機械設計制造及自動化畢業(yè)設計-外嚙合齒輪泵建模及仿真

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　外嚙合齒輪泵建模及仿真</p><p><b>　　誠信聲明 </b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進

2、行研究工作所取得的成果。在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 外嚙合齒輪泵的建模及仿真

3、 </p><p>　　1．設計（論文）的主要任務及目標</p><p>　　在已有齒輪泵設計的基本理論基礎上，利用CAD繪圖軟件進行二維平面設計，建立齒輪、軸、軸承、端蓋、上箱體及下箱體的三維參數(shù)化模型，將各零件進行裝配并且運用Pro/E繪圖軟件對其進行運動仿真。</p><p>　　2．設計（論文

4、）的基本要求和內容</p><p>　　1、根據(jù)齒輪泵設計的原始資料，研究齒輪泵各組成部件設計及校核方法；</p><p>　　2、對外嚙合齒輪泵設計進行功能分解，確立系統(tǒng)的整體結構；</p><p>　　3、研究外嚙合齒輪泵設計中相關技術；</p><p>　　4、采用 Pro/E 軟件，設計了一個外嚙合齒輪泵實現(xiàn)三維模型生成，以及由此生成

5、三維動態(tài)仿真，進行工作過程仿真。</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　[1] 宋正和，張子泉 主編 機械設計基礎 北京交通大學出版社，2007.5</p><p>　　[2] 羅圣國，吳宗澤 主編 機械設計手冊 高等教育出版社，2006.5</p><p>　　[3] 余蔚荔 主編

6、Proe造型篇 電子工業(yè)出版社，2006.8</p><p>　　[4] 盧頌峰 ，王大康 主編 機械設計畢業(yè)設計 北京工業(yè)大學出版社， 1993</p><p>　　[5] 濮梁貴， 紀名剛 主編 機械設計 高等教育出版社， 2001</p><p>　　[6] 江洪 .Pro/E基礎教程.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2006:134～135.</p>

7、;<p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　外嚙合齒輪泵建模及仿真</p><p>　　摘要:在液壓統(tǒng)中各類泵幾乎是不可缺少的一種設備。而齒輪具有結構緊湊、對油液污染不敏，成本低，壽命長等特點。齒輪泵是靠相互嚙合旋轉的一對齒輪輸送液體，分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵。泵工作腔由泵體、泵蓋及齒輪的各齒槽構成。由齒的嚙合線將泵吸入腔和排出

8、腔分開。隨著齒輪的轉動，齒間的液體被帶至排出腔。</p><p>　　本設計基于這樣的原理，設計一款排量為160L/min,額定壓力為6.3MPa的齒輪泵，并選用ProE軟件作為設計工具。</p><p>　　關鍵字：齒輪泵、設計、變位齒輪</p><p>　　Spur gear external gear pump design</p><p&

9、gt;　　Abstract:Various types of pumps in the hydraulic system in a nearly indispensable device. The compact gear has the structure of oil pollution insensitive, low cost, long life and other characteristics. Gear pumps ar

10、e relying on a pair of rotating intermeshing gear transmission fluid, into an external gear pump and gear pump. Pump chamber is composed of various alveolar pump, pump cover and gear. Wire meshing teeth of the pump sucti

11、on chamber and a discharge chamber separately. With the rotation </p><p>　　The design is based on this principle, design a displacement 160L/min, rated pressure of 6.3MPa gear pump, and choose Pro/E software

12、 as a design tool.</p><p>　　Keywords: gear pump, design, change gears</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　外嚙合齒輪泵是一種常用的液壓泵，它靠一對齒輪的進入和脫離嚙合完成吸油和壓油，且均存在泄漏現(xiàn)象、困油現(xiàn)象以及噪聲和振動。減小外嚙合齒輪泵的徑向

13、力是研究外嚙合齒輪泵的一大課題，為減小徑向力中高壓外嚙合齒輪泵多采用的是變位齒輪，并且對軸和軸承的要求較高。為解決泄漏問題，低壓外嚙合齒輪泵可采用提高加工精度等方法解決，而對于中高壓外嚙合齒輪泵則需要采取加浮動軸套或彈性側板的方法解決。困油現(xiàn)象引起齒輪泵強烈的振動和噪聲還大大所短外嚙合齒輪泵的使用壽命，解決困油問題的方法是開卸荷槽。</p><p>　　在已有齒輪泵設計的基本理論基礎上，利用CAD繪圖軟件進行二維

14、平面設計，建立齒輪、軸、軸承、端蓋、上箱體及下箱體的三維參數(shù)化模型，將各零件進行裝配并且運用Pro/E繪圖軟件對其進行運動仿真。</p><p><b>　　1 設計背景</b></p><p>　　1.1齒輪泵的工作原理 </p><p>　　齒輪泵的概念是很簡單的，即它的最基本形式就是兩個尺寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內相互嚙

15、合旋轉，這個殼體的內部類似“8”字形，兩個齒輪裝在里面，齒輪的外徑及兩側與殼體緊密配合。來自于擠出機的物料在吸入口進入兩個齒輪中間，并充滿這一空間，隨著齒的旋轉沿殼體運動，最后在兩齒嚙合時排出。</p><p>　　圖 1：齒輪泵基本構造</p><p>　　由圖1可見，這種泵的殼體內裝有一對外嚙合齒輪。由于齒輪端面與殼體 端蓋之間的縫隙很小，齒輪齒頂與殼體內表面的間隙也很小，因

16、此可以看成將齒輪泵殼體內分隔成 左、右兩個密封容腔。當齒輪按圖示方向旋轉時，右側的齒輪逐漸脫離嚙合，露出齒間。因此這 一側的密封容腔的體積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下經(jīng)泵的吸油 口進入這個腔體，因此這個容腔稱為吸油腔。隨著齒輪的轉動，每個齒間中的油液從右側被帶到 了左側。在左側的密封容腔中，輪齒逐漸進入嚙合,使左側密封容腔的體積逐漸減小，把齒間的油 液從壓油口擠

