一零件端面作为草绘平面，进入草绘模式； 3） 绘制如图所示草绘六个螺纹孔，调节拉伸方向，输入拉伸深度“15” ，创建 的实体特征后镜像； 4） 再次单击“拉伸” ，选取上一零件右侧面为草绘平面，进入草绘模式，绘制 如图所示草绘剖面图 2.7； 图 2.7 草绘剖面 5）调节拉伸方向，并将拉伸调为“拉伸至与所有曲面相交” ，最后创建的拉伸 实体如图 2.8 所示。 济源职业技术学院毕业设计 17 图 2.8 泵体拉伸实体结果 2.32.3 齿轮油泵左盖的设计齿轮油泵左盖的设计 齿轮油泵左盖的设计同样以齿轮油泵骨架作为母体零件，综合运用拉伸、孔和 镜像复制等建模方法。齿轮油泵左盖的最后设计结果，如图 2.9 所示。 济源职业技术学院毕业设计 18 图 2.9 左盖设计结果 （1） 新建零件文件，输入零件名称“zuogai” ； （2） 创建外部继承特征，如图 2.10； （3） 创建拉伸实体特征，如图 2.11； 图 2.10 外部继承特征 图 2.11 拉伸实体 济源职业技术学院毕业设计 19 2.42.4 创建齿轮泵右侧盖的设计创建齿轮泵右侧盖的设计 齿轮油泵右盖的设计与做该相同，同样运用齿轮油泵骨架完成特征。只是应注 意的是拉伸的方向，如图 2.12 所示。齿轮油泵右盖最后设计结果，如图 2.13 所示。 将其命名为“yougai” 。 图 2.12 拉伸特征 图 2.13 右盖设计结果 济源职业技术学院毕业设计 20 2.52.5 齿轮轴的设计齿轮轴的设计 齿轮的设计中最为重要的是渐开线的绘制，对与如渐开线等的复杂曲线，不能 直接进入草绘平面绘制，因为草绘平面提供的绘图工具基本只能绘制那些常见的曲 线和形状。因此，我在这里采用“插入基准曲线/从方程”的方法来绘制出渐开线的 形状。 （1） 用拉伸画一个直径为 da（齿顶圆） ，宽为 20 的圆柱体，如图 2.14 所示。 图 2.14 拉伸圆柱体 （2） 打开“插入”选取“模型基准”选取“插入基准曲线” ，打开“菜单管 理器”选取“从方程” ，单击“完成”进入元素定义，如图 2.15，2.16 所示。 图 2.15 菜单管理器 图 2.16 元素定义对话框 （3） 定义坐标类型为“圆柱” ，单击完成进入定义方程，此时屏幕上出现如图 济源职业技术学院毕业设计 21 2.17 所示记事本，我们输入如下渐开线方程： ak=55*t rb=45/2 thetah=tan(ak)-ak*pi/180 r=rb/cos(ak) theta=thetah*180/pi 然后，点击“保存” ，退出记 事本，点取确定按钮，此时 在模型区域出现了蓝色的曲 线，如图 2.18 所示。这条曲线即为渐开线。 图 2.17 渐开线方程 图 2.18 曲线 1 图 2.19 曲线 2 （4） 选中蓝色的曲线镜像得到第 2 根蓝色的曲线，此时两根曲线是相交的八字形， 如图 2.19 所示。 （5） 点取第 2 根曲线，然后主菜单 “编辑”-“复制”-主菜单“编辑” - - “选择性粘贴”-在操作面板上选取“旋转”按钮，选取旋转中心轴- 输入旋转角度（360/2/z）+1.74）=12.99，如图 2.20 所示。 图 2.20 输入旋转角度 济源职业技术学院毕业设计 22 （6） 得到第 3 根细红色的曲线,该曲线与第一根曲线相交，此时第 2 根曲线消失， 如图 2.21。 图 2.21 曲线 3 图 2.22 编辑曲线旋转 （7） 选中第 3 根曲线，然后主菜单“编辑”-“复制”-主菜单“编辑” “选择性粘贴”-在操作面板上选取“旋转”按钮，选取旋转中心轴- -输入旋转角度（-360/z）=22.5，如图 2.22 所示。 （8）点取确定退出操作，得到第 4 根蓝色曲线，此时两根曲线成八字如图 2.23 所示 图 2.23 曲线 4 图 2.24 草绘齿槽 （9） 用草绘曲线按钮画曲线：先画一个直径为 df 的齿根圆，用使用边命令选取 那两根八字形曲线和齿顶圆，然后画两条分别于两渐开线相切并与齿根圆相 交的直线，最后去掉多余的线，草绘如图 2.24 所示。 （10） 将得到的封闭线框进行“拉伸”-“去除材料” ，切削得到齿槽，如图 济源职业技术学院毕业设计 23 2.25,2.26 所示。 图 2.25 拉伸去除 图 2.26 齿槽特征结果 （11） 选中齿槽，单击阵列按钮，进行圆周阵列，如图 2.27 所示，阵列方式选择 “轴” ，阵列个数为齿数 z=16，阵列角度为 22.50。阵列结果如图 2.28 所示。 