齿轮油泵的三维设计.doc

安安 徽徽 农农 业业 大大 学学 毕毕 业业 论论 文（设计）文（设计） 目 录 I 目目 录录 摘摘 要要.3 3 1 1 齿轮油泵概论齿轮油泵概论.5 5 1.1 油泵的发展历史及国内外现状.5 1.2 油泵的作用.5 1.3 油泵的组成及工作原理.6 .7 7 2 齿轮的设计.7 3 轴的设计.10 4 其他零件的设计.15 5 5 油泵的装配油泵的装配.1818 设计心得设计心得.2020 参考文献参考文献.2121 致致 谢谢.2222 摘 要 i 齿轮油泵的三维齿轮油泵的三维 摘摘 要要 齿轮油泵靠一对齿轮的旋转运动,将液压能转变为机械能的液压装置，它把 油从低压区油孔吸入,加压到高压区出油孔送出,经机床上油槽输送到轴承等需 要润滑的部位，广泛应用于各个行业，如冶金、运输、化工、建筑、食品，甚 至艺术舞台。本次设计主要的目的是对齿轮油泵进行理论设计，在此基础上， ， 根据各零件的零件图利用 catia 进行实体建模；再利用 catia 装配模块进行装配， 这是基于 catia 的一种新型的、先进的零件设计和装配的方法，在实际中具有高 效、优质的特点。同时，经过对零件的分析、测量和讨论，画出零件手绘图， ； 再经过查阅和分析有关参考书、手册、图表等技术资料，作出以下零件的功能、 材料、尺寸、受力和生产方式的分析 关键词 :齿轮油泵；齿轮轴承、泵体、零件、分析；catia。 ASTRACT 摘 要 ii by a pair of gear pump gear rotating, will hydraulic change for mechanical energy of hydraulic device, it put the oil from the low pressure area oil hole inhaled, pressurized to understand the oil hole sent out by the machine, oil conveying to bearing parts, to need lubricating is widely used in various industries, such as metallurgy, transportation, chemical, construction, food, even art stage. The main purpose of this design is the theoretical design of gear pump, on this basis, according to each parts, using catia for entity graph modeling; Reuse catia assembly module assembly, this is based on a new type of catia, advanced parts design and assembly method, in practice, has the characteristics of high efficiency and high quality. Meanwhile, through the analysis of the components, measurement and discuss, painted parts hand-painted figure,; And then after review and analysis of relevant reference books, manuals, chart technology material, make the following parts function, material, the size, the stress and production mode analysis Keywords: gear oil pump; Gear bearings, pump body, parts and analysis; Catia; 齿轮油泵的三维设计 1 1 齿轮油泵概论齿轮油泵概论 1.11.1 油泵的发展历史及国内外现状油泵的发展历史及国内外现状 1892 年狄赛尔发明了柴油机，柴油机用燃料装置源于 1893 年鲁道夫，狄 赛尔发明的煤粉喷射装置。 为了获得更好的燃油经济性、操纵性和乘坐舒适性，柴油机对喷射装置提 出了更高的要求。为此，人们正在研究引入电控喷油油泵。80 年代出现了电子 控制喷油装置的柴油机。 现在我国的油泵油嘴虽然有了较大的发展，但整体产品水平与国外同类产 品相比存在较大的差异。主要表现在产品的可靠性，使用寿命低，制造工艺落 后，装备精度低，自动化程度低等。正是出于产品的可靠性差，因此经常发现 某些零件出现早期失效导致整个油泵无法正常工作。本论文是针对这一问题进 行研究，其目的是找出齿轮轮轴断裂的原因并采取相应的措施，最终解决齿轮 轮轴断裂的问题。由于齿轮轴的受力情况比较复杂，国内外对齿轮轴的失效分 析甚少，且分析的不全面。本问将对齿轮轴的受力情况及断裂情况运用失效分 析学作一全面的分析，以找齿轮轴的断裂原因，从而提高产品质量，保证柴油 机的正常运转。 1.21.2 油泵的作用油泵的作用 油泵系统通常由油泵、喷油器和高压油管组成。油泵的作用是根柴油机的 工况,将适量的燃油在适当的时间内以适当的形式喷入燃烧室,形成适合与燃烧 的混合空气,满足柴油机的性能要求。 油泵的作用可以概括为: 1、调节喷油量； 2、调节喷油始点； 3、形成喷舞。 