外嚙合齒輪泵設(shè)計(jì)5張CAD圖,嚙合,齒輪泵,設(shè)計(jì),CAD 外嚙合齒輪泵設(shè)計(jì) 摘要 外嚙合直齒輪泵是一種常用的液壓泵，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，它通過(guò)嚙合的兩齒輪來(lái)完成油液的吸收和壓出的過(guò)程，為液壓系統(tǒng)輸送一定流量和壓力的液體。必然會(huì)有液壓油的泄漏、困油以及噪聲和振動(dòng)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(diǎn)，變位齒輪的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中弱化徑向力得得重要體現(xiàn)，并且對(duì)軸和軸承的負(fù)載進(jìn)行受力分析。對(duì)以齒輪泵的漏油現(xiàn)象，低壓外嚙合齒輪泵通過(guò)提高加工精度等措施予以緩解，而對(duì)于本設(shè)計(jì)的中高壓外嚙合齒輪泵采用的是采取加浮動(dòng)軸套的措施解決。困油現(xiàn)象必然造成齒輪泵強(qiáng)烈的振動(dòng)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(jì)對(duì)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(dòng)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(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及設(shè)計(jì)意義 1 1.2 工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及易出現(xiàn)的問(wèn)題 4 1.3 基本設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù) 5 1.4 設(shè)計(jì)要求及任務(wù) 7 第 2 章 齒輪的具體設(shè)計(jì)、分析及校核 8 2.1 齒輪各參數(shù)的設(shè)計(jì) 8 2.2 齒輪的強(qiáng)度校核 12 2.2.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 12 2.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度校核 14 第 3 章 軸的設(shè)計(jì)及校核 16 3.1 齒輪泵的徑向力的分析 16 3.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 18 3.2.1 估算最小軸頸 18 3.2.2 軸的彎扭合成強(qiáng)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(jì)或選擇、分析及校核 25 4.1 密封設(shè)計(jì) 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(jìn)出油口設(shè)計(jì)計(jì)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(xiàn) 37 XXXXXX 第 1 章 緒 論 1.1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及設(shè)計(jì)意義 相對(duì)于國(guó)外的齒輪泵行業(yè)，中國(guó)的齒輪泵行業(yè)既有優(yōu)勢(shì)也有不足之處。優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩大方面：一方面是勞動(dòng)成本低所帶來(lái)的制造成本低；另一方面是政府對(duì)于中國(guó)泵行業(yè)的相關(guān)優(yōu)惠政策為我國(guó)齒輪泵業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保證。因?yàn)槲覈?guó)是有著極大發(fā)展空間的發(fā)展中國(guó)家，在科學(xué)研究領(lǐng)域有著對(duì)齒輪泵業(yè)的大量需求，也就是說(shuō)齒輪泵的發(fā)展?jié)摿κ遣豢煞裾J(rèn)的，并且齒輪泵的發(fā)展不僅僅局限于此，它一定會(huì)朝著智能化，新材料，機(jī)電儀一體化等多方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 目前我國(guó)的齒輪泵的隨著高新技術(shù)的快速崛起，國(guó)家政府及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)投入大量資金來(lái)促進(jìn)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(gè)泵市場(chǎng)份額的7%，這足以表明齒輪泵無(wú)限的發(fā)展?jié)摿?。?dāng)然我國(guó)在“十二五”規(guī)劃期間對(duì)泵行業(yè)的具體的重點(diǎn)任務(wù)體現(xiàn)在三個(gè)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(jí)、核三級(jí)泵樞紐技術(shù)研究，百萬(wàn)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(wàn)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(jì)危機(jī)的浪潮中，國(guó)內(nèi)的鋼鐵行業(yè)，鑄造行業(yè)，等金屬行業(yè)受到嚴(yán)重的打擊，因?yàn)辇X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?fù)p傷。盡管在數(shù)據(jù)分析報(bào)表上，2008 年的經(jīng)濟(jì)危機(jī)確實(shí)影響了我國(guó)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(lái)的不好的一面，這次的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，完全可以說(shuō)明在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下， 任何生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展所呈現(xiàn)出來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)力的不足和企業(yè)核心技術(shù)的不完善，才會(huì)導(dǎo)致在經(jīng)濟(jì)的暴風(fēng)雨下，會(huì)使得企業(yè)奄奄一息。更重要的是正是因?yàn)檫@次的經(jīng)濟(jì)危機(jī)我國(guó)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(guò)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(shuō)在經(jīng)濟(jì)危機(jī)中奄奄一息但又重新站起來(lái)的企業(yè)足以說(shuō)明在今天的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，一個(gè)企業(yè)要想長(zhǎng)足的發(fā)展，必須要有核心的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于齒輪泵行業(yè)就是技術(shù)及工藝和適應(yīng)市場(chǎng)需求。 