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1、蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于ＵＧ對(duì)齒輪式機(jī)油泵的三維造型及工程圖 摘要： 介紹齒輪式機(jī)油泵零件的造型分析。主要通過(guò)對(duì)齒輪機(jī)油泵ＵＧ的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)的一般方法與步驟的介紹，掌握使用ＵＧ軟件進(jìn)行機(jī)油泵零件造型的設(shè)計(jì)方法和工程圖的繪制方法。 關(guān)鍵詞：齒輪式；機(jī)油泵；造型設(shè)計(jì)；工程圖 Abstract This article introduces the modeling analysis of the metering oil pump. Master the UG software through the counter gear on p

2、ump the parameterization modeling design general method and the step introduction ,thus to grasp the design method of the metering oil pump body components modeling and the engineering drawing with the UG software. Keywords: gear type; oil pump; modeling design; engineering drawing 第一章

3、 緒論 1.1節(jié) 機(jī)油泵的分類 外嚙合齒輪式機(jī)油泵，內(nèi)嚙合齒輪式機(jī)油泵，內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵 1.2節(jié) 齒輪泵的工作原理 一對(duì)相互嚙合的齒輪和泵缸把吸入腔和排出腔隔開(kāi)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，吸入腔側(cè)輪齒相互脫開(kāi)處的齒間容積逐漸增大，壓力降低，液體在壓差作用下進(jìn)入齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)個(gè)齒間的液體被帶至排出腔。這時(shí)排出腔側(cè)輪齒嚙合處的齒間容積逐漸縮小，而將液體排出。齒輪泵適用于輸送不含固體顆粒、無(wú)腐蝕性、粘度范圍較大的潤(rùn)滑性液體。泵的流量可至300米3/時(shí)，壓力可達(dá)3×107帕。它通常用作液壓泵和輸送各類油品。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,制造容易,維護(hù)方便，有自吸能力，但流量、壓力脈動(dòng)較

4、大且噪聲大。齒輪泵必須配帶安全閥，以防止由于某種原因如排出管堵塞使泵的出口壓力超過(guò)容許值而損壞泵或原動(dòng)機(jī) 第二章 機(jī)油泵的造型設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)油泵的總體分析 2.1.1 構(gòu)成零件如下圖所示： 序號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 備注 1 主動(dòng)軸 1 45 2 泵體 1 HT150 3 主動(dòng)齒輪 1 45 m=3,z=11 4 泵蓋 1 HT150 5 銷GB/T119.1 1 4m6*12 6 從動(dòng)齒輪 1 45 m=3,z=11 7 從動(dòng)軸 1 45 8 螺栓GB/T5783 4

5、 M6*20 9 墊圈GB/T93 4 6 10 墊片 1 橡膠 11 螺釘 1 35 M10*1 12 螺母GB/T6171 1 M10*1 13 墊圈 1 皮革 14 彈簧 1 65Mn 15 鋼球 1 Gcr6 Φ8 16 墊片 1 皮革 17 管接頭 1 H62 2.1.2 結(jié)構(gòu)說(shuō)明 齒輪油泵為輸送潤(rùn)滑油的部件，主要有齒輪，齒輪軸，泵蓋，泵體及其附件組成，泵體，泵蓋及齒輪是齒輪油泵的主要零件，就泵體而言，其內(nèi)腔為一個(gè)主動(dòng)齒輪和一個(gè)從動(dòng)齒輪，同時(shí)有兩個(gè)齒輪軸進(jìn)行傳動(dòng)。泵蓋與泵體間用

6、螺栓螺母進(jìn)行固定，采用墊片進(jìn)行密封，本造型設(shè)計(jì)采用自底而上的設(shè)計(jì)方法，即先對(duì)齒輪油泵的各個(gè)構(gòu)成零部件進(jìn)行建模，然后再將個(gè)零部件進(jìn)行裝配成齒輪油泵模型。 2.2 泵蓋的三維造型 設(shè)計(jì)思路： 齒輪式機(jī)油泵蓋的總體比較簡(jiǎn)單，為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在成型操作中，模型的總體框架，運(yùn)用了對(duì)草圖的“回轉(zhuǎn)”和“拉伸”命令; 對(duì)其中的螺孔應(yīng)用了“孔”和“拉伸”命令; 泵蓋上的圓角，倒角運(yùn)用了UG中的“邊倒圓”命令，一步成型。 操作步驟： 1，選擇“文件”|“新建”命令新建文件benggai.prt，其單位為mm 2，選擇“起始”|“建?！泵?，進(jìn)入建模模式 3，單擊“成型特征”工具欄上的“草圖

