外嚙合齒輪泵設(shè)計5張CAD圖,嚙合,齒輪泵,設(shè)計,CAD 設(shè)計（XX）任務(wù)書 Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計（XX）題目： 外嚙合齒輪泵設(shè)計 Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容（從專業(yè)知識的綜合運用、論文框架的設(shè)計、文獻資 料的收集和應(yīng)用、觀點創(chuàng)新等方面詳細說明）： 1. 查閱相關(guān)資料，了解齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)。 2. 設(shè)計齒輪泵的結(jié)構(gòu)方案草圖 3. 確定齒輪泵的排量、額定壓力等，進行相關(guān)的設(shè)計計算：齒輪模數(shù)、齒數(shù)、變位系數(shù)、齒輪寬度，軸的直徑、長度等。 4. 繪制齒輪泵的裝配圖、齒輪零件圖、軸零件圖、泵體零件圖、泵蓋零件圖。 5. 密封設(shè)計，齒輪強度校核、軸強度和剛度校核。 6. 編寫設(shè)計說明書 7. 提交畢業(yè)設(shè)計資料，畢業(yè)設(shè)計答辯材料（PPT）等。 Ⅲ、進度安排： 2014 年 10 月 20 日～2014 年 11 月 9 日（3 周）：選擇題目，收集材料，聯(lián)系落實畢業(yè)實習(xí)單位，填寫畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書； 2014 年 11 月 10 日～2014 年 12 月 7 日（4 周）：布置任務(wù)，明確目標(biāo)、制定計劃，確定初步畢業(yè)設(shè)計方案； 2014 年 12 月 8 日～2015 年 1 月 4 日（4 周）：深化初步方案，結(jié)合畢業(yè)實習(xí)加深對畢業(yè)設(shè)計方案的認識； 2015 年 1 月 5 日～2015 年 1 月 16 日（2 周）：學(xué)生畢業(yè)設(shè)計方案進一步完善； 2015 年 1 月 17 日～2015 年 3 月 1 日（6 周）：繼續(xù)前期工作； 2015 年 3 月 2 日～2015 年 5 月 17 日（11 周）：學(xué)生全部返校，進行畢業(yè)設(shè)計計算、繪 圖，編制畢業(yè)設(shè)計說明書，完成畢業(yè)設(shè)計工作任務(wù)（2015 年 3 月 30 日～2015 年 4 月 5 日接受學(xué)校畢業(yè)設(shè)計期中檢查）； 2015 年 5 月 18 日～2015 年 5 月 31 日（2 周）：畢業(yè)成果預(yù)提交、修改、評閱、答辯。 Ⅳ、主要參考資料： 1. 機械設(shè)計教材 2. 液壓工程手冊 第二版 3. 機械設(shè)計手冊（機械零件篇、液壓氣動篇） 4. 液壓元件產(chǎn)品樣本 5. 網(wǎng)絡(luò)查詢資料 指導(dǎo)教師：（簽名： ）， 年 月 日 學(xué)生姓名：（簽名： ）， 專業(yè)年級： 系負責(zé)人審核意見（從選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、是否結(jié)合科研或工程實際、綜合訓(xùn)練程度、 內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核）： 專業(yè)負責(zé)人簽字： ， 年 月 日 1 附錄二附錄二：（外文文獻外文文獻） External Gear Pump Overview External gear pumps are a popular pumping principle and are often used as lubrication pumps in machine tools, in fluid power transfer units, and as oil pumps in engines. External gear pumps can come in single or double (two sets of gears) pump configurations with spur (shown), helical, and herringbone gears. Helical and herringbone gears typically offer a smoother flow than spur gears, although all gear types are relatively smooth. Large-capacity external gear pumps typically use helical or herringbone gears. Small external gear pumps usually operate at 1750 or 3450 rpm and larger models operate at speeds up to 640 rpm. External gear pumps have close tolerances and shaft support on both sides of the gears. This allows them to run to pressures beyond 3,000 PSI / 200 BAR, making them well suited for use in hydraulics. With four bearings in the liquid and tight tolerances, they are not well suited to handling abrasive or extreme high temperature applications. Tighter internal clearances provide for a more reliable measure of liquid passing through a pump and for greater flow control. Because of this, external gear pumps are popular for precise transfer and metering applications involving polymers, fuels, and chemical additives. How External Gear Pumps WorkHow External Gear Pumps Work The external gear pump is a commonly used hydraulic pumps, which rely on a pair of meshing gears into and out of oil and oil pressure to complete, and there are leakage, the phenomenon of trapped oil and noise and vibration. Reduce the external gear pump of the radial force is the external gear pump is a major issue, in order to reduce the radial force more pressure external gear pump uses a variable gear and the shaft and bearings are higher. To solve the leakage problem, low pressure gear pump and other methods can be used to solve higher precision, while for the high-pressure external gear pumps are needed to increase the floating sleeve or elastic side panels of the solutions. Phenomenon caused by trapped oil gear pump is also a strong vibration and noise are considerably shorter service life of external gear pump to solve the oil problem is trapped unloading opening slot. 2 External gear pumps are similar in pumping action to internal gear pumps in that two gears come into and out of mesh to produce flow. However, the external gear pump uses two identical gears rotating against each other - one gear is driven by a motor and it in turn drives the other gear. Each gear is supported by a shaft with bearings on both sides of the gear. 1. As the gears come out of mesh, they create expanding volume on the inlet side of the pump. Liquid flows into the cavity and is trapped by the gear teeth as they rotate. 2. Liquid travels around the interior of the casing in the pockets between the teeth and the casing - it does not pass between the gears. 