【正文】 *學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。 宜賓普什驅(qū)動有限責(zé)任公司 大流量內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計 I 畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計）進入學(xué)校圖書館被查閱。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 本課題以大流量內(nèi)嚙合齒輪泵為設(shè)計目標(biāo)。浮動側(cè)板能夠軸向移動，浮動側(cè)板上背壓室的大小、進出油孔的位置及孔徑是設(shè)計的重點。 根據(jù)工作腔的容積變化而進行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因此這種泵也稱為容積泵。 （ 2） 油箱必須與大氣相通，這是自吸式液壓泵的吸油條件。 液壓泵的型式非常多，常用的類型主要可以分為 :齒輪式、葉片式、螺桿式、軸向柱塞式、徑向柱塞式等五類。 齒輪泵由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕、外形尺寸小、自吸性好、對油液不敏感、工作可靠等優(yōu)點，產(chǎn) 2 圖 液壓泵的分類 量居絕對優(yōu)勢。 圖 三大泵的產(chǎn)量占有比 泵的應(yīng)用范圍特別廣，從上天的飛機，到入地的鉆井、采礦；從陸地上的火車、坦克，到海上的輪船、潛艇；不論是重工業(yè)，還是輕工業(yè)；不論是尖端科技，還是日常生活，到處都需要泵，到處都可以看到泵在運行。 3 表 三大泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 齒輪泵的分類 按齒輪的嚙合形式分類 （ 1） 外嚙合齒輪泵 外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、制造維護簡單 、價格低廉、工作可靠、自吸能力強、對油液污染不敏感等。由于齒輪同向旋轉(zhuǎn)，齒面相對滑動速度小、磨損輕微、使用壽命長、流量脈動遠比外內(nèi)嚙合泵小，因而噪聲小。 按齒形曲線分類 在外嚙合齒輪泵中，齒輪的齒形曲線一般都采用漸開線（也有采用圓弧齒形的）。 其中斜齒、人字齒、圓弧齒與直齒相比，嚙合性能好一些，嚙合無聲、無撞擊，壽命長。 按級 數(shù)分類 （ 1） 單級齒輪泵； （ 2） 多級齒輪泵：將多個齒輪泵串聯(lián)而成，可使輸出液體的壓力增高。 容積效率為 ?； 總效率為?。近三十年來，經(jīng)過了液壓工作者的努力，如采用軸向、徑向間隙補償?shù)确椒?，齒輪泵的壓力等級明顯提高，己擠入中高壓泵之列，改變了過去人們認(rèn)為齒輪泵只用于低壓系統(tǒng)的看法。 （ 3） 典型的高壓齒輪泵有長江液壓件廠的 CBL 型齒輪泵，具有軸向間隙和徑向間隙平衡結(jié)構(gòu) [5]。上 海航空發(fā)動機制造廠參照國外 QT 泵樣機設(shè)計制造了 NB 系列直線 共軛 內(nèi)嚙合齒輪泵。寧波華液機器制造有限公司生產(chǎn)的 GPA 內(nèi)嚙合齒輪泵其工作壓力也達到了，最高工作壓力達 33MPa，現(xiàn)已發(fā)展成 5 大系列，其結(jié)構(gòu)與 GPA 型類似。該泵機械效率、容積效率都比較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，排量 ?250ml/min，轉(zhuǎn)速范圍 400?3600r/min。 （ 3） 困油沖擊及卸荷措施?，F(xiàn)在人們對噪聲的控制越來越重視，而齒輪泵的噪聲大一直是令人困擾的問題。關(guān)于降低齒輪泵流量脈動的方法已有很多，如合理選擇齒輪的參數(shù) ； 采用剖分式齒輪 ； 采用多齒輪等。文獻 [7][8]對此進行了研究。 （ 10） 齒輪泵高壓化的途徑。