近幾年中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)在科研方面對(duì)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(yàn)的，正是由于齒輪泵需求大，必然會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的齒輪泵的隨著高新技術(shù)的快速崛起，國(guó)家政府及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)繼續(xù)會(huì)投入大量資金來(lái)促進(jìn)齒輪泵業(yè)的發(fā)展，未來(lái)幾年投入的科研資金及相關(guān)政策的扶持會(huì)占到整個(gè)泵市場(chǎng)份額的 10%，這足以表明齒輪泵無(wú)限的發(fā)展?jié)摿?。隨著經(jīng)濟(jì)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(jì)所帶來(lái)的物質(zhì)成果，勢(shì)必會(huì)在發(fā)展過(guò)程中忽視一些快餐式經(jīng)濟(jì)所帶來(lái)的環(huán)境能源問(wèn)題，那么這樣的發(fā)展給我們生存的環(huán)境和能源帶來(lái)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(tuán)隊(duì)及一些企業(yè)家們都在尋找一種不浪費(fèi)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(chǎng)上伺服電機(jī)和齒輪泵的成熟結(jié)合和價(jià)格的大幅度下降，全電動(dòng)式的精密液壓齒輪泵在近年來(lái)的市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)越多，基于這一發(fā)展趨勢(shì)及分析國(guó)內(nèi)外泵業(yè)的發(fā)展，我認(rèn)為中國(guó)齒輪泵將會(huì)朝以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1. 向機(jī)、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(dòng)-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(jì)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(wèn)題是生產(chǎn)制造行業(yè)的核心問(wèn)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(lái)愈重要愈來(lái)愈方便實(shí)施。例如塑料制品在生活中隨處可見(jiàn)，可是這 些塑料制品都是生產(chǎn)制造行業(yè)通過(guò)注塑的形式加工而成，其中注塑機(jī)就是塑料發(fā)展的核心問(wèn)題，因?yàn)檫@直接關(guān)系到制造塑料的原料時(shí)候浪費(fèi)，小的方面說(shuō)直接影響到企業(yè)的制造成本，往大的方面可以說(shuō)原料的浪費(fèi)當(dāng)然會(huì)對(duì)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(chǎng)上伺服電機(jī)和齒輪泵的成熟結(jié)合和價(jià)格的大幅度下降，全電動(dòng)式的精密液壓齒輪泵在近年來(lái)的市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)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(jiǎn)單，但需要很好的密封，其漏油問(wèn)題始終是研發(fā)學(xué)者們的核心問(wèn)題，一對(duì)相互嚙合的齒輪將泵體內(nèi)的密閉空間分成 2 個(gè)工作容腔。嚙合的兩齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)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(dá)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(jì)整個(gè)齒輪泵產(chǎn)品時(shí)，技術(shù)難點(diǎn)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(shí)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(jì)重點(diǎn)很明確，要能夠保證壓力、流量、振動(dòng)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(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)， 以尋求最佳的解決方案診。 查找相關(guān)文獻(xiàn)及對(duì)目前技術(shù)難點(diǎn)的分析，得知泵行業(yè)未來(lái)技術(shù)的革新將主要表現(xiàn)為：運(yùn)用新型材料完善電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加強(qiáng)密封設(shè)計(jì)和改進(jìn)齒輪泵驅(qū)動(dòng)裝置等幾個(gè)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?jī)?yōu)惠政策，鼓勵(lì)更多的學(xué)者及研究團(tuán)隊(duì)投入到泵行業(yè)。在這種形勢(shì)下，我們機(jī)械設(shè)計(jì)者更多泵行業(yè)的從業(yè)者應(yīng)抓住機(jī)遇，不畏困難，共同努力。 綜上可知，齒輪泵的以上難點(diǎn)、重點(diǎn)的設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)的齒輪泵業(yè)在國(guó)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(jì)上的創(chuàng)新、領(lǐng)先才會(huì)使我國(guó)的齒輪泵業(yè)屹立于世界之林。齒輪泵的設(shè)計(jì)對(duì)于推動(dòng)整個(gè)泵行業(yè)有著重大意義。 1.2 工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及易出現(xiàn)的問(wèn)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(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(diǎn)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(shí)，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(jìn)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(jìn)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(guò)程。