基于Solidworks的CB-B16齒輪泵的三維造型設(shè)計(jì)【說明書+SOLIDWORKS+仿真】
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CB-b16齒輪泵的主要參數(shù)
排量：16L/min 轉(zhuǎn)速：1450r/min
容積效率：≥90% 總效率：≥81%
驅(qū)動(dòng)功率：0.82kw 重量：4.5kg
齒輪的主要參數(shù)：
齒寬：B=27mm 齒數(shù)：Z=14
模數(shù)：m=2.5 壓力角：α=20°
轂類型：類型A 軸直徑：d=18mm
主動(dòng)軸長(zhǎng)：L1=110mm 從動(dòng)軸長(zhǎng)L2=66mm
鍵槽：方形 長(zhǎng)=16mm 寬=5mm 深=3.2mm
鍵高=10mm
內(nèi)六角螺栓：螺釘GB/T5783 M6×40
銷釘GB/T117 6×50
進(jìn)油口和出油口直徑：d=24mm
目 錄
摘要………………………………………………………………………2
一、引言…………………………………………………………………4
（一）本課題的意義和研究的必要性………………………………..4
（二）國(guó)內(nèi)外齒輪泵的發(fā)展和現(xiàn)狀…………………………………..4
（三）齒輪泵的主要研究?jī)?nèi)容和解決的問題……………………….6
（四）本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要解決的問題…………………………….7
二、齒輪泵的設(shè)計(jì)………………………………………………………8
（一）齒輪泵的概述………………………………………………....8
（二）齒輪泵的設(shè)計(jì)要求…………………………………………..8
（三）主要部件參數(shù)的確定……………………………………….11
三、齒輪的校核………………………………………………………13
四、軸的設(shè)計(jì)與校核…………………………………………………16
（一）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………16
（二）軸的強(qiáng)度校核………………………………………………17
五、齒輪泵的閉死容積和卸荷槽……………………………………23
（一）閉死容積…………………………………………………….23
（二）卸荷槽…………………………………………………….....23
（三）噪聲問題………………………………………………….....25
六、齒輪泵solidworks的三維建模…………………………………26
（一）solidworks三維建?！?...26
（二）裝配體…………………………………………………………35
（三）爆炸圖………………………………………………………...35
總 結(jié)…………………………………………………………...……..36
致 謝……………………………………………………………….....37
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….38
摘 要
SolidWorks是一款功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件，具有強(qiáng)大的參數(shù)化建模功能。在SolidWorks的標(biāo)準(zhǔn)菜單中包含了各種用于創(chuàng)建零件特征和基準(zhǔn)特征的命令。通過運(yùn)用這些特征造型技術(shù)可以很方便的設(shè)計(jì)出需要的實(shí)體特征。應(yīng)用SolidWorks軟件，可以建立出齒輪泵各個(gè)零部件的三維模型，進(jìn)行裝配后建立齒輪泵虛擬樣機(jī)。
參數(shù)化造型設(shè)計(jì)是SolidWorks軟件核心功能之一，包括曲面和實(shí)體造型以及基于特征的造型等。它提供尺寸驅(qū)動(dòng)的幾何變量，用交互式方法檢查模型變化的結(jié)果，其模型可智能化。參數(shù)化造型虛擬技術(shù)通過記錄幾何體間的所有依存關(guān)系，自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)者的意圖。
此設(shè)計(jì)中主要利用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks，建立了齒輪泵的虛擬樣機(jī)模型，并在此基礎(chǔ)上利用SolidWorks軟件對(duì)齒輪泵進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、基體受力分析等。建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出結(jié)果，其分析結(jié)果可指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或調(diào)整零件的材料。設(shè)計(jì)的更改可以反映到裝配模型中，再重新進(jìn)行分析，一旦確定優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)更改就可以直接反映到裝配模型中。此外還可以將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中以作出正確的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析。
關(guān)鍵詞: SolidWorks，參數(shù)化造型，建立模型
ABSTRACT
Three dimensional design software SolidWorks is a powerful, powerful parametric modeling capabilities. SolidWorks standard menu includes the commands for creating part features and Datum features. Through the application of the feature modeling technology can easily design needs solid features. Using SolidWorks software, you can build three dimensional models of the various parts of a gear pump, Assembly established gear pumps after the virtual prototype.
Design of parametric modeling is one of the core features of SolidWorks software, including surface and solid modeling, and feature-based modeling. It provides variable geometry of dimension-driven, interactive method checks the results of model changes, its model can be intelligent. Parametric modeling technology of virtual record all dependencies between geometry, automatically capture the designer's intent.
Mainly use three dimensional design software SolidWorks in this design, the establishment of a virtual prototype model of a gear pump, and on this basis using SolidWorks motion simulation software to gear pump, mechanical analysis of substrate. Establishing a mechanism model, interference by institutional analysis, track the movement of parts, speed, acceleration, force, reaction forces and moments, with animation, graphics, tables, and other forms of output, its analysis results to guide modification adjustment of structure design of the part or parts of the materials. Design changes can be reflected in the Assembly model, then re-analysis, once the optimization plan, design changes can be reflected directly in the Assembly model. Can also be components in complex motion under complex load conditions direct output to the mainstream in the finite element analysis software to make the right intensity and structure analysis.
