II外嚙合齒輪泵設(shè)計摘要輪泵研制的科技人員的研究重點，變位齒輪的設(shè)計是本設(shè)計中弱化徑向力得得重要體齒輪泵的工作效率及使用壽命。齒輪泵設(shè)計對于密封性有著極高的要求。關(guān)鍵詞：外嚙合直齒輪泵；變位齒輪；齒輪軸；密封；浮動軸套PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIVABSTRACTOutermeshinggearpumpakindofcommonlyusedhydraulicpump,canconvertmechanicalenergyintohydraulicpressure,donethroughmeshingoftwogearoilabsorptionandextrudingprocess,forconveyingcertainflowandpressureofthefluidthehydraulicsystem.Therewillalwaysthehydraulicoilleakage,trappedoilandnoiseandvibration.Howtoreducetheradialforcehasbeenengagedhighpressuregearresearchemphasisonthescientificandtechnologicalpersonnel,thedesignofthemodifiedgearweakeningthedesignoftheradialforcemaybeimportant,andstressanalysiswascarriedoutontheandbearingload.Totheoilleakage,lowvoltageexternalgearpumpthroughthemeasuresofimprovingthemachiningprecision,andforthedesignofhighpressureexternalgearusedplusfloatingcollarmeasurestosolve.Trappedoilphenomenoninevitablyproducegearstrongvibrationandnoise,toalargeextentinfluencetheworkefficiencyandservicelifeofthegearpump.Gearpumpdesignedforsealingwithhighrequirements.Keywords：Externalgearstraightgearpump;Modifiedgear;Gearshaft;Seal;Thefloatingcollar目錄摘要 IABSTRACT II目錄 III第1章緒論 1國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及設(shè)計意義 1工作原理、結(jié)構(gòu)特點及易出現(xiàn)的問題 4基本設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù) 5設(shè)計要求及任務(wù) 7第2章齒輪的具體設(shè)計、分析及校核 8齒輪各參數(shù)的設(shè)計 8齒輪的強度校核 12齒面接觸疲勞強度校核 12彎曲疲勞強度校核 14第3章軸的設(shè)計及校核 16齒輪泵的徑向力的分析 16軸的設(shè)計與校核 18估算最小軸頸 18軸的彎扭合成強度校核 21軸的剛度校核 23第4章齒輪泵其余部件設(shè)計或選擇、分析及校核 25密封設(shè)計 25體與泵蓋壁厚的選擇及校核 25軸承的選擇及校核 29齒輪泵進出油口設(shè)計計算 29鍵的選擇與校核 30連接螺栓的選擇與校核 31第5章總裝配圖 33總 結(jié) 35致 謝 36參考文獻 37XXXXXXXXXXXXPAGEPAGE13第1章緒論國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及設(shè)計意義入大量資金來促進齒輪泵業(yè)的發(fā)展，相關(guān)數(shù)據(jù)表明已經(jīng)占到整個泵市場份額的7%，這足以表明齒輪泵無限的發(fā)展?jié)摿Α．斎晃覈凇笆濉币?guī)劃期間對泵行業(yè)的具體的重點任務(wù)體現(xiàn)在三個方面：第一，核電樞紐設(shè)備的技術(shù)研究主要是開展AP1000核主泵樞紐技術(shù)研究1000萬千瓦壓水堆核電用泵的樞紐技術(shù)研究及核電用泵技術(shù)尺度的研究；齒輪泵、高壓小流量泵、急冷油泵樞紐技術(shù)研究等；第三，沿著泵類產(chǎn)品節(jié)約能源方向的探索。2008年的經(jīng)濟危機的浪潮中，國內(nèi)的鋼鐵行業(yè)，鑄造行業(yè)，等金屬行業(yè)展的滯后必然讓齒輪泵制造業(yè)有著極大地損傷。盡管在數(shù)據(jù)分析報表上，2008濟危機我國的齒輪泵業(yè)不管從齒輪泵產(chǎn)品的定位還是從研發(fā)的核心高新技術(shù)或者是生產(chǎn)制造過程中的工藝流程及其誤差的最小化等等方面都得到了很大的改泵行業(yè)就是技術(shù)及工藝和適應(yīng)市場需求。來的物質(zhì)成果，勢必會在發(fā)展過程中忽視一些快餐式經(jīng)濟所帶來的環(huán)境能源問們都在尋找一種不浪費資源并且快速發(fā)展齒輪泵行業(yè)的一種可持續(xù)發(fā)展的一種向機、電、儀一體化的方向發(fā)展；向大型化和高速化的方向發(fā)展；向多品種和多用途的方向發(fā)展；向電動-液壓相結(jié)合的復合式的方向發(fā)展；向新材料的應(yīng)用方向發(fā)展；向理論與設(shè)計方法的科學化方向發(fā)展；向CAD、CAM、CIMS技術(shù)的發(fā)展與推廣方向；染。2個工作容從而輸送容腔內(nèi)的液體達到增壓的目的。以尋求最佳的解決方案診。等幾個領(lǐng)域。者更多泵行業(yè)的從業(yè)者應(yīng)抓住機遇，不畏困難，共同努力。國的齒輪泵業(yè)屹立于世界之林。齒輪泵的設(shè)計對于推動整個泵行業(yè)有著重大意義。工作原理、結(jié)構(gòu)特點及易出現(xiàn)的問題外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如右圖所示。外嚙合齒輪泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵蓋，泵體及后泵蓋等主要零件構(gòu)成。泵體體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸油腔、壓油腔，當齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，油液在大氣壓力作用下從油箱經(jīng)吸油管進入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進入嚙合， 圖1.1齒泵工作理圖使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被嚙合線，把吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點：經(jīng)過查閱相關(guān)齒輪泵設(shè)計資料及市場上齒輪泵的成熟產(chǎn)品的分析，對齒輪泵的結(jié)構(gòu)有了一定的認識，整體看通常有前泵蓋泵體組成，當然有的還有后泵蓋，三者通過兩個圓柱銷進行定位，六個螺栓進行連接，當然泵體上開有兩個孔，一個進油口和一個出油口；泵體的內(nèi)部容腔內(nèi)則有兩個傳動變位齒輪，兩根軸，軸上裝配有軸承，軸套密封圈，還有用來提高密封性的浮動軸套；當然軸伸出泵體的端口處的密封性要求非常高，會有填料，填料端蓋，緊訂螺釘?shù)取］S靠近末端的軸段開有鍵槽，裝聯(lián)軸器從而來驅(qū)動齒輪泵。可以看出齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，有著較高的密封要求，但是基于這種結(jié)構(gòu)，齒輪泵還是有困油，漏油現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生一定會引起齒輪泵的震動，噪聲從而影響齒輪泵的工作效率與壽命。齒輪泵常見的故障：液壓油被堵死，齒輪泵旋向不對會導致填料油封被沖出。本來設(shè)計時只承受軸向力的齒輪泵軸承，卻因為設(shè)計的不夠準確使得軸承受到不小的徑向力的作用，影響軸承的工作效率。過濾片長時間不清洗，影響其通透性，導致吸油不足。3～6m/s。較慢，使齒輪泵得不到過壓保護。死點升壓這種方式極大可能使齒輪泵膨脹。值；或者油液的濃度，溫度密度的時時改變，對齒輪泵內(nèi)部零件磨損有很大影響，導致容積效率處于較低的水平，所以油應(yīng)積壓流動性差一定會產(chǎn)生熱量。基本設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)資料等，最重要的是和我的設(shè)計指導導師汪世益教授的交流及給我提出的建本設(shè)計思路如下：1420614齒。為了防止跟切影響齒根的強度，必要時要對齒輪進行變?yōu)樾拚８鶕?jù)泵設(shè)計的排量計算出模數(shù)。由公式：VDhB2zm3(B/m)103