3. Finally, the meshing of the gears forces liquid through the outlet port under pressure. Because the gears are supported on both sides, external gear pumps are quiet-running and are routinely used for high-pressure applications such as hydraulic applications. With no overhung bearing loads, the rotor shaft cant deflect and cause premature wear. AdvantagesAdvantages High speed High pressure No overhung bearing loads Relatively quiet operation Design accommodates wide variety of materials DisadvantagesDisadvantages Four bushings in liquid area No solids allowed Fixed End Clearances Internal Gear Pump OverviewInternal Gear Pump Overview Internal gear pumps are exceptionally versatile. While they are often used on thin liquids such as solvents and fuel oil, they excel at efficiently pumping thick liquids such as asphalt, chocolate, and adhesives. The useful viscosity range of an internal gear pump is from 1cPs to over 1,000,000cP. In addition to their wide viscosity range, the pump has a wide temperature range as well, handling liquids up to 750F / 400C. This is due to the single point of end clearance (the distance between the ends of the rotor gear teeth 3 and the head of the pump). This clearance is adjustable to accommodate high temperature, maximize efficiency for handling high viscosity liquids, and to accommodate for wear. The internal gear pump is non-pulsing, self-priming, and can run dry for short periods. Theyre also bi-rotational, meaning that the same pump can be used to load and unload vessels. Because internal gear pumps have only two moving parts, they are reliable, simple to operate, and easy to maintain. How InternaHow Internal Gear Pumps Workl Gear Pumps Work 1. Liquid enters the suction port between the rotor (large exterior gear) and idler (small interior gear) teeth. The arrows indicate the direction of the pump and liquid. 2. Liquid travels through the pump between the teeth of the gear-within-a-gear principle. The crescent shape divides the liquid and acts as a seal between the suction and discharge ports. 3. The pump head is now nearly flooded, just prior to forcing the liquid out of the discharge port. Intermeshing gears of the idler and rotor form locked pockets for the liquid which assures volume control. 4. Rotor and idler teeth mesh completely to form a seal equidistant from the discharge and suction ports. This seal forces the liquid out of the discharge port. AdvantagesAdvantages Only two moving parts Only one stuffing box Non-pulsating discharge Excellent for high-viscosity liquids Constant and even discharge regardless of pressure conditions Operates well in either direction Can be made to operate with one direction of flow with either rotation Low NPSH required DisadvantagesDisadvantages Usually requires moderate speeds Medium pressure limitations One bearing runs in the product pumped Overhung load on shaft b 4 Single adjustable end clearance Easy to maintain Flexible design offers application customization Vane Pump OverviewVane Pump Overview While vane pumps can handle moderate viscosity liquids, they excel at handling low viscosity liquids such as LP gas (propane), ammonia, solvents, alcohol, fuel oils, gasoline, and refrigerants. Vane pumps have no internal metal-to-metal contact and self-compensate for wear, enabling them to maintain peak performance on these non-lubricating liquids. Though efficiency drops quickly, they can be used up to 500 cPs / 2,300 SSU. Vane pumps are available in a number of vane configurations including sliding vane (left), flexible vane, swinging vane, rolling vane, and external vane. Vane pumps are noted for their dry priming, ease of maintenance, and good suction characteristics over the life of the pump. Moreover, vanes can usually handle fluid temperatures from -32C / -25F to 260C / 500F and differential pressures to 15 BAR / 200 PSI (higher for hydraulic vane pumps). Each type of vane pump offers unique advantages. For example, external vane pumps can handle large solids. Flexible vane pumps, on the other hand, can only handle small solids but create good vacuum. Sliding vane pumps can run dry for short periods of time and handle small amounts of vapor. 5 How Vane How Vane Pumps WorkPumps Work Despite the different configurations, most vane pumps operate under the same general principle described below. 1. A slotted rotor is eccentrically supported in a cycloidal cam. The rotor is located close to the wall of the cam so a crescent-shaped cavity is formed. The rotor is sealed into the cam by two sideplates. Vanes or blades fit within the slots of the impeller. As the rotor rotates (yellow arrow) and fluid enters the pump, centrifugal force, hydraulic pressure, and/or pushrods push the vanes to the walls of the housing. The tight seal among the vanes, rotor, cam, and sideplate is the key to the good suction characteristics common to the vane pumping principle. 