【正文】 ，大于 29，故不會產(chǎn)生徑向切入頂切。內(nèi)齒輪嚙合的情況與小齒輪相似，內(nèi)齒輪的齒廓同樣有一段非漸開線部分，因此，在嚙合時也應(yīng)避免產(chǎn)生過渡曲線干涉現(xiàn)象。39。1 1 2 1ta n ( ) ta naz z z????=20 39。 12 2 2 1 1 4( )ta n ( ) ta n ta n sin 2aa hz z z z ?? ? ? ??? ? ? ? （ ） 代入數(shù)據(jù)得 39。用插齒刀加工內(nèi)齒輪時，若出現(xiàn)這種干涉，內(nèi)齒輪將產(chǎn)生頂切現(xiàn)象（即切入頂切現(xiàn)象）。當 2z =35 時， 2 1 min()zz? =9， 21zz? =12，滿足上述條件。 ○ 6 校驗小齒輪齒頂厚度 小齒輪齒頂厚度 20 11 1 114 t a n()2a a as d in v in vz? ? ? ???? ? ?== （ ） 1as 應(yīng)大于 （正火調(diào)質(zhì)鋼）或大于 （淬火鋼）。 ○ 7 齒面接觸強度校核 直齒圓柱齒輪的齒面接觸強度條件為 [13] 1 212 ( 1 )h H E H PKTZ Z Z bd? ??????? （ ） 式中， HZ 為節(jié)點區(qū)域系數(shù)，考慮節(jié)點齒廓形狀對接觸應(yīng)力的影響，其值取 ；EZ 為材料系數(shù)，其值取 MPa ； Z? 為重合度系數(shù)，是用以考慮因重合度增加，接觸線長度增加，接觸應(yīng)力降低的系數(shù)，其值取 ； K 為載荷系數(shù)，其值取 ； 1T 為小齒輪的轉(zhuǎn)矩，等于 ；齒數(shù)比 ? 等于 35/23；齒寬 b 等于70mm；小齒輪分度圓直徑 1d 等于 115mm； HP? 為許用接觸疲勞應(yīng)力，取。所以，小齒輪和內(nèi)齒輪的齒面接觸強度滿足要求。所以，輪齒彎曲強度滿足要求。 2）初步計算軸徑 選 C=100， 3min PdCn? = （ ） 考慮到軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，將其軸徑增加 4%?5%，故取軸最小直徑為30mm。 4） 按彎扭合成校核 （ 1）畫受力簡圖 如圖（ ） 所示。徑向力是由沿齒輪圓周液體壓力產(chǎn)生的徑向力和由齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力所組成 [14]。 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 ： 61 5 10 PT n??= （ ） 齒輪的圓周力： 112t TF d? = （ ） 齒輪的徑向力： 1rxF K Bmz p? = （ ） （ 3）作用在軸上的支反力 22 水平面內(nèi)支反力 HAR =， HBR = 垂直面內(nèi)支反力 VAR =， VBR = （ 4）計算軸的彎矩，并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖 如圖（ ） 所示。 圖 齒輪軸的受力分析 （ 6）校核軸的強度 由前述計算可知，當量彎矩最大的地方在齒輪軸向中心面上。 本章小結(jié) 本章完成了一對內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計，該內(nèi)嚙合齒輪副既滿足泵的排量要求，又滿足齒輪的傳動要求。 內(nèi)齒環(huán)的材料 選取 40Cr，小齒輪的材料選取 20CrMnTi，這兩種合金鋼均有很高的強度、韌性，經(jīng)熱處理后有很高的硬度和耐磨性。吸油腔和壓油腔的隔開是構(gòu)成容積式泵的必要條件之一。月牙板有固定式和活動式兩種。活動式月牙板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與齒輪齒頂之間的間隙可以變化，能夠?qū)崿F(xiàn)徑向間隙的自動補償。設(shè)計固定式月牙板，主要考慮月牙 板與齒頂之間的縫隙大小如何取舍。 從減小功率損失的角度出發(fā) ， 利用最優(yōu)化設(shè)計理論、徑向間隙泄漏理論和縫隙流量理論對內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵小齒輪齒頂與月牙板間的間隙進行優(yōu)化研究 ， 推導(dǎo)出間隙優(yōu)化模型 ， 并求出最佳間 隙解 [15] * 1 1 12h z s R p??? ? （ ） 式中， 1z 為小齒輪齒數(shù)， 1s 為為小齒輪齒頂厚， 1R 為 小 齒輪齒頂圓半徑， ? 為液 25 體的動力粘度， ? 為 小 齒輪轉(zhuǎn)動角速度， p? 為齒輪泵吸、壓油腔壓差 。將 1z =23， 1s =，1R =， ? =， ? =, p? = 代入上式得 *h =。 根據(jù) 月牙板 的使用環(huán)境，要求它具有很高的強度、韌性和耐磨性，并且具有一定的熱疲勞抗力。 5CrNiMo 具有很高的強度、韌性和耐磨性及良好的淬透性 ； 它在室溫時和 500?600℃時的力學(xué)性能幾乎完全相同 ； 經(jīng)高頻淬火后再回火，其表面的硬度、耐磨性進一步加強。 月牙板的結(jié)構(gòu)圖如圖 （ ） 所示： 圖 月牙板結(jié)構(gòu)圖 浮動側(cè)板的設(shè)計 浮動側(cè)板是 漸開線 內(nèi)嚙合齒輪泵中一個非常關(guān)鍵的零部件，其結(jié)構(gòu)精密、復(fù)雜。在某種程度上浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)、性能直接決定了泵的容積效率和壽命。 根據(jù)浮動側(cè)板的使用環(huán)境，要求它具有很高的強度、硬度以及良好的塑性、韌性和耐磨性，承受沖擊性能好，并且具有一定的熱疲勞抗力。 5CrNiMO 具有很高的強度、韌性和耐磨性及良 26 好的淬透性 ； 它在室溫時和 500?600℃時的力學(xué)性能幾乎完全相同 ； 經(jīng)高頻淬火后再回火，其表面的硬度、耐磨性進一步加強。 浮動側(cè)板的結(jié)構(gòu)分析 內(nèi)嚙合齒輪泵的浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示。高油腔的壓力油經(jīng)側(cè)板上的通孔 a 與背壓室相通，當高油腔的壓力升高時，背壓室內(nèi)的壓力也隨之升高。當輪齒端面使浮動側(cè)板磨損后，浮動側(cè)板在背壓室壓力油的作用下向下移動，從而自動補償軸向間隙，這就避免了因軸向間隙增大而導(dǎo)致容積效率下降的問題。壓油腔的壓力有通過孔 a 進入背壓室后，就會在浮動側(cè)板上產(chǎn)生一個向下的壓緊力 tF 只，這個力稍大于壓油腔對動側(cè)板向上的反推力 fF ，從而使浮動側(cè)板緊緊貼在小齒輪和內(nèi)齒輪的輪齒端面上，減小了軸向間隙泄露，這時我們稱浮動側(cè)板所處的狀態(tài)為過平衡狀態(tài)。 齒輪泵運轉(zhuǎn)時，小齒輪帶動內(nèi)齒環(huán)高速旋轉(zhuǎn)。進入低壓區(qū)后，這段密封容積要增大，即完成吸油動作。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。