基于UG的A型齿轮泵的建模与仿真讲解

1、變湖f随本科毕业论文（设计）题目基于UG的A型齿轮泵的建模与仿真学院电子工程及电气自动化学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名XX学号XXXXXXXXX指导教师XXX职称讲师论文子数5562完成日期:2015年5月30日巢湖学院本科毕业论文（设计）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名：日期：巢湖学院本科毕业论文 （设计

2、）使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文（设计）的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文（设计）工作的知识产权单 位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和电子版，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅；学校可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本 人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文（设计）在解密后遵守此规定。本人签名：日期：导师签名：日期：1基于UG的A型齿轮泵的建模与仿真基于UG的A型齿轮泵的建模与仿真摘要本论文主要阐述了对于 A型齿轮泵的工作效率

3、的设计优化和对 泵的装配通用性的增强。A型齿轮泵是工业中大规模应用的一种泵体，在结构优化方面，国 内外都做了大量的设计和创新，成果也由很多，但传统的设计方法工作 效率低、通用性差，不利于实际设计生产。目前，随着CAD的日趋成熟，计算机3D设计已成必然。UG软件 就是CAD软件中的优秀者，它汇集了国外在汽车方面设计的专业经 验,UG的设计环境实现开源化，网络化，提高了产品的设计效率。零 配件装配时间缩短了 20%。UG使设计更加快捷化，不仅仅是标准零 件库的使用，更本质的是对设计的工程方法的优化。从工程设计、模 拟仿真到实际生产,UG正逐步大规模应用于我国的制造业设计工作。本文使用UG进行A型齿

4、轮泵的建模与仿真，展示了 UG在计 算机辅助设计上的优势和齿轮泵的性能和效率的优化。关键词：齿轮泵；UG;建模；装配；运动仿真The modeling and simulation of thetype A gear pumpbased on the UGAbstractThis caption mainly expounds the gear pump has the advantages of simple structure, convenient manu facture, light weight, small size and other characteristics, so i

5、t widely applied. External gear pump is a kind of typical hydraulic pump, the structure of 3D optimizati on desig n and an alysis, both at home and abroad have done a lot of work, published articles are also many, but the traditional decentralized numerical methods is low efficiency, poor universali

6、ty, not conducive to enterprise application. At present, along with the CAX ( CAD / CAM / CAE ) 3D design has become an in evitable. UG is a CAX, it brings together the Un ited States aerospace and automobile in dustry professi onal experie nee, is curre ntly the most adva need and integrated CAX so

7、ftware, UG CAD, CAM and CAE seamlessly integrated into the unified, open environment, improve product process information efficiency. Manufacturing processing time is shortened by 20%. The design and implementation of UG universal, is not only the components reuse and standardization, more important

8、 is knowledge based engineering method and best practice. From engineering design, performanee analysis to conceptual design, is widely used in Chin as manu facturi ng in dustry.In this paper, using UG for type A modeling and simulation of the gear pump, shows the superiority of in dustrial desig n

9、and UG structure and performa nee of the gear pump.Key words: Gear pump, UG, modeling, assembly, motion simulation#绪论-1 -第1章齿轮泵的设计-2 -1.1齿轮泵概述-2 -1.2齿轮泵的设计要求 -2 -1.2.1齿轮泵的工作参数要求 -2 -1.2.2齿轮几何参数的要求 -3 -1.3齿轮泵主要部件参数的确定 -5 -1.4齿轮的校核-6 -第2章 齿轮泵的UG建模及装配 -11 -2.1轴的建模-11 -2.2齿轮建模-14 -2.3泵体建模-14 -2.4泵盖的建模-1