17、壓輸出的容腔稱為壓油腔。當齒輪泵不斷地旋轉時，齒輪泵的吸、壓油口不斷地吸油 和壓油，實現(xiàn)了向液壓系統(tǒng)輸送油液的過程。在術語上講，齒輪泵也叫正排量裝置，即像一個缸筒內的活塞，當一個齒進入另一個齒的流體空間時，液體就被機械性地擠排出來。因為液體是不可壓縮的，所以液體和齒就不能在同一時間占據(jù)同一空間，這樣，液體就被排除了。由于齒的不斷嚙合，這一現(xiàn)象就連續(xù)在發(fā)生，因而也就在泵的出口提供了一個連續(xù)排除量，泵每轉一轉，排出的量是一樣的。隨

18、著驅動軸的不間斷地旋轉，泵也就不間斷地排出流體。泵的流量直</p><p>　　際上，在泵內有很少量的流體損失，這使泵的運行效率不能達到100％，因為這些流體被用來潤滑軸承及齒輪兩側，而泵體也絕不可能無間隙配合，故不能使流體100％地從出口排出，所以少量的流體損失是必然的。然而泵還是可以良好地運行，對大多數(shù)擠出物料來說，仍可以達到93％～98％的效率。  </p><p&g

19、t;　　對于粘度或密度在工藝中有變化的流體，這種泵不會受到太多影響。如果有一個阻尼器，比如在排出口側放一個濾網(wǎng)或一個限制器，泵則會推動流體通過它們。如果這個阻尼器在工作中變化，亦即如果濾網(wǎng)變臟、堵塞了，或限制器的背壓升高了，則泵仍將保持恒定的流量，直至達到裝置中最弱的部件的機械極限(通常裝有一個扭矩限制器)。對于一臺泵的轉速，實際上是有限制的，這主要取決于工藝流體，如果傳送的是油類，泵則能以很高的速度轉動，但當流體是一種高粘度的聚合物熔

20、體時，這種限制就會大幅度降低。 推動高粘流體進入吸入口一側的兩齒空間是非常重要的，如果這一空間沒有填充滿，則泵就不能排出準確的流量，所以PV值(壓力×流速)也是另外一個限制因素，而且是一個工藝變量。由于這些限制，齒輪泵制造商將提供一系列產品，即不同的規(guī)格及排量(每轉一周所排出的量)。這些泵將與具體的應用工藝相配合，以使系統(tǒng)能力及價格達到最優(yōu)。保旋轉軸的有效潤滑。這一特性減少了聚合物滯留并降解的可能性。精密加工的泵體可使“D”型

21、軸承與齒輪軸精確配合，確保齒輪軸不偏心，以防齒輪磨損。Parkool密封結構與聚四氟唇型密封共同構成水冷密封。這種密封實際上并不接觸軸的表</p><p><b>　　1.2齒輪泵的發(fā)展</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)已經(jīng)越來越廣泛應用與各種機械產品，液壓驅動以自身的優(yōu)越性已經(jīng)廣泛應用于汽車行業(yè)，特別是專用車輛行業(yè)。液壓舉升機構、助力液壓制動機構以及驅動液壓馬達

22、工作的液壓泵，已經(jīng)受到越來越多的人的青睞。其中的液壓齒輪泵是液壓系統(tǒng)的核心部件，顯得尤為中要。為了適應液壓傳動系統(tǒng)正向著快響應、小體積、低噪聲的方向發(fā)展，齒輪泵除積極采取措施保持其在中低壓定量系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等的霸主地位外，尚需向以下幾個方向發(fā)展： </p><p>　　(1) 低流量脈動：流量脈動將引起壓力脈動，從而導致系統(tǒng)產生振動和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。降低流量脈動的方法，除了前

23、面所介紹的措施外，采川復合多齒輪泵是一種趨勢。 </p><p>　　(2)高壓化：高壓化是系統(tǒng)所要求的，也是齒輪泵與柱塞泵、葉片泵競爭所必須解決的問題。齒輪泵的高壓化工作己取得較大進展，但因受其本身結構的限制，要想進一步提高工作壓力是很困難的，必須研制出新結構的齒輪泵。在這方面，由多個齒輪組成的復合齒輪泵將有很大優(yōu)勢，國內已有許多研究者對此進行了研究，并取得了顯著的成果。 &l

24、t;/p><p>　　(3)低噪聲：國外早就有“安靜”的液壓泵之說。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格。齒輪泵的噪聲主要由兩部分組成，一部分是齒輪嚙合過程中所產生的機械噪聲，另一部分是困油沖擊所產生的液壓噪聲。前者與齒輪的加工和安裝精度有關，后者則主要取決于泵的卸荷是否徹底。對于外嚙合齒輪泵，要實現(xiàn)完全卸荷是很困難的，因此進一步降低泵的噪聲受到一定的限制。在這方面，內嚙合齒輪泵因具有運轉平穩(wěn)、無困

25、油現(xiàn)象、噪聲低等特點而受到普遍重視，特別是直線共軛齒廓的內嚙合齒輪泵因其具有運轉平穩(wěn)、噪聲低而倍受青睞，正成為研究的焦點。</p><p>　　(4)變排量：齒輪泵的排量不可調節(jié)，限制了其使用范同。為了改變齒輪泵的排量，國內外學者進行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。有關齒輪泵變排量方面的專利已有很多，但真正能轉化為產品的很少。平衡式復合齒輪泵可通過調節(jié)內齒輪的轉速米改變泵的排量，但具體方法和結構尚待進一步

