齒輪泵設(shè)計(jì)說(shuō)明

齒輪泵設(shè)計(jì)說(shuō)明液壓元件與系統(tǒng)綜合訓(xùn)練綜合訓(xùn)練一： 液壓泵的設(shè)計(jì)Q=60L/minn=1450rad/minp=2.5MPa班級(jí)：流體13-2班姓名：?jiǎn)蔚屡d指導(dǎo)教師：魏曉華學(xué)號(hào)外齒輪泵 41.1 外齒輪泵的工作原理 42.齒輪泵的困油現(xiàn)象(也稱(chēng)齒封現(xiàn)象) 43. 齒輪泵設(shè)計(jì). 53.1 齒輪泵參數(shù)設(shè)計(jì) 54.齒輪泵校核 94.1 參數(shù)選擇 94.2 齒輪校核. 114.3 軸的剪切力校核 144.4 泵體的校核. 155.其他零件選擇與校核 165.1 卸荷槽的計(jì)算. 165.2 聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算 165.3 連接螺栓的選擇與校核 175.4 齒輪泵進(jìn)出口大小確定 185.5 鍵的選擇. 185.6 銷(xiāo)的選用. 196.使用說(shuō)明 206.1 安裝 206.2 故障排除. 211、外齒輪泵1.1外齒輪泵的工作原理基本結(jié)構(gòu)組成：齒輪（主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪）、泵體、吸入口、排出口。裝配關(guān)系：主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪分別安裝在兩根平行的轉(zhuǎn)軸上；兩根平行的泵轉(zhuǎn)軸由泵體和端蓋支承；兩齒輪被安裝在泵體內(nèi)。工作原理：KCB齒輪式輸油泵在泵體中裝有一對(duì)回轉(zhuǎn)齒輪，一個(gè)主動(dòng)，一個(gè)被動(dòng)，依靠?jī)升X輪的相互嚙合，把泵內(nèi)的整個(gè)工作腔分兩個(gè)獨(dú)立的部分。為入吸腔，B為排出腔。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)被動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)齒化從嚙合到脫開(kāi)時(shí)在吸入側(cè)(A)就形成局部真空，液體被吸入。被吸入的液體充滿(mǎn)齒輪的各個(gè)齒谷而帶到排出側(cè)(B)，齒輪進(jìn)入嚙合時(shí)液體被擠出，形成高壓液體并經(jīng)泵的排出口排出泵外2.齒輪泵的困油現(xiàn)象 (也稱(chēng)齒封現(xiàn)象 )齒輪泵的嚙合過(guò)程中，同時(shí)嚙合的齒輪對(duì)數(shù)應(yīng)該多于一對(duì)，即重疊系數(shù)ε應(yīng)大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齒間的油液就被困在兩對(duì)同時(shí)嚙合的輪齒所形成的一個(gè)封閉空間內(nèi)，這個(gè)空間的容積又將隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化。這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象齒輪泵設(shè)計(jì)3.1齒輪泵參數(shù)設(shè)計(jì)齒輪泵的流量Q、壓力p為已知的設(shè)計(jì)參數(shù)。確定泵的理論流量Q0為Q0Q/V=6063.16ml（2—9）0.95式中：V——泵的容積效率V=0.95。選定轉(zhuǎn)速：由原動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即為泵的轉(zhuǎn)速，或?qū)⒃瓌?dòng)機(jī)減速后作泵的轉(zhuǎn)速。若采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般轉(zhuǎn)速為1450r/min 。選取齒寬系數(shù)K：對(duì)于低壓齒輪泵K=7,壓力高取小值，壓力低取大值。選取齒數(shù)Z：對(duì)于中低壓齒輪泵：Z=13計(jì)算齒輪模數(shù)m：當(dāng)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)：Q010667106=4.28≈4.5m3323.1414504.282nK(Z0.27)6(130.27)mm）圓整后去4.5校驗(yàn)齒輪泵的流量。該流量與設(shè)計(jì)理論流量相差5%以?xún)?nèi)為合格。當(dāng)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)：Q02Bnm2(Z12cos2)10623.142714504.5213.274566.09(L/min)12當(dāng)泵流量與設(shè)計(jì)理論流量相差控制在5%以?xún)?nèi)。校核齒輪節(jié)圓線速度VH。VHDHn3.1458.5145010006010004.4[VH]60式中： DH——節(jié)圓直徑，(mm)n——轉(zhuǎn)速，(r/min)[VH]——齒輪節(jié)圓許用線速度，其值見(jiàn)表1-1若輪周速度太大，須減少節(jié)圓直徑，辦法是減少齒數(shù)或增加齒寬，有時(shí)也可以修改轉(zhuǎn)速n。工業(yè)齒輪油粘度mm2/s124576152300520760節(jié)圓極限速度Vmaxm/s543.732.21.61.25表1-1確定困油卸荷槽尺寸。兩卸荷槽之間的距離aa

