卧式齿轮油泵安全装置逆向设计及运动仿真

I卧式齿轮油泵安全装置逆向设计及运动仿真摘要：本设计课题是以齿轮油泵实体模型为基础进行逆向设计，应用三维扫描软件进行部分零件3D扫描并进行运动仿真。之后，应用手工测绘完成零件尺寸图，并依据所学理论完成各个零件的几何公差、表面粗糙度、公差配合等综合分析，然后使用二维制图软件绘制齿轮油泵的零件图及其装配图。最后完成对齿轮油泵安全装置的再次创新设计。关键词：3D扫描运动仿真零件测绘校核分析装配图零件图IIThereversaldesignofhorizontalgearpumpsecuritydeviceandthemovementsimulationAbstract:Thisdesignprojectiscarryingoutthereversaldesignbasedonthemodelofgearpumpentity，andfinishing3Dscanningandmotionsimulationofseveralpartsbyusing3Dscanningsoftware.Then,themaintasksiscompletingthepartsizechartbymanualmapping,andcompletingsyntheticanalysisofgeometrictolerance,roughnessofsurface,cooperatingofpartsandetc.accordingtolearnedtheory,thenextstepisusingtwodimensionaldrawingsoftwaredrawinggearpumppartsandassemblychart.Eventually,thisprojectisfinishingtheinnovativedesignofgearpumpssafetydeviceagain.Keywords:3DscanningmotionsimulationpartmappingcheckandanalyseassemblydiagrampartsdiagramIII目录1绪论.11.1论文的研究目的及意义.11.2国内外研究进展.11.3齿轮油泵的分类及其工作原理.21.4齿轮油泵的特点.51.5齿轮油泵常见问题及其产生原因.51.6齿轮油泵故障的维修方法.51.7齿轮油泵的检查.61.8本章小结.62设计方案.72.1关于逆向设计思想的理论.72.2齿轮油泵的测绘.92.3本章小结.2433D扫描建模及运动仿真.253.13D扫描.253.2运动仿真.273.3本章小结.314展望.32致谢.33参考文献.34IV附录.3511绪论1.1论文的研究目的及意义随着工业发展，世界能耗的加剧，而作为保护工业设备的最主要也是最后一项重要仪器安全装置的重要性也变的突出。由于我国对齿轮油泵的研究起步晚，技术相对落后，为了再加快发展步伐，在自主研发的同时要引进外国的先进技术。我国对齿轮油泵的研究越来越重视，相信在未来必将取得丰硕的成果。齿轮油泵多应用在化工、机械、材料等领域，经常处在高振动和高压的工况下，由于齿轮油泵内介质大多都是易燃的油类液体，如果没有很好的安全保护措施，就会因为油的外泄，导致危险的事故。为了避免由于压力升高而使容器破坏，往往在齿轮油泵上安装安全装置，为了防止设备超压，本文研究的卧式齿轮油泵安全装置是常应用于现实生活中的一种有效的泄压装置，对工业设备在不稳定压力和温度的工况下起到非常重要的保护作用。齿轮油泵安全装置是作为输送中高压油液的安全保护装置，其作用是防止齿轮油泵压油腔内的压力升高而导致齿轮油泵损坏而发生事故，为了保障齿轮油泵长期运行，通常需要加装保护装置。随着科技快速发展，工业上对齿轮油泵安全装置的需求会越来越多，种类也会越来越多，而企业为了在竞争中脱颖而出，就必须创新。课题通过逆向设计思维及运动仿真对齿轮油泵安全装置实现理想模拟实验，对齿轮油泵的发展有重要的意义。四年的学习中，我对机械专业的知识有了一定程度的积累。