其中復(fù)合齒輪泵在這方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 齒輪泵的發(fā)展趨勢 近年來，隨著齒輪泵產(chǎn)量的不斷增長，在齒輪泵向高壓化、高可靠性發(fā)展的推動下，我國齒輪泵技術(shù)有了新的發(fā)展和突破。齒輪泵的高壓化工作已取得較大進展，但因受其本身結(jié)構(gòu)的限制，要想進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。 （ 3） 低噪聲 隨著人們環(huán)保意識的增強，對齒輪泵的噪聲要求也越來越嚴(yán)格。在這方面，內(nèi)嚙合齒輪泵因 8 具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無困油現(xiàn)象、噪聲低等特點，因此今后將會有較大發(fā)展。為了改變齒 輪泵的排量，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。 本課題的研究內(nèi)容和方法 本課題主要完成一個大流量內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計，詳細(xì)到每一個零部件。僅僅滿足排量要求的齒輪副有很多，我們要從齒輪的各種干涉、重合度、強度等方面考慮，選出既符合齒輪副的傳動要求，又滿足齒輪泵排量要求的一對齒輪副。進出油 孔的大小及位置要設(shè)置得當(dāng)，才能實現(xiàn)各自的功能。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用固定月牙板隔開，無間隙補償，噪音低。 圖 TCP 泵的結(jié)構(gòu)簡圖 該泵內(nèi)轉(zhuǎn)子為短副等距外擺線，外轉(zhuǎn)子為圓弧曲線，齒數(shù)比為 9:11。 圖 IP 泵的結(jié)構(gòu)簡圖 內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開線齒形，齒數(shù)比 13:20。該泵機械效率、容積效率都比較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 圖 QT 泵的結(jié)構(gòu)簡圖 外齒輪齒廓為直線 ， 內(nèi)齒圈齒廓為 與 直線共扼 的曲 線，齒數(shù)比 13:17。按不同的壓力和排量組合成多大 1300 多種規(guī)格。因為齒數(shù)比 QT 泵少，與同樣排量的泵相比，齒輪齒根加寬，使承載能力提高，一級齒輪副即能承受 32MPa 的壓力。偏心距不正確將影響內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合，從而使效率下降，并產(chǎn)生噪聲，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損壞。 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理 漸開線齒形 內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。浮動側(cè)板 5 在背壓室油液的作用下貼在小齒 輪和內(nèi)齒環(huán)組成的高壓區(qū)端面，起到了自動補償端面間隙的作用， 有利于提高泵的容積效率。 內(nèi)嚙合齒輪泵的性能特點 內(nèi)嚙合齒輪泵作為齒輪泵的重要組成部分，在實際當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它具有以下性能特點 : （ 1） 流量、壓力的脈動小。 （ 3）由于小齒輪和內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)向相同，齒間相對滑動速度小，輪齒接觸應(yīng)力小，磨損小，因而壽命長。 內(nèi)嚙合齒輪副正確嚙合及連續(xù)傳動條件 一對漸開線內(nèi)嚙合齒輪副要正確嚙合并連續(xù)傳動，須滿足一下條件 [12]： ： 內(nèi)嚙合傳動時正確嚙合條件和外嚙合時相同，要求兩齒輪的基圓齒距相 等，即 1 1 2 2co s co smm??? 式中， 1m 、 2m 分別為小 齒輪和內(nèi)齒輪的 模數(shù)， 1? 