10、7 -2.5其它零件的建模-20 -2.5.1 从动轴-20 -2.5.2填料压盖-21 -2.5.3 密封圈-22 -2.5.4 垫圈-23 -2.5.5 键-24 -2.5.6 销-24 -2.5.7 螺栓-25 -2.6齿轮泵装配 -27 -2.6.1主动齿轮轴与泵体的装配 -27 -2.6.2从动齿轮与泵和主动齿轮轴的装配 -27 -2.6.3总装配图 -28 -第3章基于UG的运动仿真-30 -3.1运动仿真主界面的打开 -30 -3.2 齿轮泵的运动仿真 -30 -参考文献-33 -巢湖学院2015届本科毕业论文（设计）绪论随着计算机技术在工业领域的广泛性应用，三维软件设计简称 C

11、AD技术已 经从根本上改变了传统的产品设计模式， 极大的提高的工业产品设计的效率，缩 短了产品设计阶段的周期，并减小了设计成本。UG是最新一代的用于机械设计及仿真的三维绘图软件，专为工程设计人员开发，有着 操作简单，易于理解，便于上手等优点。UG的运动仿真功能能形象直观的演示产品的运转和工作原理，使以往晦涩 的产品表达变得清晰明了。 UG包含了强大、应用面广的产品设计应用模块，具 有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客 户设计复杂产品的需要,UG优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系 统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。本设

12、计将运用UG软件对A型齿轮泵进行建模与仿真，体现出其建模与运动仿真功能 的优秀。-3 -第1章齿轮泵的设计1.1齿轮泵概述齿轮泵的工作原理是依靠主从动两齿轮的啮合转动来带动左右工作腔的体 积变化从而实现对工作液体的运输，齿轮泵的主体由泵体、齿轮及传动轴构成。 由齿轮上齿的啮合线将泵的吸入腔和排出腔分开。随着齿轮的转动，带动吸入腔和排出腔空间体积的变化从而使齿间的液体被带至排出腔， 液体受压从排出口排 出。齿轮泵有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种种类， 本设计将设计一外啮合齿 轮泵。1.2齿轮泵的设计要求1.2.1齿轮泵的工作参数要求(1)流量流量指齿轮工作时每一转所排出的液体体积叫做齿轮泵的理论

13、排量，以qt表示。一般情况下的外啮合齿轮泵，两齿轮的齿数相同，所以兀O 1 o 1 oOc)O(1)qt = Daa -tb - -b tan P x 10 (ml/r)2、33丿式中：Da 齿顶圆直径1基圆柱面上的螺旋角0ta基圆节距b齿宽理论流量：Qt 二 qTn 10” l / m i n式中：n-泵转速，单位(r/min)实际流量：Q = Qt v l /m in式中：v泵的容积效率，一般小流量泵取小值（2）转速齿轮泵转速的选取应适当选取低转速，转速过高时由于离心力的作用使工作 液体不能充满整个工作腔，从而导致流量减小，增加噪声和磨损，因而需要根据 流体的粘度选取转速，转速可按表1选取

14、。（3）效率PQPa表1-1流体粘度与齿顶圆线速度1液休粘度认如T1245176152300520760线速度锐工（曲占543.32,2L6L25式中：P泵的进岀压力差两号王动轴功率（应）Q便体潦量】齿轮泵运转时的能量损失壬要来自于机械损失和容和损失。容积损失壬要式 通过齿轮端面与侧泵体之间的轴向间隙，齿顶与泵体内的径向间隙的泄靈损失, 其中轴向间隙泄露占总泄露量的180%。机械效率=0.8-0 9,济量越大 泵低1.2.2齿轮几何参数的要求（1）齿数、模数和齿宽的确定在其他参数不改变的情况下，齿数越多，泵的压力越小。低压齿轮泵通常取 z=1225，高压泵一般取z=614,而运输粘性较高的液体