在齒輪泵的嚙合過(guò)程中，嚙合點(diǎn)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(diǎn)：經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)齒輪泵設(shè)計(jì)資料及市場(chǎng)上齒輪泵的成熟產(chǎn)品的分析，對(duì)齒輪泵的結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，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(guò)兩個(gè)圓柱銷進(jìn)行定位， 六個(gè)螺栓進(jìn)行連接，當(dāng)然泵體上開有兩個(gè)孔，一個(gè)進(jìn)油口和一個(gè)出油口； 泵體的內(nèi)部容腔內(nèi)則有兩個(gè)傳動(dòng)變位齒輪，兩根軸， 軸上裝配有軸承， 軸套密封圈， 還有用來(lái)提高密封性的浮動(dòng)軸套；當(dāng)然軸伸出泵體的端口處的密封性要求非常高，會(huì)有填料，填料端蓋，緊訂螺釘?shù)?。軸靠近末端的軸段開有鍵槽，裝聯(lián)軸器從而來(lái)驅(qū)動(dòng)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(huì)引起齒輪泵的震動(dòng)，噪聲從而影響齒輪泵的工作效率與壽命。 齒輪泵常見(jiàn)的故障：液壓油被堵死，齒輪泵旋向不對(duì)會(huì)導(dǎo)致填料油封被沖出。 本來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)只承受軸向力的齒輪泵軸承，卻因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(shí)會(huì)有吸空或半吸空的狀態(tài)，這種狀態(tài)會(huì)讓齒輪泵的齒輪端面和軸套的摩擦損失加重，因?yàn)辇X輪的端面和軸套的端面是無(wú)縫相連的，要保證一定的密封性，如果密封端面的磨損量過(guò)大時(shí)，當(dāng)然就起不到密封的效果了，由于磨損帶來(lái)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(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，則流量與標(biāo)準(zhǔn)值也有一定的距離，進(jìn)油口處的過(guò)濾片長(zhǎng)時(shí)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(guò)大，會(huì)造成吸油費(fèi)勁，當(dāng)然這種現(xiàn)象的原因還有可能是吸油管太細(xì)，或者油管在吸油口連接處不夠嚴(yán)實(shí)也會(huì)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(wèn)題了呢？我可以通過(guò)觀察郵箱里是否冒泡來(lái)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(xì)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(guò)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(guò)載壓力過(guò)高，沒(méi)有起到過(guò)載安全保護(hù)的作用。其三也有可能是安全閥的啟動(dòng)關(guān)閉靈活性較差，反應(yīng)較慢，使齒輪泵得不到過(guò)壓保護(hù)。 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(fù)，當(dāng)出現(xiàn)死點(diǎn)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(guò)載，可能是由于壓力或轉(zhuǎn)速超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)值；或者油液的濃度，溫度 密度的時(shí)時(shí)改變，對(duì)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(dòng)性差一定會(huì)產(chǎn)生熱量。 1.3 基本設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù) 基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理及目前市場(chǎng)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(xiàn)資料，互聯(lián)網(wǎng)資料等，最重要的是和我的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)思路如下： 1. 齒數(shù)是根據(jù)齒輪泵的工作場(chǎng)合選擇的。低壓齒輪泵多用在機(jī)床上，流量均勻性要求較高，一般取 14 到 20 齒；對(duì)于中高壓齒輪泵要求較大的齒根強(qiáng)度，同時(shí)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(guò)大，冰球勢(shì)必會(huì)使模數(shù)增大，齒數(shù)減少。同時(shí)對(duì)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(qiáng)度，必要時(shí)要對(duì)齒輪進(jìn)行變?yōu)樾拚? 2. 根據(jù)泵設(shè)計(jì)的排量計(jì)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(diǎn)，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(huì)加大齒輪泵的軸向尺寸，會(huì)使泵的齒輪的，則會(huì)影響到泵的壽命，據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)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(jì)的齒輪初步選取的次數(shù)為 12，查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪篇，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 14 齒以上可以不變位。變位會(huì)使排量變小，所以需要變位時(shí) 得把齒數(shù)再減小然后變位來(lái)湊出需要的排量。而泵設(shè)計(jì)的 12 齒必須進(jìn)行變位系數(shù)的計(jì)算，要結(jié)合變位齒輪設(shè)計(jì)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 5. 