、 2? 分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的分度圓壓力角。? 為嚙合角， 1a? 、 2a? 分別為 小 齒輪和 內(nèi)齒輪的齒頂壓力角，其計算公式分別為： 111arccosbaarr? ? ， 222arccosbaarr? ?， 式中， 1br 、 2br 分別為 小 齒輪和內(nèi)齒輪的基圓半徑， 1ar 、 2ar 分別為 小 齒輪和內(nèi)齒（ ） （ ） （ ） （ ） 15 輪的齒頂圓半徑。由此可知，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪時，其齒數(shù) 2z 不得小于 34. ，除了要求基圓齒距彼此相等。即保證如下關(guān)系 39。 取 1n =1500r/min，齒寬系數(shù) d? =，即 b= ， 容積效率 v? =。 Matlab 代碼如下： p=。Lp*amp。z2/z1=10amp。,[m z1 z2 L],39。,39。 運行上述代碼，得到一系列滿足條件的模數(shù)、齒數(shù)。 21()2ma a z z? ? ?=30mm （ ） ○ 3 中心距變動系數(shù) 實際中心距與理論中心距相等，所以中心距變動系數(shù) y=0。0 2 2 0 2 39。*21 22afd d a c m? ? ?=171mm （ ） ○11 齒頂壓力角 小齒輪的齒頂壓力角 11 1co sarcco sa ad d ?? ?= （ ） 內(nèi)齒輪的齒頂壓力角 22 2co sarcco sa ad d ?? ?= 18 插齒刀的齒頂壓力角 0202 02c o sa rc c o sa ad d ?? ?= ○ 12 齒輪寬度 齒寬 b= 1mz? =69mm，元整后去 b=70mm。 39。0202 022tan1 tan azz???? （ ） 將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上式知，能夠滿足。 查查文獻 [12]中 表 33 中 對應(yīng)于 0z 及 0? 的 2minz ，若 2z 大于對應(yīng)的 2minz ，即不會產(chǎn)生徑向切入頂切。 避免內(nèi)齒輪齒根干涉條件 39。2 0 2 0 2 0 2 0 2( ) ta n ta n az z z????=26 顯然， 滿足條件，所以內(nèi)齒輪不會產(chǎn)生過渡曲線干涉 避免小齒輪齒根干涉條件 *39。 對于 2 0?? 的高度變位齒輪和正變位齒輪，如果 2 1 2 1 m in( ) ( )z z z z? ? ?可不必校驗齒廓重疊干涉。小齒輪的厚度顯然滿足這個要求。 ○ 8 輪齒彎曲強度校核 直齒圓柱齒輪的輪齒彎曲疲勞強度條件為 [13] 12312F F a Sa F PdKT Y Y Yzm ?????? （ ） 式中， K 為載荷系數(shù)，取 ； 1T 為小齒輪的轉(zhuǎn)矩，等于 ； d? 為齒寬系數(shù)，取 ； 1z 為小齒輪齒數(shù)，等于 23； m 為模數(shù)，等于 5mm； FaY 為載荷作用于齒頂時的齒形系數(shù)，其值取 ； SaY 為應(yīng)力修正系數(shù)，其值取 ； Y? 為重合度系數(shù)，其 值取 ； FP? 為許用彎曲疲勞應(yīng)力，等于 ； 將以上數(shù)據(jù)代入 式（ ） 中 得，輪齒彎曲疲勞強度 F? =， 小于 許用彎曲疲勞應(yīng)力 。 3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計見 圖（ ）， 軸的支撐形式見 圖（ ）。 文獻 14 中 給出了 最大徑向力的近似公式 1rxF K Bmz p? （ ） 式中， xK 為最大徑向力系數(shù)，取 ， B 為齒寬?？紤]該軸是一個齒輪軸，校核齒輪的右端面（靠近支撐點 B 的面），此處的當(dāng)量彎矩為 22()caM M T???= （ ） 23 又抗彎截面系數(shù) 332dW ?? = 3cm ， 所以彎扭合成強度為 caca MW? ? = （ ） 顯然， ca? 1[]b?? ，故安全。 