7、”按鈕，選擇“草圖”工具欄上的，以x-y面作為草圖的繪制平面。進(jìn)入草圖繪制環(huán)境下，繪制草圖。如圖所示 4，繪制完草圖，單擊“草圖”工具欄中的“完成草圖”按鈕，返回到建模環(huán)境下。 5，選擇“插入”|“設(shè)計(jì)特征”|“拉伸”命令，彈出“拉伸”對(duì)話框，并設(shè)置參數(shù)如圖所示。單擊“確定”按鈕，可生成油泵泵蓋的底座。 6,單擊“成型特征”工具欄上的草圖按鈕，選擇垂直于底座的面YC-XC 為草圖的繪制平面，進(jìn)入草圖繪制環(huán)境下，繪制如圖所示的草圖。繪制完成后，單擊“草圖”工具欄中的“完成草圖”按鈕，返回建模環(huán)境 7，拉伸剛繪制好的草圖，設(shè)置參數(shù)如圖，單擊“拉伸”對(duì)話框中的“確定” 按鈕

8、，完成如圖所示的模型 8，單擊草圖按鈕，選擇中心平面，對(duì)其偏置30mm，以它為基準(zhǔn)面，作20*20的矩形，如圖所示，單擊完成草圖，回到建模環(huán)境 9，單擊拉伸按鈕，對(duì)矩形進(jìn)行拉伸，設(shè)置參數(shù)如圖，生成所示圖樣。 10，對(duì)泵蓋進(jìn)行邊倒圓處理，參數(shù)如圖所示，最后圖形如圖 11，選擇泵蓋底座為基準(zhǔn)面，選擇“插入”|“設(shè)計(jì)特征”|“孔”命令，彈出“孔”對(duì)話框，在對(duì)話框的“類型”欄中選擇簡(jiǎn)單，參數(shù)如圖所示，系統(tǒng)提示選擇孔的放置面。 12，選擇孔的放置面，如圖所示，選擇水平，定位參數(shù)如圖 12,單擊對(duì)話框中的“確定”按鈕，即可完成對(duì)孔的創(chuàng)建，如圖所示

9、 13,對(duì)泵蓋中央孔的處理，選擇靜態(tài)線框按鈕，以偏置面XC-YC為基準(zhǔn)面，做草圖，如圖所示 14，完成草圖，返回建模環(huán)境，點(diǎn)擊拉伸按鈕，設(shè)置參數(shù)如圖，點(diǎn)擊確定，得到所示圖樣。 15，以XC-YC為基準(zhǔn)面，選擇草圖命令，建立草圖如下圖所示 16，單擊“成型特征”工具欄上的“回轉(zhuǎn)”按鈕，彈出“回轉(zhuǎn)”對(duì)話框，選擇草圖如圖所示，以Y軸為回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置回轉(zhuǎn)參數(shù)如圖所示，得到所需圖樣 小結(jié)： 泵蓋的造型設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了成型特征中的“拉伸”，“回轉(zhuǎn)”，“孔”，“邊倒圓”命令，其中對(duì)于基準(zhǔn)面的選擇，基準(zhǔn)軸的確定，需要進(jìn)行計(jì)算，使用“靜態(tài)線框”命令，使得視圖更加清晰。 2.

10、3泵體的三維造型 設(shè)計(jì)思路： 泵體零件的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，其表面的孔和凸起較多，內(nèi)部常有空腔，其底座上一般都有安裝孔，此造型設(shè)計(jì)主要對(duì)草圖進(jìn)行“拉伸”或“回轉(zhuǎn)”，創(chuàng)建零件的主體部分，用拉伸中的“求差”命令，來(lái)創(chuàng)建泵體的空腔部分。 1,啟動(dòng)UG程序，新建一個(gè)名為泵體的部件文件，其單位為mm 2，單擊“起始”|“建?！泵?，進(jìn)入建模模式 3，單擊“草圖”按鈕，在系統(tǒng)彈出的“草圖平面選擇”工具條中選擇圖標(biāo)以x-z平面為基準(zhǔn)平面。繪制泵體的草圖，具體如圖 4,單擊“完成草圖”按鈕返回建模模式。 5，單擊“成型特征”工具欄上的圖標(biāo)，彈出“拉伸”對(duì)話框，選擇

