齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

I 摘 要 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中最重要的動(dòng)力源 ,在 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛 , 因此 , 吸引了大量學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究 ,其主要部件是內(nèi)部相互嚙合的一對(duì)齒輪。 現(xiàn)代機(jī)械工程對(duì)齒輪泵提出很多新要求，如壓強(qiáng)高、排量大、脈動(dòng)低、噪音低等，所以對(duì)齒輪泵的性能分析與改進(jìn)成為了很重要的課題。 本課題以齒輪泵為研究對(duì)象，總結(jié)了齒輪泵的特點(diǎn)，深入研究了齒輪泵整體結(jié)構(gòu)及其原理，并利用 UG三維建模軟件對(duì)其進(jìn)行實(shí)體建模，對(duì)齒輪泵的流量特征、徑向嚙合力進(jìn)行理論分析和數(shù)值計(jì)算，為齒輪泵的設(shè)計(jì)提供必要的理論依據(jù)。研究了多種齒輪泵的齒廓類(lèi)型，并推導(dǎo)出這些齒廓線(xiàn)方程。最后學(xué)習(xí)了流體動(dòng)力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，利用 CFD前處理軟件 Gambit和后處理軟件 Fluent對(duì)以上五種齒廓齒輪泵進(jìn)行流體分析，并比較不同齒廓分析后的結(jié)果，分別計(jì)算了齒輪泵齒間區(qū)的流量、齒輪嚙合區(qū)域的流量，最后就得到了齒輪泵的流量。在時(shí)間和轉(zhuǎn)速確定的情況下，得到齒輪泵的流速。外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)對(duì)其內(nèi)部的流場(chǎng)有很大的影響，采用 fluent有限元法求解計(jì)算模型，就不同齒廓的變化特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，可以得出每種類(lèi)型齒廓的相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而得出最優(yōu)的分析結(jié)果并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)出新的齒廓線(xiàn)。 本文對(duì)齒輪泵的輸出特性研究，推到出齒廓線(xiàn)方程，最后結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)理論，運(yùn)用CFD前處理軟件 Gambit和后處理軟件 Fluent對(duì)以上五種不同的齒廓齒輪泵進(jìn)行流體分析，在相同的轉(zhuǎn)速下，比較不同齒廓的分析結(jié)果，漸開(kāi)線(xiàn)齒廓在齒輪泵中的增壓效果最好，并提出一些優(yōu)化方案。 關(guān)鍵詞：齒輪泵；齒廓；有限元法；輸出特性；流體分析Abstract Gear pump is the most important source of power in the hydraulic system, widely used in the hydraulic drive system, therefore, attracted a large number of scholars study, and its main components are a pair of gears meshing with each other by the internal。 Modern mechanical engineering have made a lot of new requirements to gear pump ,such as high pressure, large displacement, low ripple and low noise, Performance Analysis and Improvement of the gear pump has become a very important issue. The topics to gear pump for the study, summed up the characteristics of the gear pump, in-depth study of the overall structure and principle of the gear pump and UG three-dimensional modeling software, solid modeling, the flow characteristics of the gear pump, theoretical analysis and numerical calculation of the radial direction meshing force of radial direction, to provide the necessary theoretical basis for the design