26、研究。 </p><p>　　(5) 大排量：對于一些要求快速運動的系統(tǒng)米說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量的提高受到很多因素的限制。這一方面，平衡式復合齒輪泵具有顯著優(yōu)勢，如1臺三惰輪復合齒輪泵的排量相當于6臺同外形尺寸單泵的排量。</p><p>　　2 齒輪泵主要參數(shù)選擇</p><p><b>　　2.1設計初始條件<

27、/b></p><p>　　工作條件：使用年限10年(每年工作300天)，工作為一班工作制。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)：齒輪泵類型：外嚙合直齒輪泵,理論排量：160ml/r,額定壓力：6.3MPa,工作介質軸承油：46#液壓油</p><p><b>　　2.2選擇配用電機</b></p><p>　　選擇電機

28、額定轉速為720r/min</p><p>　　齒輪泵最大功率Pmax=Q×V×N/(60×10^6)=12.09Kw</p><p>　　齒輪泵軸功率P=12.09/0.8=15.11Kw，選取電機Y200L-8</p><p>　　表：Y200L-8性能數(shù)據(jù)</p><p>　　2.3選取齒輪主要技術參數(shù)&l

29、t;/p><p>　　根據(jù)理論排量的公司可得，Z、M、b之間的關系：</p><p><b>　　90(2.1)</b></p><p>　　確定齒輪模數(shù)。對于低壓齒輪泵來說，確定模數(shù)主要不是從強度方面著眼，而是從泵的流量、壓力脈動、噪聲以及結構尺寸大小等方面。齒輪泵的流量與齒寬成正比。增加齒寬可以相應地增加流量。而齒輪與泵體及蓋板間的摩擦損失及容

30、積損失的總和與齒寬并不成比例地增加，因此，齒寬較大時，液壓泵的總效率較液體粘度高。</p><p>　　通過取滿足以上條件的不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進行分析、比較：</p><p>　　表：Q、Z、M、b之間的關系</p><p>　　從上述關系看到，z與m越大，b越小，可見齒輪泵相當對緊湊。故本設計?。篫=14,m=5,b=75。</p><

31、;p><b>　　估算齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)算得，De=106.1064</p><p><b>　　3 齒輪組設計</b></p><p>　　齒輪油泵是通過一對參數(shù)和結構相同的漸開線齒輪的相

32、互滾動嚙合，將油箱內的低壓油升至能做功的高壓油的重要部件。是把電機的機械能轉換成液壓能的動力裝置。</p><p><b>　　3.1變位系數(shù)選擇</b></p><p>　　避免根切，提高齒根的彎曲強度當小齒輪齒數(shù)z1＜zmin時，可以利用正變位避免根切，提高齒根的彎曲強度。x≥xmin=(Z-Zmin)/Zmin。</p><p>　　本設

33、計采用經(jīng)驗進行變位系數(shù)的選取，計算得：</p><p>　　x1+x2=4.4x1=2.2x2=2.2</p><p>　　3.2齒輪組幾何參數(shù)計算</p><p>　　3.2.1選定齒輪傳動類型、材料等參數(shù)</p><p>　　傳動類型選擇：根據(jù)設計要求選擇直齒圓柱齒輪傳動。</p><p>　　傳動精度選擇：本課題

34、要求設計的機器為一般工作機器，速度不高，故選擇7級傳動精度。</p><p>　　齒輪材料選擇：根據(jù)《機械手冊第三卷》常用齒輪材料及力學特性表，選擇小齒輪材料為20Cr,熱處理采用滲碳淬火熱處理，硬度為60HRC,大齒輪材料為20Cr，熱處理采用滲碳淬火熱處理，硬度60HRC。</p><p>　　初步選擇齒輪傳動主要參數(shù)：選擇小齒輪齒數(shù)為Z1=14,大齒輪齒數(shù)為Z2=1×14=

35、14，圓整得Z2=14。</p><p>　　3.2.2.按齒面接觸強度設計計算</p><p>　　由齒面接觸疲勞強度計算公式初步計算小齒輪分度圓直徑： </p><p>　　(3.1) 確定公式內的各個計算數(shù)值</p>

36、<p>　　試選載荷系數(shù)：Kt=1.3。</p><p>　　小齒輪傳動扭矩為：T=200400N/mm。</p><p>　　查圓柱齒輪齒寬系數(shù)表得到：兩支撐相對于小齒輪對稱布置,時齒寬系數(shù)為φd=0.8。</p><p>　　查彈性影響系數(shù)表得ZE=189.8Mpa。</p><p>　　查接觸疲勞極限應力表得：小齒輪的接觸疲

37、勞強度極限為σHlim1=1500Mpa,大齒輪的接觸疲勞極限為σHlim2=1500Mpa。</p><p><b>　　計算應力循環(huán)次數(shù)：</b></p><p>　　N1=60n1jLh=60×720×1×2×8×300×10=2.074×109</p><p>　　N

38、2=2.074×109/1=2.074×109</p><p>　　查接觸疲勞強度壽命系數(shù)表得：小齒輪接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.94;大齒輪接觸疲勞壽命系數(shù)KHN2=0.94。</p><p>　　計算接觸疲勞許用應力</p><p>　　取失效率為0.001%，安全系數(shù)S=1.2，得</p><p>　　[σH]1=

39、=0.94×1500=1007.1Mpa</p><p>　　[σH]2==0.94×1500=1007.1Mpa</p><p>　　3.2.3.計算齒輪傳動的主要參數(shù)</p><p>　　計算小齒輪分度圓直徑d1，帶入[σH]中較小值：</p><p><b>　　=(3.2)</b></p

40、><p><b>　　=65.883mm</b></p><p>　　計算齒輪傳動圓周速度：</p><p>　　v==2.48m/s</p><p><b>　　計算齒寬b：</b></p><p>　　bt=φd×d1t=0.8×65.883=52.706