軸的設(shè)計(jì)：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(jì)要求，大致確定其軸上有哪些零件的裝配，經(jīng)過(guò)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(jì)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(jì)，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(jì)工作差不都結(jié)束。 1.4 設(shè)計(jì)要求及任務(wù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此泵為外嚙合中高壓直齒輪泵，齒輪由原動(dòng)機(jī)，經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)。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(jì)、分析及校核 2.1 齒輪各參數(shù)的設(shè)計(jì) 根據(jù)齒輪泵的齒輪設(shè)計(jì)要求其加工精度高，并且此設(shè)計(jì)的中高壓齒輪泵的材料其強(qiáng)度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強(qiáng)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?yàn)檫@種材料的的硬度可達(dá)到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(jì)要求的。根據(jù)上面計(jì)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(jì)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(lái)就可以進(jìn)行齒輪各種尺寸的設(shè)計(jì)了。對(duì)于外嚙合齒輪泵齒數(shù)的選擇，根據(jù)市場(chǎng)上一些成熟的產(chǎn)品，和本身設(shè)計(jì)的要求，則該外嚙合齒輪泵的齒數(shù)選擇原則如下： 通過(guò)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(jī)床上，和一些體積較小動(dòng)力要求不高的機(jī)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(duì)于市場(chǎng)上的高壓齒輪泵，多數(shù)應(yīng)用在大型的移動(dòng)設(shè)備上，比如起重機(jī)，各種工程機(jī)械，汽車，礦山機(jī)械等，基于這種工作環(huán)境要求齒輪泵有較大的齒根強(qiáng)度。為了考慮軸承受力不能過(guò)大，則齒頂圓直徑不宜過(guò)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(guò)多， 通常為z=6-14?？紤]到根切現(xiàn)象會(huì)削弱齒根強(qiáng)度，所以齒形要求進(jìn)行修正。并要設(shè)計(jì)計(jì)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(huì)加大齒輪泵的軸向尺寸，會(huì)使泵的齒輪，軸和軸承受的徑向力成倍的增長(zhǎng)，則會(huì)影響到泵的壽命，據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(duì)齒輪進(jìn)行變位修正。為了保證加工時(shí)不根切，并且所選刀具為齒條型刀具時(shí)，查找資料 機(jī)械手冊(cè)單行本機(jī)械傳動(dòng)P14—23 可得最小齒數(shù)計(jì)算公式 2.2 與變位系數(shù)計(jì)算公式 2.3： Zmin * 2h = ?a sin2 a  （2.2） 代入數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)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?yàn)槭紫纫治霭惭b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(jì)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(hào)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(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)CAD 制圖軟件畫出如下 圖 2.1 齒輪零件圖 通過(guò)作圖也不難發(fā)現(xiàn)齒底圓到鍵槽底部的距離過(guò)小，齒輪不宜單獨(dú)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(dòng)齒輪軸： 圖 2.2 主動(dòng)齒輪軸零件圖 從動(dòng)齒輪軸： 圖 2.3 從動(dòng)齒輪軸零件圖 2.2 齒輪的強(qiáng)度校核 2.2.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)齒輪泵的齒輪設(shè)計(jì)要求其加工精度高，并且此設(shè)計(jì)的中高壓齒輪泵的材料其強(qiáng)度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強(qiáng)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?yàn)檫@種材料的的硬度可達(dá)到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計(jì)的要求。后面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算需要用到載荷系數(shù)載荷系數(shù) K 的計(jì)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(dòng)的機(jī)械系，本設(shè)計(jì)的齒輪泵為中高壓齒輪泵，有輕微沖擊查表選擇如下 動(dòng)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(jī)器各類機(jī)器所用齒輪精度范圍，此齒輪選取精度為 7 級(jí)。又因?yàn)閯?dòng)載系數(shù)的使用值應(yīng)按實(shí)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(jì)中選擇如下 齒間載荷分布系數(shù) ： =1.1 一對(duì)相互嚙合的齒輪在嚙合區(qū)有兩對(duì)貨以上輪齒同時(shí)工作時(shí)，會(huì)發(fā)生載荷分分配不均勻，所以引進(jìn)齒間載荷分布系數(shù)。