of gear pump. A variety of the type tooth profile of the gear pump and derive the equations of these tooth profile. Finally learn the basic theoretical knowledge of fluid dynamics, to CFD pre-processing software Gambit and post-processing software Fluent for more than five tooth profile gear pump fluid analysis, and comparison results of different tooth profile analysis were calculated flow rate of the area of the interdental, gear meshing area of flow of the gear pumpthe, and finally got the flow of the gear pump. In the case of time and speed determined to obtain flow rate of the gear pump. Structure of the external gear pump has a great influence on its internal flow field, using the fluent finite element method for solving the calculation model, comparison of the changes in the characteristics of the different tooth profile can be drawn from the corresponding advantages and disadvantages of each type of tooth profileto arrive at the best results of the analysis to improve the design of a new tooth profile on this basis. The output characteristics of the gear pump onto the tooth profile equation and finally the theory of fluid dynamics, the use of pre-processing of software CFD Gambit and post-processing software Fluent fluid analysis more than five different tooth profile of the gear pump in the same speed, different tooth profile analysis result of that the best of booster effect is involute line tooth profile of the gear pump, and put forward some optimization program of it. Keywords: gear pump； tooth profile； finite element method； output characteristics； fluid analysisIII 目錄 摘 要 . I Abstract . II 目錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 齒輪泵的研究?jī)?nèi)容及 意義 . 1 1.2 齒輪泵國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 3 2 齒輪泵的工作原理及三維建模 . 4 2.1 外嚙合液壓齒輪泵的工作原理 . 4 2.2 齒輪泵分類(lèi)、用途、應(yīng)用范圍 . 4 2.2.1 齒輪泵的分類(lèi) . 4 2.2.2 齒輪泵的用途及應(yīng)用范圍 . 5 2.3 齒輪泵的三維建模 . 5 3 齒輪泵的流量特性 . 8 3.1 齒輪泵流量的研究 . 8 3.1.1 齒輪泵平均流量 . 10 3.1.2 齒輪泵瞬態(tài)流量 . 10 3.2 齒輪泵排量的研究 . 11 3.2.1 根據(jù)齒槽有效容積的排量計(jì)算方法 . 11 3.2.2 根據(jù)輪齒有效體積的排量計(jì)算方法 . 12 3.3 本章小結(jié) . 13 4 流體動(dòng)力學(xué)理論知識(shí)研究 . 14 4.1 流體力學(xué)簡(jiǎn)介 . 14 4.2 流體動(dòng)力學(xué)的基本思想 . 14 4.3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn) . 15 4.4 計(jì)算流體力學(xué)的基本步驟 . 15 4.5 流體力學(xué)基本方 程 . 17 4.6 流體流動(dòng)模型的確定 . 19 4.7 一般結(jié)構(gòu) . 19 4.7.1 前處理 . 