【正文】 重要應(yīng)用，大量學(xué)者進(jìn)行了研究，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要關(guān)于齒輪泵的研究集中在以下幾個(gè)方面：齒輪泵的壽命及其影響因素的研究，齒輪變量方法的研究和齒輪表面涂覆技術(shù)的研究這幾個(gè)方面。作為機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，對(duì)于齒輪泵的了解有過(guò)一些，也曾做過(guò)與之相似得減速器的課程設(shè)計(jì)，但是對(duì)于獨(dú)立的設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪泵還是沒(méi)有做過(guò)的，本次設(shè)計(jì)就是為了可以在設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪泵的過(guò)程中，了解一個(gè)齒輪泵設(shè)計(jì)需要哪些步驟。一個(gè)完整的齒輪泵的設(shè)計(jì)首先需要設(shè)計(jì)一對(duì)齒輪，齒輪傳動(dòng)作為齒輪泵設(shè)計(jì)的重要組成部分也是齒輪泵的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)中會(huì)通過(guò)一些制圖軟件來(lái)建立齒輪泵的相關(guān)圖形，相信在利用這些軟件的過(guò)程中讓我們會(huì)對(duì)齒輪泵有一個(gè)更加深刻的了解。高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 2 第 1 章 緒 論 齒輪泵的特點(diǎn)及研究意義齒輪泵在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中在許多的場(chǎng)合都得到了廣泛的應(yīng)用，它具有許多別的零件不能替代的作用，它的特點(diǎn)是：體積小，重量輕，制造方便，價(jià)格低，自吸性比較好且對(duì)有的污染不敏感，便于維修和保養(yǎng)。這么多的優(yōu)點(diǎn)奠定了它在工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的作用。齒輪泵是運(yùn)輸高黏度液體較為理想的設(shè)備，其作用范圍廣泛。目前，盡管?chē)?guó)內(nèi)的許多企業(yè)都生產(chǎn)出不少用于輸送高黏度液體的齒輪泵，但是由于測(cè)試的手段的不完善，在材料的選擇，泄露與噪聲防治方面仍有一些問(wèn)題。特別的國(guó)產(chǎn)高黏度齒輪泵在效率、可靠性與使用壽命方面與國(guó)外的產(chǎn)品還有比較大的差距。因此，我國(guó)許多的企業(yè)所使用的齒輪泵還在依靠進(jìn)口。這就給我們國(guó)家發(fā)展帶來(lái)了隱患，為了更好的發(fā)展我國(guó)的生產(chǎn)也為了提高我們國(guó)家的生產(chǎn)工藝水平，生產(chǎn)出高技術(shù)含量和高精度的產(chǎn)品，以解決依靠國(guó)外的目的。在當(dāng)前制造環(huán)境中，加工工藝規(guī)程已成為困擾零件加工的一個(gè)大問(wèn)題。為此人們也做了大量的工作，由于種種原因至今效果并不明顯。因此目前由于加工工藝規(guī)程不當(dāng)而影響零件的加工質(zhì)量、加工效率和刀具磨損的情況還比較嚴(yán)重。就齒輪泵殼的加工而言，雖然有國(guó)際領(lǐng)先水平的高速加工機(jī)床，但相應(yīng)的工藝技術(shù)卻相對(duì)落后，致使硬件資源不能得到充分利用。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)存在如下主要問(wèn)題：1） 在加工零件緣條或輪廓時(shí)，由于拉刀或讓刀造成厚度尺寸和輪廓形狀不準(zhǔn)確；2）空刀過(guò)多，零件有效切削的時(shí)間較少，從而延長(zhǎng)了零件的加工周期；3）切削力過(guò)大，造成零件變形或定位狀態(tài)改變； 4）加劇了機(jī)床和刀具的振動(dòng)，降低了零件的表面質(zhì)量；5）刀具磨損劇烈，從而降低了刀具耐用度；6）在零件轉(zhuǎn)角處拉刀，造成零件過(guò)切；7）工時(shí)定額不準(zhǔn)，使得高速切削加工的管理水平難以進(jìn)一步提高；8）在數(shù)控加工中心，由于工藝過(guò)程選擇不當(dāng)而造成的零件超差報(bào)廢現(xiàn)象十分普遍，以至于目前大多數(shù)工藝人員依然依靠工作經(jīng)驗(yàn)，或是通過(guò)查詢(xún)有關(guān)的資料來(lái)擬定工藝規(guī)程?；谏鲜龅鹊仍颍瑢?duì)機(jī)械加工工藝規(guī)程的優(yōu)化和整理研究已勢(shì)在必行。