2zm2B103

1.13V103V1036.66z(B/m)B—齒寬（mm）V—公稱排量（ml/r）z—齒輪齒數(shù)m—模數(shù)（mm）于后者，所以將π3.33加以修正。齒寬的選取原則：齒輪泵的齒寬直接影響齒輪泵的流量，齒寬越大，流量B=(3~6)m，低壓齒輪泵一般為B=(6~10)m。121412數(shù)的計算，要結(jié)合變位齒輪設(shè)計公式進行設(shè)計計算。軸的設(shè)計：根據(jù)轉(zhuǎn)矩估算出軸的最小軸頸，再根據(jù)齒輪泵的設(shè)計要求，大泵體泵蓋壁厚的選擇及校核等，另外還有些小件的設(shè)計，例如軸承的選擇及校核，鍵的選擇及校核，螺栓的選擇及校核等到此設(shè)計工作差不都結(jié)束。設(shè)計要求及任務(wù)動。此型齒輪油泵的主要技術(shù)參數(shù)確定為：理論排量：25ml/r額定壓力：10MPa額定轉(zhuǎn)速：1800r/min容積效率： ≥90%噪聲： 不大于95dB第2章齒輪的具體設(shè)計、分析及校核齒輪各參數(shù)的設(shè)計經(jīng)查閱相關(guān)資料確定其材料為40Cr，并且調(diào)制后表面淬火，因為這種材料的的241~286HBS,完全符合這次設(shè)計的要求。根據(jù)齒輪泵的排量公式：VDhB