我所选的齿轮油泵安全装置的逆向设计就是对我们以往所学的知识综合运用与进一步的巩固加深，并对以后解决实际问题的能力的进行训练，熟悉逆向设计思路，进一步强化绘图能力、建模能力，为以后工作垫底理论基础。21.2国内外研究进展（1）国内研究进展近年来，我国对齿轮油泵安全装置的研究已取得了较大的进步，种类和质量都不断提高，使用寿命也大幅度提高，部分国内自主研制的齿轮油泵达到了国际市场能够接受的水平。目前我国对齿轮油泵的研究水平取得一系列进步，但与国外相比仍然具有较大的差距。目前我国在齿轮油泵行业成立的科研机构比较少，科研开发能力相对薄弱，通过逆向设计，参照国外产品的设计，进行一些改进，缺乏设计方面的新理论和新的产品验证方法。在今后一段时间内，提高齿轮油泵的工作压力仍是制约我国齿轮油泵产业发展的一个瓶颈。（2）国外研究进展近几年来，国外研究院加快了齿轮油泵的研制节奏，研究水平日臻成熟，不断有新的齿轮油泵问世，目前国外齿轮油泵的研究方向为：1.轮齿结构：主要为直齿、斜齿、人字齿、方齿。2.处理的问题：齿轮流量、噪声、齿轮间隙、寿命。3提高工作压力：需要解决轴承寿命和泵泄漏加剧。1.3齿轮油泵的分类及其工作原理1.3.1齿轮油泵简介齿轮油泵是由两个尺寸相同的直齿轮在密闭的工作腔内相互啮合旋转，其中齿轮与中间泵体紧密配合。低压油随着管道进入进油口，并充满进油口空间，3随着轮齿的旋转，低压油沿齿轮外径运动，最后在两齿啮合时形成高压油从出油口排出。由于齿轮油泵的工作情况，齿轮油泵适用于输送不含固体小颗粒的液体，所输送液体的粘度范围为smm/8120。不宜输送粘度比较小的液体，比如水和汽油等，齿轮油泵每次旋转就会输出一定量的高压油，由于齿的不断啮合，在泵的出口会连续排出高压油。在实际工作中，泵内有很少量的流体损失，故泵的运行效率不能达到很高，然而齿轮泵还是可以良好地运行，对大多数液体来说，齿轮油泵仍可以达到约90%的效率。1.3.2齿轮油泵的分类1.3.3齿轮油泵结构及其工作原理4齿轮油泵结构：图1.1齿轮油泵总体结构图零件标号对应零件名称：1泵体；2小轴；3从动齿轮；4，6密封垫；5中间泵体；7泵盖；8阀瓣9弹簧；10调节杆；11罩子；12弹簧压盖；13阀盖；14-主动齿轮15半圆键；16滚动轴承；17主动轴；18填料；19压盖螺母；20填料压盖齿轮油泵工作原理5图1.2齿轮油泵工作原理图如图：齿轮油泵工作原理是依靠齿轮相互啮合，在啮合过程中进油腔和出油腔容积变化从而引起压强变化来输送液体的。工作空间由泵体、泵盖及齿轮的各齿间槽构成。当齿轮转动时，位于进油腔的轮齿逐渐退出啮合，使进油腔容积逐渐增大，压强降低，液体沿管道进入进油腔，并充满进油腔室，随齿轮转动，位于齿间的液体被带到出油腔。由于出油腔齿轮逐渐啮合，使得出油腔容积变小，压强变大，液体被排出。因此，齿轮油泵是一种容积泵。其特点是：结构较简单，制造容易，维修方便，运转可靠，流量较往复泵均匀。为防止排油管堵塞等原因使排出压力过高，发生事故，泵壳上装有液压油回流装置。在出油口油压压力过高时，高压液体顶开阀瓣，使部分液体从通道回流到进油口，以降低出口压力，起到保护作用。安全压力的大小，可由调整螺旋改变弹簧变形量进行调整。1.4齿轮油泵的特点1.结构简单，自吸能力比较强，具有很高的容积效率。2.润滑方便，靠输送液体润滑即可。63.便于维修和拆卸，易于保养4.齿轮油泵用途广泛，适用于石油机械土木等多种行业，所输送的油液适用于低粘度中低温度类的油液1.5齿轮油泵常见问题及其产生原因困油现象原因：液压油齿轮泵运转过程中，常有一部分的液压油存留在轮齿之间，这就称为困油现象，因液压油不可压缩将使外接齿轮产生的振动和噪声，可能影响系统正常工作。齿轮油泵出油口不能排出高压油原因：1.可能进油口没进油或者压力过低；2.油粘度过高，导致油泵无法吸油3.旋转方向相反齿轮油泵流量不足原因：1.可能出油口堵塞2.转速过低3.吸入或者排出阀关闭产生噪音原因：1.电动机发生故障2.轴的同轴度发生偏差或者有所磨损3.润滑不良齿轮泵突然停止原因：1.电动机过载保护2.轴与轴承粘着3.联轴器损坏油泵漏油原因：1.泵体连接处未能调节好2.