我們將針對(duì)齒輪殼的加工過(guò)程，對(duì)涉及加工過(guò)程中的機(jī)床、刀具、零件及其相配套的工藝規(guī)程等進(jìn)行科學(xué)整理、歸納和完善，對(duì)其加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和管理。 本課體研究的內(nèi)容本課題通過(guò)齒輪泵的加工制造過(guò)程，掌握一般機(jī)械箱體裝置的加工方法、加工步驟，運(yùn)用和熟悉加工零件，了解有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，為從事機(jī)械制造加工打好基礎(chǔ)。同時(shí)，要掌握利用 solidworks 軟件進(jìn)行三維建模的基本方法。本課題的主要研究?jī)?nèi)容有：安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 （1）齒輪泵零件的分析與設(shè)計(jì)；（2）齒輪泵的加工工藝設(shè)計(jì)；（3）用 CAD 軟件繪制零件的二維結(jié)構(gòu)圖形；（4）用 solidworks 軟件進(jìn)行齒輪泵零件的三維建模。高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 4 第 2 章 泵的結(jié)構(gòu)確定 性能參數(shù)的確定由任務(wù)書(shū)可知，本次設(shè)計(jì)齒輪泵的工作壓力為 20MPa，實(shí)際流量為 15 升/分。根據(jù)泵的流量可以求出泵的內(nèi)部嚙合齒輪的相關(guān)參數(shù)，此次設(shè)計(jì)的是外嚙合齒輪油泵。電機(jī)本次設(shè)計(jì)選用的是 Y132S4 型功率 P=，滿載轉(zhuǎn)速 n1=1440r/m，所以齒輪泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同。 泵的結(jié)構(gòu)的確定泵的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行： 泵體的結(jié)構(gòu)的確定泵體有兩種結(jié)構(gòu)形式：（1） 由前泵蓋、泵體、后泵蓋三部分組成的三片式結(jié)構(gòu)（2） 由泵蓋和泵體組成的兩片式結(jié)構(gòu)兩片式泵體具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便的好處，泵體的材料大多數(shù)才有 HT200 便于機(jī)械加工。 齒輪結(jié)構(gòu)的確定齒輪也有兩種結(jié)構(gòu)形式（1） 由齒輪和軸做成一體的齒輪軸形式（2） 由齒輪和軸做成分離的結(jié)構(gòu)形式 通過(guò)鍵來(lái)連接齒輪軸的結(jié)構(gòu)形式由于結(jié)構(gòu)緊湊、裝配方便比較普遍應(yīng)用。而由于分離式的齒輪與軸的結(jié)構(gòu)形式具有較好的加工工藝性，所以在泵的應(yīng)用中比較普遍。本次設(shè)計(jì)中選用的就是齒輪與軸分離的結(jié)構(gòu)形式，采用圓頭平鍵來(lái)連接軸與齒輪的。 間隙補(bǔ)償裝置的確定根據(jù)泵的工作情況和結(jié)構(gòu)可以選用采用什么樣的間隙補(bǔ)償裝置，常用的間隙補(bǔ)償裝置可以分為線面幾種：固定間隙補(bǔ)償裝置應(yīng)用此種裝置的齒輪泵的典型結(jié)構(gòu)如圖 21 是工程、建筑、礦山、林業(yè)行業(yè)上用的較為普遍的液壓泵，泵的規(guī)格不同所用的間隙也不同，規(guī)格大的其間隙也就大。通過(guò)軸向的間隙泄露的油液流入軸承內(nèi)以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的潤(rùn)滑作用。安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 21 CBC 型齒輪泵圖 22 中的齒輪泵是 CBB 型齒輪泵，也是一種采用固定間隙的齒輪泵，工作壓力為 。泵體為三片式結(jié)構(gòu)，在泵體與前后泵蓋之間沒(méi)有側(cè)板，采用單個(gè)圓形卸荷槽，加工在前后泵蓋的壓油腔一側(cè)，軸向間隙為 ~。采用帶保持架的滾針軸承，提高了軸承的壽命。在前后泵蓋的吸壓油腔一側(cè)加工一直槽使之與軸承部位可以相通利用吸油腔的油液來(lái)潤(rùn)滑軸承，吸油腔和排油腔均設(shè)在后泵蓋上。圖 22CBB 型齒輪油泵液壓自動(dòng)補(bǔ)償間隙在中高壓和高壓齒輪泵中，采用液壓自動(dòng)補(bǔ)償間隙裝置結(jié)構(gòu)的比較普遍。軸向液壓間隙補(bǔ)償大多數(shù)采用浮動(dòng)側(cè)板或是浮動(dòng)軸套，很少采用撓性側(cè)板的。在液壓力作用，側(cè)板緊貼齒輪端面，使軸向間隙減小，當(dāng)端面磨損后可以自動(dòng)補(bǔ)償，從而保持軸向間隙的基本恒定。側(cè)板又可以分為一面浮動(dòng)式和兩面浮動(dòng)式。 