2zm3(

/m)10

2zm2B10

（2.1）且前者大于后者，為了不忽視這一因素，現(xiàn)將π3.33求的。根據(jù)上面計算公式得模數(shù)3V103V1036.66z(B/m)式中 B—齒寬（mm）V—公稱排量（ml/r）z—齒輪齒數(shù)m—模數(shù)（mm）并且設(shè)計的齒輪泵的額定壓力P=10MPa25ml/rn=1800r/min數(shù)選擇原則如下：z=6-20.分為高壓齒13-20通常為z=6-14設(shè)計計算變位系數(shù)一般為B=(3~6)m，低壓齒輪泵一般為B=(6~10)m。綜上分析本設(shè)計的是額定壓力為10MPa的中高壓齒輪泵根據(jù)以上原則選擇齒數(shù)z=12，B=5m，代入數(shù)據(jù)得m3

25103

3.97取整得m=4mm，齒輪的其他參數(shù)：壓力角取標準值

20齒寬 B=5m=20mm齒寬系數(shù)

db200.42d 48由于齒數(shù)不根切，并且所選刀具為齒條型刀具時，查找資料機械手冊單行本機械傳動P14—232.22.3：Zmin

2ha2hsin2

（2.2）代入數(shù)據(jù)計算得：

xn

h*(zaza

minmin

z)

（2.3）2h 21Zmina 16.6717mmsin2h*(z

sin220z) 1(1712)xmn

a minzn

0.29mm17齒輪的其他設(shè)計參數(shù)：嚙合角：齒頂高：

X1X20.29mmdmz4124820m10.29m10.295.m10.250.29

16mm齒根高：

a a 1f hhcf

43.84mm齒頂圓直徑：

dad12ha14825.1658.32mm齒根圓直徑：

dfd12hf

4823.8440.32mm中心距：

a1d28mm2因為首先要分析安裝齒輪的軸是否需要鍵:考慮齒根圓至鍵槽底部的距離：X22.5810mm

則用齒輪軸,若不符合上述關(guān)系則齒輪考慮用普X6.16t23mm選擇鍵的型號為：鍵bh87 L=18mm。并且查表可知t=4.0mm。所以X6.16t3mm則用齒輪軸。并且根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)通過CAD制圖軟件畫出如下圖2.1齒輪零件圖2.22.3均為齒輪軸的零件圖。主動齒輪軸：圖2.2主動齒輪軸零件圖從動齒輪軸：圖2.3從動齒輪軸零件圖齒輪的強度校核齒面接觸疲勞強度校核40Cr并且調(diào)制后表面淬火，因為這種材料的的硬241~286HBS,K的計算如下KKAKVKK使用系數(shù)：輪泵為中高壓齒輪泵，有輕微沖擊查表選擇如下動載系數(shù) ：

=1.257齒間載荷分布系數(shù)

=1.1分配不均勻，所以引進齒間載荷分布系數(shù)。對于直齒輪及修行齒輪選擇如下齒向載荷分布系數(shù)

= =1的系數(shù)，因為此齒輪對稱配置，故=1.158按齒面接觸疲勞強度校核其校核公式如下：o 2.5Z

（2.4）d3 d3 u2KT1u1d1查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-1常用的齒輪材料及其力學性能得接觸疲勞極限與彎曲疲勞極限如下：Hlim1200MPaFE720MPa依據(jù)材料類型查表選擇系數(shù)并計算許用應(yīng)力：HaHlim12001200MPHaSH 1由于齒輪材料為40Crp201關(guān)表格得