2. The housing and cam force fluid into the pumping chamber through holes in the cam (small red arrow on the bottom of the pump). Fluid enters the pockets created by the vanes, rotor, cam, and sideplate. 3. As the rotor continues around, the vanes sweep the fluid to the opposite side of the crescent where it is squeezed through discharge holes of the cam as the vane approaches the point of the crescent (small red arrow on the side of the pump). Fluid then exits the discharge port. AdvantagesAdvantages Handles thin liquids at relatively higher pressures Compensates for wear through vane extension Sometimes preferred for solvents, LPG Can run dry for short periods Can have one seal or stuffing box Develops good vacuum DisadvanDisadvantagestages Can have two stuffing boxes Complex housing and many parts Not suitable for high pressures Not suitable for high viscosity Not good with abrasives 6 ApplicationsApplications Aerosol and Propellants Aviation Service - Fuel Transfer, Deicing Auto Industry - Fuels, Lubes, Refrigeration Coolants Bulk Transfer of LPG and NH3 LPG Cylinder Filling Alcohols Refrigeration - Freons, Ammonia Solvents Aqueous solutions Jet Pump is a type of impeller-diffuser pump that is used to draw water from wells into residences. It can be used for both shallow (25 feet or less) and deep wells (up to about 200 feet.) Shown here is the underwater part of a deep well jet pump. Above the surface is a standard impeller-diffuser type pump. The output of the diffuser is split, and half to three-fourths of the water is sent back down the well through the Pressure Pipe (shown on the right here). The external gear pump is a commonly used hydraulic pumps, which rely on a pair of meshing gears into and out of oil and oil pressure to complete, and there are leakage, the phenomenon of trapped oil and noise and vibration. Reduce the external gear pump of the radial force is the external gear pump is a major issue, in order to reduce the radial force more pressure external gear pump uses a variable gear and the shaft and bearings are higher. To solve the leakage problem, low pressure gear pump and other methods can be used to solve higher precision, while for the high-pressure external gear pumps are needed to increase the floating sleeve or elastic side panels of the solutions. Phenomenon caused by trapped oil gear pump is also a strong vibration and noise are considerably shorter service life of external gear pump to solve the oil problem is trapped unloading opening slot. At the end of the pressure pipe the water is accelerated through a cone-shaped nozzle at the end of the pressure pipe, shown here within a red cutaway section. Then the water goes through a Venturi in the Suction Pipe (the pipe on the left). The venturi has two parts: the Venturi Throat, which is the pinched section of the suction tube; and above that is the venturi itself which is the part where the tube widens and connects to the suction pipe. 7 The venturi speeds up the water causing a pressure drop which sucks in more water through the intake at the very base of the unit. The water goes up the Suction Pipe and through the impeller - most of it for another trip around to the venturi. 外嚙合齒輪泵設(shè)計 摘要 外嚙合直齒輪泵是一種常用的液壓泵，它將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，它通過嚙合的兩齒輪來完成油液的吸收和壓出的過程，為液壓系統(tǒng)輸送一定流量和壓力的液體。必然會有液壓油的泄漏、困油以及噪聲和振動現(xiàn)象的發(fā)生。徑向力如何減小一直是從事高壓齒輪泵研制的科技人員的研究重點，變位齒輪的設(shè)計是本設(shè)計中弱化徑向力得得重要體現(xiàn)，并且對軸和軸承的負載進行受力分析。對以齒輪泵的漏油現(xiàn)象，低壓外嚙合齒輪泵通過提高加工精度等措施予以緩解，而對于本設(shè)計的中高壓外嚙合齒輪泵采用的是采取加浮動軸套的措施解決。困油現(xiàn)象必然造成齒輪泵強烈的振動和噪聲，很大程度上影響齒輪泵的工作效率及使用壽命。齒輪泵設(shè)計對于密封性有著極高的要求。 關(guān)鍵詞：外嚙合直齒輪泵；變位齒輪； 齒輪軸；密封；浮動軸套 I ABSTRACT Outer meshing gear pump is a kind of commonly used hydraulic pump, it can convert mechanical energy into hydraulic pressure, it done through meshing of two gear oil absorption and extruding process, for conveying certain flow and pressure of the fluid in the hydraulic system. There will always be the hydraulic oil leakage, trapped oil and noise and vibration. How to reduce the radial force has been engaged in high pressure gear pump research emphasis on the scientific and technological personnel, the design of the modified gear is weakening in the design of the radial force may be important, and stress analysis was carried out on the shaft and bearing load. To pump the oil leakage, low voltage external gear pump through the