15、齿轮泵的齿数可取 z=68。低压齿轮模数按表2选取。对工作压力较高的高压泵，需考虑增大模数以弥补齿轮本身强度不足的问题。齿宽由表1-3选取。表1-2流量与模数流量 Q(h vain )模数m(mm)!4101.5210322.5332633.54631254.55(4)齿轮的修正当齿轮的齿数少于20时会发生根切现象，因而需要对齿轮修正，而本齿轮 泵的齿轮采用压力角为:=20的渐开线，因而修正后节圆处的齿侧间隙为 0.08m, 刀具切入齿轮的深度即齿高h=2.3m( E 0.5)m齿轮修正的主要数据取自表1-4.表1-3工作压力与齿宽工作压力P啣乙)齿21010l 3 - 61 m巢湖学院201

16、5届本科毕业论文(设计)表1-4齿轮修正几何参数几何参数计算公式齿数Z实际中心距a = mz +1)节圆直径V顶圆直径D严恥+ 3)根HI直径Df = f z + 2 - 2.6*基圆直径Q =0.9397mz基匮1节距tb = 2.9521m啮合甬a1 = arccos 0.9397 z + 1移距系数-2MVZ)- 0.044 :liana重養系数hJC十3尸-z: cosce lz + l)sin aJ2.9521齿顶厚度(扛 Q 04= (z + 3 Im?+ invaf -inv v,2z z + 1J1.3齿轮泵主要部件参数的确定据1.2对参数要求的确定，从而可以确定设计设计一低压

17、圆柱齿轮泵，因为 是低压齿轮泵，先将齿轮齿数定为 z=20,模数定为m=2.5,齿宽定为b=20,电机转 速为1600r/mi n-2000r/min。基本参数确定后，验证设定参数。由公式：( 1、q=2兀bm2 z + 1-兀2coS2。x 10(ml/15.915(ml/r)I12丿Qt =31.83(1/min) -39.8(1/m i n )Q =Qt=Qt 0.75 = 23.87(1/min) -29.84(1/min)模数与流量的匹配符合表1-2的要求。分度圆直径D = 20 25 二 50(mm)齿顶圆直径据表1-4计算可得为：Da = m(z 3) = 57.5(mm)由此可

18、计算出顶圆点的线速度：Daumax 二 a 2二 n/60 = 6.02(m/s)2选用液压油：在齿轮泵参与组成的液压系统中，能量通过液压油在系统中的流动时压力、 流量的变化来传递。而据资料显示，液压系统的故障65%-80%是由于液压油及液压系统的问题引起的，因而需对液压油进行选定。对于本次齿轮泵设计中的液压油的选定：依据以上确定的齿轮泵工作參数，可以看岀与市场上的CBG1016型号液压 泵较为相似，而CBG1016液压泵的工作压力为16 f高于设计的工作压力，所以选择CBG1016的液压油可以很好满足工作要求。依据机械设计手册可以确 定液压油的型号HM46,推荐黏度20和沪心-40m肿/s,

19、适当减小黏度值可以大致符合表1-1对于齿顶圆最大线速度的要求&14齿轮的校核设齿轮泵功率为Pw，流量为Q,工作压力为P,则FW 二 P 106 Q 10駕60 = 4.97(kw)(6)流体的运转能量是由齿轮的转动带动液体运转而提供的，而两齿轮的能量又来自于电机带动的主动轴的转动。齿轮泵工作时的工作液体分为两个流场，流场是根据主从动齿轮的转动划分的，而两流场运转时是对称的，从而两流场的能量也相同。由以上可分析在齿轮泵内的能量传递情况，见表1-5。从而得出每个齿轮功率为1Pw = Pw 二 2.48( kw)现分析单独一个齿轮的受力情况，转矩切向力:FtD/2000= 474(N)1000Pw2

20、n/60= 11.85(Nm)(8)(9)-11 -校核方法的主要是校核强度条件，见表1-6。表1-5轮泵能量分析X 團14校核条件强度条件计算接触应力 g呵计算接触应力基本值叹%_Z”ZzZ”Z& uuhp -接触强度计算的计算安全系数兀表1门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轻徽振动1.10L351.601.85中等振动1.251.50L752.0强烈振动1.501.752.0225 gft大更使用系数Ka :使用系数Ka表示齿轮的工作环境对其输出功率造成的影响，齿轮泵的工作振动一般为轻微振动因而按上表中查得 KA可