密封圈老化3.螺钉连接松动71.6齿轮油泵故障的维修方法1.6.1齿轮泵轴磨损的维修方法齿轮油泵主要磨损在从动轴和主动轴两端与泵体的磨损，使得轴的的半径减小，出现晃动，从而影响轴的同轴度，使得主动轮和从动轮啮合情况出现误差，出现比较大的噪声。对于这种情况，如果磨损情况比较轻微，可以在轴的磨损处镀一层铬，如果情况严重，则应严格按照生产标准重新生产。1.6.2齿轮泵泵体磨损后的维修齿轮油泵泵体的磨损主要包括进油腔和吸油腔的圆弧工作面。主要是因为油液长期流动形成的磨损，如果磨损比较轻微则可以油石修磨进行打磨使用，泵体是由铸铁铸造，如果情况严重，则应严格按照生产标准重新生产更换新件。齿轮泵两端盖磨损之后的维修齿轮泵的端材料为灰铸铁，出现磨损现象后，轻微的可研磨修平，磨损比较严重时应在磨床上磨削修平。修磨后的端盖与泵体配合连接的平面接触应大，.磨削后的表面粗糙度应小。1.7齿轮油泵的检查1.拆卸拆卸前要做好充分的准备，熟悉齿轮油泵结构，拆卸时要明确步骤，避免损坏零件82、检查首先要检查各零件的间隙配合，然后对对齿轮检查，不允许存在裂纹，齿面不允许出现裂纹，腐蚀.胶合等；主动轴同轴度要合格，表面要光滑，粗糙度要小；端盖、泵体不得有裂纹。3、修复或更换对不合格的零部件应予以更换，对需修复的零部件，修复后应符合标准。1.8本章小结本章主要介绍了齿轮油泵的发展形势、工作原理及其故障维修办法。从这一章可以清楚的了解到齿轮油泵的结构及其性能及其它在工业发展的不可替代性。2设计方案2.1关于逆向设计思想的理论2.1.2逆向工程的定义逆向工程(又名反向工程），是将实物转化为CAD模型的技术，几何模型重建，产品设计制造技术的总称，是将已有的实物转化为设计模型，在此基础上创新优化，进一步深化改进，再创造出一个类似的产品，这就是逆向工程。其9结合现代设计学，生产工程学、还有一些相关专业知识对已有实物进行解剖研究，掌握其中关键的技术，在此基础上开发出同类更为先进的产品，。可以说，逆向设计是对已有产品进行建模，然后模型分析，得到产品设计数据，最后优化再设计。其中再设计是关键，不然就失去逆向工程的意义。在逆向工程应用中，用三维扫描或CAD绘图对实物就行建模，然后分析其工作原理，并对其进行优化设计，再根据优化后的数据进行重建模型，然后运动仿真测试，最后通过CAD绘制装配图并再生产。2.1.2正设计与逆向设计一般工业产品的开发是从已经确定的预期功能和目标开始，构思其产品结构，然后再对所需的零部件进行设计、制造及检测，最后通过装配、测试完成整个开发新产品的过程，人们通称这种产品开发设计为正设计。随着科技高速发展，产品的生命周期越来越短，人们追求完美与个性化的消费需求是产品种类越来越多，生产批量也大大减小，导致企业间竞争不再局限与质量和成本上的竞争，生产新产品的时间成为当今竞争的核心，对已有产品为基准进行创新设计已经当今的一条设计理念，称之为逆向设计。取众家之长，充分消化吸收和利用先进的设计制造成果，在通过创新，制造出更为先进的产品。逆向工程技术与几何建模、数控加工、快速原型制造一起组成有机整体，形成了一个闭环结构，从而可以不断进行产品改型，促进新产品的诞生。10图2.1正、逆向设计理念比较图2.1.3逆向工程的应用背景（1）没有设计资料或设计资料不完整；（2）需要通过实验测试才能确定工件模型时；（3）在复杂艺术工艺品或假体模型制作；（4）修复缺乏数据的损坏零件等。2.1.4逆向工程的发展20世纪60年代，一些发达国家为了加快发展步伐，提出科技兴国，随着工业革命后，他们大力发展制造业，当市场出现一种新产品是，他们就会通过模仿再创造，使他变成自己的产品。11当外国制造出先进的产品和先进技术时，为了引进这些技术，就得对这些产品和先进技术进行学习，消化、吸收，然后改进，最后创新出新的产品，是目前发展的一条捷径，这种发展思路，就是逆向设计。在近些年，为了适应科技的快速发展，国家大力培育熟练掌握逆向设计的人才，一些院校都把逆向工程作为一门学科进行教育培养，并且投入资金在现实应用上进行系统研究。