measures of improving the machining precision, and for the design of high pressure external gear pump used in plus floating collar measures to solve. Trapped oil phenomenon inevitably produce gear pump strong vibration and noise, to a large extent influence the work efficiency and service life of the gear pump. Gear pump is designed for sealing with high requirements. Key words： External gear straight gear pump; Modified gear; Gear shaft; Seal; The floating collar IV 目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 第 1 章 緒論 1 1.1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及設(shè)計意義 1 1.2 工作原理、結(jié)構(gòu)特點及易出現(xiàn)的問題 4 1.3 基本設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù) 5 1.4 設(shè)計要求及任務(wù) 7 第 2 章 齒輪的具體設(shè)計、分析及校核 8 2.1 齒輪各參數(shù)的設(shè)計 8 2.2 齒輪的強度校核 12 2.2.1 齒面接觸疲勞強度校核 12 2.2.2 彎曲疲勞強度校核 14 第 3 章 軸的設(shè)計及校核 16 3.1 齒輪泵的徑向力的分析 16 3.2 軸的設(shè)計與校核 18 3.2.1 估算最小軸頸 18 3.2.2 軸的彎扭合成強度校核 21 3.2.3 軸的剛度校核 23 第 4 章 齒輪泵其余部件設(shè)計或選擇、分析及校核 25 4.1 密封設(shè)計 25 4.2 體與泵蓋壁厚的選擇及校核 25 4.3 軸承的選擇及校核 29 4.4 齒輪泵進出油口設(shè)計計算 29 4.5 鍵的選擇與校核 30 4.6 連接螺栓的選擇與校核 31 第 5 章 總裝配圖 33 總 結(jié) 35 致 謝 36 參考文獻 37 XXXXXX 第 1 章 緒 論 1.1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及設(shè)計意義 相對于國外的齒輪泵行業(yè)，中國的齒輪泵行業(yè)既有優(yōu)勢也有不足之處。優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩大方面：一方面是勞動成本低所帶來的制造成本低；另一方面是政府對于中國泵行業(yè)的相關(guān)優(yōu)惠政策為我國齒輪泵業(yè)的發(fā)展提供了強有力的保證。因為我國是有著極大發(fā)展空間的發(fā)展中國家，在科學(xué)研究領(lǐng)域有著對齒輪泵業(yè)的大量需求，也就是說齒輪泵的發(fā)展?jié)摿κ遣豢煞裾J的，并且齒輪泵的發(fā)展不僅僅局限于此，它一定會朝著智能化，新材料，機電儀一體化等多方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計， 目前我國的齒輪泵的隨著高新技術(shù)的快速崛起，國家政府及相關(guān)科研機構(gòu)已經(jīng)投入大量資金來促進齒輪泵業(yè)的發(fā)展，相關(guān)數(shù)據(jù)表明已經(jīng)占到整個泵市場份額的7%，這足以表明齒輪泵無限的發(fā)展?jié)摿Α．?dāng)然我國在“十二五”規(guī)劃期間對泵行業(yè)的具體的重點任務(wù)體現(xiàn)在三個方面： 第一，核電樞紐設(shè)備的技術(shù)研究主要是開展 AP1000 核主泵樞紐技術(shù)研究; 二代加技術(shù) 1000 型核主泵樞紐技術(shù)研究，核二級、核三級泵樞紐技術(shù)研究，百萬千瓦壓水堆核電用泵的樞紐技術(shù)研究及核電用泵技術(shù)尺度的研究； 第二，石油化工樞紐設(shè)備的技術(shù)研究包括開展百萬噸 PTA 裝置用螺桿泵、齒輪泵、高壓小流量泵、急冷油泵樞紐技術(shù)研究等； 第三，沿著泵類產(chǎn)品節(jié)約能源方向的探索。 在 2008 年的經(jīng)濟危機的浪潮中，國內(nèi)的鋼鐵行業(yè)，鑄造行業(yè)，等金屬行業(yè)受到嚴重的打擊，因為齒輪泵的發(fā)展必然受到這些企業(yè)的影響，所以這些行業(yè)發(fā)展的滯后必然讓齒輪泵制造業(yè)有著極大地損傷。盡管在數(shù)據(jù)分析報表上，2008 年的經(jīng)濟危機確實影響了我國泵業(yè)閥業(yè)等相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展，但我們不能僅僅只看到它所帶來的不好的一面，這次的經(jīng)濟危機，完全可以說明在市場經(jīng)濟體制下， 任何生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展所呈現(xiàn)出來的競爭力的不足和企業(yè)核心技術(shù)的不完善，才會導(dǎo)致在經(jīng)濟的暴風(fēng)雨下，會使得企業(yè)奄奄一息。更重要的是正是因為這次的經(jīng)濟危機我國的齒輪泵業(yè)不管從齒輪泵產(chǎn)品的定位還是從研發(fā)的核心高新技術(shù)或者是生產(chǎn)制造過程中的工藝流程及其誤差的最小化等等方面都得到了很大的改 37 善。因此可以說在經(jīng)濟危機中奄奄一息但又重新站起來的企業(yè)足以說明在今天的市場經(jīng)濟體制下，一個企業(yè)要想長足的發(fā)展，必須要有核心的競爭力，對于齒輪泵行業(yè)就是技術(shù)及工藝和適應(yīng)市場需求。 近幾年中國的經(jīng)濟發(fā)展迅速，國內(nèi)在科研方面對齒輪泵的需求依然可觀。所以幾年齒輪泵的發(fā)展還是非常受考驗的，正是由于齒輪泵需求大，必然會導(dǎo)致競爭激烈而殘酷，所以技術(shù)必須要有創(chuàng)新，產(chǎn)品的革新一定要做到適應(yīng)市場需求。據(jù)統(tǒng)計，目前我國的齒輪泵的隨著高新技術(shù)的快速崛起，國家政府及相關(guān)科研機構(gòu)繼續(xù)會投入大量資金來促進齒輪泵業(yè)的發(fā)展，未來幾年投入的科研資金及相關(guān)政策的扶持會占到整個泵市場份額的 10%，這足以表明齒輪泵無限的發(fā)展?jié)摿?。隨著經(jīng)濟的快速崛起，人們的生活水平不斷改善，非常享受這種快餐式經(jīng)濟所帶來的物質(zhì)成果，勢必會在發(fā)展過程中忽視一些快餐式經(jīng)濟所帶來的環(huán)境能源問題，那么這樣的發(fā)展給我們生存的環(huán)境和能源帶來了極大的潛在威脅，因此節(jié)約資源的可持續(xù)發(fā)展一直是各大生產(chǎn)制造行業(yè)的發(fā)展宗旨，科研團隊及一些企業(yè)家們都在尋找一種不浪費資源并且快速發(fā)展齒輪泵行業(yè)的一種可持續(xù)發(fā)展的一種方法。追溯到齒輪泵發(fā)展的前期，我們都知道齒輪泵絕大多數(shù)都是全液壓式，基于節(jié)約能源和環(huán)保的要求，以及目前市場上伺服電機和齒輪泵的成熟結(jié)合和價格的大幅度下降，全電動式的精密液壓齒輪泵在近年來的市場上出現(xiàn)越來越多，基于這一發(fā)展趨勢及分析國內(nèi)外泵業(yè)的發(fā)展，我認為中國齒輪泵將會朝以下幾個方面發(fā)展： 1. 向機、電、儀一體化的方向發(fā)展； 2. 向大型化和高速化的方向發(fā)展； 3. 向多品種和多用途的方向發(fā)展； 4. 向電動-液壓相結(jié)合的復(fù)合式的方向發(fā)展； 5. 向新材料的應(yīng)用方向發(fā)展； 6. 向理論與設(shè)計方法的科學(xué)化方向發(fā)展； 7. 向CAD、CAM、CIMS 技術(shù)的發(fā)展與推廣方向； 我們都知道能源問題是生產(chǎn)制造行業(yè)的核心問題，是全世界和平可持續(xù)發(fā)展比不可少的因素，當(dāng)我們一同提倡可持續(xù)發(fā)展并將此作為企業(yè)的文化是，節(jié)約能源就變得愈來愈重要愈來愈方便實施。例如塑料制品在生活中隨處可見，可是這 些塑料制品都是生產(chǎn)制造行業(yè)通過注塑的形式加工而成，其中注塑機就是塑料發(fā)展的核心問題，因為這直接關(guān)系到制造塑料的原料時候浪費，小的方面說直接影響到企業(yè)的制造成本，往大的方面可以說原料的浪費當(dāng)然會對環(huán)境造成一定的污染。 我了解到齒輪泵發(fā)展的前期，齒輪泵絕大多數(shù)都是全液壓式，基于節(jié)約能源和環(huán)保的要求，齒輪泵產(chǎn)品的定位與發(fā)展以及目前市場上伺服電機和齒輪泵的成熟結(jié)合和價格的大幅度下降，全電動式的精密液壓齒輪泵在近年來的市場上出現(xiàn)越來越多，表明齒輪泵的發(fā)展已經(jīng)朝著節(jié)能的方向發(fā)展。根據(jù)齒輪泵的工作原理我們可以看出，齒輪泵結(jié)構(gòu)看似簡單，但需要很好的密封，其漏油問題始終是研發(fā)學(xué)者們的核心問題，一對相互嚙合的齒輪將泵體內(nèi)的密閉空間分成 2 個工作容腔。嚙合的兩齒輪運轉(zhuǎn)時就會使兩容積發(fā)生提及的變化，從而造成壓力的變化， 從而輸送容腔內(nèi)的液體達到增壓的目的。 根據(jù)齒輪泵的這種工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)在設(shè)計整個齒輪泵產(chǎn)品時，技術(shù)難點有很多，如果齒輪嚙合不夠精確，容腔密閉不好，很難保證額定壓力與實際壓力的完全相同，影響工作效率和使用壽命。所以齒輪泵設(shè)計重點很明確，要能夠保證壓力、流量、振動等參數(shù)的誤差在一定范圍內(nèi)，能夠保證齒輪泵的軸、軸承，齒輪嚙合的密封性能；能夠?qū)X輪泵可能出現(xiàn)的故障的原因進行模擬實驗， 以尋求最佳的解決方案診。 