對(duì)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(duì)稱配置時(shí)，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?yàn)榇她X輪對(duì)稱配置，故 =1.158 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核其校核公式如下： o = 2.5Z ￡ [s ] （2.4） H E H 查《機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算得： P = 10 ′106 P ′ 25′10-6 ′ 1800 r min = 7.5kw w a 60s 根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算得： V = pdn 60 ′1000 V = 3.14 ′ 48′1800 = 4.5 m 60′1000 s （2.6） 查找機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材表 11-2 齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇及應(yīng)用，可以看出 之前選擇的 7 級(jí)制造精度是完全符合設(shè)計(jì)要求的。計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 代入數(shù)據(jù)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度符合要求。 2.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)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(jì)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(qiáng)度符合要求綜上可知齒輪合格。 第 3 章 軸的設(shè)計(jì)及校核 3.1 齒輪泵的徑向力的分析 外嚙合齒輪泵工作時(shí)，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(guò)渡段（其夾角為 φ1~φ2）所受的壓力是變化的（由 p1 升至 p2）。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可近似認(rèn)為吸壓油腔間的過(guò)渡段，承受沿齒輪圓周線性分布?jí)毫?，如下圖所示。 圖 3.1 齒輪圓周壓力的近似分布曲線 在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，齒輪承載的總的液壓力 FP 便可按下列近似公式設(shè)計(jì)： FP = 6.5DpbDe (N ) (3.1) 由于液壓力同時(shí)作用在主動(dòng)齒輪上和從動(dòng)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(diǎn)的相互作用而產(chǎn)生的徑力 FT 。齒輪泵工作時(shí)在主動(dòng)輪上產(chǎn)生的嚙合力，其方向與作用在主動(dòng)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(dòng)齒輪上的嚙合力，其方向與作用 在從動(dòng)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(guò)程中，嚙合點(diǎn)的位置在節(jié)點(diǎn)附近來(lái)回變動(dòng)，所以嚙合力也是變化的。 在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)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(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算： F主 = 7.5DpbDe ( N ) F從 = 8.5DpbDe ( N ) (3.2) (3.3) 既然齒輪泵工作過(guò)程中會(huì)對(duì)齒輪產(chǎn)生不可忽視的徑向力，那么徑向力的縮小和增強(qiáng)齒輪軸軸頸及軸承承載載能力的方法又變得極其重要，因?yàn)檫@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(fù)載也不小，這嚴(yán)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(diǎn)變得極其重要，當(dāng)然這也是研究齒輪泵最主要難點(diǎn)之一。也體現(xiàn)了齒輪泵設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，經(jīng)過(guò)本人查找相關(guān)齒輪泵的設(shè)計(jì)資料及與老師的交流就解決齒輪軸軸頸及軸承的負(fù)載問(wèn)題，我覺(jué)得可以從以下幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)，因?yàn)辇X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(fù)載的 10/3（為滾針軸承；滾珠軸承為 3 次方成反比，這足以說(shuō)明，若軸承負(fù)載減小 30%。軸承的壽命可延長(zhǎng) 3 倍。通過(guò)查閱相關(guān)資料，我認(rèn)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?yàn)檫@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(gè)齒到兩個(gè)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(huì)太大。 （3） 開平衡壓力槽，這種槽是用來(lái)承受多余的不均勻的過(guò)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(shí)這種方法必然會(huì)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(jìn)齒輪軸的材料及熱處理性能：因?yàn)椴煌牟牧掀淇鼓p，抗點(diǎn)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(guò)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(lái)滿足其工作條件。 3.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 3.2.1 估算最小軸頸 根據(jù)齒輪泵的軸設(shè)計(jì)要求其加工精度高，并且此設(shè)計(jì)的中高壓齒輪泵的材料其強(qiáng)度要求高，又考慮到期工作環(huán)境為油液中，也要求有較強(qiáng)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?yàn)檫@種材料的的硬度可達(dá)到 241~286HBS,完全符合這次設(shè)計(jì)的要求，其次因?yàn)榕c軸相配合的齒輪的材料也是，防止后面設(shè)計(jì)需要考慮使用齒輪軸整體所帶來(lái)材料的不一致而帶來(lái)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(jì)算和強(qiáng)度校核都是徒勞的！ 首先要根據(jù)齒輪泵的設(shè)計(jì)要求，大致確定其軸上有哪些零件的裝配，經(jīng)過(guò)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(guò)程中可能受到的到的作用力，根據(jù)所受的最大力來(lái)分析設(shè)計(jì)計(jì)算軸的最小直徑。