2mZ

cos2A式中：t0——齒輪基節(jié)（mm）——齒輪嚙合角（°）——分度圓壓力角取20（°）A——兩齒輪實(shí)際中心距（mm）m——模數(shù)（mm）Z——齒數(shù)(2)卸荷槽寬度：CminCminmcos1m2Z222cosA式中：——重疊系數(shù)1.4當(dāng)壓力角20且中心距為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，cmin1.3m為保證卸荷槽暢通cmin2.5m卸荷槽深度h：卸荷槽深度的大小，影響困油排出的速度，一般取h 0.8m。式中：m——齒輪模數(shù)（mm）。通過(guò)對(duì)不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行方案分析、比較結(jié)果，確定此型齒輪油泵的齒輪參數(shù)如下：1）模數(shù)m=4.52）齒數(shù)z=133）齒寬b=27目前我國(guó)廣泛采用的是“增一尺修正法”設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪泵的齒輪參數(shù)。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以使壓力角為20°的標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具，避免發(fā)生根切，齒輪的齒頂圓直徑和中心距為整數(shù)。（4）理論中心距 Ao=mz=58.55）實(shí)際中心距Ao=m(z+1)=63（6）齒頂圓直徑DemZ34.513372mm（7）基圓直徑Djmzcosn4.515cos2063.4mm（8）基圓節(jié)距tj mcosn