查找相關(guān)文獻及對目前技術(shù)難點的分析，得知泵行業(yè)未來技術(shù)的革新將主要表現(xiàn)為：運用新型材料完善電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加強密封設(shè)計和改進齒輪泵驅(qū)動裝置等幾個領(lǐng)域。 為了完善目前泵行業(yè)的研究水平的不足，政府也制定了一系列科研研究優(yōu)惠政策，鼓勵更多的學(xué)者及研究團隊投入到泵行業(yè)。在這種形勢下，我們機械設(shè)計者更多泵行業(yè)的從業(yè)者應(yīng)抓住機遇，不畏困難，共同努力。 綜上可知，齒輪泵的以上難點、重點的設(shè)計對于我國的齒輪泵業(yè)在國際泵業(yè)制造水平上的領(lǐng)先有著巨大的支撐作用，只有技術(shù)設(shè)計上的創(chuàng)新、領(lǐng)先才會使我國的齒輪泵業(yè)屹立于世界之林。齒輪泵的設(shè)計對于推動整個泵行業(yè)有著重大意義。 1.2 工作原理、結(jié)構(gòu)特點及易出現(xiàn)的問題 外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如右圖所示。外嚙合齒輪泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵蓋，泵體及后泵蓋等主要零件構(gòu)成。泵體體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸油腔、壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合， 密封工作腔容積不斷增大，形成部分真空， 油液在大氣壓力作用下從油箱經(jīng)吸油管進入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓 油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進入嚙合， 圖 1.1 齒輪泵工作原理圖 使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被 排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。在齒輪泵的嚙合過程中，嚙合點沿嚙合線，把吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點：經(jīng)過查閱相關(guān)齒輪泵設(shè)計資料及市場上齒輪泵的成熟產(chǎn)品的分析，對齒輪泵的結(jié)構(gòu)有了一定的認識，整體看通常有前泵蓋泵體組成，當(dāng)然有的還有后泵蓋，三者通過兩個圓柱銷進行定位， 六個螺栓進行連接，當(dāng)然泵體上開有兩個孔，一個進油口和一個出油口； 泵體的內(nèi)部容腔內(nèi)則有兩個傳動變位齒輪，兩根軸， 軸上裝配有軸承， 軸套密封圈， 還有用來提高密封性的浮動軸套；當(dāng)然軸伸出泵體的端口處的密封性要求非常高，會有填料，填料端蓋，緊訂螺釘?shù)取］S靠近末端的軸段開有鍵槽，裝聯(lián)軸器從而來驅(qū)動齒輪泵?？梢钥闯鳊X輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊， 體積較小，有著較高的密封要求，但是基于這種結(jié)構(gòu)，齒輪泵還是有困油， 漏油現(xiàn)象， 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生一定會引起齒輪泵的震動，噪聲從而影響齒輪泵的工作效率與壽命。 齒輪泵常見的故障：液壓油被堵死，齒輪泵旋向不對會導(dǎo)致填料油封被沖出。 本來設(shè)計時只承受軸向力的齒輪泵軸承，卻因為設(shè)計的不夠準(zhǔn)確使得軸承受到不 小的徑向力的作用，影響軸承的工作效率。 齒輪泵有時會有吸空或半吸空的狀態(tài)，這種狀態(tài)會讓齒輪泵的齒輪端面和軸套的摩擦損失加重，因為齒輪的端面和軸套的端面是無縫相連的，要保證一定的密封性，如果密封端面的磨損量過大時，當(dāng)然就起不到密封的效果了，由于磨損帶來的一定的間隙很容易形成壓力油槽，在液壓力的作用下，油封自然容易被沖出。也有可能壓力達不到標(biāo)準(zhǔn)值，則流量與標(biāo)準(zhǔn)值也有一定的距離，進油口處的過濾片長時間不清洗，影響其通透性，導(dǎo)致吸油不足。 齒輪泵的自吸高度與泵的安裝高度相差過大，會造成吸油費勁，當(dāng)然這種現(xiàn)象的原因還有可能是吸油管太細，或者油管在吸油口連接處不夠嚴實也會造成油泵吸油不足。出現(xiàn)吸油不足的原因有很多，那怎么判斷到底哪里出問題了呢？我可以通過觀察郵箱里是否冒泡來判斷哪里有漏氣。從一些成熟的齒輪泵產(chǎn)品可以看出一般齒輪泵的最大的吸油口流速控制在一定的范圍，另外由出油管很細而導(dǎo)致的油流速偏高，很難保證出油口液壓油的流速為 3～6m/s。 出現(xiàn)齒輪泵炸裂也是有可能的，這種現(xiàn)象可以分析為輸送液壓油的管道有異物堵住導(dǎo)致輸送不夠通暢，使得液壓泵內(nèi)的壓力不斷增高，最終超過其齒輪泵所能承受的壓力極限，導(dǎo)致爆炸。其二有可能是安全閥設(shè)置的過載壓力過高，沒有起到過載安全保護的作用。其三也有可能是安全閥的啟動關(guān)閉靈活性較差，反應(yīng)較慢，使齒輪泵得不到過壓保護。 若多路換向閥在液壓系統(tǒng)中控制方向，那么多路閥的開口可能為負，當(dāng)出現(xiàn)死點升壓這種方式極大可能使齒輪泵膨脹。 由于工作溫度較高出現(xiàn)液壓系統(tǒng)過載，可能是由于壓力或轉(zhuǎn)速超過一定標(biāo)準(zhǔn)值；或者油液的濃度，溫度 密度的時時改變，對齒輪泵內(nèi)部零件磨損有很大影響，導(dǎo)致容積效率處于較低的水平，所以油應(yīng)積壓流動性差一定會產(chǎn)生熱量。 1.3 基本設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù) 基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點，工作原理及目前市場上外嚙合齒輪泵的成熟產(chǎn)品的應(yīng)用，并且查閱外嚙合齒輪泵研發(fā)及售后維修方面的相關(guān)文獻資料，互聯(lián)網(wǎng)資料等，最重要的是和我的設(shè)計指導(dǎo)導(dǎo)師汪世益教授的交流及給我提出的建議，結(jié)合設(shè)計任務(wù)書的要求，我大致歸納出中高壓外嚙合齒輪泵的關(guān)鍵技術(shù)的基 本設(shè)計思路如下： 1. 齒數(shù)是根據(jù)齒輪泵的工作場合選擇的。低壓齒輪泵多用在機床上，流量均勻性要求較高，一般取 14 到 20 齒；對于中高壓齒輪泵要求較大的齒根強度，同時又要使使之配合的軸的受力最小化，這就要求齒頂圓直徑不宜過大，冰球勢必會使模數(shù)增大，齒數(shù)減少。同時對于流量均勻性要求不高，齒數(shù)一般選取 6 到 14 齒。為了防止跟切影響齒根的強度，必要時要對齒輪進行變?yōu)樾拚? 2. 根據(jù)泵設(shè)計的排量計算出模數(shù)。由公式： V = p DhB = 2p zm 3 ( B / m ) ′10-3 = 2p zm 2 B ′10-3 (1.1) m = 式中 B—齒寬（mm） V—公稱排量（ml/r） z—齒輪齒數(shù) m—模數(shù)（mm） 基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點，齒間曹容積與齒輪體積有區(qū)別，并且前者大于后者，所以將π 取 3.33 加以修正。 3. 齒寬的選取原則：齒輪泵的齒寬直接影響齒輪泵的流量，齒寬越大，流量就越大，并且齒輪與泵體的摩擦損失增加不到一倍，所以可以提高齒輪泵的總效率。但是齒寬的增大，就會加大齒輪泵的軸向尺寸，會使泵的齒輪的，則會影響到泵的壽命，據(jù)相關(guān)經(jīng)驗公式可得高壓齒輪泵的齒寬一般為 B=(3~6)m，低壓齒輪泵一般為B=(6~10)m。 4. 齒輪變位。由于設(shè)計的齒輪初步選取的次數(shù)為 12，查找機械設(shè)計手冊齒輪篇，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗 14 齒以上可以不變位。變位會使排量變小，所以需要變位時 得把齒數(shù)再減小然后變位來湊出需要的排量。而泵設(shè)計的 12 齒必須進行變位系數(shù)的計算，要結(jié)合變位齒輪設(shè)計公式進行設(shè)計計算。 5. 軸的設(shè)計：根據(jù)轉(zhuǎn)矩估算出軸的最小軸頸，再根據(jù)齒輪泵的設(shè)計要求，大致確定其軸上有哪些零件的裝配，經(jīng)過整體考慮確定軸上的裝配零件有齒輪，軸承，擋油環(huán)，軸套，密封圈，填料，填料端蓋，緊定螺母等。最后校核計算。 6. 泵體泵蓋壁厚的選擇及校核等，另外還有些小件的設(shè)計，例如軸承的選擇 及校核，鍵的選擇及校核，螺栓的選擇及校核等到此設(shè)計工作差不都結(jié)束。 1.4 設(shè)計要求及任務(wù) 根據(jù)設(shè)計要求，此泵為外嚙合中高壓直齒輪泵，齒輪由原動機，經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動。此型齒輪油泵的主要技術(shù)參數(shù)確定為： 理論排量： 25ml/r 額定壓力： 10MPa 額定轉(zhuǎn)速： 1800r/min 容積效率： ≥90% 噪聲： 不大于 95dB 第 2 章 齒輪的具體設(shè)計、分析及校核 2.1 齒輪各參數(shù)的設(shè)計 根據(jù)齒輪泵的齒輪設(shè)計要求其加工精度高，并且此設(shè)計的中高壓齒輪泵的材料其強度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強的抗腐蝕的能力， 經(jīng)查閱相關(guān)資料確定其材料為40Cr ，并且調(diào)制后表面淬火，因為這種材料的的硬度可達到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計的要求。