21、取为1.35。齿轮精度：齿轮精度没有特殊要求，选用常用齿轮精度即可，此处精度取7动载系数Kv :动载系数的取用值应考虑到实际情况，考虑到之前确定的精度和轮齿速度, 偏于安全考虑，应取偏大动载系数，此设计中Kv取为1.2。齿向载荷分布系数Kh ：为齿轮不对称配置而设定的参数，此设计中的齿轮为对称配置因而取Kh 1 为 1。； 1 1弹性系数Ze22单位MPa2，数值取样表见表1-8 I E1E2 丿表弹性模童齿轮材酉己对齿轮材未斗灰铸铁.球塁铸铁铸钢锻钢夹布塑料灰铸铁1180001730002020002060007&50球墨铸铁1610181.418S.9189.9铸钢161.4180.518

22、S锻钢156.6173.9夹布塑料143.7齿轮泵的齿轮选用材料为40Cr，调质处理后表面淬火，由上表取值。1Ze = 1 8 .(MPa2)(10)表1-6中的校核计算过于复杂。故可对照下面的方法简化算法：KFt u 16=2.5旬阪 P(11)K 二 KaKvKh ：Kh： = 1.4 8 5(12)K N H limc hpS(13)SH接触疲劳强度的计算，由于点蚀破坏并不导致齿轮泵的立即停止工作，因为可取疲劳强度安全系数Sh=1。齿轮寿命系数：Kn =60njLh 1.02(14)其中：j齿轮每一转，同一齿面啮合的次数；n齿轮的转速；Lk 齿轮的工作寿命。选定为4700h。根据上述参数

23、的计算，可根据所选齿轮材料查表得:匚 H lim 二 850 MPa(15)由Hlim的数据可得：-HP 二 867MPa(16)将匚HP代入校核公式：二 H = 569.4MPA - 丁 HP(17)所以，经校核可得，所选定齿轮的参数符合要求。巢湖学院2015届本科毕业论文（设计）第2章 齿轮泵的UG建模及装配2.1轴的建模1. 新建文件。2. 建立参数表达式，输入以下参数m , 3z , 14d , m*zda , d+2*mdb , d*cos(20)df , d-2.5*ms , pi()*db*t/4t , 0xt , db*cos(90*t)/2+s*si n( 90*t)yt ,

24、 db*si n( 90*t)/2-s*cos(90*t)zt , 0图2-1表达式对话框3. 创建渐开线。2. 生成齿轮。-17 -图2-2 输入框图2-3齿轮建模4.创建凸台特征1图2-4齿轮建模图2-5凸台参数输入框5.创建凸台特征2图2-6凸台建模6. 创建基准平面，建如图2-7基准平面图2-7基准平面建立7. 创建键槽特征。图2-9键槽建模图2-8键槽参数输入框图2-11孔参数输入框图2-10端面基准平面8. 打端部小孔巢湖学院2015届本科毕业论文(设计)戸r广虧If |pl(fl .1-5 FW1 鼻arB图2-12创建基准平面图2-13孔的建模-27 -9. 创建螺纹特征2.2

25、齿轮建模1. 新建文件。2. 创建齿轮模型，创建步骤参照主动齿轮轴中的齿轮制作。3. 创建简单孔特征，创建步骤参照主动齿轮轴中的齿轮简单孔制作。2.3泵体建模1. 创建泵体底座。（1）创建长方体，如图2-14（2）创建底槽，如图2-15。（3）创建沉头孔，如图2-1611 恥曲图2-16孔参数输入框图2-14长方体参数输入框 图2-15底槽建模2. 创建圆柱体。单击菜单栏中 插入”设计特征”圆柱体”，打开如图2-17所示的对话框按 其数据设置参数，完成圆柱体的创建。3. 创建泵体上上腔。（1）创建长方体，单击菜单栏中的 插入” T“计特征” T“方体”打开如 图2-18所示的对话框，按其数据设