随着科技的快速发展，产品的更新周期也越来越短，逆向工程在企业中的应用也越来越多，逐渐成为目前发展经济的重要手段。逆向工程通常应用于模型的仿制和开发，其快捷简单，极大的缩短了产品的开发周期。逆向工程能够提供原始产品的主要外形特征，然后再几何外形上进行改进，就能满足现状产品多样化的要求。逆向工程不是完全仿真原有产品，而是掌握其工作原理，外形设计理念，然后优化设计出一个类似的模型，因此逆向工程的含义不只是仿制，也包括了再设计创造。2.2齿轮油泵的测绘2.2.1测绘步骤及方法1.首先要掌握零件尺寸的测量方法，零件的各种尺寸的测量方法。2.对零件进行分类并进行测绘：（1）标准件：测绘其标准结构的尺寸，查国家规定规格，将标记编进明细表（2）常用件：测绘并推算出其主要结构参数，参照国标，然后确定各部件的尺寸，画出草图。（3）一般零件：按测绘的尺寸和形状绘制草图，标注尺寸和技术要求。123.由草图整理出零件工作图。4.由零件图画装配图，标注必要的尺寸，注写技术要求，填写标题栏和明细栏2.2.2零件表面粗超度评定参数值的选择零件表面粗糙度不仅会影响机器的使用性能，而且也关系到生产质量和生产成本。因此在选择表面粗糙度数值时在满足零件使用功能的前提下，同时要考虑生产效率及其经济性，一般选取原则如下：（1）在满足要求的情况下，尽量选择粗糙度较大的参数值。（2）同一零件，工作表面的粗糙度数值要小于非工作表面。（3）摩擦表面要比非摩擦表面粗糙度数值要小，滚动摩擦表面比非摩擦表面要小。（4）配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠受重载的过盈配合表面等，粗糙度数值要小。（5）配合性质相同，零件尺寸越小则粗糙度数值也越小，同一精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔的粗糙度数值要小。表2-1表面粗糙度Ra的推荐选用值Ra/m表面微观特征应用实例3.2-6.3微见加工痕迹半精加工面、支架、轴、衬套端面等非接触的自由表面，所有轴和孔的退刀槽，不重要的铰接配合表面等半光表面箱体、箱盖、支架、套筒等和其他零件结合而无配合要131.6-3.2求的表面，定心的轴肩，键和键槽，低速工作的滑动轴承和轴颈的工作面0.8-1.6光表面可辨加工痕迹的方向衬套、滑动轴承和定位销的压入孔表面，花键的定心表面；带轮槽，一般低速传动的轴颈；电镀前的金属表面0.4-0.8微辨中型机床（普通精度）滑动导轨面，圆柱销，圆锥销和滚动轴承配合的表面；中速转动的轴颈；内、外花键的定心表面等0.2-0.4光面不可辨夹具定位元件和钻套的主要表面；工作时受交变应力的重要零件；中型机床滑动导轨面本齿轮油泵轴及其所有内壁Ra3.2，其余为Ra零件几何公差的选择零件几何公差选择的主要内容包括有几何特征、基准、公差原则及公差值（1）几何特征的选择：1.根据零件上要素本身的几何特征及要素间的相互关系进行选择。2.应考虑选择综合项目以控制误差。3.应选择测量简单的项目。（2）基准的选择141.根据零件各要素的功能要求，一般选择主要配合作为基准。2.根据装配关系，应选零件上的相互配合、相互接触的定位要素作为基准。3.应选宽大的平面、较长的中心线做基准。4.尽可能装配、工艺、检测基准统一（3）公差原则的选择1.独立原则：应用于尺寸精度与几何精度分别满足要求或者保证运动精度的场合。2.包容要求：使用于尺寸公差与几何公差间无严格比例关系要求的场合。3.最大实体要求：用于中心要素，保证零件的可装配性，保证关联尺寸不超越最大实体尺寸。4.最小实体要求：保证零件强度和最小壁厚。2.2.4齿轮油泵主要零件CAD图及说明（1）AutoCAD软件介绍该软件时由美国Autodesk公司开发的计算机辅助软件技术，用于二维绘图和基本三维设计。其应用领域主要有工程制图其中包括建筑工程、服装工程、工业制图包括精密零件、磨具和设备等。（2）软件主要特点1.具有很全的图形绘制功能2.有强大的图形编辑功能3.可以进行多种图形格式的转换154.支持多种硬件设备5.