41、4mm</p><p>　　計算齒寬與齒高之比b/h：</p><p>　　小齒輪模數(shù)：mt=d1t/z1=65.883/14=3.76mm</p><p>　　h=2.25×mt=2.25×3.76=8.5mm</p><p>　　b/h=65.396/6.13=6.2</p><p><b

42、>　　計算載荷系數(shù)：</b></p><p>　　由齒輪傳動圓周速度v=2.48m/s,7級傳動精度，查圖動載荷系數(shù)得：KV=1.06；</p><p>　　對于直齒輪KHα=KFα=1；</p><p>　　查使用系數(shù)表得：KA=1；</p><p>　　根據(jù)小齒輪相對支撐對稱布置及7級別傳動精度，查齒向載荷分布系數(shù)表得：

43、Khβ=1.45；</p><p>　　由b/h=6.2，Khβ=1.45,查齒向載荷分布系數(shù)表得：kfβ=1.53</p><p>　　故載荷系數(shù)：K=KAKvKHαKHβ=1×1.06×1×1.45</p><p><b>　　=1.54</b></p><p>　　按照實際載荷系數(shù)校正

44、初算所得的分度圓直徑：</p><p>　　d1==69.707mm</p><p>　　計算模數(shù):m=d1/z1=69.707/14=4.979mm,取模數(shù)為m=5mm。</p><p>　　修正小齒輪分度圓：d1=m×z1=5×14=70mm</p><p>　　3.2.4.按齒根彎曲強度設計</p>&

45、lt;p>　　彎曲強度設計公式為：σF=≤[σ] (3.3)</p><p>　　查齒輪彎曲疲勞強度極限圖得，小齒輪彎曲疲勞強度σF1=920Mpa,大齒輪的彎曲疲勞強度極限σF2=920Mpa；</p><p>　　查彎曲疲勞壽命系數(shù)圖得，KFN1=0.84,KFN2=0.84；</p><p>　　計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.

46、2</p><p>　　[σF]1==644Mpa</p><p>　　[σF]2==644Mpa</p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K:</b></p><p>　　K=KAKVKFαKFβ=1×1.06×1×1.53=1.62</p><p>　　查重合度系

47、數(shù)圖得：Yε=0.78；</p><p>　　查齒形系數(shù)及應力校正系數(shù)表得</p><p>　　齒形系數(shù)：YFa1=2.97;YFa2=2.91</p><p>　　應力校正系數(shù)：Ysa1=1.52;Ysa2=1.53</p><p>　　計算大、小齒輪的彎曲應力</p><p>　　σF1= (3.4)&

48、lt;/p><p>　　=136.26Mpa≤[σF]1</p><p>　　σF2= (3.5)</p><p>　　=134.39Mpa≤[σF]2</p><p>　　結論：故計算結果滿足齒根彎曲強度滿足設計要求，安全可靠。根據(jù)計算所得的結果設計出齒輪傳動既滿足了齒面的接觸疲勞強度，又滿足了齒根

49、彎曲疲勞強度且結構緊湊。</p><p>　　3.2.5齒輪上的作用力計算</p><p><b>　　圓周力計算：</b></p><p>　　Ft=2T/d1=(2×70)/200400=5725.7N</p><p>　　圓周力方向與作用點圓周速度方向相反</p><p><

50、b>　　徑向力計算</b></p><p>　　Fr=Ftanα=5725.7×0.363=2083.9N</p><p>　　徑向力方向由作用點指向小齒輪轉動中心</p><p>　　6.齒輪傳動幾何尺寸計算</p><p>　　分度圓：小齒輪d1=m×z1=5×14=70mm；大齒輪小齒輪d

51、2=m×z2=5×14=70mm</p><p>　　齒數(shù)：小齒輪z1=14；大齒輪z2=14</p><p>　　齒寬：b=φdd1=0.8×70=75mm</p><p>　　中心距：a=(d1+d2)/2=(70+70)/2=70mm</p><p>　　齒頂高：ha=ha*m=1×5=5mm&l

52、t;/p><p>　　齒根高：hf=(ha*+c*)m=(1+2)×5=6.25mm</p><p>　　全齒高：h=ha+hf=5+6.25=11.25mm</p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p>　　大齒輪da1=d1+2ha=70+2×5=80mm</p>&

53、lt;p>　　小齒輪da2=d2+2ha=70+2×5=80mm</p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p>　　大齒輪df1=d1-2hf=70+2×6.25=57.5mm</p><p>　　小齒輪df2=d2-2hf=70+2×6.25=57.5mm</p><

54、p><b>　　基圓直徑：</b></p><p>　　大齒輪db1=d1cosα=70×0.94=65.78mm</p><p>　　小齒輪db2=d2cosα=70×0.94=65.78mm</p><p>　　齒距：p=πm=3.14×5=15.71mm</p><p>　　齒厚

55、：s=πm/2=(3.14×5)/2=7.85mm</p><p>　　槽寬：e=πm/2=(3.14×5)/2=7.85mm</p><p>　　頂隙：c=c*m=1×5=1.25mm</p><p>　　法相齒距：pn=πmcosα=3.14×5×0.94=14.76mm</p><p>

56、<b>　　齒頂圓壓力角：</b></p><p>　　大齒輪αa1=arccos(rb1/ra1)=34.7o</p><p>　　小齒輪αa2=arccos(rb2/ra2)=34.7o</p><p><b>　　重合度：</b></p><p>　　ε=[z1(tanαa1-tanα′)+z

57、2(tanαa2-tanα′)] (3.6)</p><p>　　=[14×(0.82-0.36)+14×(0.82-0.36)]</p><p><b>　　=1.46</b></p><p>　　3.2.7齒輪傳動幾何公差</p><p>　　單個齒距偏差fpt：fpt1=0

58、.013mm；fpt2=0.013mm</p><p>　　齒距積累偏差Fpk：Fpk1=0.02mm；Fpk2=0.02mm</p><p>　　齒距積累總偏差Fp：Fp1=0.038mm；Fp2=0.038mm</p><p>　　齒廓總偏差Fa:Fa1=0.019mm；Fa2=0.019mm</p><p>　　齒形公差fr:fr1=0