26、置长方体的参数。1|二盟；5和边疋A |&点AJB圭点C)HS3尺寸*绘JB CE)阿3IS OC)函迂丸込弟辽世和両01尺寸A图2-17圆柱建模图2-18长方体建模(2) 对长方体进行边倒圆，如图2-19(3) 创建腔体，如图2-20，2-21。图2-19边倒圆要闌回的边AJhdbM _-+图2-20腔体草图图2-12拉伸(4)创建凸起凸台，如图2-22,2-23，2-24,2-25,2-26所示图2-23拉伸图2-24凸台参数输入框图2-22凸台草图图2-25凸台建模图2-26凸台布尔求和(5) 对所创建实体进行求和。(6) 创建圆柱体上的沉头孔，如图 2-27。(7) 创建凸起上的简单孔

27、和图台上的简单孔，如图2-28,2-29。图2-27底座孔创建图2-28凸台孔建模图2-29腔体孔建模(8)创建螺纹孔底孔，如图2-30,2-31,2-32。图2-30螺纹孔参数图2-31螺纹孔参数图2-32螺纹孔创建(9)创建销孔，如图2-33，2-34。图2-33创建基准平面图2-34创建对角螺纹孔(10) 边倒圆，如图2-35所示。(11) 对所有孔创建螺纹，如图2-36图2-35创建底座孔草图图2-36底座孔建模2.4泵盖的建模1. 创建文件。2. 创建长方体，给定长方体的长、宽、高分别为126、84和10,如图2-37,2-38。1 I M图2-37长方体参数设定图2-37长方体建模

28、3. 建凸垫特征，图2-29,2-40。4. 倒圆，如图2-41。HE编辑参数也-KJgTQImm:2KK28mm*- 高度12-mm=拐痢半径0mm锥角1degI帳1 后邂！（观櫚J图2-39边倒圆参数设定图2-40选定边图2-41边倒圆5. 建基本平面1.2。6. 建沉头孔特征。7. 矩形阵列，如图2-42,2-43。规单同 铁常简相 方00数字甬度卜期| WfiJ 后退取消图2-43参数输入图2-42选定矩形阵列8.建实例特征，如图2-44,2-45。*扌昵点(0)*指定矢量)A图2-45创建基准平面图2-44镜像对话框9.创建基准平面3、4、5。10创建简单孔1,如图2-46,2-47

29、。类型选择歩9E图2-47选定孔位置图2-46选定孔类型巢湖学院2015届本科毕业论文（设计）-51 -11创建基准轴。12.创建基准平面6,如图2-48基准平面基准平面*指定矢呈A平面方位反向类型u QQ生滤器选择步囊BM直径1&mm深度14ntmL*oieg 图2-49孔参数输入框图2-48创建基准平面13.创建简单孔2,如图2-492.5其它零件的建模2.5.1从动轴1. 新建文件。2. 创建圆柱体特征，如图 2-50 3倒斜角，如图2-51。图2-50圆柱建模匸X图2-51倒斜角参数输入252填料压盖1.新建文件。2创建草图，如图2-52。图2-52创建压盖草图文件3拉伸命令，如图2-

30、53,对直径5,32和22的圆拉伸，分别如图2-54,2-55,2-56 所示。图2-53拉伸圆图2-54拉伸圆图2-55拉伸圆图2-56拉伸圆4、倒斜角，如图2-57,2-58。I理消图2-57截面参数输入框图2-58参数输入253密封圈1. 新建文件。2. 创建圆柱体特征，如图 2-59。3. 创建孔特征，如图2-60。A豆轴、直径和高度轴A指定矢星（11反向冈Efx *尺寸A32mm1P_mm 1图2-59创建孔类型过据器55直径22mm【|10mm Lt尖角0血g 4图2-60孔参数输入4.倒斜角，如图2-61.选择边21图2-61倒斜角参数输入254垫圈1新建文件 2.创建圆柱体特征