keywords: SolidWorks, parametric modeling, modeling
一、引 言
隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透，CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有十分重要的作用。
Solidworks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)Solidworks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維CAD軟件，于1995年11月研制成功。Solidworks市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快、技術(shù)發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最好、性能價(jià)格比最優(yōu)的軟件。隨著Solidworks版本的不斷提高、性能不斷提高，Solidworks已經(jīng)能滿足一般企業(yè)的一般需求了。
動(dòng)畫演示形象、直觀，能表達(dá)文字或者敘述不易講解清楚的復(fù)雜產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模擬產(chǎn)品的工作情況，達(dá)到與非專業(yè)人士交流設(shè)計(jì)思想的目的。建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出結(jié)果，其分析結(jié)果可指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或調(diào)整零件的材料。設(shè)計(jì)的更改可以反映到裝配模型中，再重新進(jìn)行分析，一旦確定優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)更改就可直接反映到裝配模型中。此外還可以將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中以作出正確的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析。
（一）本課題的意義和研究的必要性
三維造型系統(tǒng)，可方便的設(shè)計(jì)出所見的三維實(shí)體產(chǎn)品模型。有了這些三維實(shí)體模型，我們就可以以這些模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行裝配和干涉檢查：可以對(duì)重要零件進(jìn)行有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)等；可以進(jìn)行工藝規(guī)程生成；可以進(jìn)行數(shù)控加工；可以進(jìn)行快速成型，在做模具之前就可以拿到實(shí)物零件進(jìn)行裝配及測(cè)試；可以啟動(dòng)三維、二維關(guān)聯(lián)功能，由三維直接自動(dòng)生成二維工程圖紙；可以進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與集成等等。
（二）國(guó)內(nèi)外齒輪泵的發(fā)展及現(xiàn)狀
1、國(guó)內(nèi)概況
相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期以來，在許多地區(qū)發(fā)展齒輪泵產(chǎn)業(yè)中自覺不自覺存在一種傾向，即：以技術(shù)為導(dǎo)向，盲目上項(xiàng)目，或片面追求線寬越細(xì)越好，而忽略了市場(chǎng)這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為重要的要素。從1981年到1985年時(shí)期，我國(guó)先后引進(jìn)33條齒輪泵生產(chǎn)線，許多項(xiàng)目一窩蜂上馬，只引進(jìn)設(shè)備未引進(jìn)技術(shù)，通線品種基本上已被市場(chǎng)淘汰，不符合市場(chǎng)需求。部分生產(chǎn)線設(shè)備陳舊、不配套，達(dá)不到設(shè)計(jì)能力。再加上項(xiàng)目資金不足，齒輪泵企業(yè)管理不善，缺乏消化吸收能力等原因，多數(shù)項(xiàng)目不了了之。到目前，國(guó)內(nèi)齒輪泵市場(chǎng)產(chǎn)能大致為450萬件左右。
2008年，中國(guó)齒輪泵的總體產(chǎn)量大致為370萬件，2009年1-8月產(chǎn)量為260萬件。從產(chǎn)銷上看，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)銷是相對(duì)比較平衡的。
由于我國(guó)對(duì)齒輪泵在機(jī)械工業(yè)中的重要地位熟悉較晚，長(zhǎng)期缺乏投入，致使整個(gè)行業(yè)基礎(chǔ)差、底子薄、實(shí)力弱。非凡是隨著我國(guó)主機(jī)水平的提高，齒輪泵落后于主機(jī)的瓶頸現(xiàn)象日益顯現(xiàn)。近年來，雖然在技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)改造、科研開發(fā)等方面，國(guó)家給予了一定支持，但與當(dāng)前市場(chǎng)需求及國(guó)外水平相比，仍有不小差距，具體表現(xiàn)在：產(chǎn)品品種少、水平低、質(zhì)量不穩(wěn)定、早期故障率高、可靠性差。我國(guó)齒輪泵應(yīng)該在以下幾點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)和改進(jìn)。
(1)加強(qiáng)技術(shù)投入
由于我國(guó)齒輪泵行業(yè)基礎(chǔ)差，底子薄，科技投入少，開發(fā)力量薄弱，不能適應(yīng)主機(jī)行業(yè)引進(jìn)、合資、合作、快速發(fā)展的需要，導(dǎo)致齒輪泵國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率有所下降。因此，中國(guó)齒輪泵企業(yè)及相關(guān)部門應(yīng)加大對(duì)齒輪泵技術(shù)研究投入。
(2)國(guó)家缺乏對(duì)齒輪泵行業(yè)有力的政策支持
雖然國(guó)家在產(chǎn)業(yè)政策方面，明確了重點(diǎn)支持重要的齒輪泵，但缺少相應(yīng)的配套政策的支持，如模具行業(yè)的稅負(fù)過重，享受增值稅部分返還的企業(yè)，全國(guó)只有不到百家，面太窄，作用有限，還需要政策繼續(xù)支持等。
因此，為提高我國(guó)齒輪泵產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，更好地滿足我國(guó)機(jī)械工業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)件配套的需求，預(yù)計(jì)我國(guó)基礎(chǔ)件行業(yè)面臨進(jìn)一步的調(diào)整，以整合優(yōu)勢(shì)資源，淘汰落后企業(yè)。在今后的5～10年中，行業(yè)將在發(fā)展品牌產(chǎn)品及名牌企業(yè)、開展技術(shù)創(chuàng)新、提高國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和加強(qiáng)集約化經(jīng)營(yíng)等方面力爭(zhēng)有較大的進(jìn)展和突破?！?
2、國(guó)外概況
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用可靠的齒輪泵在液壓傳動(dòng)的工程機(jī)械中占有重要地位。根據(jù)日本統(tǒng)計(jì)資料,六十年代日本每年生產(chǎn)的齒輪泵中約40~47%(按產(chǎn)值計(jì)算)用于工程機(jī)械部門。美國(guó)的液壓傳動(dòng)工程機(jī)械一直采用齒輪泵和葉片泵。蘇聯(lián)工程機(jī)械和車輛的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也采用齒輪泵。由于結(jié)構(gòu)上的原因,齒輪泵的效率低,軸承負(fù)載大,因此有所謂齒輪泵效率較低和不適合高壓的說法。但是近十幾年來,齒輪泵在提高壓力和效率等方面取得了很大進(jìn)展。日本液壓工業(yè)部門于61~64年間進(jìn)口了歐美技術(shù),在齒輪泵的方面主要通過:(1)采用齒輪軸向間隙的液壓補(bǔ)償技術(shù),(2)軸承的改進(jìn),(3)采用鋁合金機(jī)殼,在高壓化、高效率、小型化、輕量化等方面取得了進(jìn)展。 美國(guó)改進(jìn)了齒輪泵壓力側(cè)板,解決了壓力、效率、使用壽命、大馬力等方面的問題。70年以來無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,主要是品種系列的增加和材料與工藝上的改善。
3、發(fā)展趨勢(shì)
早期的齒輪泵都是全液壓式，現(xiàn)在由于大家都比較注重環(huán)保節(jié)能意識(shí)，以及伺服電機(jī)的成熟應(yīng)用和價(jià)格的大幅度下降，近年來全電動(dòng)式的精密齒輪泵越來越多，已經(jīng)分析出這一發(fā)展趨勢(shì)，有以下特點(diǎn)：
(1)電動(dòng)-液壓式齒輪泵是集液壓和電驅(qū)動(dòng)于一體的新型齒輪泵，它融合了全液壓式齒輪泵的高性能和全電動(dòng)式的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，這種電動(dòng)-液壓相結(jié)合的復(fù)合式齒輪泵已成為齒輪泵技術(shù)發(fā)展方向。