19 4.7.2 求解器 . 19 4.7.3 后處理 . 19 4.8 本章小結(jié) . 19 5 齒輪泵不同齒廓的流體動(dòng)力學(xué)分析 . 20 5.1 Fluent 簡(jiǎn)介 . 20 5.2 齒輪泵的流體力學(xué)分析 . 20 5.2.1 建立流體模型 . 20 5.2.2 劃分流體模型的網(wǎng)格 . 20 5.2.3 設(shè)置流體模型的邊界條件 . 20 5.3 齒輪泵不同齒廓的流體分析 . 21 5.3.1 漸開(kāi)線(xiàn)齒廓齒輪泵的流體分析 . 21 5.3.2 余弦齒廓齒輪泵的流體分析 . 23 5.3.3 圓弧齒廓齒輪泵的流體分析 . 26 5.3.4 三齒擺線(xiàn)齒廓齒輪泵的流體分析 . 29 5.3.5 二齒擺線(xiàn)齒廓齒輪泵的流體分析 . 32 5.4 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) . 36 5.4.1 齒輪泵齒廓的改進(jìn) . 36 5.5 本章小結(jié) . 39 6 結(jié)論 與展望 . 40 6.1 課題總結(jié) . 40 6.2 課題展望 . 40 致謝 . 41 參考文獻(xiàn) . 42 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 齒輪泵 的研究?jī)?nèi)容及意義 在 21 世紀(jì)，節(jié)約能源使我們亙古不變的話(huà)題，在工業(yè)中也一直提倡能源的節(jié)約，動(dòng)力源是液壓系統(tǒng)中最重要的部分，這個(gè)動(dòng)力源也包含齒輪泵，所以我們要對(duì)齒輪泵的齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到提高齒輪泵的效率和節(jié)約能源的問(wèn)題，最主要的部件是 內(nèi)部相嚙合的一對(duì)齒輪，在結(jié)構(gòu)上可分為內(nèi)嚙合齒輪泵和外嚙合齒輪泵兩大類(lèi)。 由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方 便、體積小、自吸能力強(qiáng)且重量輕等特點(diǎn) ,使它在機(jī)械、國(guó)防、能源、冶金、交通、石化、輕工、食品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在齒輪泵的制造已經(jīng)很成熟，我們可以對(duì)齒廓加已修理，對(duì)齒輪泵進(jìn)行改良設(shè)計(jì)， 所以 齒輪的工作原理 我們是必須要掌握的 ， 然后 利用相關(guān) CAD/CAM軟件建立計(jì)算機(jī)實(shí)體模型，借助有限元分析法進(jìn)行詳細(xì)的受力和變形分析，依據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析法進(jìn)行實(shí)際的動(dòng)作仿真，并將根據(jù)分析和仿真結(jié)果指導(dǎo)該齒輪裝置進(jìn)行修正，結(jié)合現(xiàn)代自動(dòng)控制理論對(duì)齒輪裝置進(jìn)行有效的控制，最后盡可能考慮裝置和有關(guān)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)化。 優(yōu)化好齒輪后，效率 就能提高，從而可以節(jié)約能源。 當(dāng)大家在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的時(shí)候，節(jié)約能源就變得越來(lái)越重要了。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， 齒輪泵 產(chǎn)品必將向 環(huán)保、節(jié)能、智能化 方向發(fā)展 。 1.2 齒輪泵 國(guó)內(nèi)外的 發(fā)展概況 由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)溥弱 ,齒輪油泵行業(yè)起步較慢，但其發(fā)展速度比較快。齒輪油泵在發(fā)展的過(guò)程中，存在相當(dāng)嚴(yán)重的問(wèn)題 。 綜合多方面原因 ,陳列出如下幾條： 1、國(guó)家缺乏對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)件齒輪油泵行業(yè)有力的政策支持 ； 2、企業(yè)基礎(chǔ)薄弱：機(jī)械基礎(chǔ)件行業(yè)基礎(chǔ)差，底子薄，科技投入少，開(kāi) 發(fā)力量薄弱；經(jīng)由二十余年消化吸收國(guó)外提高前輩技術(shù)以及自主立異。 我 國(guó) 齒輪油泵 設(shè)備制造行業(yè)有了奔騰發(fā)展。 齒輪油泵的進(jìn)一步發(fā)展得靠多方面的支持，國(guó)家政策的支持，科研技術(shù)的大量投入，機(jī)械基礎(chǔ)件工藝 行業(yè) 的提高等等。 