1E189.8MP2a，流量為Q，工作壓力為pa又由公式

PwpQ

（2.5）帶入數(shù)據(jù)計算得：P10106P251061800rmin7.5kww a 60s根據(jù)設(shè)計要求確定轉(zhuǎn)速： n=1800r/min齒輪圓周速度公式：代入數(shù)據(jù)計算得：

Vdn 601000V3.144818004.5m601000

（2.6）查找機械設(shè)計基礎(chǔ)教材表11-2齒輪傳動精度等級的選擇及應(yīng)用，可以看出之前選擇的7級制造精度是完全符合設(shè)計要求的。計算轉(zhuǎn)矩：代入數(shù)據(jù)計算得：

T9.55106Pwn

（2.7）T9.55106Pw9.55106n

7.51800

4.0104Nmm齒寬系數(shù)：

db200.42mm載荷系數(shù)：

d 48KKAKVKK1.251.111.1581.592以上參數(shù)確定之后帶入強度校核公式得如下：d3 ud3 uu1d12KT1u12KT1u1d3 ud1

（2.8）221.5924.0104110.424831H 2.5ZE 2.5189.8 就有HH1200a齒輪的齒面接觸疲勞強度符合要求。彎曲疲勞強度校核由校核公式：

o 1F dm3z2 F1

（2.9）經(jīng)查找相關(guān)資料，上式各參數(shù)選取如下：齒形系數(shù)：

YFa=3.65齒根修正系數(shù)：

YSa=1.48所以許用彎曲應(yīng)力的計算如下：FE

720450MPF而由公式（2.5）得：

SF 1.61ao F dm3z21a

21.5924.01043.651.48 0.4243122 所以 FF450Ma齒輪的齒根彎曲疲勞強度符合要求綜上可知齒輪合格。第3章 軸的設(shè)計及校核齒輪泵的徑向力的分析承上的徑向力。液壓力是泵內(nèi)液體在齒輪圓周方向上所衍生的徑向力F（p的作（其夾角為受壓力p（為φ1φ2）所受的壓力是變化的（由p1升至p2壓油腔間的過渡段，承受沿齒輪圓周線性分布壓力，如下圖所示。圖3.1 齒圓周力的近分布曲線在進行設(shè)計計算時，齒輪承載的總的液壓力FP便可按下列近似公式設(shè)計：6.5pbDe(N

3.1的徑向力力方向相反，可抵消一部分液壓力；作用在從動齒輪上的嚙合力，其方向與作用點的位置在節(jié)點附近來回變動，所以嚙合力也是變化的。在設(shè)計計算過程中，齒輪軸頸承載的徑向力F（包括液壓力和嚙合力以下面的公式進行設(shè)計計算：主7.5pbDeN)從8.5pbDeN)

3.23.32從以下幾個點進行探索：330%3倍。通過查閱相關(guān)資料，我認為減小徑向力有如下方法：bD的分布，不能出現(xiàn)不合理的較大的應(yīng)力集中和載荷分布不均勻的現(xiàn)象。不多。工作條件。軸的設(shè)計與校核估算最小軸頸40Cr,241~286HBS,動輪徑向力較大，則以此為設(shè)計標準進行設(shè)計計算：Fr0.85pBDe0.8510Mpa20mm58.32mm9.9KN根據(jù)最小軸徑計算公式：P3nd P3n

3.4min 0已知軸的材料40Cr，查表得A097112所以就有：P 7.5dmin3971123 15.618.02mmn 1800考慮到該軸可能會有有2個鍵槽，故應(yīng)將軸頸增大15%，所以dmin15.618.021.151821mm初步估算

dmin20mm形式，綜合各方面考慮初步設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖如下：的圖3.2軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖2mm。軸是齒輪泵設(shè)計的關(guān)鍵采用調(diào)質(zhì)淬火處理。進CAD3.33.4：主動軸：圖3.3主動齒輪軸零件圖從動軸:圖3.4從動齒輪軸零件圖軸的彎扭合成強度校核按彎扭合成強度校核，得首先做出軸的受力計算簡力圖3.4如下：圖3.5軸的受力簡力圖水平面：

F 24.0104t1 833N2 2d1 228垂直面：

Fa0NF F 9.94.95VA VB 2根據(jù)以上計算結(jié)果做出軸的彎矩圖：圖3.6軸的受力彎矩圖水平面彎矩：M M FL83328.52.4104Nmm24NmHA HB HA垂直面彎矩：MVAMVBFVAL4.95KN28.5mm138.6Nm總彎矩：