(2)全液壓式齒輪泵在成型精密、形狀復(fù)雜的制品方面有許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它從傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到現(xiàn)在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術(shù)難度大，機(jī)械加工精度高，液壓技術(shù)也難掌握。
(3)全電動(dòng)式齒輪泵有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，據(jù)報(bào)道，目前較先進(jìn)的全電動(dòng)式齒輪泵節(jié)電可以達(dá)到70%，另外，由于使用伺服電機(jī)注射控制精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級(jí)調(diào)節(jié)。但全電動(dòng)式齒輪泵在使用壽命上不如全液壓式齒輪泵，而全液壓式齒輪泵要保證精度就必須使用帶閉環(huán)控制的伺服閥，而伺服閥價(jià)格昂貴，帶來成本上升。
在注塑產(chǎn)品的成本構(gòu)成中，電費(fèi)占了相當(dāng)?shù)谋壤?，依?jù)齒輪泵設(shè)備工藝的需求，齒輪泵油泵馬達(dá)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電量的比例高達(dá)50%-65%，因而極具節(jié)能潛力。全電動(dòng)注射機(jī)在節(jié)能效果上具有先天的優(yōu)勢(shì)，但如前所述，該類機(jī)型制造成本較高，造成其應(yīng)用范圍受到很大的限制;同時(shí)其技術(shù)開發(fā)難度較大，目前該領(lǐng)域幾乎是由日本企業(yè)壟斷。雖然我國(guó)海太、東華等塑機(jī)企業(yè)已經(jīng)推出了自主開發(fā)的全電動(dòng)注射機(jī)，但其產(chǎn)品的技術(shù)可靠性仍然有待市場(chǎng)來檢驗(yàn)。筆者認(rèn)為：短時(shí)間內(nèi)，國(guó)產(chǎn)全電動(dòng)塑機(jī)難以和日本設(shè)備相抗衡。
根據(jù)齒輪泵的特點(diǎn)及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析來看，為了發(fā)展齒輪泵還是要根據(jù)相應(yīng)的行業(yè)情形和國(guó)際市場(chǎng)情形來制定相關(guān)的措施來拓展齒輪泵的市場(chǎng)需求。
（三）齒輪泵的主要研究?jī)?nèi)容和解決的問題
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)正向著快響應(yīng)、小體積、低噪聲的方向發(fā)展。為了適應(yīng)這種要求，齒輪泵除積極采取措施保持其在中低壓定量系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等的霸主地位外，尚需向以下幾個(gè)方向發(fā)展：
(1)高壓化高壓化是系統(tǒng)所要求的，也是齒輪泵與柱塞泵、葉片泵競(jìng)爭(zhēng)所必須解決的問題。齒輪泵的高壓化工作已取得較大進(jìn)展，但因受其本身結(jié)構(gòu)的限制，要想進(jìn)一步提高工作壓力是很困難的，必須研制出新結(jié)構(gòu)的齒輪泵。這方面，多齒輪泵將有很大優(yōu)勢(shì)，尤其是平衡式復(fù)合齒輪泵。
(2)低流量脈動(dòng) 流量脈動(dòng)將引起壓力脈動(dòng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。降低流量脈動(dòng)的方法，除了前面所介紹的措施外，采用內(nèi)嚙合齒輪泵及多齒輪泵(如復(fù)合齒輪泵)將是一種趨勢(shì) 。
(3)低噪聲 國(guó)外早就有“安靜”的液壓泵之說。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng) 對(duì)齒輪泵的噪聲要求也越來越嚴(yán)格。齒輪泵的噪聲主要由兩部分組成，一部分是齒輪嚙臺(tái)過程中所產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，另一部分是困油沖擊所產(chǎn)生的液壓噪聲 前者與齒輪的加工和安裝精度有關(guān)，后者則主要取決于泵的卸荷是否徹底。對(duì)于外嚙臺(tái)齒輪泵，要實(shí)現(xiàn)完全卸荷是很困難的，因此進(jìn)一步降低泵的噪聲受到一定的限制。在這方面．內(nèi)嚙合齒輪泵因具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無困油現(xiàn)象、噪聲低等特點(diǎn)，因此今后將會(huì)有較大發(fā)展。
(4)大排量對(duì)于一些要求快速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)來說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量的提高受到很多因 素的限制。這方面，平衡式復(fù)臺(tái)齒輪泵具有顯著優(yōu)勢(shì)，如1臺(tái)三惰輪復(fù)合齒輪泵的排量相當(dāng)于6臺(tái)單泵的排量。
(5)變排量齒輪泵的排量不可調(diào)節(jié)，限制了其使用范圍。為了改變齒輪泵的排量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。有關(guān)齒輪泵變排量方面的專利已有很多，但真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的很少。但不管怎樣，齒輪泵的變排量將是一個(gè)發(fā)展方向。
（四）本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要解決的問題
本課題是根據(jù)已知齒輪泵CB-B16的技術(shù)參數(shù)和安裝尺寸進(jìn)設(shè)計(jì)和建模。其主要工作有如下幾方面：
（1） 根據(jù)齒輪泵CB-B16技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行泵主要零件的設(shè)計(jì)并進(jìn)行強(qiáng)度校核；
（2） 根據(jù)齒輪泵CB-B16安裝尺寸，進(jìn)行泵外觀的設(shè)計(jì)；
（3） 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)利用Solidworks軟件對(duì)零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，制作爆炸圖及動(dòng)畫。
本課題要解決的問題有：
（1） 齒輪泵困油現(xiàn)象和解決方法；
（2） 齒輪泵噪聲問題；
(3)齒輪泵泄漏和密封問題。
二、齒輪泵的設(shè)計(jì)
（一）齒輪泵的概述
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的液壓泵，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種結(jié)構(gòu)形式。齒輪泵的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速高，自吸性能好，對(duì)有的污染不敏感，工作可靠，壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)修理以及價(jià)格低廉等;主要缺點(diǎn)是流量和壓力脈動(dòng)較大，噪聲較大(只有內(nèi)嚙合齒輪泵噪聲較小)，排量不可調(diào)。
齒輪泵是靠相互嚙合旋轉(zhuǎn)的一對(duì)齒輪輸送液體，分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。泵工作腔由泵體、泵蓋及齒輪的各齒槽構(gòu)成。由齒的嚙合線將泵吸入腔和排出腔分開。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒間的液體被帶至排出腔，液體受壓排出。
齒輪泵適用于輸送不含固體顆粒的液體，可作潤(rùn)滑油泵、重油泵、液壓泵和輸液泵。所輸送液體的粘度范圍為1-106mm2/s，齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。
齒輪泵的工作原理如圖1，兩嚙合的齒輪將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過長(zhǎng)軸（傳動(dòng)軸）帶動(dòng)主動(dòng)齒輪、從動(dòng)從動(dòng)齒輪如圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，因嚙合點(diǎn)C的嚙合半徑Rc小于齒頂圓半徑Re，齒輪進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，經(jīng)壓油口排油，退出嚙合的一側(cè)密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。吸油腔所吸入的油液隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)被齒穴空間轉(zhuǎn)移到壓油腔，齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，泵連續(xù)不斷吸油和壓油。
圖1 齒輪泵的工作原理
（二）齒輪泵設(shè)計(jì)要求
1、齒輪泵工作參數(shù)要求
(1) 流量
外嚙合齒輪泵在沒有泄露損失的情況下，每一轉(zhuǎn)所排出的液體體積叫做泵的理論排量，以表示。外嚙合齒輪泵，一般兩齒輪的齒數(shù)相同，所以
(1)
式中：b——齒寬
D——齒頂圓直徑
a ——齒輪中心距
t——基圓節(jié)距
——基圓柱面上的螺旋角
實(shí)際齒槽容積比輪齒體積稍大一些，所以通常?。?