齒輪油 泵 行業(yè) 2010 年全國(guó)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展規(guī)劃 ,齒輪油泵全國(guó)協(xié)會(huì)提出了全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)，明確了 21 世紀(jì)前 20 年我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改革的主要任務(wù)。 “十一五 ”時(shí)期，是全面建設(shè)小康社會(huì)承前啟后的關(guān)鍵時(shí)期， “十一五 ”規(guī)劃，是全面建設(shè) 小康社會(huì)的第一個(gè)五年規(guī)劃。標(biāo)準(zhǔn)作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和行業(yè)發(fā)展的技術(shù)支撐，是 “十一五 ”規(guī)劃不可缺少的重要組成部分，是指導(dǎo)生產(chǎn)、實(shí)施產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)規(guī)劃、規(guī)范市場(chǎng)秩序、進(jìn)行宏觀調(diào)控和市場(chǎng)準(zhǔn)入的重要基礎(chǔ)。為此，根據(jù)機(jī)械科學(xué)研究院的要求，特編制 “十一五 ”全國(guó)泵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展規(guī)劃。 齒輪油泵行業(yè)及其產(chǎn)業(yè)基本情況概述 1、齒輪油泵行業(yè)及其主要產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵和構(gòu)成齒輪油泵行業(yè)主要由生產(chǎn)各類(lèi)離心油泵、重油煤焦油泵 ,渣油泵 ,導(dǎo)熱油泵 ,自吸油泵、輸油泵、旋渦泵、回轉(zhuǎn)式容積泵、往復(fù)式容積泵和水環(huán)真空泵等企業(yè)構(gòu)成。在這些泵類(lèi)產(chǎn)品中，按臺(tái)份計(jì)， 離心泵約占接近 70%，回轉(zhuǎn)式容積泵和往復(fù)式容積泵約占 18%。全國(guó)具有一定規(guī)模的泵制造廠(chǎng)約有 2000 家，產(chǎn)品種太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 類(lèi)約有 450 個(gè)系列， 5000 多個(gè)品種。 2002 年統(tǒng)計(jì)，在這些泵制造廠(chǎng)中，較大的 699 家泵制造廠(chǎng)共生產(chǎn) 2663 萬(wàn)臺(tái)，總產(chǎn)值約為 208 億元。這些泵被廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，基本滿(mǎn)足了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)泵的需要，其中也包括具備為各種大型成套裝置提供配套用泵的能力。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有 21%的電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)各類(lèi)泵，在能源中約有近五分之一的能源用于驅(qū)動(dòng)各類(lèi)泵。在火電和核電業(yè)中，泵已成為最重要的輔機(jī)，在石化業(yè)中泵已成為 重要的設(shè)備之一，泵在通用機(jī)械中已成為最量大面廣的產(chǎn)品，已經(jīng)成為裝備制造業(yè)重要的裝置之一。 2、國(guó)外齒輪油泵行業(yè)及其主要產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 世界泵業(yè)一直在不斷發(fā)展，近幾年的增長(zhǎng)率平均 4.5%左右， 2002年泵業(yè)產(chǎn)值約 270億美元，約有近萬(wàn)家制造廠(chǎng)，其中 10大家泵制造廠(chǎng)的產(chǎn)值約占世界泵業(yè)總產(chǎn)值的 31%。這 10家泵制造廠(chǎng)中，美國(guó) 4家，德國(guó) 2家，日本、英國(guó)、丹麥、瑞士各 1家。 世界泵業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)：（ 1）競(jìng)爭(zhēng)和壟斷進(jìn)一步加劇，跨國(guó)齒輪油泵業(yè)公司的壟斷勢(shì)頭進(jìn)一步加劇。如世界泵業(yè)最大的前五家泵制造廠(chǎng)壟斷著世界泵業(yè)總產(chǎn) 值 22%。