浮動(dòng)側(cè)板式軸向間隙補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)如圖 23，兩個(gè)互相嚙合的齒輪，裝在前后軸套的滑動(dòng)軸承里，軸軸套可在泵體內(nèi)做軸向浮動(dòng)，從壓油腔引至軸套外面的液體作用在側(cè)板上，把軸套壓向齒輪端面，泵啟動(dòng)時(shí)在力的作用下可以使浮動(dòng)軸套緊貼齒輪端面。高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 6 圖 2 3 軸向間隙補(bǔ)償原理圖撓性側(cè)板式軸向間隙補(bǔ)償裝置撓性側(cè)板式間隙補(bǔ)償裝置與浮動(dòng)側(cè)板的工作原理是一樣的，把高壓油引到撓性側(cè)板的背面，側(cè)板在高壓油的作用下產(chǎn)生撓度，限制側(cè)板與齒輪端面的間隙，從而起到軸向間隙補(bǔ)償?shù)淖饔猛ㄟ^(guò)以上的比較，固定間隙補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所以本次設(shè)計(jì)選用固定間隙補(bǔ)償裝置。安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 齒輪的設(shè)計(jì) 選定齒數(shù)排量一定時(shí)，齒數(shù)多的泵的外形尺寸大，但壓力脈動(dòng)小，一般外嚙合齒輪的齒數(shù)在 8~14 之間，本次設(shè)計(jì)選用 Z=14 即齒數(shù)為 14 的外嚙合齒輪。 模數(shù) 排量一定時(shí)，模數(shù)大的，泵的外形尺寸小，根據(jù)公式 （31）Qm)~2.(?式中 Q流量通過(guò)計(jì)算對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)選用齒輪模數(shù) m=4 齒輪計(jì)算根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 102 和 104 可知齒輪的齒頂高系數(shù) ha*=1 頂隙系數(shù) c*= 將此系數(shù)帶入公式可以計(jì)算出齒輪的各個(gè)相關(guān)直徑參數(shù)根據(jù)漸開(kāi)線嚙合原理可以知道，不產(chǎn)生根切的最小變位系數(shù) xmin可以計(jì)算的 （???zx2）本次設(shè)計(jì)采用的是等變位齒輪傳動(dòng)，所以 x1=x2=xi=，現(xiàn)在已知齒輪的變位系數(shù)、模數(shù)、齒數(shù) z1=z2=14，我們可以參考文獻(xiàn)[2]表 104 求的齒輪其他參數(shù)為： （3mzd56141???3） (33)mxha 704.)()*(11 ????(34)mcaf 296.).25()(11 ????高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 8 (35)mmcha 94)(*)2( ?????(36)daa ? (37)mhff ????(38)??da6/21?(39)????3120cos154arcosr0??z(310)?0tan24.)(?ivz .)3( ＞??ivi(311)??）（π ??s=24mm在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般都留有一定的齒側(cè)間隙 。nc，mm ~4.)08.~1.(??齒頂間隙在齒輪泵的設(shè)計(jì)中留有齒頂間隙 ，本次設(shè)計(jì)齒頂間隙取 。~.0 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 4 章 軸的設(shè)計(jì) 計(jì)算軸的最小直徑軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]式 152 可知軸的最小直徑 d，(41)310nPA?式中 取 112，n 為軸的轉(zhuǎn)速即電機(jī)轉(zhuǎn)速為 1440r/min， 為主軸的功率，查參考0A 1文獻(xiàn)[6]表 17 可知帶輪的傳動(dòng)效率 ，?帶 輪?，電機(jī)功率為 千瓦，所以主軸的功率為 。96.?帶 輪? ???帶 輪?將上面的值代入公式可得主動(dòng)軸的最小直徑 d(42)????由軸的最小直徑可以確定，軸和帶輪裝配處軸的直徑為 ，計(jì)算軸肩高度為?1mm，所以軸和軸承的裝配段直徑為 ，主動(dòng)軸的大致結(jié)構(gòu)如下面圖 41，m20?圖 41 主動(dòng)軸由圖 41 可知主動(dòng)軸全長(zhǎng) L=L1+L2+L3+L4+L5，L1 為螺紋段主要是為了固定主動(dòng)軸的軸向移動(dòng)所以 L1 長(zhǎng)取 15mm，L2 根據(jù)帶輪寬度來(lái)確定為 20mm，L3 段長(zhǎng)度為密封件、軸承及內(nèi)壁厚度來(lái)確定的為 55mm，L4 段是根據(jù)齒輪厚度定為 24mm，L5 段是軸承與軸的裝配處，軸承寬為 24，考慮軸端面與泵蓋之間要有一定間隙，所以 L5 長(zhǎng)度定為15mm，由此可以確定主動(dòng)軸的全長(zhǎng) L=15+20+55+24+15=134mm。