V=6.66zm2b （2）
式中：m——齒輪模數(shù)
Z——齒輪齒數(shù)
B——齒寬
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出經(jīng)驗(yàn)公式
（3）
根據(jù)中心距計(jì)算公式
（4）
齒輪泵兩嚙合齒輪齒數(shù)相同，即Z1=Z2；可得，
。 （5）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可知齒輪泵CB-B16術(shù)參數(shù)如表2.1:
表2.1 技術(shù)參數(shù)
2、齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)的要求
(1)齒數(shù)z、模數(shù)m和齒寬
齒數(shù)多，泵的外形尺寸大，但壓力和流量脈動(dòng)小。中低壓齒輪泵對(duì)壓力和流量脈動(dòng)要求較嚴(yán)，通常取z=12-25，高壓泵為減小外形尺寸，一般取z=6-14，對(duì)流量脈動(dòng)要求不高的粘性液體輸送泵可取z=6-8。
中低壓齒輪模數(shù)按表1. 2選取。對(duì)工作壓力大于10mpa的高壓泵，應(yīng)考慮齒輪強(qiáng)度，需適當(dāng)增大模數(shù)。
齒寬按表2. 3確定。
表2.2流量與模數(shù)
流量Q（l/m）
模數(shù)m（mm）
4-10
1.52
>10-32
2.53
>32-63
3.54
>63-125
4.55
表2.3工作壓力與齒寬
工作壓力P（mpa）
齒寬b（mm）
<2
(6-10)m
≥2-10
(4-8)m
>10
(3-6)m
（2）齒輪修正
齒輪泵采用壓力角α=20°。標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪，齒數(shù)少于17時(shí)均有根切現(xiàn)象產(chǎn)生，使齒輪強(qiáng)度減弱，工作情況變壞，須作齒輪修正，修正方法與通常的齒輪修正方法略有不同，兩齒輪的刀具移距取正值(即離開中心)，修正后節(jié)圓處的齒側(cè)間隙為0.08mm，刀具切入齒輪的深度即齒高h(yuǎn)=2.3mm，修正齒輪的主要數(shù)據(jù)見表2.1
表2.4齒輪修正幾何參數(shù)
幾何參數(shù)
計(jì)算公式
齒數(shù)
z
實(shí)際中心距
a=m(z+1)
節(jié)圓直徑
=a
頂圓直徑
Da=m(z+2)
根圓直徑
Df=(z+2-2.6)m
基圓直徑
Db=0.9397mz
基圓節(jié)距
tb=2.9521m
齒合角
=arccos0.9397
移距系數(shù)
重疊系數(shù)
=
齒頂厚度
Sc=（z+3)m
invvc=arccos
（三）、齒輪泵主要部件參數(shù)的確定.
本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)CB-B16齒輪泵，由表2.1可得：
額定流量Q=16L/min 中心距A=42mm 轉(zhuǎn)速n=1450r/min
齒輪泵的幾何排量qb=2kπm2ZB，增大齒寬B有利于增大幾何排量qb和提高容積效率。B過大會(huì)使齒輪軸和軸承上的負(fù)載過大，齒寬B一般可根據(jù)模數(shù)m大小確定，即
B=（4～8）m
這里我們?nèi)=8m；
根據(jù)上式可得出齒輪的模數(shù)和齒數(shù)：
m=2.5 z=16
齒輪的齒數(shù)應(yīng)根據(jù)齒輪泵噪聲和減小體積的要求進(jìn)行選擇，為保證流量脈動(dòng)系數(shù)不致太大，一般要求最少齒數(shù)Zmin≥8；在礦山機(jī)械和工程機(jī)械中使用的中壓、高壓齒輪泵對(duì)流量均勻性要求不高，但要求體積較小，一般取Z=19～25；機(jī)床液壓系統(tǒng)或其他對(duì)流量均勻性要求較高的場(chǎng)合，一般取Z=14～30。近年來，由于人們對(duì)生態(tài)和環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)深化和對(duì)工作環(huán)境、生活質(zhì)量要求的提高，對(duì)機(jī)器噪聲控制比較嚴(yán)格，齒數(shù)太少的齒輪泵的使用日益減少。
綜合各個(gè)方面的考慮，最終確定齒輪的參數(shù)為：齒數(shù)Z=16模數(shù)M=2.5,齒寬B=20。
三、齒輪的校核
(一)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算
輪齒在受載荷時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)齒輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)嚙合區(qū)，此時(shí)彎矩的力臂對(duì)然最大但力并不大，因此彎矩并不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在齒輪嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合區(qū)的最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度也應(yīng)該按載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來計(jì)算。由于這種算法比較復(fù)雜，通常只用于高精度的齒輪傳動(dòng)。
對(duì)于制造精度較低的齒輪傳動(dòng)（如7、8、9級(jí)精度），由于制造誤差大，實(shí)際上多由在齒頂處嚙合的輪齒分擔(dān)較多的載荷，為便于計(jì)算，通常按全部載荷作用于齒頂來計(jì)算齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。當(dāng)然，采用這種算法，輪齒的彎曲強(qiáng)度比較富裕。
假設(shè)輪齒為一懸臂梁，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：
式中：YFa ——— 齒形系數(shù)
YSa ——— 應(yīng)力校正系數(shù)
K ——— 載荷系數(shù)
對(duì)于齒輪泵CB-B16我們選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，齒輪采用7級(jí)加工精度即可滿足要求。計(jì)算載荷系數(shù)K：
K=KAKVKFаKFβ
使用系數(shù)表示齒輪的工作環(huán)境（主要是振動(dòng)情況）對(duì)其造成的影響，使用系數(shù)的確定：液壓裝置一般屬于輕微振動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)所以按表3.1中可查得可取為1。
動(dòng)載系數(shù)表示由于齒輪制造及裝配誤差造成的不定常傳動(dòng)引起的動(dòng)載荷或沖擊造成的影響。動(dòng)載系數(shù)的實(shí)用值應(yīng)按實(shí)踐要求確定，考慮到以上確定的精度和輪齒速度，偏于安全考慮，此設(shè)計(jì)中取為1.12。
表3.1 使用系數(shù)
原動(dòng)機(jī)工作特性
工作機(jī)工作特性
均勻平穩(wěn)
輕微轉(zhuǎn)動(dòng)
中等振動(dòng)
強(qiáng)烈振動(dòng)
均勻平穩(wěn)
1.00
1.25
1.50
1.75