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(yīng)的區(qū)域加工了小孔 c。背壓室內(nèi)油液的壓力很高，接近于壓油腔油液的壓力。因此，小孔 c 的直徑開得很小，起到了阻尼孔的作用。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。 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。 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(yīng)該設(shè)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。22r tanbBC ?? （ ） 2 2 2 2tanbaB A r ?? （ ） 有 公式 知： 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(yīng)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(yīng)使油口與低壓腔相隔絕以保持泵的容積效率。 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(yīng)該設(shè)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。11tanbBC r ?? （ ） 有 公式 知： 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。 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。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。所以，我們可以把出油孔設(shè)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(guān)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(guān)系。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 。 兩個小孔是用來安放固定月牙板的軸 。這里選用的是SF1T 齒輪泵專用滑動軸承。 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。在流體潤滑條 30 件下 PV 值可達 120MPa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。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。 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(yīng)用。 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(yīng)力 、 變形等情況，對提高產(chǎn)品的設(shè)計水平和設(shè)計質(zhì)量提供一定的參考。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(dǎo)入到 ANSYS 中。 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? ? 。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(guān)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。 (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(yīng)力云圖。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。 前泵蓋、后泵蓋的設(shè)計 前泵蓋的結(jié)構(gòu)簡圖 如圖 所示。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。 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。 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?、硬度、韌性等機械性能都滿足泵的設(shè)計要求；另外，鋁合金還有較好的導(dǎo)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。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。 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(yīng)用。 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(shè)計從漸開線內(nèi)嚙合齒輪副開始。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。月牙板的設(shè)計主要考慮月牙板與齒頂?shù)拈g隙。內(nèi)齒輪、月牙板及浮動側(cè)板設(shè)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?？梢圆捎没顒拥脑卵腊澹贡镁哂袕较蜷g隙的自動補償。 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. Internal gear pumps and their use in industry. Word Pumps,April 1995,4041 [4] 雷天覺 .新編液壓工程手冊（上冊） .北京：北京理工大學(xué)出版社， 1998 [5] 雷天覺 .液壓工程手冊（工版） .北京 :機械工業(yè)出版社， 1989 [6] 栗振輝 .齒輪泵研究的現(xiàn)狀與發(fā)展 .起重運輸機械， 2020（ 5）， 1113 [7] 劉臻樹 .高壓齒輪泵齒輪彎曲強度計算探討 .液壓與氣動， 1988(2) [8] 李尚義 .談?wù)匌X輪泵輪齒接觸疲勞強度的計算 .機床與液壓， 1988(4) [9] 許仰曾 .21 世紀液壓泵的發(fā)展趨勢 .液壓泵， 2020(5)， 7273 [10] 胡志強 .泵技術(shù)發(fā)展趨勢 .通用機械， 2020(8)， 1617 [11] 姚培棣 .內(nèi)嚙合齒輪泵和 NB泵 .液壓與氣動， 1999(2)， 3235 [12] 張展，朱景梓，秦立高編著 .漸開線內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動 .北京：國防工業(yè)出版社， 1991 [13] 鐘方毅，吳昌林，唐增寶主編 .機械設(shè)計（第二版） .武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2020 [14] 李宏偉，高紹站