根據(jù)齒輪泵的排量公式： V = p D h B = 2p zm 3 ( B / m ) ′ 1 0 - 3 = 2p zm 2 B ′ 1 0 - 3 （2.1） 觀察發(fā)現(xiàn)基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點，齒間曹容積與齒輪體積有區(qū)別，并且前者大于后者，為了不忽視這一因素，現(xiàn)將π用 3.33 代替是完全符合設(shè)計要求的。根據(jù)上面計算公式得模數(shù) m = 式中 B—齒寬（mm） V—公稱排量（ml/r） z—齒輪齒數(shù) m—模數(shù)（mm） 并且設(shè)計的齒輪泵的額定壓力P=10MPa，排量為 25ml/r，轉(zhuǎn)速 n=1800r/min。根據(jù)這些條件接下來就可以進行齒輪各種尺寸的設(shè)計了。對于外嚙合齒輪泵齒數(shù)的選擇，根據(jù)市場上一些成熟的產(chǎn)品，和本身設(shè)計的要求，則該外嚙合齒輪泵的齒數(shù)選擇原則如下： 通過查找齒輪泵的相關(guān)資料，目前齒輪泵的齒數(shù)一般為 z=6-20.分為高壓齒輪泵和低壓齒輪泵，由于低壓齒輪泵多應(yīng)用在機床上，和一些體積較小動力要求不高的機械系統(tǒng)中，正由于此種工作條件就得要求齒輪泵的流量均勻，因此低壓齒輪泵的齒數(shù)多取為 13-20。而對于市場上的高壓齒輪泵，多數(shù)應(yīng)用在大型的移動設(shè)備上，比如起重機，各種工程機械，汽車，礦山機械等，基于這種工作環(huán)境要求齒輪泵有較大的齒根強度。為了考慮軸承受力不能過大，則齒頂圓直徑不宜過大，那么就要增大模數(shù)、減少齒數(shù)，基于這種分析高壓齒輪泵的齒數(shù)不宜過多， 通常為z=6-14?？紤]到根切現(xiàn)象會削弱齒根強度，所以齒形要求進行修正。并要設(shè)計計算變位系數(shù) 齒寬的選取原則：齒輪泵的齒寬直接影響齒輪泵的流量，齒寬越大，流量就越大，并且齒輪與泵體的摩擦損失增加不到一倍，所以可以提高齒輪泵的總效率。但是齒寬的增大，就會加大齒輪泵的軸向尺寸，會使泵的齒輪，軸和軸承受的徑向力成倍的增長，則會影響到泵的壽命，據(jù)相關(guān)經(jīng)驗公式可得高壓齒輪泵的齒寬一般為B=(3~6)m，低壓齒輪泵一般為B=(6~10)m。 綜上分析本設(shè)計的是額定壓力為 10MPa 的中高壓齒輪泵根據(jù)以上原則選擇齒數(shù)z=12，B=5m，代入數(shù)據(jù)得 m= 3 25′103 6.66′12′5 =3.97 取整得m=4mm，齒輪的其他參數(shù)： 壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值 a = 20° 齒寬 B=5m=20mm 齒寬系數(shù) fd = b = 20 = 0.42 d 48 由于齒數(shù)Z=12<17，避免造成根切，對齒輪進行變位修正。為了保證加工時不根切，并且所選刀具為齒條型刀具時，查找資料 機械手冊單行本機械傳動P14—23 可得最小齒數(shù)計算公式 2.2 與變位系數(shù)計算公式 2.3： Zmin * 2h = ?a sin2 a  （2.2） 代入數(shù)據(jù)計算得： xmin = h*( z a z  min min - z)  （2.3） 2h* 2 ′1 Zmin = ?a = = 16.67 ? 17mm sin2 a h*(z sin2 20 - z) 1′(17 -12) xmin = a min zmin = = 0.29mm 17 齒輪的其他設(shè)計參數(shù)： 變位系數(shù)： 節(jié)圓直徑： 嚙合角： 齒頂高： X1 = - X 2 = 0.29mm d = mz = 4 ′12 = 48 mm a = 20o )m = (1+ 0 .29)′ 4 = 5. x1 )m = (1+ 0.25 - 0.29) h = (h* + x  16 mm 齒根高： a a 1 f a h = (h* + c* - ′ 4 = 3.84 mm 齒頂圓直徑： da = d1 + 2ha1 = 48 + 2 ′ 5.16 = 58.32 mm 齒根圓直徑： d f = d1 - 2hf = 48 - 2 ′ 3.84 = 40.32 mm 中心距： a = (d1 + d2 ) = 48 mm 2 因為首先要分析安裝齒輪的軸是否需要鍵:考慮齒根圓至鍵槽底部的距離： 若 X ￡ (2 : 2.5) mn = 8 : 10mm 則用齒輪軸,若不符合上述關(guān)系則齒輪考慮用普 通平鍵鏈接，分析計算可得 X = 6.16 - t ,先假設(shè)有鍵，則根據(jù)軸直徑f 23mm 選擇 鍵的型號為： 鍵 b ′ h = 8′ 7 L=18mm 。 并且查表可知 t=4.0mm 。 所以 X = 6.16 - t ? 3mm 則用齒輪軸。并且根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)通過CAD 制圖軟件畫出如下 圖 2.1 齒輪零件圖 通過作圖也不難發(fā)現(xiàn)齒底圓到鍵槽底部的距離過小，齒輪不宜單獨制圖，應(yīng)選擇齒輪軸。下圖 2.2 和圖 2.3 均為齒輪軸的零件圖。 主動齒輪軸： 圖 2.2 主動齒輪軸零件圖 從動齒輪軸： 圖 2.3 從動齒輪軸零件圖 2.2 齒輪的強度校核 2.2.1 齒面接觸疲勞強度校核 根據(jù)齒輪泵的齒輪設(shè)計要求其加工精度高，并且此設(shè)計的中高壓齒輪泵的材料其強度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強的抗腐蝕的能力， 經(jīng)查閱相關(guān)資料確定其材料為 40Cr 并且調(diào)制后表面淬火，因為這種材料的的硬度可達到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計的要求。后面進行強度計算需要用到載荷系數(shù)載荷系數(shù) K 的計算如下 K = KAKV Ka Kb 使用系數(shù) ： 齒輪泵屬于液壓裝置，而液壓裝置一般屬于輕微震動的機械系，本設(shè)計的齒輪泵為中高壓齒輪泵，有輕微沖擊查表選擇如下 動載系數(shù) ： =1.25 經(jīng)查閱相關(guān)資料，先確定齒輪的精度，由表各類機器各類機器所用齒輪精度范圍，此齒輪選取精度為 7 級。又因為動載系數(shù)的使用值應(yīng)按實踐要求確定，考慮到以上齒輪制造的精度 及齒輪速度，偏于安全考慮，設(shè)計中選擇如下 齒間載荷分布系數(shù) ： =1.1 一對相互嚙合的齒輪在嚙合區(qū)有兩對貨以上輪齒同時工作時，會發(fā)生載荷分分配不均勻，所以引進齒間載荷分布系數(shù)。對于直齒輪及修行齒輪選擇如下 齒向載荷分布系數(shù) ： = =1 是由于齒輪做不對稱配置時，造成沿齒寬方向載荷分布不均勻的影響而添加的系數(shù)，因為此齒輪對稱配置，故 =1.158 按齒面接觸疲勞強度校核其校核公式如下： o = 2.5Z ￡ [s ] （2.4） H E H 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表 11-1 常用的齒輪材料及其力學(xué)性能得接觸疲勞極限與彎曲疲勞極限如下： sH lim = 1200MPa sFE = 720MPa 依據(jù)材料類型查表選擇系數(shù)并計算許用應(yīng)力： H a [s ] = sH lim = 1200 = 1200MP SH 1 由于齒輪材料為40Cr ，屬于鍛鋼類，其彈性影響系數(shù) 查機械設(shè)計教p201 相關(guān)表格得 設(shè)齒輪的功率為 Pw  1 ZE = 189.8MP 2 a ，流量為Q ， 工作壓力為p 又由公式  Pw = p ′ Q  （2.5） 帶入數(shù)據(jù)計算得： P = 10 ′106 P ′ 25′10-6 ′ 1800 r min = 7.5kw w a 60s 根據(jù)設(shè)計要求確定轉(zhuǎn)速： n=1800r/min 齒輪圓周速度公式： 代入數(shù)據(jù)計算得： V = pdn 60 ′1000 V = 3.14 ′ 48′1800 = 4.5 m 60′1000 s （2.6） 查找機械設(shè)計基礎(chǔ)教材表 11-2 齒輪傳動精度等級的選擇及應(yīng)用，可以看出 之前選擇的 7 級制造精度是完全符合設(shè)計要求的。計算轉(zhuǎn)矩： 代入數(shù)據(jù)計算得： T = 9.55′106 ′ Pw n （2.7） T = 9.55′106 ′ Pw = 9.55′106 ′ n 7.5 1800 = 4.0 ′104 ( N × mm) 齒寬系數(shù)：  fd = b = 20 = 0.42 mm 載荷系數(shù)： d 48 K = KAKV Ka Kb = 1.25′1.1′1′1.158 = 1.592 以上參數(shù)確定之后帶入強度校核公式得如下： sH = 2.5ZE o = = ′ （2.8） = H 2.5ZE 2.5 189.8 1111.2MPa 就有 sH < [sH ] = 1200MPa 齒輪的齒面接觸疲勞強度符合要求。 2.2.2 彎曲疲勞強度校核 由校核公式：  o = 2KT1YFaYSa ￡ [s ] 1 F fdm3 z2 F  （2.9） 經(jīng)查找相關(guān)資料，上式各參數(shù)選取如下： 齒形系數(shù)： YFa =3.65 齒根修正系數(shù)： YSa =1.48 所以許用彎曲應(yīng)力的計算如下： [s ] = sFE = 720 = 450MP F 而由公式（2.5）得： SF 1.6 1 a o = 2KT1YFaYSa F fdm3 z2 2′1.592′ 4.0 ′104 ′ 3.65′1.48 = = 0.42′ 43 ′122 177MPa 所以 sF < [sF ] = 450MPa 齒輪的齒根彎曲疲勞強度符合要求綜上可知齒輪合格。 第 3 章 軸的設(shè)計及校核 3.1 齒輪泵的徑向力的分析 外嚙合齒輪泵工作時，液壓力和齒輪嚙合力共同構(gòu)成了作用在齒輪軸頸及軸承上的徑向力。 1. 液壓力是泵內(nèi)液體在齒輪圓周方向上所衍生的徑向力F 油液體壓力沿齒頂圓周的分布形式?jīng)Q定了它的大小和方向，吸油腔區(qū)段（其夾角 φ）受壓力 p 的作用，壓油腔區(qū)段（其夾角為）受壓力p 的作用，吸壓油腔之間的過渡段（其夾角為 φ1~φ2）所受的壓力是變化的（由 p1 升至 p2）。