1、外啮合齿轮泵建模及仿真摘要:在液压统中各类泵几乎是不可缺少的一种设备。而齿轮具有结构紧凑、对油液污染不敏，成本低，寿命长等特点。齿轮泵是靠相互啮合旋转的一对齿轮输送液体，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。泵工作腔由泵体、泵盖及齿轮的各齿槽构成。由齿的啮合线将泵吸入腔和排出腔分开。随着齿轮的转动，齿间的液体被带至排出腔。本设计基于这样的原理，设计一款排量为160L/min,额定压力为6.3MPa的齿轮泵，并选用ProE软件作为设计工具。关键字：齿轮泵、设计、变位齿轮Spur gear external gear pump designAbstract:Various types of pumps
2、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 are relying on a pair of rotating intermeshing gear transmission fluid, into an external gear pump and gear pump. Pump
3、chamber is composed of various alveolar pump, pump cover and gear. Wire meshing teeth of the pump suction chamber and a discharge chamber separately. With the rotation of the gear, the teeth of the liquid is brought to the discharge chamber, the liquid is discharged under pressure.The design is base
4、d on this principle, design a displacement 160L/min, rated pressure of 6.3MPa gear pump, and choose Pro/E software as a design tool.Keywords: gear pump, design, change gears目 录前言11 设计背景21.1齿轮泵的工作原理21.2齿轮泵的发展42齿轮泵主要参数选择62.1设计初始条件62.2选择配用电机62.3选取齿轮主要技术参数63齿轮组设计83.1变位系数选择83.2齿轮组几何参数计算83.2.1选定齿轮传动类型、材料等
5、参数。83.2.2.按齿面接触强度设计计算83.2.3.计算齿轮传动的主要参数93.2.4.按齿根弯曲强度设计103.2.5齿轮上的作用力计算113.2.7齿轮传动几何公差123.3齿轮的三维设计134 轴系设计194.1轴系设计改进205 三维零部件设计225.1泵体的创建过程225.2泵盖的创建过程235.3齿轮泵虚拟装配236齿轮泵运动模拟266.1 齿轮油泵机构仿真设计267齿轮泵安全操作规程30结论31参考文献32致谢33IV 前 言外啮合齿轮泵是一种常用的液压泵，它靠一对齿轮的进入和脱离啮合完成吸油和压油，且均存在泄漏现象、困油现象以及噪声和振动。减小外啮合齿轮泵的径向力是研究外啮
6、合齿轮泵的一大课题，为减小径向力中高压外啮合齿轮泵多采用的是变位齿轮，并且对轴和轴承的要求较高。为解决泄漏问题，低压外啮合齿轮泵可采用提高加工精度等方法解决，而对于中高压外啮合齿轮泵则需要采取加浮动轴套或弹性侧板的方法解决。困油现象引起齿轮泵强烈的振动和噪声还大大所短外啮合齿轮泵的使用寿命，解决困油问题的方法是开卸荷槽。在已有齿轮泵设计的基本理论基础上，利用CAD绘图软件进行二维平面设计，建立齿轮、轴、轴承、端盖、上箱体及下箱体的三维参数化模型，将各零件进行装配并且运用Pro/E绘图软件对其进行运动仿真。1 设计背景1.1齿轮泵的工作原理齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同
7、的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。图 1：齿轮泵基本构造由图1可见，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿轮。由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为
8、吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转
9、，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到100，因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能使流体100地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。然而泵还是可以良好地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到9398的效率。对于粘度或密度在工艺中有变化的流体，这种泵不会受到太多影响。如果有一个阻尼器，比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器，泵则会推动流体通过它们。如果这个阻尼器在工作中变化，亦即如果滤网变脏、堵塞了，或限制器的背压升高了，则泵仍将保持恒定的流量，直至达到装置中最弱的部件的机械极限(通常装