由齒輪軸的所受的液壓力分析可知從動(dòng)輪徑向力較大，則以此為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算： Fr = 0.85DpBDe = 0.85′10Mpa ′ 20mm ′ 58.32mm = 9.9KN 根據(jù)最小軸徑計(jì)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(huì)有有 2 個(gè)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(jì)成階梯的形式，綜合各方面考慮初步設(shè)計(jì)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?yàn)楦鬏S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(dòng)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(shí)還要保證零件所需的裝配或者調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各個(gè)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(lái)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(zhǎng)度一般比相配合的輪轂短 2mm。軸是齒輪泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處，它的強(qiáng)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(jìn)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(guò)盈配合時(shí)，配合邊緣處會(huì)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(qiáng)度滿足工作需要，現(xiàn)在決定將軸的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，此處采用調(diào)質(zhì)淬火處理。進(jìn)CAD 精確制圖 3.3 和圖 3.4： 主動(dòng)軸： 圖 3.3 主動(dòng)齒輪軸零件圖 從動(dòng)軸: 圖 3.4 從動(dòng)齒輪軸零件圖 3.2.2 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 按彎扭合成強(qiáng)度校核，得首先做出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)力圖 3.4 如下： 圖 3.5 軸的受力簡(jiǎn)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(jì)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(jì)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(xiǎn)截面，則以下對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核： 危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩計(jì)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(jì)其軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)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(jì)算彎扭合成強(qiáng)度公式為： = 142 N × m o = Me （3.6） ca W 所以帶入數(shù)據(jù)，計(jì)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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生彎曲或者扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐募捌鋺?yīng)有的性能。對(duì)于工作中的的齒輪泵會(huì)受到受到很大的液壓力，對(duì)軸的剛度是有要求的，因此必須進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。 軸的彎曲剛度條件為： 撓度 y ￡ [ y] 偏轉(zhuǎn)角 q ￡ [q ] 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)之軸的撓度及偏轉(zhuǎn)角計(jì)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(jì)算結(jié)果為： v ê? è ? ú? y = 0.0989 q = 0.00118 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jì)或選擇、分析及校核 4.1 密封設(shè)計(jì) 密封設(shè)計(jì)是解決所有機(jī)械設(shè)備，零件等所有對(duì)密封要求較高的設(shè)備其泄漏問(wèn)題的有效措施之一。當(dāng)齒輪泵的液壓密封不好時(shí)，不僅會(huì)影響齒輪泵的工作效率， 影響齒輪泵的壽命。當(dāng)泄露嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)樾孤对斐森h(huán)境的污染。該泵軸端密封設(shè)計(jì)可以有多種方法，可以是機(jī)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(lái)選擇。這里采用浮動(dòng)軸套式的的補(bǔ)償裝置來(lái)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(jì)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(jì)過(guò)程中要采取一定的措施來(lái)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(dòng)補(bǔ)償裝置--浮動(dòng)軸套式：它的工作原理是將泵進(jìn)出口處的的壓力油，引入齒輪軸上的浮動(dòng)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(bǔ)償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵工作時(shí)，靠著彈簧來(lái)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(dá)到 15mpa。