59、.017mm；fr2=0.017mm</p><p>　　齒廓形狀偏差fta:fta1=0.028mm；fta2=0.028mm</p><p>　　公法線長度變動公差Fu:Fu1=0.015mm；Fu2=0.015mm</p><p>　　中心距極限偏差±fa：fa=±0.023mm</p><p>　　3.3齒輪的三維

60、設計</p><p>　　啟動PROE軟件，單擊工具欄（新建）工具，或單擊菜單“文件”→“新建”。出現(xiàn)如圖所示對話框。選擇系統(tǒng)默認“零件”，子類型“實體”方式，“名稱”欄中輸入zhichilun，同時注意不勾選“使用缺省模板”。選擇公制模板mmns-part-solid，如圖2所示：</p><p>　　選擇菜單欄“工具”→“參數(shù)”命令，出現(xiàn)如圖3所示對話框。單擊（添加）按鈕，依次添加齒輪

61、設計參數(shù)及初始值，m(模數(shù))值4，alpha（壓力角）值20度，df（齒根圓直徑），da（齒頂圓直徑），db（基圓直徑），d（分度圓直徑），b（齒寬）值70mm，z（齒數(shù)）值24個。添加完畢單擊“確定”。</p><p><b>　　圖 2：選擇模板</b></p><p>　　圖 3：設置初始參數(shù)</p><p>　　選擇“插入”→“模型基準

62、”→“草繪”特征工具，或單擊工具欄（草繪）命令，出現(xiàn)所示對話框。選擇FRONT基準平面為草繪平面，系統(tǒng)自動捕捉到與其垂直的RIGHT基準平面為其參考平面。單擊“草繪”確認，進入二維草繪模式如圖所示：</p><p>　　圖 4：繪制齒輪的基圓、分度圓、齒根圓、齒頂圓</p><p>　　選擇工具菜單中的關系式，輸入以下關系，確認。</p><p>　　5：輸入漸開線

63、的關系式</p><p>　　HA=(HAX+X)*M</p><p>　　HF=(HAX+CX-X)*M</p><p>　　D=M*Z/COS(BETA)</p><p><b>　　DA=D+2*HA</b></p><p>　　DB=D*COS(ALPHA)</p><

64、p><b>　　DF=D-2*HF</b></p><p>　　單擊“笛卡爾”坐標系，出現(xiàn)記事本點劃線下方，輸入漸開線方程，漸開線方程以參數(shù)方程形式表示，t為proe的默認變量，取值范圍0-1，常量PI為圓周率，s為中間變量，用戶自行定義，漸開線以X-Y直角坐標系建立，Z軸取值為0。漸開線方程輸入完畢，單擊記事本“文件”→“保存”。最后單擊曲線對話框“確定”按鈕，生成如：</p&

65、gt;<p><b>　　圖 6：生成漸開線</b></p><p>　　創(chuàng)建鏡像基準平面特征。1）創(chuàng)建基準軸。單擊工具欄的（基準軸）工具，或選擇“插入”→“模型基準”→“軸”創(chuàng)建基準軸。出現(xiàn)如圖7所示“基準軸”對話框。在工作區(qū)按住Ctrl鍵，選擇RIGHT和TOP基準平面，基準軸的約束類型為“穿過”兩個相交基面，單擊“確定”完成創(chuàng)建如圖7所示：</p><

66、p>　　圖 7：完成后的齒輪基準</p><p>　　單擊工具欄（拉伸）命令或選擇“插入”→“拉伸”工具按鈕，選擇實體拉伸方式，指定拉伸深度“b”等于尺寬，如圖所示。此時系統(tǒng)提示，“是否添加關系”，單擊“是”：</p><p>　　圖 8：完成齒輪的初始輪廓</p><p>　　在工作區(qū)或在模型樹上，首先選擇上步創(chuàng)建的復制的組特征，此時工具欄的</p&g

67、t;<p>　?。嚵校┨卣鲗⒈患せ睿蛘哌x取工具菜單欄“編輯”→“陣列”，出現(xiàn)如圖所示對話框，陣列方式選擇“尺寸”陣列，陣列個數(shù)為9個，然后在工作區(qū)選擇復制旋轉角度作為尺寸參照，如圖9所示，完畢直接單擊確認按鈕或鼠標中鍵，完成陣列特征，如圖所示。注意添加陣列關系式，選擇“工具/關系”命令，添加陣列旋轉角度和陣列數(shù)目，在工作區(qū)單擊旋轉角度符號尺寸和陣列尺寸符號，如圖所示，添加關系式旋轉角度d73=360/Z，陣列個數(shù)p74

68、=Z-1，如圖9所示，完畢單擊“確定”。</p><p><b>　　圖 9：陣列齒輪</b></p><p>　　修飾特征。單擊工具欄（拉伸）命令或選擇菜單欄“插入”→“拉伸”工具按鈕，選擇實體“除材料”方式，指定拉伸深度“穿透”，選擇齒輪的端面為草繪平面，單擊草繪工具繪制軸孔和鍵槽，如圖所示。完畢單擊確認，進入三維模式，直接單擊確認按鈕或鼠標中鍵，完成拉伸特征，如

69、圖10所示：</p><p>　　圖 10：完成后的齒輪模型</p><p><b>　　4 軸系設計</b></p><p><b>　　1.最小軸直徑計算</b></p><p><b>　　已經(jīng)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　選擇電機額定轉速為

70、720r/min</p><p>　　齒輪泵最大功率Pmax=Q×V×N/(60×10^6)=12.09Kw</p><p>　　齒輪泵軸功率P=12.09/0.8=15.11Kw，選取電機Y200L-8 </p><p><b>　　(1)軸的材料選用</b></p><p>　　因傳遞功