11、需拉伸的草圖并設(shè)置參數(shù)，如圖所示，單擊“確定”按鈕，可生成所需實(shí)體。 6，對(duì)底座三個(gè)孔進(jìn)行拉伸，以為基準(zhǔn)面進(jìn)行操作，作草圖如下，拉伸后如圖所示 7,選擇XC-YC為基準(zhǔn)面，作墊片草圖，如下圖所示 8，以XC-YC面為基準(zhǔn)面，進(jìn)行偏置，參數(shù)如圖所示，在基準(zhǔn)面作出草圖，如下圖 9，在新的基準(zhǔn)面上，作出草圖如下 10.,單擊拉伸，設(shè)置參數(shù)如圖，得到所示圖樣 11，對(duì)泵體作如下處理，參數(shù)如圖，效果如下圖所示 12，以XC-YC為基準(zhǔn)面，作三角支撐板草圖，如圖所示，拉伸參數(shù)如下圖，生成圖樣 13,以XC-YC

12、為基準(zhǔn)面作草圖，如下圖所示，點(diǎn)擊靜態(tài)線框按鈕，進(jìn)行拉伸，設(shè)置參數(shù)如圖，拉伸后得到所示圖樣 14，以泵體后表面為基準(zhǔn)面，做草圖如圖所示。生成圖示 15，對(duì)外圓進(jìn)行拉伸，參數(shù)如下圖，得到所示圖樣，選擇靜態(tài)線框命令，點(diǎn)擊拉伸，設(shè)置參數(shù)如下圖，進(jìn)行拉伸 15,對(duì)孔進(jìn)行螺紋處理，參數(shù)如圖，結(jié)果如圖 小結(jié)： 創(chuàng)建此類零件常用命令有“回轉(zhuǎn)”，“拉伸”，“孔”，“螺紋”等，主要是通過(guò)對(duì)草圖的各種成型操作來(lái)完成。 2.4 齒輪的造型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路： 齒輪一般為盤狀，對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)，主體部分結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)

13、“拉伸”，“孔”等命令即可直接創(chuàng)建，但齒槽的創(chuàng)建比較復(fù)雜，需設(shè)計(jì)輪廓線，所以必須先推算出輪廓線的計(jì)算公式，再通過(guò)UG提供的“表達(dá)式”命令輸入計(jì)算公式，方可在“規(guī)律曲線”命令中直接調(diào)用，創(chuàng)建給定的曲線。 設(shè)計(jì)步驟： 2.4.1，表達(dá)式的推導(dǎo) 已知圓的直徑D，畫漸開(kāi)線的方法如圖 　　(1）將圓周分成若干等分（圖中為12等分），將周長(zhǎng)πD作相同等分； 　　(2）過(guò)周長(zhǎng)上各等分點(diǎn)作圓的切線； 　　(3）在第一條切線上，自切點(diǎn)起量取周長(zhǎng)的一個(gè)等分（πD/12）得點(diǎn)1；在第二條切線上，自切點(diǎn)起量取周長(zhǎng)的兩個(gè)等分（2xπD/12）得點(diǎn)2；依此類推得點(diǎn)3、4、……、12； 　　(4）用曲線板

14、光滑連接點(diǎn)1、2、3、……、12；即得圓的漸開(kāi)線。 ?? 漸開(kāi)線畫法 將一個(gè)圓軸固定在一個(gè)平面上，軸上纏線，拉緊一個(gè)線頭，讓該線繞圓軸運(yùn)動(dòng)且始終與圓軸相切，那么線上一個(gè)定點(diǎn)在該平面上的軌跡就是漸開(kāi)線。 　　直線在圓上純滾動(dòng)時(shí)，直線上一點(diǎn)K的軌跡稱為該圓的漸開(kāi)線，該圓稱為漸開(kāi)線的基圓，直線稱為漸開(kāi)線的發(fā)生線。 漸開(kāi)線的形狀僅取決于基圓的大小，基圓越小，漸開(kāi)線越彎曲；基圓越大，漸開(kāi)線越平直；基圓為無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線為斜直線。漸開(kāi)線方程為： 　　x=r×cos(θ+α)+(θ+α)×r×sin(θ+α) 　　y=r×sin(θ+α)-(θ+α)×r×cos(θ+α) 　　z=0 　

15、　式中，r為基圓半徑；θ為展角，其單位為弧度 　　展角θ和壓力角α之間的關(guān)系稱為漸開(kāi)線函數(shù) 　　θ=inv(α)=tan(α)-α 式中，inv為漸開(kāi)線involute的縮寫 由以上過(guò)程可知，齒輪漸開(kāi)線的方程為：x=a(cost+t*sint) y=a(sint-t*cost) 其中a為基圓半徑，t為角度（弧度制） 2.4.2，設(shè)計(jì)步驟 1，查相關(guān)資料并計(jì)算齒輪的參數(shù)： 分度圓直徑=m*z=3.5*11=38.5 齒頂圓直徑=