支持多种操作平台(3)各个零件CAD图启动autocad2010版，在模型界面进行绘图开始操作图层，如下图图2.1图层设置图各零件图纸及说明：（1）泵盖图2.2齿轮油泵泵盖零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C2162.未注明圆角均为R33.材料为HT200（2）泵体图2.3齿轮油泵泵体零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C22.材料采用HT200(3)弹簧17图2.4弹簧零件工作图技术要求：1.旋向：右旋2.有效圈数：n=63.总圈数：n1=8.54.材料：16Mn（4）阀瓣18图2.5阀瓣零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C12.材料为45#（5）填料压盖图2.6填料压盖零件工作图19技术要求：1.未注明倒角均为C12.材料为45#(6)从动轴图2.7从动轴零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C12.材料45#（7）调节杆图2.8调节杆零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C1202.材料A3（8）弹簧压盖图2.8弹簧压盖零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C12.材料用A3（9）压盖螺母图2.9压盖螺母零件工作图21技术要求：1.未注明倒角均为C22.材料用A3（10）中间泵体图2.10中间泵体零件工作图技术要求：材料：HT200（11）主从动齿轮图2.11齿轮零件工作图22技术要求：1.未注明倒角均为C22.材料用45#（12）主轴图2.12主轴零件工作图技术要求：1.未注明倒角均为C22.材料用45#2.2.5各零件的选择及其校验1.确定齿轮各参数：确定模数m,齿数z:主动齿轮分度圆直径d=21mm，又d=mz，（z表示齿数，m表示模数）经测定齿数z=14由于直齿轮模数已经标准化，优先选用第一系列原则，取模数m=1.523表2.2圆柱直齿轮标准模数系列表（GB/T1357-1987）第一系列0.60.811.251.52345681012162025324050第二系列0.352.252.7791114182228303645确定尺宽B:经测定，齿宽B=14，齿顶圆直径d1=24,说明：齿轮油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，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：B/d1=0.58符合要求确定齿轮油泵转速：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，对于低压齿轮油泵转速一般取：n=750r/min,242.确定齿轮油泵的流量齿轮油泵流量公式q=6.66zBn*(l/min)，为容积效率取0.82106经计算的：q=22（l/min）3.出油口压力油的压力：出油压力取决于负载，一般不超过25MPa4.安全装置作用压力（P）：图2.13安全装置图说明：当油压过高高压油会从孔1流进，由于压力弹簧被顶起，压力油从而经孔2流会进油腔。25其中回流压力大小由弹簧决定：图2.14弹簧图压力计算：计算公式：F=ksK代表弹性系数，s代表位移距离。弹性系数公式：K=(G*)/(8x*)d4D3NG:线材的钢性模数，d代表线径，D代表中径，Nc代表有效圈数。G取8000计算得K=6.14kgf/mm,弹簧位移量:s=22mm,26图2.15弹簧位移量图由上得安全装置工作压力：F=6.14*22*9.8=1323N此时油压强P=F/SS:面积S=，R=5mm，得P=16.85MPa2综上：当油压超过17MPa时，高压油会经卸荷巢回流至进油口达到泄压作用，保护齿轮油泵安全5.