齿轮油泵的三维设计 2 1.31.3 油泵的组成及工作原理油泵的组成及工作原理 图是齿轮泵的工作原理图。由图可见，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿 轮。由于齿轮端面与壳体 端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙 也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成 左、右两个密封容腔。当齿轮按 图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这 一侧的密封容 腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的 吸油 口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间 中的油液从右侧被带到 了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使 左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油 液从压油口挤压输出的容腔称为压 油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油 和压油，实现 了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮 齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。 齿轮泵是容积式回转泵的一种，其工作原理是：齿轮泵具有一对互相啮合 的齿轮，齿轮（主动轮）固定在主动轴上，齿轮泵的轴一端伸出壳外由原动机 齿轮油泵的三维设计 3 驱动，齿轮泵的另一个齿轮（从动轮）装在另一个轴上，齿轮泵的齿轮旋转时， 液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇 合（齿与齿啮合前） ，然后进入压油管排出。 齿轮泵的主要特点是：结构紧凑、体积小、重量轻、造价低。 但与其他类型泵比较，有效率低、振动大、噪音大和易磨损的缺点。齿轮 泵适合于输送黏稠液体 2 齿轮油泵主要零件设计齿轮油泵主要零件设计 2.12.1 齿轮的设计齿轮的设计 设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使尺寸小、 重量轻、制造容易、成本低，以求技术上先进，经济上合理。 我们已知某润滑油泵工作压差 p =（bar）和排量 q=62582(ml/r)用 Y132S-4 电动机作为原动机带动油泵的正常工作。 1、定刀具角 n a 和齿顶高系数 o f 采用标准刀具， 20 n a ，齿顶高系数 1 o f 2、选齿数 Z 排量与齿数，查资料液压文件中查得 )/(102 32 rmlBZmq （1-1） 考虑到实际上齿间的容积比轮齿的有效体积稍大，所以齿轮泵的理论排量应比 按式（1-1）计算的值大一些，并且齿数越少差值越大。考虑到这一因素，就在 公式（1-1）中乘以系数 K 以补偿其误差，则齿轮泵的排量为 )/(102 32 rmlBKZmq 通常 K=1.061.115，即 766 . 6 2k 齿数少时取 最小值（当时，可取 K=1.115,而当=20 时，可取 K=1.06）反映齿轮泵 结构大小的尺寸-齿轮分度圆直径(Df=Mz).若要增大排量,增大模数的办法比增 加齿数更为有利.若要保持排量不变,要使泵的体积很小,则应增大模数并减少齿 数.减少齿数可减小泵的外形尺寸,但齿数也不能太小,否则不仅会使流量脉动严 重,甚至会使齿轮啮合的重迭系数1,这是不允许的.一般齿轮泵的齿数 Z用于机床或其它对流量的均匀性要求较高的低压齿轮泵，一般 取 Z；用于工程机械及矿上极限的中高压和高压齿轮泵，对流量 齿轮油泵的三维设计 4 的均匀性要求不高但要求结构尺寸小，作用在齿轮上的径向力小，从而延长 轴承的寿命，就采用较少的齿数（Z）而近来新设计中高压齿轮泵 时，都十分注意降低齿轮泵的噪声，因此所选齿数有增大的趋势（取 Z） 只有对流量均匀性要求不高，压力有很低的齿轮泵（如润滑 油泵）才选用 Z所以我们初选齿数为 1 Z 11齿轮泵所用的两个齿 轮等大 ，固传动比所以 11 12 iZZ 2、确定齿轮的模数 m 由齿宽与齿顶圆的比值 e D B ，得 e DB ，即 )(CZmB 对标准齿轮，对于“增一齿修正法”修正的齿轮将的表达式 代入排量近似公式 32 102 KZmq 得 32 10)(2 CZKZmq 所以 3 3 10)(2 CZkZ q m 式中=1.061.115 齿数少时取大值，齿数多时取小值 查资料知： 表表 1 1 )(barp e D B . 得模数 m2.4,经查课本机械设计中表 2 我们应选取与该值接近的标准 模数值 m=2.5 3、确定齿宽 )(CZmb （mm）所以 25)( 1 CZmb 25 21 bb 4、确定齿轮的其它参数 压力角我们取标准值a 选取标准值 20a 分度圆直径 d： 5 . 27115 . 2 11 mZd 5.27115.2 22 mZd 齿轮油泵的三维设计 5 齿顶高 a h 5 . 25 . 21 1 m haha 齿根高 f h 125 . 3 )( 1 mchh af 齿全高 h )2( 2 111 chhhh afa 齿顶圆直径 a d ： 5 . 325 . 