世界泵業(yè)中的一些主要制造廠(chǎng)的制造技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)成熟和完善的水平，其產(chǎn)品有極高的知名度，在特定的領(lǐng)域中有很高的市場(chǎng)占有率； (2）世界齒輪油泵業(yè)中泵制造廠(chǎng)家數(shù)量會(huì)不斷減少，自 2000年以來(lái)，世界泵業(yè)已有 80起大的合并和收購(gòu)，通過(guò)這種集團(tuán)化的合作發(fā)展戰(zhàn)略，不僅可以得到最大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，還有利于利用原來(lái)的商標(biāo)和知名度，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展；（ 3）世界齒輪油泵業(yè)會(huì)持續(xù)發(fā)展，預(yù)計(jì)今后 35年中，世界齒輪油泵業(yè)將會(huì)以每年 5.5左右的增長(zhǎng)率發(fā)展；（ 4）不斷開(kāi)拓新的市場(chǎng)范圍和領(lǐng)域，中國(guó)加入 WTO后，世界各大泵制造廠(chǎng)都非常關(guān)注 中國(guó)的用泵市場(chǎng)，世界泵業(yè)前 20家制造廠(chǎng)絕大多數(shù)都準(zhǔn)備或已經(jīng)在中國(guó)建制造分廠(chǎng)。 3、國(guó)內(nèi)泵行業(yè)及其主要產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 泵行業(yè)現(xiàn)狀：（ 1）通過(guò)執(zhí)行國(guó)家提出的 “以市場(chǎng)換技術(shù) ”合作生產(chǎn)的方式，使我國(guó)泵業(yè)中具有極高技術(shù)水平的關(guān)鍵用泵的技術(shù)水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的同類(lèi)泵產(chǎn)品水平接近；（ 2）近幾年，齒輪油泵類(lèi)產(chǎn)品的產(chǎn)值皆以 11%12%的速率發(fā)展；（ 3）股份制和民營(yíng)制造廠(chǎng)在我國(guó)泵業(yè)中占主導(dǎo)地位；（ 4）齒輪油泵制造廠(chǎng)都在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造，企業(yè)都在做強(qiáng)、做大，每年新增泵制造廠(chǎng)的數(shù)量明顯減少；（ 5）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更激烈，齒 輪油泵產(chǎn)品中的普通泵供大于求的局面沒(méi)有改變，單臺(tái)泵的利潤(rùn)率在逐年降低。由于材料漲價(jià)等因素影響，泵制造廠(chǎng)的利潤(rùn)增長(zhǎng)率明顯降低。 發(fā)展趨勢(shì)：（ 1）由于執(zhí)行 “以市場(chǎng)換技術(shù)合作生產(chǎn) ”的方式，關(guān)鍵用泵，如：百萬(wàn)級(jí)核電用泵、火電用泵、大型輸水泵，近幾年會(huì)快速增長(zhǎng)；（ 2）在經(jīng)濟(jì)全球化、市場(chǎng)國(guó)際化形勢(shì)的影響下，對(duì)貫徹國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的意識(shí)會(huì)強(qiáng)烈和自覺(jué)；（ 3）隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)泵業(yè)還會(huì)以高出我國(guó)機(jī)械工業(yè)增長(zhǎng)速度 2-3%的速度持續(xù)發(fā)展；（ 4）泵制造廠(chǎng)的合并和聯(lián)合必然增多，向集團(tuán)化發(fā)展是趨勢(shì)。今后我國(guó)的 泵制造廠(chǎng)的數(shù)量將逐年減少；（ 5）我國(guó) 2002年出口齒輪油泵為 4.73億美元 (同年進(jìn)口泵為 7.76億美元 )，今后幾年出口泵會(huì)明顯增加，尤其是通用泵的出口量會(huì)更快增加 。 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 3 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 對(duì) 齒輪泵的結(jié)構(gòu)及基本原理 有簡(jiǎn)單了解。 運(yùn)用 UG軟件完成設(shè)計(jì)工作，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段完成傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 分析齒輪泵的流量特性，了解流量對(duì)齒輪泵的影響。 運(yùn)用 Gambit和 Fluent軟件對(duì)齒輪泵的不同齒廓主動(dòng)件和從動(dòng)件進(jìn)行流體分析， 得出壓力圖和速度圖， 分析比較結(jié)果， 選擇一條在綜合性能上都比較好的齒廓， 并 在其基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)出一條新的齒廓， 以達(dá)到 提高齒輪泵效率 的功效 。 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 齒輪泵的工作原理及 三維建模 2.1 外嚙合液壓齒輪泵的工作原理 圖 2.1 外嚙合齒輪泵工作原理圖 圖 1 是外嚙合齒輪泵的工作原理圖。由圖可見(jiàn)，這種泵的殼體內(nèi)裝有 一 對(duì)外嚙合齒輪。