輕微振動(dòng)
1.10
1.35
1.60
1.85
中等振動(dòng)
1.25
1.50
1.75
2.0
強(qiáng)烈振動(dòng)
1.50
1.75
2.0
2.25或大更
齒向載荷分布系數(shù)KFβ是由于齒輪作不對(duì)稱配置而添加的系數(shù)，此設(shè)計(jì)齒輪對(duì)稱配置故KFβ取1.2。
一對(duì)相互嚙合的齒輪當(dāng)在嚙合區(qū)有兩對(duì)或以上齒同時(shí)工作時(shí)，載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)或多對(duì)齒上。但載荷的分配并不平均，因此引進(jìn)齒間載荷分配系數(shù)KFа以解決齒間載荷分配不均的問題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取KFа=1.35。
因此，載荷系數(shù)K=1×1.12×1.2×1.35=1.8144。
計(jì)算齒輪傳遞的扭矩：
式中 P1——功率，KW
n1——轉(zhuǎn)速，r/min
經(jīng)計(jì)算可得齒輪承受的扭矩T=1.087×104 N·mm
采用插值法根據(jù)國(guó)標(biāo)求得，齒形系數(shù)YFa =3.15，應(yīng)力校正系數(shù)YSa =1.49；
最終求得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度δF=29.15MPa。該值小于許用疲勞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)符合要求。
（二）齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算
齒輪泵在嚙合時(shí)其接觸面會(huì)產(chǎn)生接觸應(yīng)力，同一齒面往往齒根面先發(fā)生點(diǎn)蝕，然后才擴(kuò)展到齒頂面，亦即齒頂面比齒根面具有較高的基礎(chǔ)疲勞強(qiáng)度。齒面接觸強(qiáng)度詳細(xì)計(jì)算較為復(fù)雜，可采用簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。齒面接觸強(qiáng)度的計(jì)算可根據(jù)如下公式計(jì)算（標(biāo)準(zhǔn)直齒輪α=20°，區(qū)域系數(shù)ZH=2.5）：
彈性系數(shù) ；單位——，數(shù)值列表見表3
表3.2 彈性模量
彈性模量
齒輪材料
配對(duì)齒輪材料
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鑄鋼
鍛鋼
夾布塑料
灰鑄鐵
118000
173000
202000
206000
7850
球墨鑄鐵
162.0
181.4
188.9
189.8
鑄鋼
161.4
180.5
188
鍛鋼
156.6
173.9
夾布塑料
143.7
此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。
經(jīng)計(jì)算得δH=569.4MPa。該值小于許用齒面接觸強(qiáng)度，符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果。
所以，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核，所選齒輪參數(shù)符合要求到此，齒輪泵關(guān)鍵零件齒輪的校核已完成。
四、軸的設(shè)計(jì)與校核
（一）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因數(shù)：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸的連接方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因數(shù)較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。
零件在軸上的定位和拆裝方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時(shí)，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的初步扭矩估算所需的軸徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段最小直徑，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從最小軸徑處起逐一確定各段軸的直徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，軸的直徑也可以憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)取定，或參考同類機(jī)器類比的方法確定。
對(duì)于齒輪輪泵CB-B16的齒輪軸，根據(jù)安裝尺寸表4，可以知道該齒輪泵的整體尺寸大小不大，而且其載荷屬于中低壓齒輪泵。其軸上零件有齒輪和軸承。其具體尺寸可先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸徑，后對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算來確定最后的尺寸。
表4 安裝尺寸
對(duì)此，該軸采用光軸設(shè)計(jì)，以減小軸的長(zhǎng)度；齒輪在軸上的周向定位采用鍵連接，軸向定位采用卡簧定位，不設(shè)計(jì)軸肩來縮短軸的長(zhǎng)度；軸上軸承采用滑動(dòng)軸承。根據(jù)表4可確定軸的最小直徑為16mm，且在滑動(dòng)軸承的國(guó)標(biāo)中有相應(yīng)的尺寸系列。查相應(yīng)國(guó)標(biāo)，可初步確定從動(dòng)軸的尺寸如圖2，主動(dòng)軸如圖3：
圖2
圖3
（二）軸的強(qiáng)度校核
進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先要知道齒輪上所受的力，這就需要對(duì)齒輪傳動(dòng)做受力分析。齒輪傳動(dòng)一般均加以潤(rùn)滑油，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算齒輪受力時(shí)，可不予考慮。
沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷Fn垂直于齒面，為方便計(jì)算，將法向載荷Fn在節(jié)點(diǎn)處分解為兩個(gè)互為垂直的分力，即圓周力Ft與徑向力Fr。就可以得到：
式中：T1—齒輪傳遞的扭矩，N·mm；
d1—齒輪的節(jié)圓直徑，標(biāo)準(zhǔn)齒輪為分度圓直徑，mm；
α—嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，α=20°。
（1）對(duì)齒輪泵CB-B16齒輪進(jìn)行受理分析計(jì)算:
（2）從動(dòng)軸的受力分析：
軸所受的載荷是從軸上零件而來。計(jì)算時(shí)，通常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)做置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)（如圖4 ）。