对齿轮油泵泵盖的强度校验齿轮油泵泵盖材料采用HT200，关于HT200的机械性能如下：HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁其特性是抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套等承受压力及27振动部件。弹性模量：1.131.57105MPa剪切模量：0.45105Mpa泊松比：0.230.27熔点：1200摄氏度。泵盖厚度为12mm，满足设计要求，i2.2.6装配图中各配合尺寸的确定配合制分为两种：基孔制配合和基轴制配合。配合有三种：间隙配合、过盈配合、过渡配合在配合公差及选择GB1800-79GB1804-79配合优先：基孔制H7/g6H7/h6H7/k6H7/n6H7/p6H7/s6H7/u6H8/h7H9/d9H9/h9H11/c11H11/h11基轴制G7/h6H7/h6K7/h6N7/h6P7/h6S7/h6U7/h6F8/h7H8/h7E8/h8D9/h9C11/h11表2.3公称尺寸至500mm优先配合的配合特性与应用28表2.4尺寸在500mm下基孔制优先，常用配合优先配合基轴制基孔制说明H9/d9D9/h9间隔比较大，液体摩擦情况良好，用于公差等级较低，温度变化大，高转速，或者径向力比较大的自由转动配合H8/f7F8/h7液体摩擦情况良好，配合间隙适中，能保证旋转时有较好的润滑条件。用于中等转速的一般精度的转动H7/g6G7/h6间隙较小，用于不回转的精密滑动配合或用于缓慢间歇性旋转的精密配合，也可以用于保证配合件间具有较好的同轴精度或者定位精度，又需要经常拆装的配合H7/h6H7/h6H8/h7H8/h7H9/h9H9/h9均为间歇定位配合，其最小间隙为零，最大间隙等于孔轴公差配合之和，用于具有缓慢的轴向移动的配合；有同轴度和导向精度要求的定位291.阀瓣和泵盖孔的配合图2.16阀瓣和泵盖孔的配合图根据优先采用基孔制原则，其尺寸至500mm优先配合的配合特性与应用中，阀瓣与泵盖间需要相对移动又需要经常拆装，故采用间隙配合H7/g6。2.主动齿轮与中间泵体的配合（尺寸1），主动轴与主动齿轮的配合（尺寸2）30图2.17主动齿轮与中间泵体配合图尺寸1：主动齿轮需要转动，配合间隙适中，能保证旋转时有较好的润滑条件，于中等转速的一般精度的转动，采用基孔制，轴的公差等级要比同孔等级高一级原则故采用间隙配合H7/f6尺寸2：基本偏差js多用于具有平均间隙并略有过盈的定位配合，如：联轴器.齿圈与轮毂的配合，故采用H7/js6的过度配合3.滚动轴承与齿轮油泵泵体的配合31图2.18滚动轴承与齿轮油泵泵体的配合图基本偏差k多用于IT4-IT7级具有平均间隙接近零并稍有过盈的定位配合，如滚动轴承的内外圈分别于外壳孔的配合。用木槌装配，机械一般取公差等级IT7。故取K74.填料压盖与齿轮油泵泵体的配合图2.19填料压盖与齿轮油泵泵体的配合图由推荐性公差配合知，由于轴的带动，压盖与泵体具有一定的摩擦，摩擦情况良好，配合间隙适中，能保证旋转时有较好的润滑条件。用于中等转速的一般精度的转动，故采用间隙配合H8/f7。2.3本章小结32本章主要是齿轮油泵的测绘过程，其中包括零件材料的选择及其校验、装配是的公差配合及其粗糙度的选取原则和公差选取的标准。其中流量的计算主要采取逆向的思想，通过齿轮的相关参数和轮齿转速算出流量进而推算出泵的抗压程度和安全装置工作时的压力。33D扫描建模及运动仿真3.13D扫描331.关于三坐标测量机介绍本次扫描所用仪器为三坐标测量机，本机器是雷顿公司专为测量研发的机型，通过专用软件辅助设计、有限元分析、力学分析、全空间误差检测等先进手段和方法，制造出具有高刚度、高精度、高稳定性的新一代自动测量机。图3.1三坐标测量机图2.三坐标测量机在逆向工程领域的应用3D影像测量功能可获得工件上清晰、准确的边缘轮廓数据和特征轮廓数据，为逆向工程数据处理提供完整可靠的依据。将3D影像测量功能和激光扫描测量功能相结合可获得工件上完整的曲面数据、边缘轮廓数据和孔位特征数据3.