當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)， 右側(cè)的齒輪逐漸脫離嚙合，露出齒間。因此這 一側(cè)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(jìn)入這個(gè)腔體，因此這個(gè)容腔稱(chēng) 為 吸油腔。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)齒間中的油液從右側(cè)被帶到 了左側(cè)。在左側(cè)的密封容腔中，輪齒逐漸進(jìn)入嚙合 ,使左側(cè)密封容腔的體積逐漸減小，把齒間的油 液從壓油口擠壓輸出的容腔稱(chēng)為壓油腔。當(dāng)齒輪泵不斷地旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪泵的吸、壓油口不斷地吸油 和壓油，實(shí)現(xiàn)了向液壓系統(tǒng)輸送油液的過(guò)程。 2.2 齒輪泵 分類(lèi) 、 用途、應(yīng)用范圍 2.2.1 齒輪泵的分類(lèi) 按 其結(jié)構(gòu) 分： 齒 輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵； 按其壓力 分： 低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵； 按其輸出流量能否調(diào)節(jié) 分： 定量泵和變量泵 ； 按 齒輪泵按齒輪嚙合形式分：外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵 ； 按工作壓力分：低壓齒輪泵、中高壓齒輪泵、高壓齒輪泵 ； 按齒輪采用的齒形分：直齒齒輪泵、螺旋齒齒輪泵、人字齒齒輪泵、擺線(xiàn)齒齒輪泵 ； 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 5 按泵工作齒輪對(duì)數(shù)分：一對(duì)齒齒輪泵、多對(duì)齒齒輪泵 ； 按泵的結(jié)構(gòu)形式分：?jiǎn)渭?jí)齒輪泵、多級(jí)齒輪泵、雙聯(lián)齒輪泵 ； 2.2.2 齒輪泵的用途 及應(yīng)用范圍 齒輪泵 利用兩齒間空間的變化來(lái)輸送液體， 用于輸送粘 性較大的液體，如潤(rùn)滑油和燃燒油，不宜輸送粘性較低的液體（例如水和汽油等），不宜輸送含有顆粒雜質(zhì)的液體（影響泵的使用壽命） ，可作為潤(rùn)滑系統(tǒng)油泵和液體系統(tǒng)油泵，廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、離心壓縮機(jī)、機(jī)床以及其他設(shè)備。齒輪泵工藝要求高，不易獲得精確的匹配 。 2.3 齒輪泵的三維建模 該課題使用軟件 UG，此軟件具有強(qiáng)大的 實(shí)體造型和裝配的功能。齒輪泵的主要零件有機(jī)座、前端蓋、后端蓋、長(zhǎng)齒輪軸（主動(dòng)輪）、短齒輪軸（從動(dòng)輪）等。 機(jī)座、前端蓋和后端蓋 都是齒輪泵的主要部分， 機(jī)座 內(nèi)有吸油孔和出油孔 ，內(nèi)部是油泵能夠增壓的關(guān)鍵部 分，通過(guò)齒輪在其中的嚙合從而改變齒輪兩側(cè)的內(nèi)部體積，使得出油孔一側(cè)內(nèi)部壓力增大，達(dá)到增壓的效果。 機(jī)座 的下面一部分是機(jī)架部分，主要起到固定齒輪泵位置的作用。 具體的三維建模如下圖： 圖 2.2 機(jī)座的三維模型 圖 2.3 后端蓋的三維模型 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 2.4 前端蓋的三維模型 前端蓋與長(zhǎng)齒輪軸的一段配合（ 基孔制 ），一段接輸入裝置， 齒輪的齒數(shù)為 10，模數(shù)為 3，壓力角為 20 。 短 齒輪軸一端與 前端蓋 基孔制配合，一端與 后端蓋 基孔制配合。 長(zhǎng) 動(dòng)齒輪和 短 動(dòng)齒輪的三維 建模如下圖： 圖 2.5 長(zhǎng)齒輪軸的三維模型 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 7 圖 2.6 短齒輪軸的三維模型 除了以上五個(gè)主要部件，還需一些附加部件，如下面的齒輪泵裝配圖： 圖 2.7 齒輪泵裝配圖太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 齒輪泵的 流量特性 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，以 外嚙合齒輪泵 的應(yīng)用最廣，它的的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，制造方面，價(jià)格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大），對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)容易。液壓泵的主要性能參數(shù)是壓力、流量和排量。本課題從 外嚙合齒輪泵 的結(jié)構(gòu) 和工作原理出發(fā)，導(dǎo)出 排量計(jì)算公式。 