71、率不大，并對重量和尺寸沒有特殊要求，故軸的材料選用45鋼，調質處理。</p><p>　　(2)軸的最小直徑確定</p><p>　　查表得到A=120，根據(jù)軸最小直徑公式：</p><p>　　dmin === 20.63 mm (4.1)</p><p>　　由于在軸上有鍵槽，軸的直徑應該

72、增大0.05，故軸的最小直徑為dmin = 20.63 mm。</p><p><b>　　2.軸的結構設計</b></p><p>　　(1)、軸上各段直徑的初步確定。</p><p>　　A段:d1=25由最小直徑算出。</p><p>　　B段：d2=30，根據(jù)氈圈油封標準，選擇軸徑長度130mm。</p&g

73、t;<p><b>　　3.軸的受力分析</b></p><p><b>　　在水平面內有：</b></p><p>　　(4.2) 在垂直面內有：</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p><b>　　彎矩計算&

74、lt;/b></p><p>　　M2h=Rahl3=263.9×72.5=-19132.88 N/mm</p><p>　　M2v=Ravl3=767.1×72.5=55614.75 N/mm</p><p>　　=58813.84 N/mm</p><p><b>　　4.校核軸強度</b>

75、</p><p><b>　　(4)軸的強度校核</b></p><p>　　計算危險截面的抗彎系數(shù)：</p><p>　　W =π×453/32 = 8945.9 mm3</p><p>　　計算危險截面抗扭系數(shù)</p><p>　　WT =π×453/64 = 17891.

76、8 mm3</p><p><b>　　最大彎曲應力為</b></p><p>　　σb = Mb/W =89079.2/8945.9= 9.96 Mpa</p><p><b>　　扭剪應力為</b></p><p>　　τ = T/WT = 158710/17891.8=8.87 Mpa<

77、;/p><p>　　按彎扭合成強度徑向校核計算，對于單向轉動軸，轉矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)α=0.6,則當量應力為：</p><p>　　σe = (4.3)</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= 14.58<

78、;/b></p><p>　　40CR鋼調質熱處理抗拉強度極限σB =650 Mpa，σe<σB，故滿足強度要求。</p><p><b>　　4.2軸系設計改進</b></p><p>　　對設計進行正確性評估是一項很重要的工作，根據(jù)上述計算，設計出軸的結構。通過ProE調出齒輪泵模型，對模型進行分析，發(fā)現(xiàn)有兩處問題需要改進。&l

79、t;/p><p>　　A.輸入軸沒有臺階，無法進行軸向固定，在改進后的方案可以看出設計出臺階，保證輸入軸的軸向固定。</p><p>　　B.輸入軸開有兩個鍵槽，但是原始方案中，兩個鍵槽方向不一致，這樣會導致額外的加工成本，同時軸的加工精度也不好控制，從改進方案從可以看出，把兩鍵槽的方向改成了同向，滿足合理的工藝性與結構的要求。</p><p>　　圖 11：改進前方案

80、 圖 12：改進后方案</p><p>　　` 圖 13：改進前方案 圖 14 ：改進后的方案</p><p>　　利用ProE的強大的參數(shù)化設計功能，可以在設計之初避免設計的缺陷，并及時更改工程圖的設計，現(xiàn)已更改后的圖樣如下：</p><p>　　圖 15：輸入中的CAD結構圖

81、 圖 16 ：中間軸的CAD結構圖</p><p><b>　　5 三維零部件設計</b></p><p>　　5.1泵體的創(chuàng)建過程</p><p>　　箱體類是機器或部件的基礎零件，它將機器或部件中的軸、套、齒輪等有關零件組裝成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置，并按照一定的傳動關系協(xié)調地傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質量將直接影響機器

82、或部件的精度、性能和壽命。 本設計利用PROE對泵體進行繪制。</p><p>　　創(chuàng)建泵體的大致輪廓（拉伸命令）→創(chuàng)建底座（拉伸命令）→創(chuàng)建進油口（拉伸命令）→創(chuàng)建出油口（拉伸命令）→拉通油口（拉伸命令）→鉆孔（鉆孔命令）→圓角底部（圓角命令）→細化底面→完成整個泵體的創(chuàng)建。</p><p>　　圖 17：箱體的零件繪制流程</p><p>　　5.2泵

83、蓋的創(chuàng)建過程</p><p>　　創(chuàng)建泵蓋的大致輪廓（拉伸命令）→圓角泵蓋（圓角命令）→繪制軸承位置（拉伸命令）→繪制軸承鏈接凹槽（拉伸命令）→鉆端面鏈接孔（鉆孔命令）→繪制凸臺（拉伸命令）→繪制油封凹臺（拉伸命令）→細化模型→完成泵蓋的設計。</p><p>　　圖 18：箱體的零件繪制流程</p><p>　　5.3齒輪泵虛擬裝配</p><

84、p>　　在菜單欄選擇“文件”下拉菜單，選取“新建”選項，在系統(tǒng)彈出的新建對話框中選擇“組件”按鈕，在后面的“子類型”中勾選按鈕，在“名稱”欄中輸入.asm裝配圖文件，單擊，進入齒輪泵的裝配界面：</p><p>　　1、導入下箱體。單擊有工具箱中的“將元件添加到組件”按鈕，在彈出的“打開”對話框中找到下箱體的prt文件（可以點擊對話框下面右側的“預覽”按鈕查看文件效果圖），單擊“確定”按鈕，將零件導入到組件

85、。在下面的“放置操控板”中的約束方式中選擇“缺省”，單擊右側的完成下箱體的放置。</p><p>　　2，導入大端蓋。仿照箱體的導入方法。在約束方式中選擇“對齊”，在主視區(qū)中選擇蓋得旋轉軸和箱體的大齒輪支撐套的的軸線作為參照；選擇“匹配”方式，在主視區(qū)中選擇下箱體的一個側面和蓋的大圓的內側面作為參照；選擇“對齊”，在主視區(qū)中選擇蓋的緊固螺孔旋轉軸線作為參照，單擊右側的完成大端蓋的裝配。</p>&l