圖4 軸承支反力
在做計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，先求出軸上零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力。然后求出各支撐處的水平反力FNH和垂直反力FNV。
對(duì)水平方向有：
FNH1+FNH2=Ft=517.62N
FNH1=FNH2=258.31N
對(duì)垂直方向有：
FNV1+FNV2=Fr
FNV1=FNV2=93.17N
根據(jù)上述計(jì)算，分別計(jì)算水平面和垂直面產(chǎn)生的彎矩。
對(duì)于水平面：
對(duì)于垂直面：
然后按照下式計(jì)算總的彎矩：
所以總的彎矩M=2976.98N·mm。
（3） 軸的強(qiáng)度校核
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)選取其許用應(yīng)力。對(duì)于主要承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。對(duì)于齒輪泵CB-B16的軸可按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。
按第三強(qiáng)度理論，軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為
式中： —抗彎截面系數(shù)，mm3；
T—軸所受的扭矩,N·mm；
M—軸所受的彎矩，N·mm；
—軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa；
—軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa。
對(duì)于齒輪泵CB-B16的從動(dòng)軸，根據(jù)以上數(shù)據(jù)和公式得
=17.5MPa≤=60Mpa
（3）主動(dòng)軸的受力分析
在做計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，先求出軸上零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力。然后求出各支撐處的水平反力FNH和垂直反力FNV。
對(duì)垂直方向：
（與設(shè)定方向相反）
對(duì)水平方向：
繪制垂直面的彎矩圖：
繪制水平面的彎矩圖：
然后按照下式計(jì)算總的彎矩并作出當(dāng)量彎矩圖
如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù)α=0.6，帶入上式可得
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)選取其許用應(yīng)力。對(duì)于主要承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。對(duì)于齒輪泵CB-B32的軸可按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。
按第三強(qiáng)度理論，軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為
式中： —抗彎截面系數(shù)，mm3；
T —軸所受的扭矩,N·mm；
M —軸所受的彎矩，N·mm；
δca —軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa；
—軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa。
對(duì)于齒輪泵CB-B32的軸，根據(jù)以上數(shù)據(jù)和公式得
在進(jìn)行軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們選用軸的材料是45號(hào)剛調(diào)質(zhì)處理，查文獻(xiàn)[2]，該軸的許用彎曲應(yīng)力為60MPa。計(jì)算所得的值遠(yuǎn)小于規(guī)定值，所以軸的設(shè)計(jì)時(shí)符合設(shè)計(jì)要求的。
五、齒輪泵的閉死容積和卸荷槽
（一）閉死容積
為保證齒輪泵能連續(xù)輸液，必須使齒輪的重疊系數(shù)>1,即要求在一對(duì)齒嚙合行將脫開前，后面一對(duì)就進(jìn)入嚙合，因此在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)嚙合的就有兩對(duì)齒，留在齒間的液體被困在兩對(duì)嚙合齒后形成一個(gè)封閉容積(稱閉死容積)內(nèi)，當(dāng)齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閉死容積逐漸減小，直至兩嚙合點(diǎn)處于對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)P的位置時(shí)，閉死容積變至最小，隨后這一容積又逐漸增大，至第一對(duì)齒開始脫開時(shí)增至最大。
當(dāng)閉死容積由大變小時(shí)，被困在里面的液體受到擠壓，壓力急劇升高，遠(yuǎn)大于泵排出壓力，可超過10倍以上的程度。于是被困液體從一切可以泄露的縫隙里強(qiáng)行排出，這時(shí)齒輪和軸承受到很大的脈沖徑向力，功率損失增大，當(dāng)閉死容積由小變大時(shí)，剩余的被困液體壓力降低，里面形成局部真空，使容解在液體中的氣體析出，液體本身產(chǎn)生氣化，泵隨之產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，困油現(xiàn)象對(duì)齒輪的工作性能和壽命均造成很大的危害。
（二）卸荷槽
為消除困油現(xiàn)象，可在與齒輪端面接觸的兩側(cè)板上開兩個(gè)用來引出困液的溝槽，即卸荷槽。卸荷槽有相對(duì)于節(jié)點(diǎn)P對(duì)稱布置和非對(duì)稱布置兩種。它的位置應(yīng)保證困液空間在容積達(dá)到最小位置以前與排出腔相連，過了最小位置后與吸引腔相連通。
（1）卸荷槽長(zhǎng)度的確定
要使卸荷槽能達(dá)到預(yù)期的卸荷效果，還應(yīng)當(dāng)保證封嚴(yán)帶兩側(cè)的所有嚙合點(diǎn)必須全部處于卸荷槽內(nèi)。如圖5所示，即卸荷槽長(zhǎng)度≥ Bl B2
注意：上面計(jì)算卸荷槽最小長(zhǎng)度時(shí)沒有把加工卸荷槽的刀具直徑包含在內(nèi)。這可以保證上面的算法能用于計(jì)算非對(duì)稱設(shè)置的卸荷槽長(zhǎng)度，同時(shí)也適用于計(jì)算其它形狀的卸荷槽長(zhǎng)度。
圖5 齒輪的嚙合
（2） 卸荷槽寬度和深度的確定
至于卸荷槽的寬度和深度，一般取經(jīng)驗(yàn)值即可滿足卸荷要求，本文不作詳述。按有關(guān)資料推薦，卸荷槽的最小寬度w可取(1～1．2)mm，最小深度h可取0．8mm。齒輪泵CB-B16屬于中低壓齒輪泵，可取其卸荷槽的深度為1.25mm。
（3） 確定卸荷槽的位置
確定卸荷槽的位置(尤其是確定非對(duì)稱設(shè)置卸荷槽的位置)是卸荷槽設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，下面分兩種情況來講。