由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因 ,其輸出的流量是隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角按拋物線(xiàn)的規(guī)律變化。這種變化的流量被稱(chēng)為瞬時(shí)流量 ,而這種輸出流量的不均勻現(xiàn)象被稱(chēng)為流量脈動(dòng)。 去大多數(shù)學(xué)者沿用“能量法”和“掃過(guò)面積法”來(lái)計(jì)算齒輪泵的流量 ,本文利用幾何法計(jì)算了泵齒輪從剛剛開(kāi)始嚙合到泵齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)基節(jié)時(shí)端面密封面積的變化量 ,從而推導(dǎo)出了齒輪泵的流量公式。 3.1 齒輪泵流量 的 研究 漸開(kāi)線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)發(fā)生線(xiàn)和基圓所圍成的面積如圖 1所示 ,當(dāng)用直角坐標(biāo)來(lái)表示漸開(kāi)線(xiàn)時(shí) ,其方程式為 c o ss in rbrbux （ 3.1） s inc o s)( rbrby （ 3.2） 式中 參數(shù)變量 (等于漸開(kāi)線(xiàn)的展角與壓力角之和 ) rb基圓半徑 通過(guò)計(jì)算 ,可以求得漸開(kāi)線(xiàn) PK、發(fā)生線(xiàn) KB和基圓弧 PB所圍成的面積 326)( urS b 圖 3.1 漸開(kāi)線(xiàn)、 漸開(kāi)線(xiàn) 發(fā)生線(xiàn)、基圓所圍的 面積 齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)基節(jié)端面密封面積的變化 S 如圖 3-2所示 , 1、 2、 3、 4的值計(jì)算如下 ： 11121 t a n2 zr KNb （ 3.3）齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 9 11222 ta n zr KNb （ 3.4）22213 ta n zr KNb （ 3.5） 22114 t a n2 zr KNb （ 3.6） 式中 rb1、 rb2主、從動(dòng)齒輪基圓半徑 z1、 z2主、從動(dòng)齒輪齒數(shù) 齒輪嚙合重合度 嚙合角 圖 3.2 漸開(kāi)線(xiàn)齒輪泵流量計(jì)算 在齒輪泵排油腔 ,泵齒輪從嚙合始點(diǎn)至泵齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)基節(jié) (即泵齒輪轉(zhuǎn) 2 /z1角 )端面密封面積的變化量為 S。 S的計(jì)算公式如下 SSSSS 321 (3.7) 式中 S1、 S2分別指主、從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過(guò) 2 z1角由齒頂與基圓所圍成的扇形面積 S3、 S4分別指主、從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過(guò) 2 z1角由漸開(kāi)線(xiàn)、嚙合線(xiàn)和基圓所圍成的面積 通過(guò)計(jì)算得 )463(12)11()(1 22222221211 baa pirrirrzS （ 3.8） 式中 i傳動(dòng)比 ra1、 ra2主、從動(dòng)齒輪齒頂圓半徑 r1、 r2 主、從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 pb基節(jié) 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3.1.1 齒 輪泵平均流量 單齒排量等于端面密封面積的變化量乘以齒寬則單齒排量的 )463(12)11()(1 22222221211 baa pirrirrz bSbV （ 3.9） 式中 b 齒寬 平均流量 q為 )463(12)11()(1 22222221211 baa pirrirrnbn V zq (3.10) 當(dāng)兩齒輪的齒數(shù)相同時(shí) ,式 (10)可簡(jiǎn)化為 )463(1222222 ba Prrnbq （ 3.11） 式中 ra齒頂圓半徑 r 節(jié)圓半徑 n主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速 3.1.2 齒輪泵瞬態(tài)流量 在如圖 3-3所示的外嚙合齒輪泵中 , 主動(dòng)輪 1 轉(zhuǎn)過(guò) 1 時(shí) , 位于壓油腔的齒面所掃過(guò)的體積為 : 121211211211 5.022 kaka rrbrrBV (3.12) 從動(dòng)輪 2 位于壓油腔的齒面所掃過(guò)的體積為 : 222222222222 5.022 kaka rrubrrBV (3.13) 齒輪泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 11 圖 3.3 齒輪泵工作示意圖 從壓油 腔排除的體積為： 22222121121 5.0 kaka