為簡化計算，可近似認為吸壓油腔間的過渡段，承受沿齒輪圓周線性分布壓力，如下圖所示。 圖 3.1 齒輪圓周壓力的近似分布曲線 在進行設(shè)計計算時，齒輪承載的總的液壓力 FP 便可按下列近似公式設(shè)計： FP = 6.5DpbDe (N ) (3.1) 由于液壓力同時作用在主動齒輪上和從動齒輪上，并產(chǎn)生了相同大小和方向的徑向力 2. 嚙合力是指兩齒輪嚙合是，由彼此在嚙合點的相互作用而產(chǎn)生的徑力 FT 。齒輪泵工作時在主動輪上產(chǎn)生的嚙合力，其方向與作用在主動齒輪上的液壓 力方向相反，可抵消一部分液壓力；作用在從動齒輪上的嚙合力，其方向與作用 在從動輪上的液壓力方向相同，增大了徑向力。由于齒輪泵在工作過程中，嚙合點的位置在節(jié)點附近來回變動，所以嚙合力也是變化的。 在設(shè)計計算過程中，齒輪軸頸承載的徑向力 F（包括液壓力和嚙合力），則以下面的公式進行設(shè)計計算： F主 = 7.5DpbDe ( N ) F從 = 8.5DpbDe ( N ) (3.2) (3.3) 既然齒輪泵工作過程中會對齒輪產(chǎn)生不可忽視的徑向力，那么徑向力的縮小和增強齒輪軸軸頸及軸承承載載能力的方法又變得極其重要，因為這種齒輪泵的徑向力很大，當(dāng)然作用在齒輪軸軸頸及軸承上的負載也不小，這嚴重影響了齒輪泵的工作效率和使用壽命，要想改善產(chǎn)品，這 2 點變得極其重要，當(dāng)然這也是研究齒輪泵最主要難點之一。也體現(xiàn)了齒輪泵設(shè)計的核心技術(shù)，經(jīng)過本人查找相關(guān)齒輪泵的設(shè)計資料及與老師的交流就解決齒輪軸軸頸及軸承的負載問題，我覺得可以從以下幾個點進行探索： 1. 減小徑向力：齒輪泵的徑向力的大小是必須首先考慮到的，徑向力如何減小一直是從事高壓齒輪泵研制的科技人員的研究重點，因為齒輪泵中有多零件的壽命都與承載力有著必然的聯(lián)系，例如軸承效率和壽命與負載的 10/3（為滾針軸承；滾珠軸承為 3 次方成反比，這足以說明，若軸承負載減小 30%。軸承的壽命可延長 3 倍。通過查閱相關(guān)資料，我認為減小徑向力有如下方法： （1） 齒寬 b 與齒頂圓直徑 D 的選擇要慎重，因為這直接關(guān)系到力在齒輪上的分布，不能出現(xiàn)不合理的較大的應(yīng)力集中和載荷分布不均勻的現(xiàn)象。 （2） 壓油口的面積盡量減小，使保證壓力油只作用在一個齒到兩個齒的空間內(nèi)，這樣壓力油與齒輪上的有效作用面積減小，這液壓油產(chǎn)生的徑向力就不會太大。 （3） 開平衡壓力槽，這種槽是用來承受多余的不均勻的過載壓力，此種方可以使作用在軸承上的徑向力大幅度降低，提高軸承工作效率及使用壽命。與此同 時這種方法必然會使泵的內(nèi)泄漏增加，導(dǎo)致較低的容積效率，所以這種方法用的不多。 2. 改進齒輪軸的材料及熱處理性能：因為不同的材料其抗磨損，抗點蝕，抗塑性變形，抗膠合能力有著很大的區(qū)別，則可以選擇適應(yīng)工作條件的軸材料，或者通過熱處理或化學(xué)熱處理的方式改變其力學(xué)性能及提高材料的硬度，來滿足其工作條件。 3.2 軸的設(shè)計與校核 3.2.1 估算最小軸頸 根據(jù)齒輪泵的軸設(shè)計要求其加工精度高，并且此設(shè)計的中高壓齒輪泵的材料其強度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強的抗腐蝕的能力， 經(jīng)查閱相關(guān)資料確定其材料選擇 40Cr,并且調(diào)質(zhì)后表面淬火，一方面因為這種材料的的硬度可達到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計的要求，其次因為與軸相配合的齒輪的材料也是，防止后面設(shè)計需要考慮使用齒輪軸整體所帶來材料的不一致而帶來的麻煩，麻煩就是如果材料選的不同，但最終需要使用齒輪軸加工，那么所有的計算和強度校核都是徒勞的！ 首先要根據(jù)齒輪泵的設(shè)計要求，大致確定其軸上有哪些零件的裝配，經(jīng)過整體考慮確定軸上的裝配零件有齒輪，軸承，擋油環(huán)，軸套，密封圈，填料，填料端蓋，緊定螺母等，首先考慮其軸在工作過程中可能受到的到的作用力，根據(jù)所受的最大力來分析設(shè)計計算軸的最小直徑。由齒輪軸的所受的液壓力分析可知從動輪徑向力較大，則以此為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計計算： Fr = 0.85DpBDe = 0.85′10Mpa ′ 20mm ′ 58.32mm = 9.9KN 根據(jù)最小軸徑計算公式： d 3 A  (3.4) min 0 已知軸的材料40Cr ，查表得 A0 = 97 : 112 所以就有： P 7.5 dmin = A0 3 = (97 : 112) 3 = 15.6 : 18.02 mm n 1800 考慮到該軸可能會有有 2 個鍵槽，故應(yīng)將軸頸增大 15%，所以 dmin =(15.6 :18.02)′1.15 =18 : 21mm 初步估算 dmin = 20mm 最小軸頸已經(jīng)估算出，由于軸上需要裝配不同的零件，這需要設(shè)計成階梯的形式，綜合各方面考慮初步設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖如下：的 圖 3.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖 因為各軸斷所需的直徑與相應(yīng)軸斷上所受的載荷相關(guān)，確定各軸斷盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑，安裝標(biāo)準(zhǔn)零件，比如與滾動軸承，密封圈相配合的軸頸及軸段，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。并且盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或者調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各個零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器相配合的軸段長度一般比相配合的輪轂短 2mm。軸是齒輪泵設(shè)計的關(guān)鍵之處，它的強度是保證齒輪泵是否正常工作的重要保證，首先要合理布置軸上零 件減小軸的載荷，改進軸的結(jié)構(gòu)已減少應(yīng)力集中的影響。當(dāng)軸與齒輪轂過盈配合時，配合邊緣處會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，決定在軸上開卸載槽，并加大配合的軸頸，為了確保軸的強度滿足工作需要，現(xiàn)在決定將軸的表面進行強化處理，此處采用調(diào)質(zhì)淬火處理。進CAD 精確制圖 3.3 和圖 3.4： 主動軸： 圖 3.3 主動齒輪軸零件圖 從動軸: 圖 3.4 從動齒輪軸零件圖 3.2.2 軸的彎扭合成強度校核 按彎扭合成強度校核，得首先做出軸的受力計算簡力圖 3.4 如下： 圖 3.5 軸的受力簡力圖 水平面：  F 2T 2 ′ 4.0 ′104 FHA = FHB = t = ?1 = = 833N 2 2d1 2 ′ 28 垂直面：  Fa = 0 N F = F = 9.9 = 4.95 KN VA VB 2 根據(jù)以上計算結(jié)果做出軸的彎矩圖： 圖 3.6 軸的受力彎矩圖 水平面彎矩： M = M = F L = 833′ 28.5 = 2.4′104 N × mm = 24N × m HA HB HA 垂直面彎矩： MVA = MVB = FVA L = 4.95KN ′ 28.5mm = 138.6N × m 總彎矩：  M1 = M 2 =  = 140N × m 計算出軸的扭矩： T = 9.55′106 P = 4.0′104 N.mm = 40N.m n 由上可知安裝齒輪軸的截面為危險截面，則以下對危險截面進行強度校核： 危險截面的當(dāng)量彎矩計算公式 M e = （3.5） 其中a 是根據(jù)彎矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)，此設(shè)計其軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力，則折合系數(shù)a =0.6 代入公式 3.5 得： M e = = 計算彎扭合成強度公式為： = 142 N × m o = Me （3.6） ca W 所以帶入數(shù)據(jù)，計算結(jié)果為： M  142000 sca = ?e = = = 64.69MPa W 0.1d 3 0.1′ 283 按其校核公式可知： sca ￡ [s -1 ]  （3.7） 查表得40Cr 的許用彎曲應(yīng)力： [s -1 ] = 70MPa 滿足上式，故軸的強度符合安全要求 3.2.3 軸的剛度校核 按彎曲剛度校核：軸在載荷作用下，將會產(chǎn)生彎曲或者扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐募捌鋺?yīng)有的性能。對于工作中的的齒輪泵會受到受到很大的液壓力，對軸的剛度是有要求的，因此必須進行剛度的校核計算。 軸的彎曲剛度條件為： 撓度 y ￡ [ y] 偏轉(zhuǎn)角 q ￡ [q ] 查機械設(shè)計手冊之軸的撓度及偏轉(zhuǎn)角計算公式為： Mlx é ? b ?2 ? x ?2 ù y = 6′104 ′ d 4 ê1- 3? l ÷ - ? l ÷ ú （3.8） v ê? è ? è ? ú? Ml é ? a ?2 ù q = 6 ′104 ′ d 4 ê1- 3? l ÷ ú （3.9） 有公式 3.8 和 3.9 得計算結(jié)果為： v ê? è ? ú? y = 0.0989 q = 0.00118 查《機械設(shè)計》之表-軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角： 安裝齒輪的軸允許撓度： [ y] = (0.01 : 0.03) mn = 0.04 : 0.12 mm 安裝齒輪軸處的截面允許偏轉(zhuǎn)角： [q ] = 0.001 : 0.002 rad 由上可知  y ￡ [ y] q ￡ [q ] 所以軸的剛度符合安全要求。 