86、t;p>　　3、裝配大軸承。仿照箱體的導入方法。在約束方式中選擇“對齊”，在主視區(qū)中選擇軸承的旋轉軸和箱體的大齒輪支撐套的的軸線作為參照；選擇“匹配”方式，在主視區(qū)中選擇蓋的內側面和蓋的內側面作為參照單擊右側的完成大軸承的裝配。</p><p>　　4、裝配大齒輪軸。仿照箱體的導入方法。在約束方式中選擇“對齊”，在主視區(qū)中選擇軸的旋轉軸和箱體的大齒輪支撐套的的軸線作為參照；選擇“匹配”方式，在主視區(qū)中選擇軸

87、的直徑為20和30相鄰的側面和蓋的內側面作為參照單擊右側的完成大軸承的裝配。</p><p>　　5、裝配平鍵。約束方式為“匹配”和“插入”。</p><p>　　6、裝配齒輪。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　7、裝配厚軸套。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　8、裝配軸套。約束方式為“對齊”和“匹配”。&

88、lt;/p><p>　　9、轉配軸承。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　10、裝配透蓋。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　11、裝配端蓋。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　11、裝配端蓋。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　12、裝配軸承。約束方式為“對

89、齊”和“匹配”。</p><p>　　13、裝配軸套。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　14、裝配齒輪軸。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　17、裝配透蓋。約束方式為“對齊”和“匹配”。</p><p>　　圖 19：泵體的裝配效果</p><p>　　圖 20：齒輪泵的裝配關系&l

90、t;/p><p><b>　　6齒輪泵運動模擬</b></p><p>　　6.1 齒輪油泵機構仿真設計</p><p>　?。?） 準備工作 設置模型顯示外觀，結果如圖21:</p><p>　　圖 21:模型顯示結果</p><p>　?。?） 進入“機構”模塊；</p><p

91、>　　在“應用程序”主菜單中選取“機構”選項，進入機構仿真界面。</p><p>　　圖 22：切換進入機構模塊</p><p>　?。?） 定義齒輪副連接；</p><p>　　1） 單擊“定義齒輪副連接”按鈕，打開“齒輪副定義”對話框；</p><p>　　圖 23 ： “齒輪定義”對話框 圖 24： “齒輪定義”對話框&l

92、t;/p><p>　　2）定義齒輪1選項卡，選 “gear_shft_1”為運動軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖23；</p><p>　　3）定義齒輪2選項卡，選 “gear_shft_2”為運動軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖24；</p><p>　　4）打開“屬性”選項卡，在“齒輪比”選項組中選取“節(jié)圓直徑”選項。</p><p><b>

93、　　（4） 創(chuàng)建驅動；</b></p><p>　　1） 單擊“定義伺服電機”按鈕，系統(tǒng)彈出“伺服電機定義”對話框；</p><p>　　2） 在“從動圖元”選項組中選取“連接軸”選項，然后選取“gear_shaft_1”的軸線作為連接軸；</p><p>　　3） 在“伺服電機定義”對話框中打開“輪廓”選項卡，在“規(guī)范”中選“速度”選項在“?！敝羞x“常

94、數(shù)”，并將“A”值設為“40”，完成后的對話框如圖25 </p><p>　　圖 25 ： “電機定義”對話框 圖 26 ： 定義結果</p><p>　　4） 完成所以設置后在“伺服電機定義”對話框中單擊“確定，機構設計的最終結果如圖26所示。</p><p><b>　?。?） 創(chuàng)建連接；</b></

95、p><p>　　1） 在“編輯”主菜單中選取“連接”選項，彈出“連接組件”對話框，如：；</p><p>　　2） 單擊“運行”按鈕，打開“確認”對話框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作，如：</p><p>　　圖 27： “連接組件”對話框 圖 28 ：“確認”對話框</p><p>　?。?） 創(chuàng)建運動分析；</p>&l

96、t;p>　　1） 單擊“運動分析”按鈕，系統(tǒng)打開如圖“分析定義”對話框；</p><p>　　2） 在“類型”下拉列表框中選擇“運動學”選項，并把運動“終止時間”欄的值修改為“60”，接著單擊“運行”按鈕，觀察齒輪油泵的運動情況；</p><p>　　3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關閉“分析定義”對話框，完成運動分析創(chuàng)建。</p><p>　?。?）

97、回放結果并制作多媒體播放文件。</p><p>　　1） 單擊“回放以前的運動分析”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖所示“回放”對話框如圖29，單擊其中“回放”按鈕，打開如圖所示“動畫”對話框如圖；</p><p>　　圖 29 ：“回放”對話框 圖 30 ： “動畫”對話框</p><p>　　2） 在動畫對話框中可以單擊“播放”按鈕

98、觀察仿真結果；單擊“停止”按鈕結束運動仿真；單擊“捕獲”按鈕打開“捕獲”對話框如圖所示。單擊其中的“瀏覽”按鈕，彈出“保存副本”對話框，在次選擇文件的保存路徑，選擇保存格式并填寫文件名稱。完成后單擊“捕獲”對話框中的“確定”按鈕，開始媒體播放文件的制作。</p><p>　　7 齒輪泵安全操作規(guī)程</p><p>　　第一條起動前注意檢查電機相序，否則不可起動。</p>&l