测量过程标定过程（确定开始扫描点）34图3.2标定图确定扫描路径图3.3扫描路径确定图扫描结果35图3.4泵盖扫描图3.2运动仿真3.2.1运动仿真概念仿真是建立在控制理论、信息处理和计算机理论基础之上的，主要用具为36计算机辅助软件和其他专用设备，然后建立模型对实物进行仿真试验，并借助于专业的理论知识和实际实验数据对结果进行分析研究，进而进行优化并二次设计。根据模型不同计算机的类别不同系统特性不同仿真时钟与实际1.物理仿真1.模拟仿真1.连续系统仿真1.实时仿真2.数学仿真2.数字仿真2.采样系统仿真2.欠时仿真3.半实物仿真3.混合仿真3.离散事件系统仿真3.超时仿真3.2.2仿真的作用仿真技术应用广泛，能带来巨大的收益。由于仿真技术具有可靠性和方便性，使得仿真技术在机械、材料、建模等领域得到应用和推广。仿真技术的主要用途如下：1.优化系统设计在实际实物形成以前，通过改变仿真模型结构的参数可以优化系统设计2.系统故障再现实际中系统故障再现比然带来危害，利用仿真来实现系统故障，即安全有经济3.验证设计必须验证设计的正确性与可行性4.性能评价和分析做一些物理实验，测试一下其功能与耐压强度，有利于定位所设计的齿轮油泵应用于什么场合5.提供技术支持为管理决策和技术决策提供支持373.2.3计算机仿真的一般过程计算机仿真的一般过程可以表述如下：3.2.4基于三维绘图软件Pro/E的三维建模1.Pro/E软件介绍Pro/E是由美国PTC公司开发的三维软件。该软件主要功能是进行零件二、三维设计，模具开发，逆向工程、自动测量和运动仿真，在机械上有很广泛的应用。Pro/E中的机构运动仿真模块可以进行装配运动学分析和仿真，使得原来在二维图样上难以表达和分析的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大38简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。使用运动分析可观察机构的运动，并测量主体的位置、速度和加速度的改变。然后用图形表示这些测量，或者创建轨迹曲线。机构运动仿真总体上可以分成6个部分：创建图元、检测模型、添加建模图元、准备分析、分析模型和获取结果。2.齿轮油泵安全装置各零件图三维模型图3.5齿轮油泵泵盖图如图，齿轮油泵泵盖在安全装置中起主要的框架作用，泵盖只要参与和中间泵体的连接固定，其中图（右三）中卸荷槽连接进油腔和出油腔，油压过大时起到卸荷作用从而保护齿轮油泵免受损害。39图3.6罩子图罩子与阀盖相连接，罩子其主要调节作用。其内孔主要连接调节杆的一端，当罩子和阀盖旋紧会使弹簧弹力增加，压紧阀瓣，此时开启保护需要较大的油压；反之，旋松开启保护就需要较小的油压图3.7阀盖图阀盖主要连接泵盖和罩子两个零件，对调节杆起到很好的定位作用40图3.8调节杆图如图所示调节杆主要作用是起定位限制作用，使得弹簧只在竖直方向运动，从而弹簧变形量可以较准确的换算为液压油油压开启值。图3.9阀瓣图阀瓣主要作用有两个，一是起开关作用，当液压油不具备开启压力时阀瓣隔开了吸油腔和进油腔，压力过大时连通两腔，使得油压卸荷。图3.10弹簧压盖41弹簧压盖主要起关键定位作用图3.11三维组装图上图为齿轮油泵安全装置三维组装图，该组件可用于运动仿真，具有直观效果，对于理解其运行原理具有很大帮助。3.3本章小结本章主要介绍了齿轮油泵端盖曲面的3D扫描和三坐标测量机关于对曲面的尺寸和相对位置的确定，齿轮油泵安全装置的三维建模是本章的重点，首先是三维软件对各个零部件的建模进而进行装配，最后完成运动仿真。使得我们对安全装置工作原理有了一个比较全面的了解。424展望在这三个月的齿轮油泵安全装置毕业设计中，经过努力，我终于完成了自己的设计成果，在设计过程中，我遇到了很多困难，其中最难的莫过于对题目的理解，以及做任务的方法，但是我感觉学到了很多的机械方面的知识。在设计过程中，我提高了绘图能力，应用到了液压与气压知识，应用最多的是互换性与测量技术，使自己在机械理论方面的应用能力得到了很大的加强。我体会到做机械行业的人员在设计过程中必须严肃、认真，最重