10、有一个扭矩限制器)。对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体，如果传送的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时，这种限制就会大幅度降低。 推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的，如果这一空间没有填充满，则泵就不能排出准确的流量，所以PV值(压力流速)也是另外一个限制因素，而且是一个工艺变量。由于这些限制，齿轮泵制造商将提供一系列产品，即不同的规格及排量(每转一周所排出的量)。这些泵将与具体的应用工艺相配合，以使系统能力及价格达到最优。保旋转轴的有效润滑。这一特性减少了聚合物滞留并降解的可能性。精密加工的泵体可使“D”型轴承与齿轮轴精确配合，
11、确保齿轮轴不偏心，以防齿轮磨损。Parkool密封结构与聚四氟唇型密封共同构成水冷密封。这种密封实际上并不接触轴的表面，对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体，如果传送的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时，这种限制就会大幅度降低。 推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的，如果这一空间没有填充满，则泵就不能排出准确的流量，所以PV值(压力流速)也是另外一个限制因素，而且是一个工艺变量。由于这些限制，齿轮泵制造商将提供一系列产品，即不同的规格及排量(每转一周所排出的量)。这些泵将与具体的应用工艺相配合，以使系统能力及价格达到最优。 保旋转
12、轴的有效润滑。这一特性减少了聚合物滞留并降解的可能性。精密加工的泵体可使“D”型轴承与齿轮轴精确配合，确保齿轮轴不偏心，以防齿轮磨损。Parkool密封结构与聚四氟唇型密封共同构成水冷密封。这种密封实际上并不接触轴的表面。1.2齿轮泵的发展液压系统已经越来越广泛应用与各种机械产品，液压驱动以自身的优越性已经广泛应用于汽车行业，特别是专用车辆行业。液压举升机构、助力液压制动机构以及驱动液压马达工作的液压泵，已经受到越来越多的人的青睐。其中的液压齿轮泵是液压系统的核心部件，显得尤为中要。为了适应液压传动系统正向着快响应、小体积、低噪声的方向发展，齿轮泵除积极采取措施保持其在中低压定量系统、润滑系统
13、等的霸主地位外，尚需向以下几个方向发展： (1) 低流量脉动：流量脉动将引起压力脉动，从而导致系统产生振动和噪声，这是与现代液压系统的要求不符的。降低流量脉动的方法，除了前面所介绍的措施外，采川复合多齿轮泵是一种趋势。 (2)高压化：高压化是系统所要求的，也是齿轮泵与柱塞泵、叶片泵竞争所必须解决的问题。齿轮泵的高压化工作己取得较大进展，但因受其本身结构的限制，要想进一步提高工作压力是很困难的，必须研制出新结构的齿轮泵。在这方面，由多个齿轮组成的复合齿轮泵将有很大优势，国内已有许多研究者对此进行了研究，并取得了显著的成果。 (3)低噪声：国外早就有“安静”的液压泵之说。随着人们环保意识的增强，对
14、齿轮泵的噪声要求也越来越严格。齿轮泵的噪声主要由两部分组成，一部分是齿轮啮合过程中所产生的机械噪声，另一部分是困油冲击所产生的液压噪声。前者与齿轮的加工和安装精度有关，后者则主要取决于泵的卸荷是否彻底。对于外啮合齿轮泵，要实现完全卸荷是很困难的，因此进一步降低泵的噪声受到一定的限制。在这方面，内啮合齿轮泵因具有运转平稳、无困油现象、噪声低等特点而受到普遍重视，特别是直线共轭齿廓的内啮合齿轮泵因其具有运转平稳、噪声低而倍受青睐，正成为研究的焦点。(4)变排量：齿轮泵的排量不可调节，限制了其使用范同。为了改变齿轮泵的排量，国内外学者进行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。有关齿轮泵变排量方面的
15、专利已有很多，但真正能转化为产品的很少。平衡式复合齿轮泵可通过调节内齿轮的转速米改变泵的排量，但具体方法和结构尚待进一步研究。(5)大排量：对于一些要求快速运动的系统米说，大排量是必需的。但普通齿轮泵排量的提高受到很多因素的限制。这一方面，平衡式复合齿轮泵具有显著优势，如1台三惰轮复合齿轮泵的排量相当于6台同外形尺寸单泵的排量。2 齿轮泵主要参数选择2.1设计初始条件工作条件：使用年限10年(每年工作300天)，工作为一班工作制。原始数据：齿轮泵类型：外啮合直齿轮泵,理论排量：160ml/r,额定压力：6.3MPa,工作介质轴承油：46#液压油2.2选择配用电机选择电机额定转速为720r/min齿轮泵最大功率Pmax=QVN/(60106)=12.09Kw齿轮泵轴功率P=12.09/0.8=15.11Kw，选取电机Y200L-8额定功率/kW:15并联支路数:2铁心长度/mm:195绕组型式:双层叠式气隙长度/mm:0.5节距:17定子外径/mm:327槽数Z1/Z2:54/58定子内径/mm:230转动惯量/(kgm2):0.339定子线规n