99、t;p>　　第二條起動前泵內必須有油，齒輪泵雖有干吸能力，但要防止干轉而使嚙合面過度磨損。第三條起動前，應檢查油柜油位，打開吸、排閥和回油閥。檢查泵周圍有無妨礙物及各部螺栓的緊固情況，確認正常后，方可起動。</p><p>　　第四條泵運轉后，調節(jié)回油閥，使其達到規(guī)定壓力，不宜在超出額定壓力的情況下工作。注意壓力，溫度變化情況，有無異常聲響，防止干吸，保證正常運轉。如有異?，F(xiàn)象應立即停泵查找原因。</

100、p><p>　　第五條泵吸入壓力不可過低，否則產生“氣蝕”損壞泵內零件的表面，為此要經(jīng)常清洗濾器，開足吸入關路上的閥門，保持適當油溫和轉速。</p><p>　　第六條防止空氣吸入系統(tǒng)中，否則泵的排量降低，系統(tǒng)中產生噪聲。</p><p>　　第七條停止運轉時，應先打開回油閥，待壓力降低后方可停泵，關閉吸、排閥，清潔機體排除運轉中出現(xiàn)的故障。</p>&l

101、t;p><b>　　齒輪泵安全操作規(guī)程</b></p><p>　　第一條起動前注意檢查電機相序，否則不可起動。</p><p>　　第二條起動前泵內必須有油，齒輪泵雖有干吸能力，但要防止干轉而使嚙合面過度磨損。第三條起動前，應檢查油柜油位，打開吸、排閥和回油閥。檢查泵周圍有無妨礙物及各部螺栓的緊固情況，確認正常后，方可起動。</p><p&

102、gt;　　第四條泵運轉后，調節(jié)回油閥，使其達到規(guī)定壓力，不宜在超出額定壓力的情況下工作。注意壓力，溫度變化情況，有無異常聲響，防止干吸，保證正常運轉。如有異?，F(xiàn)象應立即停泵查找原因。</p><p>　　第五條泵吸入壓力不可過低，否則產生“氣蝕”損壞泵內零件的表面，為此要經(jīng)常清洗濾器，開足吸入關路上的閥門，保持適當油溫和轉速。</p><p>　　第六條防止空氣吸入系統(tǒng)中，否則泵的排量降低

103、，系統(tǒng)中產生噪聲。</p><p>　　第七條停止運轉時，應先打開回油閥，待壓力降低后方可停泵，關閉吸、排閥，清潔機體排除運轉中出現(xiàn)的故障。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　經(jīng)過數(shù)周的畢業(yè)設計，我終于完成了齒輪泵從零件設計到整機裝配，再到工程圖的設計，最后到說明書的完成。能夠熟練的掌握和運用pro/e軟件是這次課程

104、設計的挑戰(zhàn)，我基本上處于邊學習邊研究邊完成的過程。Pro/e作為我們機械設計方向的主要課程，我們很有必要把它學好。</p><p>　　在這段期間，我學到了很多，我開始了獨立的學習和嘗試，查閱大量的書籍和資料，查找在大學期間所學的知識。使自己的齒輪泵一步一步慢慢的建立起來，每一次改進都會讓我收獲很多，每完成一個零件都會讓我興奮不已。從剛開始斜齒輪的糾結，到最后裝配出現(xiàn)的一次次錯誤，我覺得每一步都是一個挑戰(zhàn)，我需要

105、靠自己去嘗試，去解決問題，是在不行只能求助同學和老師，所以我覺得這個課程設計的每一步都蘊含著很多辛酸。</p><p>　　盡管課程設計即將結束，但是我覺得在這次設計中凸顯了我的很多不足，首先是缺乏設計的規(guī)范性，還沒有完全掌握齒輪泵的實際加工工程，我覺得設計零件和裝配也要像實際情況一樣，而不是根據(jù)自己的主觀臆斷來決定。還有一點就是自己對pro/e的掌握不夠深刻，導致很多學過的東西都忘了，只能從新去探究學習。盡管如

106、此，但是這次設計的每一步都是我辛辛苦苦獨立完成的，而且在設計的期間，我也不斷地幫助別人，不管是認識的還是不認識的，我都一視同仁，我決定在幫助別人的過程中不斷幫別人解決了問題，同時也使自己的操作得到了鍛煉和加深印象。</p><p>　　這次設計一定會使我受益匪淺的，我感受到在今后的學習還是工作中，一定要用心去完成，獨立思考，認真專研。用心去做好每一件事，沒有專研就沒有成功，沒有努力就沒有進步。</p>

107、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[2]孔凌嘉.簡明機械設計手冊.北京：北京理工大學出版社，2008</p><p>　　[3]孫巖.機械設計課程設計.北京：北京理工大學出版社，2007</p>&

108、lt;p>　　[4]張策.機械原理與機械設計.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[5]孫江宏.Pro/ENGINEERWildfire3.0中文野火版基礎教程[M].清華大學出版社，2003.1</p><p>　　[6]銀金光.機械設計課程設計，第一版.北京：中國林業(yè)出版社，2006</p><p>　　[7]王旭，王積森主編.機械設計課程

109、設計.北京：機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[8]無宗澤.機械設計課程設計手冊.北京：高等教育出版社，1952</p><p>　　[9]成大先.機械設計手冊——軸及其聯(lián)接.北京：化學工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[10]朱派龍.機械制造工藝裝配.西安：西安電子科技大學出版社，2006.8</p><p>　　[11

110、]孫德志.機械設計基礎課程設計.北京：冶金工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[12]吳拓.機械制造工程.北京：機械工業(yè)出版社，2005.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　說實話，畢業(yè)設計真的有點累．然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這設計過程的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我

111、剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟．通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致．課程設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有2次因為不小心我計算出錯，只能毫不情意地重來．但一想起周偉平教授，黃焊偉總檢平時對我們耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定養(yǎng)成一種

112、高度負責，認真對待的良好習慣．這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練．短短三周是課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用．想到這里，我真的心急了，老師卻對我說，這說明課程設計確實使我你有收獲了．老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信．</p><p>　　最后，我要感謝我的老師們，是您嚴厲批評喚醒