另外還有浮動(dòng)側(cè)板式和撓性側(cè)板式等方式可以通過(guò)緊貼齒輪的端面來(lái)補(bǔ)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(jì)資料，選擇本體的材料為高強(qiáng)度灰鑄鐵 HT200，查找機(jī)械設(shè)計(jì)及工程材料可知其強(qiáng)度極限sb =300MPa, 由材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知，對(duì)于鑄鐵 等脆性材料，由于沒(méi)有屈服點(diǎn)，破壞時(shí)無(wú)明顯變形，則要求應(yīng)力不超過(guò)其抗拉強(qiáng)度初選的壁厚參數(shù)是效仿市場(chǎng)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(jì)的強(qiáng)度要求，同時(shí)泵體泵蓋本身有一定的強(qiáng)度，剛度硬度。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)可以將材料的破壞應(yīng)力除以系數(shù)n，這個(gè)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(jì)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(qiáng)度可以按照壁 厚 29mm 粗略估算出其拉伸應(yīng)力，計(jì)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(shí)驗(yàn)壓力MPa 泵踢得實(shí)驗(yàn)壓力一般為所設(shè)計(jì)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(shí)，可以把泵體分成無(wú)數(shù)個(gè)微小體積，每個(gè)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(jì)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(duì)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(dòng)軸承，還是滾動(dòng)軸承這個(gè)問(wèn)題確實(shí)很糾結(jié)，后來(lái)通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是受沖擊載荷的能力較高，極限轉(zhuǎn)速較高，壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低。而性價(jià)比較高的滾動(dòng)軸承當(dāng)然也有很多優(yōu)點(diǎn)，它啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，摩擦阻力較小，功率消耗較少， 潤(rùn)滑方便，易于互換。綜合比較后還是選擇性價(jià)比較高的滾動(dòng)軸承一大類，并且滾動(dòng)軸承的選擇范圍較廣。后由進(jìn)行資料查詢，分析各種類別的滾動(dòng)軸承的適用場(chǎng)合，最終考慮選用滾針軸承，因?yàn)樵谕瑯拥臈l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(shí)允許內(nèi)外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)，更重要的是有較大的軸向承載能力，這對(duì)于設(shè)計(jì)的中高壓外嚙合齒輪泵在工作中說(shuō)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(shí)受到很大的液壓力，并且從動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)轉(zhuǎn)速，綜上可述軸承符合要求 4.4 齒輪泵進(jìn)出油口設(shè)計(jì)計(jì)算 基于外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理及目前市場(chǎng)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(xiàn)資料，互聯(lián)網(wǎng)資料等，得知齒輪泵的進(jìn)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(jì)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(jì)任務(wù)書的要求，本設(shè)計(jì)進(jìn)油口的設(shè)計(jì)流速選取 3m/s ，出油口設(shè)計(jì)流速選取 5m/s 。 由齒輪泵的進(jìn)出口流速公式： v = 由公式 4.4 計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行選擇的，首先要分析安裝主動(dòng)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(jì)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(hào) 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(gè)鍵與傳動(dòng)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(jì)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(gè)，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(gè)，沿著泵體的外圈斜對(duì)角布置。這樣不但便于加工制造， 而且使組的螺栓的對(duì)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(jì)除了考慮以上幾點(diǎn)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(jìn)行螺栓組的受力分析：齒輪泵內(nèi)安裝有“8”字形浮動(dòng)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(jì)算結(jié)果： F = PS = 10 ′106 ′ 2p ′ ( 58.32 )2 = 4.8′104 N 2 采用 6 個(gè)螺釘連接，則每個(gè)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(guó)標(biāo)手冊(cè)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(gè)，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(dá)設(shè)計(jì)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(wú)論是在設(shè)計(jì)機(jī)器還是測(cè)繪機(jī)器時(shí)必須畫出裝配圖。 裝配圖表達(dá)了機(jī)器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)思,部件的工作原理和裝配關(guān)系，也表達(dá)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(jìn)行部件裝配、調(diào)試及維護(hù)的技術(shù)依據(jù)。設(shè)計(jì)裝配工作圖時(shí)要綜合考慮工作要求、材料、強(qiáng)度、剛度、磨損、加工、裝拆、調(diào)整、潤(rùn)滑和維護(hù)等多方面因素