16、3.5*（11+2）=45.5 齒根圓直徑=3.5*（11-2.5）=29.75 基圓直徑=38.5*cos20=36.18 分度圓齒槽角=360÷11÷2=16.36 2,以齒頂圓直徑繪制一圓，拉伸20厚。 3,建立表達(dá)式如下 其中a為漸開(kāi)線起始角度，b為終止角度，r為基圓半徑，t為系統(tǒng)變量可取0——1不等。u為弧度轉(zhuǎn)換。xt是變量x的函數(shù)表達(dá)式，yt是變量y的函數(shù)表達(dá)式。 4、插入曲線-規(guī)律曲線-【根據(jù)方程f(x):定義x、定義y；根據(jù)恒定值定義z，這里z坐標(biāo)的

17、變化規(guī)律為恒定值0（可根據(jù)情況任意確定）】，最后點(diǎn)確定。生成漸開(kāi)線如下圖： 2.5 主動(dòng)軸的造型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路： 軸是組成零件和機(jī)器的重要零件，一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件（如齒輪），都必須安裝在軸上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。在UG中，可通過(guò)創(chuàng)建草圖，運(yùn)用“回轉(zhuǎn)”命令即可完成軸的造型特征，最后對(duì)零件進(jìn)行必要的倒角操作。 設(shè)計(jì)步驟： 1. 啟動(dòng)UG程序，新建一個(gè)名為zhudongzhou.prt的部件文件，其單位為mm 2. 選擇“起始”|“建?！泵?，進(jìn)入建模狀態(tài) 3. 單擊“草圖”按鈕，系統(tǒng)彈出“草圖平面選擇工具條” 4. 單擊按鈕，以x-y面為草圖基準(zhǔn)面，進(jìn)

18、入草圖繪制模式，用直線命令繪制如圖所示的草圖 5. 單擊完成草圖按鈕，返回建模模式 6. 單擊回轉(zhuǎn)圖標(biāo)，在回轉(zhuǎn)對(duì)話框中設(shè)置參數(shù)，如圖所示，單擊確定，即可生成所需實(shí)體 7．，對(duì)水平面進(jìn)行偏置，參數(shù)如圖所示，以此為基準(zhǔn)面，繪制草圖，如下圖 8,點(diǎn)擊完成草圖按鈕，對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，參數(shù)如圖所示,得到主動(dòng)軸的三維造型。 9，選擇“插入”|“細(xì)節(jié)特征”|“倒斜角”命令，系統(tǒng)彈出“倒斜角”對(duì)話框。設(shè)置參數(shù)如圖所示，選擇所要倒角的邊。單擊“確定”按鈕即可生成所需的實(shí)體。 2.6 彈簧的造型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路： 在運(yùn)用UG設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，主要運(yùn)用

19、到“螺旋線”和“沿導(dǎo)引線掃掠”兩個(gè)命令。只要對(duì)端面結(jié)構(gòu)沿著指定的導(dǎo)引線進(jìn)行掃掠即可。 設(shè)計(jì)步驟： 1， 用“螺旋線”命令創(chuàng)建所需的螺旋導(dǎo)引線 2， 進(jìn)入到草圖設(shè)計(jì)環(huán)境下，在導(dǎo)引線的一段繪制出彈簧的截面曲線 3， 用“沿導(dǎo)引線掃掠”命令，對(duì)已畫好的彈簧截面沿著導(dǎo)引線掃描生成所需的彈簧結(jié)構(gòu) 4， 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要對(duì)彈簧進(jìn)行一定的處理 2.7 螺栓，螺母的造型設(shè)計(jì) 螺母的參數(shù)化設(shè)計(jì) 1， 查相關(guān)資料得到螺母（GB/T6171）的規(guī)格參數(shù)，如圖所示 2， 啟動(dòng)UG程序，新建一個(gè)名為螺母.prt的部件文件，其單位為mm 3， 選擇“起始|建模”命令，進(jìn)入建模模式 4，