1、對(duì)于齒側(cè)間隙較大的齒輪泵，可將卸荷槽對(duì)稱于兩齒輪連心線O1O 2設(shè)置(需要雙向旋轉(zhuǎn)的齒輪馬達(dá)必須對(duì)稱設(shè)置)，不僅能達(dá)到很好的卸荷效果，而且也利于加工。
2、對(duì)于無齒側(cè)間隙或齒側(cè)間隙很小的齒輪泵，如圖5所示，在D1點(diǎn)與D2點(diǎn)之間，D2與D3點(diǎn)之間會(huì)形成兩個(gè)獨(dú)立的封閉容腔。在這種情況下，對(duì)稱設(shè)置的卸荷槽就達(dá)不到理想的卸荷效果，此時(shí)最好將卸荷槽向吸油腔適當(dāng)偏移。一些資料認(rèn)為，合理設(shè)置的卸荷槽應(yīng)當(dāng)滿足：在吸排油腔互不溝通的前提下，使封閉容腔在逐漸減小的過程中始終與排油腔相通，并以此作為計(jì)算卸荷槽偏稱量的原則。筆者認(rèn)為這一說法值得商榷。因?yàn)橐ＷC吸排油腔互不溝通，未必能同時(shí)保證封閉容腔在逐漸減小的過程中始終與排油腔相通。
當(dāng)輪1的齒谷正對(duì)輪2的齒頂時(shí)，如圖6所示。顯然，這時(shí)的封閉容腔M1M2就是封閉容腔D1D2容積達(dá)到最小值時(shí)的狀態(tài)。如果此時(shí)嚙合點(diǎn)M1處于雙齒嚙合區(qū)，那么將封嚴(yán)帶的上邊界設(shè)置在M1所在的位置是合理的。這樣不僅可以徹底消除D1D2腔的困油問題，還能多排出一部分油，提高容積效率；而如果此時(shí)嚙合點(diǎn)M1處于單齒嚙合區(qū)，則不宜將封嚴(yán)帶的上邊界設(shè)置在M1所在的位置，否則封嚴(yán)帶就不能滿足覆蓋整個(gè)單齒嚙合區(qū)的要求。當(dāng)化嚙合點(diǎn)處于C1點(diǎn)和M1點(diǎn)之間時(shí)，齒輪泵的吸排油腔必然溝通。在這種情況下，為保證容積效率，宜將封嚴(yán)帶的上邊界設(shè)置在C點(diǎn) 。M1 點(diǎn)是處于雙齒嚙合區(qū)還是單齒嚙合區(qū)，可以通過比較線段M10和線段C1O的長(zhǎng)度來判斷。
圖6 輪1的齒谷正對(duì)輪2 的齒頂
（1） 對(duì)稱卸荷槽尺寸，卸荷槽間距：
Y=（mm）
本設(shè)計(jì)卸荷槽采用對(duì)稱布置。
當(dāng)α=20°，中心距為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)：
Y=7.02mm
（mm）
e=3.925(mm)
卸荷槽最小寬度：
Cmin=mm
式中一一齒輪重疊系數(shù)，此處取一般機(jī)械制造業(yè)中的值1. 4
一般c>2. 5m，以保證卸荷槽暢通，取卸荷槽寬度為6. 85mm。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，卸荷槽深度見表5.1
表5.1卸荷槽深度
齒輪模數(shù) m
2
3
4
5
6
7
8
卸荷槽深度
1.0
1.5
2.5
4.0
5.5
7.5
10
用插值法取卸荷槽深度為1.25mm。
（2） 非對(duì)稱布置卸荷槽尺寸
齒側(cè)間隙很小(接近無齒側(cè)間隙)時(shí)，采用非對(duì)稱布置卸荷槽，其位置向吸入腔一方偏移一段距離，這樣不僅可以解決困液?jiǎn)栴}，還可以回收一部分高壓液體。非對(duì)稱布置的卸荷槽尺寸，除了y= 0.8mm外，其尺寸的計(jì)算公式與對(duì)稱布置相同。
（三）噪聲問題
齒輪泵產(chǎn)生噪聲的一個(gè)主要根源來自流量的脈動(dòng)，為減少齒輪泵的瞬時(shí)理論流量脈動(dòng)，可同軸安裝兩套齒輪，每套齒輪之間錯(cuò)開半個(gè)齒距，兩套齒輪之間用同一平板相互隔開，組成共同的吸油和壓油的兩個(gè)分離的齒輪泵，由于兩個(gè)泵的脈動(dòng)錯(cuò)開了半個(gè)周期，各自的脈動(dòng)量相互抑制，因此，總的脈動(dòng)量大大減小。由于齒輪泵CB-B16寸大小的限制，并未采用此方法來降低噪聲，由于其為低壓齒輪泵，所產(chǎn)生的噪聲并不很大
。
六、齒輪泵solidworks的三維建模
（一）Solidworks建模
1、齒輪軸建模
齒輪建模有三種方法，這三種建模方法的特點(diǎn)是:
1) 描點(diǎn)法是構(gòu)建齒輪參數(shù)化模型通用的方法。它可以推廣至各種不同齒廓曲線齒輪的建模。需要建立相應(yīng)的齒廓曲線的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算軟件求得一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)值，在三維造型軟件中描點(diǎn)繪出齒廓曲線草圖后，進(jìn)行拉伸或切除等命令即可得到齒輪的三維模型。其過程較為繁瑣。優(yōu)點(diǎn)是只要建立精確的數(shù)學(xué)模型，多取些型值點(diǎn)就可以獲得較高的曲線精度，從而提高三維模型的精度。
2) 參數(shù)法需要有相應(yīng)的模版文件。模版文件將描點(diǎn)法中的分析曲線、建立數(shù)學(xué)模型、計(jì)算型值點(diǎn)坐標(biāo)等過程編寫好程序，將程序內(nèi)置，界面通常比較簡(jiǎn)單。對(duì)常用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪建模，如直齒輪、錐齒輪和渦輪等。如果精度要求不是很高，用這種方法是很方便的。用戶只需輸入?yún)?shù)，就可以方便而迅速地建立需要的模型了。
3) 利用插件法也是一種便捷的建模方法，但必須獲得開發(fā)商授權(quán)。這三種在SolidWorks中建立漸開線齒輪三維模型的方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)情況靈活應(yīng)用。對(duì)進(jìn)一步進(jìn)行齒輪有限元分析、齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析等具有重要意義。
這里采用第一種建模方法。
新建一零件圖命名為“齒輪1”，用“拉伸“特征生成一個(gè)圓柱，如圖一所示。其直徑等于齒根圓直徑。用上面做出的齒槽的齒廓曲線草圖在圓柱上應(yīng)用“拉伸切除“特征切出一個(gè)齒槽，“陣列“特征即可得到標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的三維模型，如圖二所示。
圖一 齒輪1
圖二 齒輪1三維圖形
本設(shè)計(jì)中齒輪軸1，如圖三所示。
與其齒合的齒輪軸2建模如齒輪軸1，如圖四所示。
圖三 齒輪軸1
圖四 齒輪軸2
2、泵體建模
第二步是泵體的設(shè)計(jì)，參照齒輪的尺寸，并按照通常齒輪泵泵體的形狀設(shè)計(jì)如下:草圖如圖五所視，然后建立“拉伸”特征，這里用了選擇拉伸的方法，選擇一定的輪廓進(jìn)行拉伸，并且在不同的輪廓處選擇不同的拉伸高度。這樣可以用一個(gè)草圖建立不同的拉伸特征組合起來。在后面上繪制草圖，并建立拉伸切除特征，深度尺寸為齒輪厚度。如圖六所示。
圖五 泵體草圖
圖七 泵體三維圖
3、Solidworks建模基本原則
基于三維設(shè)計(jì)的Solidworks采用全相關(guān)技術(shù)，并在設(shè)計(jì)思路上支持自下而上和自上而下的方式。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法往往從零件開始設(shè)計(jì)，畫零件圖，然后按尺寸把零件圖畫入裝配體圖，若設(shè)計(jì)零件較多，則尺寸數(shù)據(jù)太多容易出錯(cuò)。當(dāng)零件在裝配體中不合理時(shí)，需要返回更改，工作量很大，且容易有疏漏。基于Solidworks的設(shè)計(jì)可以這樣進(jìn)行:
