【導讀】究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。確說明并表示謝意。計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設計）用于非贏利目的的少量。復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。文科類論文正文字數(shù)不少于萬字。合國家技術標準規(guī)范。壽命長等特點，在一些場合具有不可替代的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。國產(chǎn)的內(nèi)嚙合齒輪泵排量小，限制了內(nèi)嚙合齒輪泵的適用范圍。本課題以大流量內(nèi)嚙合齒輪泵為設計目標。由一對嚙合的齒輪副決定。副正確傳動，還要考慮齒輪副的各種干涉以及強度要求。接著順序完成月牙板、浮動側(cè)板、泵體、前后泵蓋及連接法蘭的設計。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計的重點。設計完成的內(nèi)嚙合齒。了泵的容積效率。

　　

【正文】 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。 齒輪泵運轉(zhuǎn)時，小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)高速旋轉(zhuǎn)。當由小齒輪和內(nèi)齒環(huán)的一對輪齒及齒輪兩端的浮動側(cè)板組成的密閉容積由高壓區(qū)排完油進入低壓區(qū)的瞬間，其 27 體積最小。進入低壓區(qū)后，這段密封容積要增大，即完成吸油動作。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。若小齒輪繼續(xù)帶動內(nèi)齒環(huán)旋轉(zhuǎn)，那么這段容積就會繼續(xù)增大，同時卻無法完成吸油動作，這就勢必會造成氣穴現(xiàn)象。這不是我們所期望看到的 。為了防止這段容積內(nèi)油液氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，在浮動側(cè)板對應的區(qū)域加工了小孔 c。小孔 c 連通背壓室和低壓區(qū)的初始位置。背壓室內(nèi)油液的壓力很高，接近于壓油腔油液的壓力。若將背壓室的油液直接補充到易發(fā)生氣穴的密閉容積，高壓的油液一定會對輪齒造成很大的沖擊。因此，小孔 c 的直徑開得很小，起到了阻尼孔的作用。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。另外，在浮動側(cè)板正面小孔 c 處加工了一個圓形 槽，以便在此處聚集有更多的油液來補充。同時，使 圓形的一 部分別通向小齒輪和內(nèi)齒環(huán) 的輪齒在此處嚙合時各自的齒谷位置，也就是易發(fā)生氣穴的密閉容積位置，這使得該處容易得到更多的油液，進而使消除氣穴更加徹底。 進出油孔的位置及大小 由上文知道，浮動側(cè)板上有兩個孔與背壓室相通，孔 a 和孔 c。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。 進油孔的位置及大小 由封閉油腔變小而產(chǎn)生的高壓困油原理可知，進油 孔 的位置應該設在從兩齒剛剛嚙入到嚙合點與節(jié)點重合的區(qū)間，在這個區(qū)間的封閉油腔是一個從形成到逐漸減 小到 最小的過程，即壓油過程。 如圖 有： 39。22r tanbBC ?? （ ） 2 2 2 2tanbaB A r ?? （ ） 有 公式 知： 39。2 2 2 2 2 2( t a n t a n )baA C B C B A r ??? ? ? ?= （ ） 28 圖 內(nèi)嚙合齒輪幾何關系圖 對于漸開線標準直齒圓柱齒輪，由齒輪傳動的幾何性質(zhì)知，進油孔覆蓋的范圍應為嚙合線上 39。22(tan tan )bar ??? （ 處） 到節(jié)點之間的區(qū)間，其中， 2br為內(nèi)齒環(huán)基圓半徑， 39。? 為嚙合角， 2a? 為內(nèi)齒環(huán)齒頂圓的壓力角。 為了使背壓腔有效減小困油對泵產(chǎn)生的影響并且可以使油壓順利傳遞到背壓腔中，應使背壓腔的進油孔盡可能與齒輪嚙合封閉腔相通，同時由于連接高壓油，應使油口與低壓腔相隔絕以保持泵的容積效率。 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。 出油孔的位置及大小 由封閉油腔變大而產(chǎn)生的負壓困油原理可知 ，出油 孔 的位置應該設置在從節(jié)點到兩齒將要分開的臨界點，因為在這個區(qū)域封閉油腔是一個由最小逐漸變大直到嚙合齒分開、從而與低壓壓力油相通的過程。 