4.5 cos20 13.28mm（9）齒側(cè)間隙cn 0.01~0.08m 0.01~0.08 4.5 0.045~0.36（10）嚙合角 arccos（z/z 1）cosαn 28（11）齒頂高h(yuǎn)1.5m1.54.56.75mm（12）（12）齒根高h(yuǎn)1.25m1.254.55.625mm（13）全齒高h(yuǎn)2.25m2.254.510.125mm（14）齒根圓直徑DiDe2h72-2*5.62560.75mmc0mADeDi3.37522（15）徑向間隙(16）齒頂高h(yuǎn)1.5m1.54.56.75arccosRiarccosZeRecosn（17）齒頂壓力角Z2arccos13cos203613 2（18）分度圓弧齒厚sfmcn4.50.222cosn27.02cos20（19）齒厚sm7.102（20）齒輪嚙合的重疊系數(shù)14tanetan14tan36tan28π1.4π（21）公法線跨齒數(shù)KZ1800.52.1齒輪泵校核4.1參數(shù)選擇此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火使用系數(shù)KA表示齒輪的工作環(huán)境（主要是振動(dòng)情況）對(duì)其造成的影響，使用系數(shù)KA的確定：原動(dòng)機(jī)工作工作機(jī)工作特性特性均勻平穩(wěn)輕微振動(dòng)中等振動(dòng)強(qiáng)烈振動(dòng)均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微振動(dòng)1.101.351.601.85中等振動(dòng)1.251.501.752.0強(qiáng)烈振動(dòng)1.501.752.02.25液壓裝置一般屬于輕微振動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)所以按上表中可查得KA可取為1.35。齒輪精度的確定齒輪精度此處取7機(jī)器 +名稱(chēng) 精度等級(jí) 機(jī)器名稱(chēng) 精度等級(jí)汽輪機(jī)3~6拖拉機(jī)6~10金屬切削機(jī)床3~8通用減速器6~9航空發(fā)動(dòng)機(jī)4~8鍛壓機(jī)床6~9輕型汽車(chē)5~8起重機(jī)7~10載重汽車(chē)7~9農(nóng)業(yè)機(jī)械8~11動(dòng)載系數(shù)KV表示由于齒輪制造及裝配誤差造成的不定常傳動(dòng)引起的動(dòng)載荷或沖擊造成的影響。動(dòng)載系數(shù)的實(shí)用值應(yīng)按實(shí)踐要求確定，考慮到以上確定的精度和輪齒速度，偏于安全考慮，此設(shè)計(jì)中KV取為1.1。齒向載荷分布系數(shù)KH是由于齒輪作不對(duì)稱(chēng)配置而添加的系數(shù)，此設(shè)計(jì)齒輪對(duì)稱(chēng)配置，故KH取1.185。一對(duì)相互嚙合的齒輪當(dāng)在嚙合區(qū)有兩對(duì)或以上齒同時(shí)工作時(shí)，載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)或多對(duì)齒上。但載荷的分配并不平均，因此引進(jìn)齒間載荷分配系數(shù)KH以解決齒間載荷分配不均的問(wèn)題。對(duì)直齒輪及修形齒輪，取KH=11ZE1212121E1E26.彈性系數(shù)2單位——MPa，數(shù)值列表配對(duì)齒輪材料齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料彈性模量1180001730002020002060007850鍛鋼162.0181.4188.9189.8鑄鋼161.4180.5188球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。1ZE 189.8(MPa2)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)KFN7.選取載荷系數(shù)K 1.34.2齒輪校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核對(duì)一般的齒輪傳動(dòng)，因絕對(duì)尺寸,齒面粗糙度，圓周速度及潤(rùn)滑等對(duì)實(shí)際所用齒輪的疲勞極限影響不大，通常不予以考慮，故只需考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)疲勞極限的影響即可。齒輪受力圖齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算limSS——疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲，振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取SSH1。但對(duì)于彎曲疲勞強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，如果一旦發(fā)生斷齒，就會(huì)引起嚴(yán)重事故，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取 S SF 1.25~1.5。KN——壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN查圖1。循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位是r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；Lh為齒輪的工作壽命（單位為h），則齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算：60njLh設(shè)齒輪泵功率為Pw，流量為Q，工作壓力為P，則Pw P 106 Q 103/60 2.5(kw)計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩9.55106PW15916.67NmmTn(3)b270.43d63d11(4)ZE189.8(MPa2)(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim500MPa計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù)N60njLh6015001（2830015）6.4109(7)由機(jī)設(shè)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1.15(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為0.1，安全系數(shù)S=1KHNlim0.9850MPa575MPaHS計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度KKAKVKHKH1.76Ft2T505.27Nd1齒數(shù)比u1KFtu160.0MPa575MPa[H]故該項(xiàng)校核符H2.5ZEubd1合要求。齒根彎曲強(qiáng)度校核(1)由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE650MPa(2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN0.95計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4則：(4)載荷系數(shù)KKAKVKHKH1.3(5)查取齒形系數(shù)YFa3.03應(yīng)力校正系數(shù)YSa1.5計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度KFNFE0.95650F441MPaS1.4KFtYSaYFa1.485261.223.0041.51F14.5MPa<Fbm274.5所以，所選齒輪參數(shù)符合要求。4.3軸的剪切力校核齒輪泵輸出功率p1pQ2.5602.5KW6060p12.5p23.125齒輪泵總效p20.83.125kw9550n9550145020.58N?m率取80%T-軸所傳遞的扭矩，N.m材料選用40Cr，[T]35~55MPa，A0112~97dA03PA032.50.12A0n1500d-軸端直徑，mm考慮有兩個(gè)鍵槽，將直徑增大15%，則：dmax13.441.1513.4415.5mmT9.55106P9.551062.5n150021.371MPa[T]合格T0.2d30.23WT（15.5）考慮加工安全等其他因素，則取40。軸在載荷作用下會(huì)發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，故要進(jìn)行剛度校核。軸的剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度兩種，前者用扭轉(zhuǎn)角衡量，后者以撓度和偏轉(zhuǎn)角來(lái)衡量。軸的扭轉(zhuǎn)剛度軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核是計(jì)算軸的在工作時(shí)的扭轉(zhuǎn)變形量，是用每米軸長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角度量的。軸的扭轉(zhuǎn)變形要影響機(jī)器的性能和工作精度。T軸的扭轉(zhuǎn)角 7350d4 0.051/m查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-1-20 可知滿(mǎn)足要求。2、軸的彎曲剛度軸在受載的情況下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，過(guò)大的彎曲變形也會(huì)影啊軸上零件的正常工作，因此，本泵的軸也必須進(jìn)行彎曲剛度校核，yp (0.01~0.03)mn 0.07~0.210.001~0.002rad軸的徑向受到力與齒輪沿齒輪圓周液壓產(chǎn)生的徑向力和由齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力和相等。在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)用F0.85△pBDe近似計(jì)算作用在從動(dòng)齒F輪上0.的85徑△向pBD力，即軸在徑向受到的力為e0.852.565126。17403.75N查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得yF0.02827[10.52(7)2]6F0.0282（11）61040.0284281040.028420.00146yp0.0005radp故可得軸滿(mǎn)足要求。4.4泵體的校核泵體材料選擇球墨鑄鐵（QT600-02）。由機(jī)械手冊(cè)查得其屈服應(yīng)力 s為300~420MPa。因?yàn)殍T鐵是脆性材料，因此其許用拉伸應(yīng)力的值應(yīng)該取為屈服極限應(yīng)力即的值應(yīng)為300~420MPa泵體的強(qiáng)度計(jì)算可按厚薄壁圓筒粗略計(jì)算拉伸應(yīng)力計(jì)算公式為：0.4Re21.3Ry2PsRy2Re2式中Ry——泵體的外半徑（mm）ReRe——齒頂圓半徑（）mmPs——泵體的試驗(yàn)壓力（MPa）一般取試驗(yàn)壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍。即ps=2p=2x1.45=5MPa因?yàn)閟代數(shù)得Ry 42.5mm考慮加工設(shè)計(jì)等其他因素，所以泵體的外半徑取為85mm。5.其他零件選擇與 校核5.1卸荷槽的計(jì)算此處按“有側(cè)隙時(shí)的對(duì)稱(chēng)雙矩形卸荷槽”計(jì)算。（1）兩卸荷槽的間距aaπm2zcos2nπ4.5214cos2206.24mmA126（2）卸荷槽最佳長(zhǎng)度c的確定cminmcos1m2z2cos29.3A2（3）卸荷槽深度hh0.8m0.84.53.65.2聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算聯(lián)軸器類(lèi)型選擇：為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。2.載荷計(jì)算：設(shè)齒輪泵所需功率為Pw型號(hào)軸孔長(zhǎng)度L1/mmD1/mmD/mmd/mmb/mmL/mmJ型42304012090205.3連接螺栓的選擇與校核螺栓選用材料：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力ca