小齒輪及軸的結(jié)構(gòu)圖、內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖 小齒輪及軸的結(jié)構(gòu)圖 24 圖 內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)圖 月牙板的設(shè)計 月牙板 位于兩齒輪之間，同齒輪的嚙合線一起把兩齒輪與側(cè)板圍成的密封腔分成兩部分，即吸油腔和壓油腔。固定式月牙板結(jié)構(gòu)簡單，但與齒輪齒頂之間的間隙不會變化。合適大小的縫隙既能保證良好的密封，又能最大程度減小功率損失。所以，小齒輪齒頂與月牙板間隙取 ，內(nèi)齒輪齒頂與月牙板間隙取 。因此，材料 5CrNiMo 完全能達到 月牙板 的使用要求。 浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)、性能的優(yōu)劣是內(nèi)嚙合齒輪泵整體性能好壞的重要標(biāo)志之一。因此，材料 5CrNiMO 完全能達到浮動側(cè)板的使用要求。在背壓的作用下，齒輪泵兩側(cè)的浮動側(cè)板緊貼在小齒輪、內(nèi)齒輪和 月牙板 端面上。當(dāng)壓油腔油液的壓力發(fā)生大小變化時，背壓室內(nèi)油液的壓力緊跟著發(fā)生大小變化，并且始終使 tF fF ，自動補償軸向間隙泄漏。但這時候，該段容積還在 泵體的包圍之中，泵體 阻斷了其吸油的通路。小孔 c 連通背壓室和低壓區(qū)的初始位置。這樣，背壓室的高壓油液經(jīng)過小孔 c 后，由于阻尼孔的壓力損耗，使油液的壓力很低，就不會對輪齒造成沖擊了。根據(jù)高壓油進出的方向，我們稱孔 a 為進油孔，孔 c 為出油孔。2 2 2 2 2 2( t a n t a n )baA C B C B A r ??? ? ? ?= （ ） 28 圖 內(nèi)嚙合齒輪幾何關(guān)系圖 對于漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，由齒輪傳動的幾何性質(zhì)知，進油孔覆蓋的范圍應(yīng)為嚙合線上 39。 為保證高壓腔中的液壓油順暢地進入背壓室，進油孔的大小取 5mm。1 1 1 1 1 1( t a n t a n )baA C B A B C r ??? ? ? ?= （ ） 29 出油孔的覆蓋范圍應(yīng)該為嚙合線上 39。并且高壓油會經(jīng)過背壓腔的進油 孔 從出油孔竄入低壓腔，嚴(yán)重影響泵的容積效率。 泵體的設(shè)計 泵體結(jié)構(gòu)的分析 泵體的 結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示。泵體和端蓋的結(jié)合面的地方，有一定寬度的連接凸緣，從 而 能夠改善齒輪泵的密封質(zhì)量和安裝精度。 它的材料組織有四層，從里到外依次是： 1 是 改性聚四氟乙烯（ PTFE） 、 鉛（ Pb）及其它填充混合物 ，厚度 ?，一種耐磨材料，運作過程中可形成轉(zhuǎn)移膜以保護對磨軸； 2是 銅粉層 ，厚度 ?，提高 PTFE/Pb 與鋼板的結(jié)合強度，具有很好的承載能力和耐磨性， 同 時銅又是一種很好的導(dǎo)熱材料，可快速轉(zhuǎn)移軸承運作過程中產(chǎn)生的熱量； 3 是 低碳鋼 ，厚度?，提高軸承的承載能力和熱轉(zhuǎn)移作用。 m/s。 正是由于 它有這些優(yōu)異的性能，人們已經(jīng)用球墨鑄鐵成功地鑄造了一些強度及韌性要求高、受力復(fù)雜、要求較高耐磨性的零件。 由于內(nèi)嚙合齒輪泵在正常工作時，高壓油區(qū)和低壓油區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，壓力保持穩(wěn)定，所以殼體的強度和剛度分析屬于 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析中的靜力分析問題。 （ 2）施加載荷并進行求解計算 ANSYS 軟件用來施加的載荷主要有下面的幾種：力、表面的分布載荷、位移的約束、體積載荷、慣性載荷、耦合場的載荷。