第 4 章 齒輪泵其余部件設(shè)計或選擇、分析及校核 4.1 密封設(shè)計 密封設(shè)計是解決所有機械設(shè)備，零件等所有對密封要求較高的設(shè)備其泄漏問題的有效措施之一。當(dāng)齒輪泵的液壓密封不好時，不僅會影響齒輪泵的工作效率， 影響齒輪泵的壽命。當(dāng)泄露嚴重時會因為泄露造成環(huán)境的污染。該泵軸端密封設(shè)計可以有多種方法，可以是機械密封，也可以是填料密封等，可根據(jù)具體的使用條件和工作環(huán)境要求來選擇。這里采用浮動軸套式的的補償裝置來保證軸向間隙的密封和填料密封 2 種方式，并且配有填料端蓋。 由于我所設(shè)計的齒輪泵是高壓齒輪泵，存在著較大的油泄露，和徑向力不平衡，故很難保證有 10mpa 的壓力，所以在設(shè)計過程中要采取一定的措施來保證高壓齒輪泵的穩(wěn)定工作，在有油泄露的齒輪斷面間隙處，采用自動補償裝置--浮動軸套式：它的工作原理是將泵進出口處的的壓力油，引入齒輪軸上的浮動軸套外的容腔內(nèi)，在液體有的壓力下，是軸套緊貼齒輪的側(cè)面，因此可以消除間隙并可補償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵工作時，靠著彈簧來產(chǎn)生預(yù)緊力可以保證軸向間隙的密封。這種泵的工作壓力可以達到 15mpa。另外還有浮動側(cè)板式和撓性側(cè)板式等方式可以通過緊貼齒輪的端面來補償間隙。 4.2 泵體與泵蓋壁厚的選擇及校核 參照相關(guān)設(shè)計資料，選擇本體的材料為高強度灰鑄鐵 HT200，查找機械設(shè)計及工程材料可知其強度極限sb =300MPa, 由材料力學(xué)相關(guān)知識可知，對于鑄鐵 等脆性材料，由于沒有屈服點，破壞時無明顯變形，則要求應(yīng)力不超過其抗拉強度初選的壁厚參數(shù)是效仿市場上成熟的齒輪泵產(chǎn)品的，當(dāng)然不一定完全符合此次設(shè)計的強度要求，同時泵體泵蓋本身有一定的強度，剛度硬度。通過經(jīng)驗可以將材料的破壞應(yīng)力除以系數(shù)n，這個系數(shù)是大于一的，此數(shù)的范圍可規(guī)定為 2.1~3.8， 在此種設(shè)計條件下，n=3 則許用拉應(yīng)力為 [s ] = sb n （4.1） 根據(jù)公式 4.1 得許用拉應(yīng)力為 100MPa，而泵體的抗拉抗壓強度可以按照壁 厚 29mm 粗略估算出其拉伸應(yīng)力，計算公式如下： 0.4R2 +1.3R2 o = ?e y p y e R2 - R2 s (4.2) 式中Ry—本體的外半徑 mm Re—齒頂圓半徑 mm Ps—泵體的實驗壓力MPa 泵踢得實驗壓力一般為所設(shè)計齒輪泵額定壓力的壓力的 2 倍，及 20MPa。代入數(shù)據(jù)后可得Ry 等于 56.2678mm，泵體滿足材料的要求.由于加工工藝及 裝配的需要取 Ry=58mm。有材料力學(xué)相關(guān)知識，可以把泵體分成無數(shù)個微小體積，每個理想的單位體積都承受雙向應(yīng)力作用。則力學(xué)分析如下： F = PA1 = 10 ′106 ′ (152.8′10-3 ′ 77 ′10-3 ) = 117656 N 2 A ? 20 ′ (p ′ 81.8 + 2 ′ 71) = 5985mm2 ? 6 ′10-3 m2 o = F = 117656 = 19.6MPa < s max = 300 = 100MPa A 6 ′10-3 n 3 所以壁厚 29mm 符合要求。 根據(jù)以上設(shè)計數(shù)據(jù)CAD 制圖如下： 左泵蓋： 圖 4.1 左泵蓋零件圖 圖 4.2 泵零體件圖 圖 4.3 右泵蓋零件圖 4.3 軸承的選擇及校核 對于齒輪泵的軸承的選擇我查閱了很多相關(guān)資料，到底是選擇滑動軸承，還是滾動軸承這個問題確實很糾結(jié)，后來通過比較發(fā)現(xiàn)，滑動軸承的優(yōu)點是受沖擊載荷的能力較高，極限轉(zhuǎn)速較高，壽命較長，運行平穩(wěn)，噪聲低。而性價比較高的滾動軸承當(dāng)然也有很多優(yōu)點，它啟動轉(zhuǎn)矩小，摩擦阻力較小，功率消耗較少， 潤滑方便，易于互換。綜合比較后還是選擇性價比較高的滾動軸承一大類，并且滾動軸承的選擇范圍較廣。后由進行資料查詢，分析各種類別的滾動軸承的適用場合，最終考慮選用滾針軸承，因為在同樣的條件下，與其他類型的軸承相比， 其外徑最小，內(nèi)外圈可以分離，工作時允許內(nèi)外圈有少量的軸向錯動，更重要的是有較大的軸向承載能力，這對于設(shè)計的中高壓外嚙合齒輪泵在工作中說承受的液壓力是很好的承載支撐。此外嚙合齒輪泵的在工作時受到很大的液壓力，并且從動輪受到較大的徑向力公式： Fr = 0.85DpBDe (4.3) 由公式 4.3 得  Fr = 0.85′10Mpa ′ 20mm ′ 58.32mm = 9.9KN 初選軸承為滾針軸承，承載能力大，徑向齒輪小并考慮到安裝軸承的軸頸為 dmin = 25mm 查機械設(shè)計手冊向心滾針和保持組架（摘自JB/T 7918-1997）選取 K 型：K 25×29×17 其基本額定載荷 Cr=14.5KN Cr>Fr 并且軸承的極限轉(zhuǎn)速完全符合齒輪泵的設(shè)計轉(zhuǎn)速，綜上可述軸承符合要求 4.4 齒輪泵進出油口設(shè)計計算 基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點，工作原理及目前市場上外嚙合齒輪泵的成熟 產(chǎn)品的應(yīng)用，并且查閱外嚙合齒輪泵研發(fā)及售后維修方面的相關(guān)文獻資料，互聯(lián)網(wǎng)資料等，得知齒輪泵的進油口流速一般取為 2-4m/s，出油口流速一般推薦為 3-6m/s。最重要的是和我的設(shè)計指導(dǎo)導(dǎo)師汪世益教授的交流及給我提出的建議， 結(jié)合設(shè)計任務(wù)書的要求，本設(shè)計進油口的設(shè)計流速選取 3m/s ，出油口設(shè)計流速選取 5m/s 。 由齒輪泵的進出口流速公式： v = 由公式 4.4 計算得出： Q 60 × S = Vn 60 × S ′10-2 （4.4） v = 25′1800 ′10-2 m 60 × S s S = Vn 60 × v  ′10-2 cm2  （4.5） 所以進口面積： S1 =  Vn 60 × v  ′10-2 cm2 = 25′1800 ′10-2 cm2 = 2.5cm2 60 × 3 出口面積：  S2 =  Vn 60 × v  ′10-2 cm2 = 25′1800 ′10-2 cm2 = 1.5cm2 60 × 5 可得進油口半徑：  R1 = = = 8mm 出油口半徑：  R1 = = = 7mm 所以在泵體上開出直徑分別為 16mm 和 14mm 的圓孔即可。 4.5 鍵的選擇與校核 鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，綜合考慮選用普通平鍵，其鍵的選擇是按軸頸進行選擇的，首先要分析安裝主動輪的軸是否需要鍵: 考慮齒根圓至鍵槽底部的距離： 若 X ￡ (2 : 2.5) mn = 8 : 10mm 則用齒輪軸,若不符合上述關(guān)系則齒輪考慮用普通 平鍵鏈接，分析計算可得 X = 6.16 - t ,先假設(shè)有鍵，則根據(jù)軸直徑f 23mm 選擇鍵 的 型 號 為 ： 鍵 b ′ h = 8′ 7 L=18mm 。 并 且 查 表 可 知 t=4.0mm 。 所 以 X = 6.16 - t = 2.16mm 則用齒輪軸。但靠近軸的末端其軸段f 20mm 的軸段還是需要一個鍵與傳動齒輪或者聯(lián)軸器相連。 以下是安裝鍵的鍵槽剖面圖： 圖 4.4 齒輪軸鍵槽剖面圖 4.6 連接螺栓的選擇與校核 此設(shè)計的嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)為前泵蓋，泵體和后泵蓋三部分組成，所以 3 部分的連接是需要螺栓的。首先選定螺栓的數(shù)目和布置形式，數(shù)目為六個，并且繞著泵體周向均勻?qū)ΨQ布置，為了較好的使泵蓋與泵體定位準(zhǔn)確，現(xiàn)采用圓柱銷連接，采用的數(shù)目有兩個，沿著泵體的外圈斜對角布置。這樣不但便于加工制造， 而且使組的螺栓的對稱中心和連接結(jié)合面的形心重合，從而保證連接結(jié)合面受力比較均勻。螺栓組的設(shè)計除了考慮以上幾點外，還包括根據(jù)連接的工作條件合理的選擇螺栓組的防松裝置。 下面進行螺栓組的受力分析：齒輪泵內(nèi)安裝有“8”字形浮動軸套，其分析所承受的軸向力公式如下： F = PS 將數(shù)據(jù)帶入公式 4.6 得出計算結(jié)果： F = PS = 10 ′106 ′ 2p ′ ( 58.32 )2 = 4.8′104 N 2 采用 6 個螺釘連接，則每個螺釘受力為 F ￠ = F / 6 = 8.07KN （4.6） 根據(jù)公式 o = F ￠ / A = 8.07 ￡ [s ] pR 2 R 3 = = 2.41mm （4.7） 所以直徑大于 5mm，查相關(guān)國標(biāo)手冊取螺栓為 M10. 并且根據(jù)齒能泵的整體裝配，選取螺栓數(shù)目為 6 個，并且沿著泵的整體周向均勻裝配。 螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 4.5 螺栓結(jié)構(gòu)示意圖 第 5 章 總裝配圖 裝配圖是表達設(shè)計思想及技術(shù)交流的工具，是指導(dǎo)生產(chǎn)的基本技術(shù)文件。無論是在設(shè)計機器還是測繪機器時必須畫出裝配圖。 裝配圖表達了機器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計構(gòu)思,部件的工作原理和裝配關(guān)系，也表達出各零件的相互位置、尺寸及結(jié)構(gòu)形狀。它是繪制零件圖，進行部件裝配、調(diào)試及維護的技術(shù)依據(jù)。設(shè)計裝配工作圖時要綜合考慮工作要求、材料、強度、剛度、磨損、加工、裝拆、調(diào)整、潤滑和維護等多方面因素