图 2.27 编辑阵列 图 2.28 阵列结果 （12） 将渐开线隐藏，如图单击“显示”-“层树” -“层” -“新建层” ， 济源职业技术学院毕业设计 24 此时出现“曾属性”对话框，然后选取两根渐开线，将名称命名为 “LAY0001”点击确定完成。最后右键“LAY0001”层，将其设置为隐藏即可。 如图 2.29 所示。 图 2.29 渐开线隐藏 济源职业技术学院毕业设计 25 （13） 然后拉伸齿轮轴，如图 2.30 所示。 图 2.30 齿轮轴的拉伸 （14） 通过平移创建基准面 DTM2 与圆周轴相切如图，在此基准面上草绘如图键槽 拉伸封闭线框，拉伸深度为“7” ，如图所示。 图 2.31 键槽 （15） 最后将轴两端倒角，齿轮轴完成。 2.62.6 其他零件的设计其他零件的设计 至此齿轮油泵的主要零件以创建完成，下面还有很多装配用的小零件，包括： 螺钉、填充、定位销。 2.6.12.6.1 螺钉的设计螺钉的设计 在这里我们选用内六角圆柱螺钉（GB/T70.12000）M8*20，我们通过机械制 图（第三版） 的附表中查得其尺寸参数，实体特征创建步骤如下： （1） 首先我们一螺纹大径 8 为直径草绘一个圆，然后拉伸实体特征，拉伸长度为 20，然后用同样的方法将螺钉大头拉伸出来，结果如图 2.32 所示。 济源职业技术学院毕业设计 26 图 2.32 拉伸螺钉特征 （2） 然后我们将螺钉的六棱槽拉伸切除出来，首先选中螺钉端面进入草绘，打开 “草绘器调色板” ，我们选取一个正六边形，将其放在圆心处，调整其参数草 绘完成，点击确定进入拉伸，输入拉伸长度 4，选择去除材料，单击确定创 建特征如图 2.33 所示。 图 2.33 螺钉六棱槽 （3） 我们使用混合扫描的方法来绘制螺钉的圆角特征，结果如图 2.34 所示。 济源职业技术学院毕业设计 27 图 2.34 混合扫描螺钉圆角 （4） 最后绘制螺纹，单击“螺旋扫描”选择“切口” ，打开切剪对话框，定义其属 性为“常数” 、 “穿过轴” 、 “右手定则” ，单击完成进入轨迹定义，选取轨迹草 绘平面，然后绘制轨迹草图如图 2.35 所示，绘制完成后单击确定完成，输入 螺距 1，进入草绘截面，绘制如图 2.36 截面，然后预览如图 2.37，螺钉最后 结果如图 2.38 所示。 图 2.35 草绘螺纹轨迹 图 2.36 草绘螺纹截面 济源职业技术学院毕业设计 28 图 2.37 生成螺纹预览 图 2.48 螺钉最后结果 2.6.22.6.2 填充的设计填充的设计 填充的设计应注意开设卸荷槽，设计结果如图 2.49 所示。 2.6.32.6.3 定位销的设计定位销的设计 如图 2.50 所示。 济源职业技术学院毕业设计 29 图 2.49 填充 图 2.50 定位销 济源职业技术学院毕业设计 0 3 3 齿轮油泵的装配与仿真齿轮油泵的装配与仿真 3.13.1 虚拟装备设计虚拟装备设计 齿轮油泵的装配综合运用到无连接接口约束和连接接口约束。在进行齿轮油泵 的装配前，设计者首先要对齿轮油泵进行整体的分析，要弄清楚那些元件具有运动 自由度，那些元件完全约束。对于具有运动自由度的元件就要根据具体要求选择合 适的连接接口，反之使用无连接接口的约束进行装配即可。 （1） 创建组件文档，输入组件名称“chilunyoubeng” ； （2） 在默认位置装配齿轮油泵主体； 单击“添加元件”按钮，打开下设计板，选择缺省，以在默认位置装配泵的主 体。 （3） 向组件中装配销； 使用“插入” “对齐”两种约束装配销钉，调整组建偏移设置使其高出端面 “22” 。 （4） 重复装配销钉； 选中前面装配好的销钉零件，然后在“编辑”中选取“重复”打开“重复元件” 对话框如图 3.1 所示。 按住“ctrl”键，选中“插入”和“对齐”两种约束方式。单击添加，共装配 4 根销钉，如图 3.2 所示。 济源职业技术学院毕业设计 1 图 3.1 重复元件对话框 图 3.2 装配定位销 （5） 向组件中装配齿轮油泵左盖； 使用“匹配” “插入” “插入”三种约束，如图 3.3 所示。 图 3.3 装配左盖 （6） 向组件中装配左边填充； 第一个填充使用“匹配” “插入”两种约束，第二个使用“匹配” “匹配” “插入” 三种约束，装配结果如图 3.4 所示。 图 3.4 装配填充 （7） 向组件中装配齿轮轴一； 济源职业技术学院毕业设计 2 1）单击右工具箱中的“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵文件 “chilunzhou” ； 2）在系统打开的设计板上的“用户定义”中选取“销钉”连接类型； 3）完成“放置”列表，装配结果如图 3.5。 