由 圖 有： 1 1 1 1r tanbaBA ?? （ ） 39。11tanbBC r ?? （ ） 有 公式 知： 39。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該為嚙合線上 39。11(tan tan )bar ??? 到節(jié)點之間的區(qū)間，其中，1br 為小齒輪基圓半徑， 39。? 為嚙合角， 1a? 為小齒輪齒頂圓的壓力角。 大直徑的出油孔會影響到背壓腔壓力的穩(wěn)定性，使背壓腔的壓力有大的波動，干擾了浮動側(cè)板背壓腔與高壓油區(qū)壓力的平衡，從而使側(cè)板工作不穩(wěn)定。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，嚴重影響泵的容積效率。根據(jù)該泵的條件，出油孔的大小取 2mm，相當于一個阻尼孔， 以達到即保壓又使油液發(fā)生必要流動來消除困油的目的。然而，如果把背壓腔進油孔設成阻尼孔會使經(jīng)過壓縮的高壓油難以進入背壓腔，從而難以使浮動側(cè)板兩側(cè)壓力平衡使其穩(wěn)定工作 [16]。所以，我們可以把出油孔設為阻尼孔，這樣既可以保證背壓腔中的壓力，又能夠向負壓油區(qū)提供液壓油。 泵體的設計 泵體結(jié)構(gòu)的分析 泵體的 結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示。 泵 體是內(nèi)嚙合齒輪泵的一個主要零部件，通過它將 小齒輪軸、內(nèi)齒輪、浮動側(cè)板、月牙板、前泵蓋和后泵蓋 等零件組合成一個整體 ，使這些零件相互 間 有一個正確的位置關系，從 而 使齒輪泵能夠有較好的工作性能以及達到所要求的運動關系。內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)部 的形狀結(jié)構(gòu)相對比較復雜， 內(nèi)部有安裝齒輪軸的孔，內(nèi)壁高壓區(qū)開有弧形溝槽，進油口開有較大的吸油窗口。殼體的側(cè)面有兩 個平面凸 臺，里面有螺孔以及連接孔，用于連接管子 。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。 兩個小孔是用來安放固定月牙板的軸 。 中間的大孔是用來安裝滑動軸承的，滑動軸承起支撐軸作用。這里選用的是SF1T 齒輪泵專用滑動軸承。 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。 4是 銅 /錫電鍍層，銅鍍層 厚度，錫鍍層 厚度 ，使軸承有很好的耐腐蝕功能。 此種滑動軸承在有油潤滑條件下摩擦系數(shù)小而穩(wěn)定，耐磨性能好、抗沖擊性能好。在流體潤滑條 30 件下 PV 值可達 120MPa m/s。該產(chǎn)品目前已廣泛運用于各種齒輪油泵、柱塞泵、葉片泵等場合，對流體潤滑或境界潤滑條件下的中高壓齒輪泵尤其適用。 泵體的材料為 球墨鑄鐵是一種球狀石墨，它是鑄鐵經(jīng)過球化和孕育后得到的。球墨鑄鐵使得鑄鐵的機械性能取得了很大的提高特別是塑性和韌性得到了提高，使得球墨鑄鐵的的強度比碳鋼還高。 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、受力復雜、要求較高耐磨性的零件。 球墨鑄鐵鑄件幾乎在所有主要的工業(yè)部門中都得到了應用。這些部門往往要求較高的塑性、韌性、耐磨性、較好的耐熱性、能抵抗一定的機械沖擊、較好的尺寸穩(wěn)定性以及耐腐蝕性等 。 圖 泵體結(jié)構(gòu)圖 泵體的有限元分析 殼體是內(nèi)嚙合齒輪泵的重要部分，殼體的強度和剛度對于齒輪泵的質(zhì)量和工作性能有非常重要的影響，通過有限元分析模擬殼體在真實工況下的應力 、 變形等情況，對提高產(chǎn)品的設計水平和設計質(zhì)量提供一定的參考。 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。典型的 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析過程包括 3 個步驟： （ 1） 創(chuàng)建有限元模型 將在 SolidWorks 中完成的殼體實體模型保存為 *.X_T 格式的文件，然后導入到 ANSYS 中。選用線性單元 SOLID95 并采用 ANSYS 智能劃分網(wǎng)格方式，選用 2 31 級精度對殼體劃分網(wǎng)格。 泵殼體的材料為球墨鑄鐵時，選用的型號為 QT5007 時 , 它的彈性模量 10E Pa?? 、泊松比 ?? 、抗拉強度 500b MPa? ? 、密度 37300 /kg m? ? 、屈服點 320s MPa? ? 。 （ 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。