2 32 1.3對(duì)于M10~M64普通螺栓連接在擰緊時(shí)雖是同時(shí)受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，單在計(jì)算時(shí)，只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。FPS2.51062R21062.5106266.5210669464.54056NF——螺栓組拉力P——壓力S——作用面積SR2R——齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為4由于壁厚b0=12，沉頭螺釘下沉5mm,腔體厚42mm則取螺紋規(guī)格d=M10,公稱(chēng)長(zhǎng)度L=54,K=4，b=16性能等級(jí)為8.8級(jí)，表面氧化的內(nèi)六角圓柱螺釘。下面對(duì)它進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉伸強(qiáng)度條件為F[]2F——工作拉力，N;4（0.85d）d——螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm[]——螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa；F4315MPa2321.3409.5MPa4d2ca由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P87表5-8可知：性能等級(jí)為8.8級(jí)的螺釘?shù)目估瓘?qiáng)度極限[]800MPa；所以，滿(mǎn)足條件，螺釘可用。5.4齒輪泵進(jìn)出口大小確定齒輪泵的進(jìn)出口流速計(jì)算公式：V

Q

10

qn

10

2

m/s60S

60S式中：Q——泵的流量（L/min）;q——泵的排量（ml/r ）;n——泵的轉(zhuǎn)速（r/min ）;S——進(jìn)油口油的面積（cm2）因?yàn)辇X輪泵的進(jìn)油口流速一般推薦為 2——4m/s,

出油口流速一般推薦為3——6m/s.這里選進(jìn)油口流速為3m/s,出油口流速為5m/s利用上一個(gè)公式算得進(jìn)油口面積S進(jìn)0.210cm2出油口面積S出0.123cm2由SR2得進(jìn)油口半徑R進(jìn)8mm,R出6.3mm5.5鍵的選擇鍵的截面尺寸b和h按軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選定，鍵的長(zhǎng)度L一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定，即鍵長(zhǎng)等于或略短于輪轂的長(zhǎng)度；一般輪轂的長(zhǎng)度可取L/(1.5~2)d，這里d為軸的直徑。由機(jī)械設(shè)計(jì)P106表6-1可選得b=8，h=7，L=40。5.6銷(xiāo)的選用據(jù)齒輪泵上銷(xiāo)的作用，即其主要起定位的作用，所以選擇公稱(chēng)直徑d=6的圓錐銷(xiāo)。6.9電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)功率與轉(zhuǎn)速，可確定電機(jī)型號(hào)為 Y132s-4 ，功率 5kw，轉(zhuǎn)速1500rad/s 。使用說(shuō)明6.1安裝安裝前應(yīng)檢查泵在運(yùn)輸中是否受到損壞，如電機(jī)是否受潮、泵進(jìn)出口的防塵蓋是否損壞而使污物進(jìn)入泵腔內(nèi)部等。安裝管道前應(yīng)先對(duì)管道內(nèi)壁用清水或蒸氣清洗干凈。安裝時(shí)應(yīng)避免使管道的重量由泵來(lái)承擔(dān)，以免影響泵的精度及壽命。油泵應(yīng)盡量靠近油池；管道各聯(lián)接部位不得漏氣、漏液，