图 3.5 装配齿轮轴 （8） 向组件中装配齿轮轴二； 1） 单击右工具箱中“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵零件文件 “chilun” ； 2） 在系统打开的装配设计板上的“用户定义”下拉菜单中选取“销钉”连接 类型； 3） 在设计板上单击“移动”按钮，打开“移动”列表。在该列表的“运动类 型”选项中选取“旋转”选项，然后选中“运动参照”副选项； 4） 根据系统提示选“chilunzhou”的轴线作为旋转运动参照，然后在工作区 中旋转齿轮轴二，使两齿轮正确啮合，最后的啮合结果如图 3.6。 济源职业技术学院毕业设计 3 图 3.6 装配齿轮正确啮合 （9）向组件中装配右填充 第一个填充使用“对齐” “插入”两种约束，第二个使用“匹配” “对齐” “插入” 三种约束。 （10） 向组件中装配齿轮油泵右盖； 1） 单击“向组件中添加元件”按钮，使用浏览方式打开齿轮油泵零件文件 “yougai” ； 2） 在系统打开的装配设计板上单击“放置”按钮，然后在“放置”列表的 “约束类型”下拉菜单中选取“匹配”约束类型，选取油泵主体端面和右盖端面， 输入偏距“0” 。新建“插入”约束选取定位销和销孔作为约束参照； 3）新建“对齐”约束类型，然后分别选取轴 A3 和 A9 作为约束参照 4） 最后完成的“放置”列表如下图，最后装配结果如图 3.7。 济源职业技术学院毕业设计 4 图 3.7 装配右盖 （11）想组建中装配螺钉 装配的方法与装配定位销相似，使用“匹配” “插入”两种约束，然后采用重复 装配的方法将所有螺钉装配如图 3.8 所示。 图 3.8 重复装配螺钉 济源职业技术学院毕业设计 5 3.23.2 生成爆炸图生成爆炸图 （1） 从菜单栏中选择“视图” “分解” “编辑位置”命令，打开分解位置 对话框； （2） 在“分解位置”对话框中，设置“运动类型”等选项组用来调整爆炸图 中个元件的位置，得到满意位置后，点击“确定”按钮。 编辑爆炸图完成后，得到分解视图下的齿轮油泵装配爆炸图，效果如图 3.9。 图 3.9 齿轮油泵装配爆炸图 3.33.3 齿轮油泵机构仿真设计齿轮油泵机构仿真设计 （1）准备工作 设置模型显示外观，结果如图 3.10； 图 3.10 模型显示结果 济源职业技术学院毕业设计 6 （2）进入“机构”模块； 在“应用程序”主菜单中选取“机构”选项，进入机构仿真界面。 （3）定义齿轮副连接； 1） 单击“定义齿轮副连接”按钮，打开“齿轮副定义”对话框，如图 3.11； 图 3.11 齿轮副对话框 2）定义齿轮 1 选项卡，选 “chilunzhou”为运动轴，节圆直径“48” ； 济源职业技术学院毕业设计 7 3）定义齿轮 2 选项卡，选 “chilun”为运动轴，节圆直径“48” ； 4）打开“属性”选项卡，在“齿轮比”选项组中选取“节圆直径”选项。 （3） 创建驱动； 1） 单击“定义伺服电机”按钮，系统弹出“伺服电机定义”对话框； 2） 在“从动图元”选项组中选取“连接轴”选项，然后选取“chilunzhou” 的轴线作为连接轴； 3） 在“伺服电机定义”对话框中打开“轮廓”选项卡，在“规范”中选“速 度”选项在“模”中选“常数” ，并将“A”值设为“40” ，完成后的对话框如图 3.12； 图 3.12 “电机定义”对话框 4） 完成所以设置后在“伺服电机定义”对话框中单击“确定，机构设计的最 终结果如图 3.13 所示。 济源职业技术学院毕业设计 8 图 3.13 定义结果 （4） 创建连接； 1） 在“编辑”主菜单中选取“连接”选项，弹出“连接组件”对话框，如图 3.14； 2） 单击“运行”按钮，打开“确认”对话框，单击“是”按钮，完成连接的 创建工作，如图 3.15。 图 3.14 “连接组件”对话框 图 3.15 “确认”对话框 （5） 创建运动分析； 1） 单击“运动分析”按钮，系统打开如图“分析定义”对话框； 2） 在“类型”下拉列表框中选择“运动学”选项，并把运动“终止时间”栏 的值修改为“60” ，接着单击“运行”按钮，观察齿轮油泵的运动情况； 3） 完成上述操作后，单击“确定”按钮关闭“分析定义”对话框，完成运动 济源职业技术学院毕业设计 9 分析创建。 （6） 回放结果并制作多媒体播放文件。 1） 单击“回放以前的运动分析”按钮，系统弹出如图