2) 1211()2( 11 mhZd aa 齿顶高系数 1 a h 顶隙系数 25 . 0 c (1)我们选用一般的齿轮材料，软齿面的闭式传动，查课本机械设计基础 选用 45 钢，正火处理齿面硬度 HBS230。齿轮油泵为一般机械中的齿轮传动， 我们处选 8 级精度。 (2)确定许用应力： ，MP H 560 1lim MP F 195 1lim 由表查得和故1 . 1 H S4 . 1 F S H 1 )( 1 .5091 . 1/560 1lim MPa SH H )( 3 . 139 4 . 1 195 1lim 1 MPa SF F F 5、轮齿的强度（包括齿面接触强度和轮齿弯曲强度）的计算 (1)验算齿根弯曲疲劳强度 由式校验算齿根弯曲疲劳强度： 1 2 11 1 2 zbm YKT F F )( 7 . 36475 1440 5 . 5 1055 . 9 1055 . 9 6 1 6 1 mmN n P T 查课本机械设计基础图 12.13 查得查表 12.4 载荷系数 K，原7 . 3 1 F Y 动机为电动机，工作机械载荷特性比较平稳 K=1。代入上式得， 安全。)( 3 . 149 115 . 225 7 . 3 7 . 3647512 2 1 MP F F 1 （2）验算圆周速度： 2.45（m/s） 100060 1440 5 . 3214 . 3 100060 11n d v 齿轮油泵的三维设计 6 查课本知，选 8 级精度合适。 精度等级圆周速度（直齿圆柱齿轮）应用举例 8（中等精度）小于等于 5 一般机械中的齿轮传动，如 机床、汽车和拖拉机中一般 的齿轮；起重机中的齿轮； 农业机械中的重要齿轮 2.22.2 轴的设计轴的设计 （1）从我们的结构设计上看，采用的是齿轮轴，固齿轮轴也采用的 45 号 钢并作正火处理，由课本-机械设计 。查得。再由表查得MPa b 600 。MPa55 1 （2）初步估算轴的最小直径 由式 33 6 2 . 0 1055 . 9 n P C n p d 式中 C- 由轴的材料和受载情况所决定的计算常数 见表 14.4 取118。 mm 考虑该处轴径尺寸应当大于高速级轴颈处直径，取根据 4 . 12d15 1 d 轴上零件的定位、装配及轴的工艺性要求，参考液压元件中齿轮油泵（装配表 如上）初步确定中间轴的结构如下图 表表 14.414.4 轴常用材料的轴常用材料的 值和值和 C C 值值 轴的材料Q235，20 354540Cr,35SiMn 1220203030404052 C 16013513511811810610797 注：当作用在轴上的弯矩比转矩小或只受转矩时， 取较大值，值取较 小值；反之， 取较小值，值取较大值。 （3）各轴段直径的确定 额定动负荷 65 . 7 /kNCr ；额定静负荷 72 . 3 /kNCor ；极限转速/（ 1 min r ）脂润滑为 17000、油润滑为 22000；轴颈直径 mmdd15 51 退刀槽处直径 mmd13 2 , mmddd13 624 , 齿轮油泵的三维设计 7 齿轮处直径 mmd 5 . 32 3 与电动机相连的轴所以我们取 14 7 d 以满足电动机与齿轮轴之间的传动。 （）校核轴的强度 A 计算齿轮受力： 齿轮分度圆直径：)( 5 . 27 0cos 115 . 2 cos mm mz d 直齿齿轮轴所以 0 齿轮所受转矩：)( 7 . 36475 1440 5 . 5 1055 . 9 1055 . 9 6 1 6 1 mmN n P T 齿轮作用力： 圆周力：)(2653 5 . 27 7 . 3647522 N d T Ft 径向力：)(966 0cos 20tan2653 cos tan N aF F t r B 计算水平面内的约束力 和 Av R Bv R )(483 128 96664 128 64 2 N F dF R r a Av )(483 NRFR AvrBv 将齿轮和轴做成整体，其优点是结构紧凑，装配方便；将齿轮将齿轮和轴做成整体，其优点是结构紧凑，装配方便；将齿轮 和轴作成分离式，其优点是加工工艺性好，齿轮侧面加工较容易，和轴作成分离式，其优点是加工工艺性好，齿轮侧面加工较容易， 在平面磨床上很容易加工相同的齿宽，这种结构在大排量泵中常见。在平面磨床上很容易加工相同的齿宽，这种结构在大排量泵中常见。 齿轮油泵的三维设计 8 本次设计也是采用整体设计本次设计也是采用整体设计 1 主轴图主轴图 2 2 主主轴轴工工程程图图 齿轮油泵的三维设计 9 从从动动轴轴图图 从从动动轴轴工工程程图图 齿轮油泵的三维设计 10 外外齿齿轮轮图图 外齿轮工程图外齿轮工程图 齿轮油泵的三维设计 11 2.32.3 其他零件的设计其他零件的设计 近年来箱体的三片式结构（由前泵盖、泵体、和后泵盖组成）得到广泛应 用，因为三片式结构有以下优点： （1）毛坯制造容易，甚至可用型材切料； （2）便于机械加工； （3）便于布置双向端面间隙的液压自动补偿，从而改善补偿性能和提高寿 命； （4）便于双出轴布置，根据需要可以串联另一个齿轮泵。 箱体图箱体图 齿轮油泵的三维设计 12 后后盖盖图图 前盖图前盖图 1 1 齿轮油泵的三维设计 13 前盖图前盖图 2 2 螺钉螺钉 平键平键 螺母螺母 齿轮油泵的三维设计 14 3 油泵的虚拟装配油泵的虚拟装配 总装配爆炸图总装配爆炸图 总装配图总装配图 1 1 齿轮油泵的三维设计 15 总装配图总装配图 2 2 工程图工程图 设计心得 16 设计心得设计心得 毕业设计是我第一次系统的、全面、独立地进行设计工作。在设计过程中， 不但巩固了专业知识，加深了对知识的融会