20、 選擇“工具|表達(dá)式”命令，系統(tǒng)會(huì)彈出“表達(dá)式”對(duì)話框，建立相應(yīng)的表達(dá)式如圖所示 2.8 其他零件的造型設(shè)計(jì) 第三章 機(jī)油泵的裝配 3.1 機(jī)油泵的裝配結(jié)構(gòu)分析 由上文對(duì)機(jī)油泵的結(jié)構(gòu)分析可知，齒輪油泵主要有齒輪，齒輪軸，泵蓋，泵體及其附件組成，泵體，泵蓋及齒輪是齒輪油泵的主要零件，就泵體而言，其內(nèi)腔為一個(gè)主動(dòng)齒輪和一個(gè)從動(dòng)齒輪，同時(shí)有兩個(gè)齒輪軸進(jìn)行傳動(dòng)。泵蓋與泵體間用螺栓螺母進(jìn)行固定，采用墊片進(jìn)行密封，造型設(shè)計(jì)采用自底而上的設(shè)計(jì)方法，即先對(duì)齒輪油泵的各個(gè)構(gòu)成零部件進(jìn)行建模，然后再將個(gè)零部件進(jìn)行裝配成齒輪油泵模型。 3.2 機(jī)油泵

21、的裝配 1,啟動(dòng)UG程序，新建一個(gè)名稱為zhuangpeiti.prt的部分文件，其單位為mm 2，選擇“起始”|“建模”命令，進(jìn)入建模模式 3，選擇“裝配”|“組件”|“添加現(xiàn)有組件”命令，將零件部件2.prt，即泵體作為裝配父組件，坐標(biāo)為（0,0,0），如下圖所示 5， 選擇“添加現(xiàn)有組件”命令，單擊“選擇部件”按鈕，指定添加齒輪部分文件3.prt，定位選擇“配對(duì)”方式，單擊“確定”按鈕，彈出“配對(duì)條件”對(duì)話框。單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“中心”按鈕，選擇齒輪中心，和泵體左面孔中心，點(diǎn)擊確定，完成左側(cè)齒輪的裝配 ，右側(cè)亦然，效果如圖。 6，選擇“添加現(xiàn)有組件

22、”命令，單擊“選擇部件”按鈕，指定添加從動(dòng)軸部分文件7.prt，定位選擇“配對(duì)”方式，單擊“確定”按鈕，彈出“配對(duì)條件”對(duì)話框。單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“中心”按鈕，選擇從動(dòng)軸中心，和右側(cè)齒輪中心，點(diǎn)擊確定，完成從動(dòng)軸的裝配 6， 對(duì)主動(dòng)軸的裝配，選擇主動(dòng)軸部分文件1.prt，定位選擇“配對(duì)”方式，單擊“確定”按鈕，彈出“配對(duì)條件”對(duì)話框。單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“中心”按鈕，選擇主動(dòng)軸中心，和左側(cè)齒輪中心，點(diǎn)擊確定 7， 泵蓋墊片的裝配，選擇主動(dòng)軸部分文件1.prt，定位選擇“配對(duì)”方式，單擊“確定”按鈕，彈出“配對(duì)條件”對(duì)話框。單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“配對(duì)”按鈕，單擊確

23、定，完成對(duì)墊片的裝配。 8， 泵蓋的裝配，選擇主動(dòng)軸部分文件1.prt，定位選擇“配對(duì)”方式，單擊“確定”按鈕，彈出“配對(duì)條件”對(duì)話框。單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“中心”按鈕，選擇泵蓋右側(cè)螺孔，墊片右上螺孔，單擊確定，單擊“配對(duì)條件”對(duì)話框中的“距離”按鈕，完成泵蓋的裝配 9， 螺栓及墊片的裝配，選擇部件文件，配對(duì)條件為“中心”和“距離”，點(diǎn)擊確定，即可完成裝配，得到下圖所示圖樣。 10，泵蓋上墊圈，球體的裝配，選擇相對(duì)應(yīng)的部分文件，配對(duì)條件為“中心”和“距離”，點(diǎn)擊確定，結(jié)果如下圖所示。 10， 泵蓋螺釘，螺母的裝配，配對(duì)條件為“中心”和“距離”，螺釘?shù)难b配需要設(shè)置參數(shù)，如下圖，螺母的裝配，直接在裝配條件下，點(diǎn)擊確定，即可完成 11， 管接頭，墊片的裝配，同上，配對(duì)條件為“中心”和“距離”，完成如圖 第四章 機(jī)油泵的工程圖 4.1 工程圖分析 4.2 操作步驟 1，啟動(dòng)UG，打開(kāi)模型文件zhuangpeiti.prt，單擊“起始”選擇進(jìn)入“制圖”模塊，系統(tǒng)將彈出如圖所示的“插入圖紙頁(yè)”對(duì)話框,參數(shù)如圖所示 2，選擇菜單命令“插入”|“視圖”|“基本視圖”，并彈出“基本視圖”工具欄，選擇后視圖，單擊圖紙區(qū)域，則添加實(shí)體模型右視圖，再選擇俯視圖，則添加實(shí)體模型俯視圖 44