在對這里的內(nèi)嚙合齒輪泵施加約束條件時，通過分析可以看出齒輪泵的 浮動側(cè)板 在功能上與殼體共同形成高壓油腔 和低壓油腔； 在約束關系上 ,借助于殼體的連接螺栓孔對內(nèi)嚙合齒輪泵殼體的自由度實現(xiàn)約束，因此對殼體的 4 個連接螺栓孔需要施加 UX、 UY、 UZ 三個方向的約束，即對殼體的螺孔的內(nèi)部施加全約束。由于殼體分為高壓區(qū)和低壓區(qū)，低壓區(qū)的壓力為負值，忽略不計，所以在對殼體施加載荷時只在高壓油的出口通道的內(nèi)壁和高壓油區(qū)的內(nèi)壁施加 的壓力載荷，模擬內(nèi)嚙合齒輪泵在 額定工作壓力下的 運行情況。 (3)運行結(jié)果并查看求解結(jié)果 ANSYS 計算完成后，通過后處理器來查看殼體的變形情況和等效應力云圖。 圖 泵體等效應力分布圖 32 圖 泵體總變形分布圖 由 圖 可以看出 , 球墨鑄鐵 泵 體的等效應力主要分布在 泵體內(nèi)表面靠近左下角螺釘孔的位置，最大應力為 =?，此應力值遠小于材料的屈服極限值 320MPa 和抗拉強度值 500MPa。由 圖 可以看出泵體的變形主要分布在左側(cè)中部和出油孔，最大變形為 ，能夠滿足泵的工作要求。 有分析結(jié)果可以知道，現(xiàn)有泵體的強度能夠滿足工作要求，但泵體有過多的強度剩余，這樣就造成了材料的浪費，應該對泵體進行優(yōu)化，適當改變它的形狀，減小應力小的地方的厚度。 前泵蓋、后泵蓋的設計 前泵蓋的結(jié)構(gòu)簡圖 如圖 所示。 前泵蓋主要起支撐小齒輪軸的作用，泵蓋上的兩個小孔，用來安裝穿過月牙板的兩根軸，起定位作用。中間的軸孔用來安裝滑動軸承，選用的滑動軸承與泵體的一樣。泵蓋正反兩面的的圓形凸臺上都有一個密封槽，用以放置 O 形密封圈，起密封的作用。 齒輪泵的后 泵蓋結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示，其形狀規(guī)則、對稱，結(jié)構(gòu)比較簡單。后泵蓋 作為齒輪泵體后側(cè)的終端部件，它能與泵體很好得配合，起到了很好的密 33 封作用，既防止了內(nèi)部油液的外漏，又避免了外部的污染物進入泵體內(nèi)部。 齒輪泵的前泵蓋和后泵蓋的材料都是鋁合金，該材料的密度比較小，相對于同體積的鑄鋼、鑄鐵重量要?。浩鋸姸取⒂捕?、韌性等機械性能都滿足泵的設計要求；另外，鋁合金還有較好的導熱性和 散 熱性，這就為齒輪泵的持續(xù)運行提供了先決條件。 圖 前泵蓋結(jié)構(gòu)圖 圖 后泵蓋結(jié)構(gòu)圖 34 連接法蘭的設計 連接法蘭的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。連接法蘭在這里主要是把齒輪泵和電機或其它動力輸出裝置連接起來，把電機或其它動力輸出裝置的扭矩傳遞給齒輪泵，然后齒輪泵在把機械能 (扭矩 )轉(zhuǎn)化為壓力能輸出。連接法蘭的材料為鑄鋼 ，現(xiàn)行規(guī)范法蘭連接的設計主要以強度為依據(jù)，鑄鋼的機械性能完全能滿足法蘭強度的要求。 圖 連接法蘭結(jié)構(gòu)圖 35 4 總結(jié) 內(nèi)嚙合齒輪泵因其結(jié)構(gòu)簡單、壓力脈動小、噪聲小等優(yōu)勢得到廣泛的應用。本文設計的漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵額定工作壓力為 ，流量 350L/min，具有軸向間隙自動補償。 內(nèi)嚙合齒輪泵的排量由一對嚙合的內(nèi)齒輪決定，因此設計從漸開線內(nèi)嚙合齒輪副開始。泵的排量是由齒輪的多個參數(shù)決定的，排量是已知的，這是一個多變量的未知方程，有很多解。我使用了 matlab 編碼，用列舉法，在算法中對數(shù)據(jù)進行了初步篩選。從得出的數(shù)據(jù)中選取了一組，并對它進行校核。月牙板的設計主要考慮月牙板與齒頂?shù)拈g隙。對于浮動側(cè)板，為了實現(xiàn)它的軸向移動，合適選擇背壓室的面積、進出油孔的位置及大小。內(nèi)齒輪、月牙板及浮動側(cè)板設計完成后，剩下零部件的形狀也就基本確定了，主要是考慮了強度、支撐、密封等因素。 該內(nèi)嚙合齒輪泵完成了給定的設計參數(shù)，但本人能力、經(jīng)驗有限，該設計還有需要改進的地方?？梢圆捎没顒拥脑卵腊澹贡镁哂袕较蜷g隙的自動補償。泵體的強度 過剩，造成材料的浪費，應該對其進行優(yōu)化，得到更加合理的機構(gòu)。 36 致謝 參考文獻 [1] 章宏甲，黃誼，王積偉主編 .液壓與氣動傳動 .北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [2] 俞云飛 .液壓泵的發(fā)展張望 .液壓氣動與密封， 2020，（ 91）， 25 [3] Peter StaddonI. 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