首先大致確定裝配體形狀和其中的主要關(guān)鍵零件，初步設(shè)計(jì)出表現(xiàn)裝配體形狀的基體零件，比如箱體，基座等零件，然后初步設(shè)計(jì)出關(guān)鍵零件，如本設(shè)計(jì)中的齒輪。
運(yùn)用Solidworks的虛擬裝配功能把以上初步設(shè)計(jì)的零件裝配起來。然后在裝配體中確定剩余零件的粗略尺寸和數(shù)量。
在新建的零件圖中作出零件模型，導(dǎo)入裝配體中，在裝配體中編輯零件尺寸和特征，使各部分配合完善，然后通過干涉檢查確認(rèn)各尺寸的配合是否干涉。以上操作均可視化，非常直觀方便，省去了頭腦中建模和圖紙中表達(dá)這一間接過程，直觀準(zhǔn)確且不易出錯(cuò)。
4、裝配體初步建模與泵蓋建模
按照以上思路，新建一個(gè)裝配體，把泵體設(shè)為固定零件，然后把齒輪裝入裝配體，如圖八所示。在這之后設(shè)計(jì)出齒輪泵體的泵蓋，新建一個(gè)零件草圖，命名為“齒輪泵前蓋"并保存。建立一個(gè)較大的拉伸形成的矩形板并保存。把泵蓋插入裝配體中，并建立平行配合。
圖八 初步裝配圖
在裝配體中編輯“齒輪泵前蓋”草圖，選定箱體相平行面上的輪廓，單擊“轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”按鈕即可在草圖上繪制和箱體配合的輪廓相同的草圖。退出草圖，然后從新編輯拉伸的輪廓就可生成需要的形狀的輪廓。然后在泵蓋的另一面繪制草圖并拉伸特征，最終完成零件的建模。單擊“編輯零件”按鈕退出零件編輯，并且注意及時(shí)保存。
這里體現(xiàn)了全相關(guān)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和特征，在設(shè)計(jì)中任一處關(guān)于零件或裝配體的修改都將保存在相應(yīng)的零件或裝配體中，無需逐個(gè)修改，這保證了準(zhǔn)確性和快捷性，省去了反復(fù)修改的枯燥和易出現(xiàn)的疏漏。
新建一零件圖，命名為“齒輪泵后蓋"，后蓋的設(shè)計(jì)參照泵體的設(shè)計(jì)參數(shù)。然后建立“拉伸”特征，這里用了選擇拉伸的方法，選擇一定的輪廓進(jìn)行拉伸，并且在不同的輪廓處選擇不同的拉伸高度。這樣可以用一個(gè)草圖建立不同的拉伸特征組合起來。在后面上繪制草圖，并建立拉伸切除特征。如圖九所示。
圖九 齒輪泵后蓋
5、連接件的選擇和螺紋生成
在各棱處建立“圓角”及“倒角”特征，以完成圓角和倒角。下面選擇連接件:
1.內(nèi)六角螺釘:螺釘GB/T5783 M6×40
2.銷:銷GB/T117 6×50。
內(nèi)六角螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)。與前面方法相同，先建立草圖，然后進(jìn)行特征建立，如圖十所示。銷如圖十一所示
圖十 內(nèi)六角螺釘
圖十一 銷
6、密封件的選擇
最后進(jìn)行密封件的設(shè)計(jì)。密封裝置歷來是液壓傳動(dòng)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，密封
裝置的作用是用來阻止壓力工作介質(zhì)的泄漏和外界灰塵污垢和異物的侵入，液壓系統(tǒng)原件中，工作介質(zhì)的內(nèi)泄漏會(huì)迅速降低容積效率，惡化設(shè)備的技術(shù)性能甚至被迫停止工作。工作介質(zhì)的外泄漏導(dǎo)致工作介質(zhì)的浪費(fèi)，污染環(huán)境，造成危險(xiǎn)。當(dāng)今世界，液壓技術(shù)的設(shè)計(jì)理論和金屬加工工藝設(shè)備均十分成熟，金屬液壓元件的加工精度已不再成問題。所以液壓設(shè)備的壓力等級(jí)、檔次、可靠性及使用壽命的提高在很大程度上起決定作用的是密封裝置和密封件。
本設(shè)計(jì)中，主要有兩處需要密封，一是泵蓋和箱體之間的密封，二是軸和箱體軸孔之間的密封。
后蓋與箱體之間的密封采用常見的回油槽密封。通過在密封處設(shè)置回油槽，使得油液無法越過而達(dá)到密封的目的，見圖十二。
圖十二
軸和箱體軸孔間的密封才用軸封密封，根據(jù)國(guó)標(biāo)選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件。實(shí)際上，密封件是通用基礎(chǔ)元件，大多數(shù)類型產(chǎn)品的尺寸系列、公差、材質(zhì)以及安裝溝槽尺寸與公差及設(shè)計(jì)計(jì)算均已標(biāo)準(zhǔn)化，在使用前可根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇。為了勝任密封件耐壓、耐高溫、耐摩擦的要求，具有彈性等良好性能的合成橡膠一直是用量最多的主要密封材料。由于工程中用于高壓高溫的場(chǎng)合日益增多，因此，在超過合成橡膠的耐用溫度、壓力時(shí)，合成樹脂（塑料）如聚四氟乙烯、尼龍、聚甲醛、工程塑料是較為理想的密封材料?？紤]密封需要注意零件是靜密封還是動(dòng)密封，這是決定所選密封的基本原則。靜密封只需要考慮壓力等因素，而動(dòng)密封的要求更高，要求密封件與運(yùn)動(dòng)件之間的良好配合。如圖十三
圖十三
（二）、裝配體建模
在solidworks中新建一個(gè)“裝配體”，把以上各確定的零件裝配起來，并用移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)零部件的方法調(diào)整零部件使各部件之間不發(fā)生干涉。見圖十四。
圖十四 裝配體
（三）、爆炸圖
圖十五 爆炸圖
總 結(jié)
本設(shè)計(jì)根據(jù)外嚙合齒輪泵的工作原理，運(yùn)用Solidworks繪制了齒輪泵的零件，進(jìn)行了虛擬裝配，并采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行了校核。結(jié)果表明:該設(shè)計(jì)過程具有可視化、生成模型快捷、虛擬裝配精確、在裝配中對(duì)零件可以直接編輯、對(duì)模型直接進(jìn)行的各種力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的繁復(fù)工作并且能在實(shí)際產(chǎn)品造出之前完成優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大地節(jié)約了成本，減少了資源的浪費(fèi)。
致 謝
經(jīng)過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了!在這幾個(gè)月的時(shí)間里，謝謝輔導(dǎo)老師給我的幫助，使我對(duì)與設(shè)計(jì)有關(guān)的知識(shí)有了深入的了解。在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了許多困難，并且常常有不知所措的沖動(dòng)，因?yàn)樯婕靶袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)，單憑自己的直觀理解和做法常常會(huì)出錯(cuò)犯下不合
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