31、，如图2-61,2-62所示尺寸16mm1.6mm *图2-61垫圈参数输入图2-62垫圈参数输入2.5.5 键1.新建文件。2创建长方体特征，如图2-63, 2-64。图2-63键参数输入要倒I凰的越图2-64边倒圆参数输入3.边倒圆256卡肖1. 新建文件。2. 创建圆柱体特征，如图 2-65,2-66。3.倒斜角，如图2-67扌旨定矢星播定点1】兄寸直径图2-66销建模2.5.7螺栓1. 新建文件。2. 创建圆柱体特征，2-68, 2-69。图2-68创建圆柱体图2-69参数输入对话框3.倒斜角，如图2-70, 2-71。亠选择脱：)眼:MA图2-70倒斜角对话框4. 布尔差操作，如图2

32、-72,2-73。*选择休(01*选择体(0)图2-72布尔运算选择步暴Ss 直径mm :高度20mm 誰角IEdeg圖A图2-73参数输入5创建拉伸特征。同步骤三完成对六边形的拉伸操作，拉伸长度为5.3,求差6. 创建凸台。大轻水径怪度角度7. 攻螺纹，如图2-74输入数据。mmw6,75mm+20mm1.25mm+160deg+1肇转倉右手,0左徒选雛皓图2-74螺纹参数输入框2.6齿轮泵装配2.6.1主动齿轮轴与泵体的装配图2-75装配半成图主动轴与泵体先孔定位，齿轮面与泵体面对齐如图2-762.6.2从动齿轮与泵和主动齿轮轴的装配图2-76装备半成图从动齿轮先与定位孔重合，两齿轮面对齐

33、，两齿轮面相切，如图2-762.6.3总装配图把以上各确定的零件装配起来，并用移动和旋转零部件的方法调整零部件使 各部件之间不发生干涉，如图2-77,2-78两种方向视图及2-79爆炸图。图2-77装备总成图图2-78装备总成图图2-79爆炸图第3章UG的运动仿真3.1运动仿真主界面的打开1.运动仿真的第一步，先要打开运动仿真的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令【Application】【Motion】。2点击后UG界面将会自动的切入运动仿真的主界面。该界面分为三个部分：运动仿真工具栏、运动场景导航窗口和绘图区，如图3-1所示。图3-1运动仿真对话框3.2齿轮泵的运动仿真1.模具的准备在进行

34、运动仿真模拟之前我们需要对已经设计好的三维模具进行简单的数 据整理，将所有零部件有条理的放置于同一英文文件夹。2开始运动仿真我们首先要进入运动仿真模块。按照图 3-2点击开始”选择运动仿真”，-1 =JH n Cftdp .- 外观廉生说计 广 tjfflai).Ctrl+UCtrl+Alt+tfCtrl+Alt+5Ctrl+5JhLft+D* in工磴）.|圧本环理熾.ctrimt+yk廓百应用拇復lasan-H 5 - Eotivn SiBulation - zhunEpeftseablFI-prtQU件迪创辐d）規图曲抽儿即裕式曲工具竝配 （SJS二X G冒弐”图3-2进入运动仿真界面右

35、键点击装配图后如图3-3.3-4选择 动力学分析”及 基于组件的仿真”;B + MX | .国土暫0一為丘田”亡常7i-Mmiimou4mnn iwnm 淞硼 漁诵:丽5 G冠R融 CMMCH强球KWMt liwwm亦 加D0MGGU.电H50MGMX |HiW 祀强g :：?： *-:：: J :二3MMUWCAJ IMW- IW呻 tUUC# W：i UmUe DmjPJHIU斜 UWKilMtaF Wt ion SiKulat ion 一 zhungp-asii、如E 拥镐旧观图何桶入匡格式（D 工具CD帶配巴，网、函敷営理弄连忏图3-3选择动力学图3-4进入界面点击运动副，选择 指定原点”为圆柱中心，指定方