M1M2

242138.62140242138.62計算出軸的扭矩：T9.55106P4.0104N.mm40N.mnMM2T2Me

（3.5）14020.614020.6402M2M2T2計算彎扭合成強度公式為：

142Nmo Me

（3.6）ca W所以帶入數(shù)據(jù)，計算結(jié)果為：MM2T2

142000cae W 3 0.1按其校核公式可知：ca1

（3.7）查表得40Cr的許用彎曲應(yīng)力：1滿足上式，故軸的強度符合安全要求軸的剛度校核軸的彎曲剛度條件為：撓度 yy偏轉(zhuǎn)角

查機械設(shè)計手冊之軸的撓度及偏轉(zhuǎn)角計算公式為：Mlx b2

x2y6104d413l

l

（3.8）v

Ml a26104d413l

（3.9）3.83.9

v

y0.09890.00118查《機械設(shè)計》之表-軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角：安裝齒輪的軸允許撓度：y0.010.030.040.12安裝齒輪軸處的截面允許偏轉(zhuǎn)角：0.0010.002rad由上可知

yy所以軸的剛度符合安全要求。第4章齒輪泵其余部件設(shè)計或選擇、分析及校核密封設(shè)計影響齒輪泵的壽命。當泄露嚴重時會因為泄露造成環(huán)境的污染。該泵軸端密封設(shè)計可以有多種方法，可以是機械密封，也可以是填料密封等，可根據(jù)具體的使用條件和工作環(huán)境要求來選擇。這里采用浮動軸套式的的補償裝置來2種方式，并且配有填料端蓋。10mpa的壓力，所以在設(shè)計過程中要采取一定的措施來保證--15mpa泵體與泵蓋壁厚的選擇及校核及工程材料可知其強度極限b=300MPa,n..在此種設(shè)計條件下，n=3則許用拉應(yīng)力為bn

（4.1）根據(jù)公式4.1得許用拉應(yīng)力為100MPa，而泵體的抗拉抗壓強度可以按照壁厚29mm粗略估算出其拉伸應(yīng)力，計算公式如下：0.4R21.3R2oe ypy R2R2y

4.2式中mmRe—mmPs—泵體的實驗壓力220MPa。代入數(shù)據(jù)后可得.由于加工工藝及裝配的需要取Ry=58mm。有材料力學相關(guān)知識，可以把泵體分成無數(shù)個微小體積，每個理想的單位體積都承受雙向應(yīng)力作用。則力學分析如下：FPA1

10106(152.810377103)117656N2A20(81.8271)5985mm26103m22oF11765619.6MPamax300100MPaA 6103 n 3所以壁厚29mm符合要求。根據(jù)以上設(shè)計數(shù)據(jù)CAD制圖如下：左泵蓋：圖4.1左泵蓋零件圖圖4.2泵零體件圖圖4.3右泵蓋零件圖軸承的選擇及校核Fr0.85pBDe

4.34.3

Fr0.8510Mpa20mm58.32mm9.9KN初選軸承為滾針軸承，承載能力大，徑向齒輪小并考慮到安裝軸承的軸頸為dmin=25mm查機械設(shè)計手冊向心滾針和保持組架（摘自JB/T7918-1997）選取K型：K25×29×17其基本額定載荷Cr=14.5KNCr>Fr并且軸承的極限轉(zhuǎn)速完全符合齒輪泵的設(shè)計轉(zhuǎn)速，綜上可述軸承符合要求齒輪泵進出油口設(shè)計計算2-4m/s，出油口流速一般推薦為3-6m/s3m/s5m/s。由齒輪泵的進出口流速公式：v由公式4.4計算得出：

Q60

Vn60

102

（4.4）v251800102m60S sSVn60v

102cm2

（4.5）所以進口面積：S1

Vn60

102cm2251800102cm22.5cm2603出口面積：

S2

Vn60

102cm2251800102cm21.5cm2605可得進油口半徑：

S2.53.14 S2.53.14出油口半徑：

S1.53.14 S1.53.14所以在泵體上開出直徑分別為16mm和14mm的圓孔即可。鍵的選擇與校核先要分析安裝主動輪的軸是否需要鍵考慮齒根圓至鍵槽底部的距離：若X2