從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)可以參考主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)如下圖 42高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 10 圖 42 從動(dòng)軸 鍵的選擇此次設(shè)計(jì)中，一共有三處采用平鍵連接，分別為主動(dòng)軸與帶輪連接和齒輪與軸的連接，根據(jù)軸的直徑，可以確定，帶輪與主動(dòng)軸連接選用 GB/T 1096 圓頭普通平鍵（A）型 鍵 ，齒輪連接采用的鍵都為鍵 連接。16?187?圖 43 平鍵結(jié)構(gòu) 軸承的選擇此次設(shè)計(jì)中的軸承選用的是 GB250981 環(huán)形銅合金滑動(dòng)軸承，直徑為 ，厚m20?度為 2mm。實(shí)體圖如圖 44 滑動(dòng)軸承安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 5 章 進(jìn)出油口尺寸計(jì)算齒輪泵的油液的導(dǎo)入和導(dǎo)出是通過(guò)其進(jìn)出油口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)出油口的大小可以控制齒輪泵的油液的量和速度，本次設(shè)計(jì)的齒輪泵的進(jìn)出油口是根據(jù)極限流速限制的原則來(lái)確定的。齒輪泵進(jìn)出油口尺寸如下圖 51，壓出角 的大小根據(jù)壓力的大小來(lái)確定的。壓d?力高時(shí)， 盡可能的小以減小軸承負(fù)載，但受到流速限制，出口流速不應(yīng)超過(guò) 8m/s，d?所以可以根據(jù)公式 （51）smDQFV/842???式中 F 為進(jìn)出油口面積（ ） ，D 為進(jìn)出油口直徑（ mm） ，Q 為泵的流量為 15 升/2m分。將數(shù)值代入上面公式（51）得(52)?????圖 51 進(jìn)出油口尺寸但是出油口直徑不能太小所以取 ，同理可以計(jì)算出 。mDd12?mDs16?高成心：齒輪泵設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件工藝設(shè)計(jì) 12 第 6 章 卸荷槽的分析與設(shè)計(jì) 卸荷槽的選擇齒輪泵在工作的過(guò)程中，同時(shí)嚙合的齒應(yīng)多于一對(duì)，即重疊系數(shù) ε＞1（一般取 到 之間） ，才能正常工作。雖然從理論上來(lái)說(shuō) ε=1，不會(huì)出現(xiàn)間斷吸壓油現(xiàn)象，也不產(chǎn)生困油現(xiàn)象，可以正常工作，但考慮到制造誤差，實(shí)際工作中 ε 常常會(huì)小于 1，因而齒輪泵的輸油率很不均勻，會(huì)出現(xiàn)時(shí)而輸油時(shí)而不輸油的不正?，F(xiàn)象，瞬時(shí)流量的差值可能達(dá)到 30%，齒輪泵不能正常工作。當(dāng)重疊系數(shù) ε＞1 時(shí)，齒輪泵在嚙合的過(guò)程中，前一對(duì)齒輪尚未脫開(kāi)嚙合，后一對(duì)齒輪以開(kāi)始嚙合，所以同時(shí)嚙合的吃有兩對(duì)。當(dāng) ε= 時(shí)，齒輪的嚙合時(shí)間為 %；當(dāng) ε= 時(shí)，齒輪泵的嚙合時(shí)間為 26%，因此在兩對(duì)齒之間形成了和吸壓油腔均不能相通的閉死容積，即困油容積，隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，閉死容積的大小還會(huì)發(fā)生變化，這就是困油現(xiàn)象。由于液體的可壓縮性很小，當(dāng)困油容積由大變小時(shí)，存在于困油容積中的油液受擠壓，壓力急劇上升，大大超過(guò)齒輪泵的工作壓力，同時(shí)困油容積中的油液也會(huì)從一切可泄露的縫隙強(qiáng)行擠出，使軸和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn)生很大的徑向力，增加功率損失，并使液體發(fā)熱，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，降低齒輪泵的工作平穩(wěn)性和壽命。當(dāng)困油容積由小變大時(shí)，形成真空，使溶于液體中的空氣分離出來(lái)，產(chǎn)生氣泡，帶來(lái)氣蝕、噪聲、振動(dòng)、流量和壓力脈動(dòng)等危害。困油現(xiàn)象是齒輪泵不可避免的技術(shù)問(wèn)題，必須采取措施解決。消除困油危害一般是在泵蓋（或泵體、軸套、側(cè)板、軸承座圈）上開(kāi)卸荷槽。開(kāi)卸荷槽總的原則是：在保證高低壓腔互不溝通的前提下，設(shè)法使困油容積和吸油腔或壓油腔相通。卸荷槽的種類(lèi)可分為三