畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于NX齒輪泵的設(shè)計(jì)與仿真

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，其主要部件是內(nèi)部相互嚙合的一對(duì)齒輪?，F(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型，并推導(dǎo)出這些齒廓線方程。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UG進(jìn)行三維建模并裝配仿真，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。本文對(duì)齒輪泵的輸出特性研究，推到出齒廓線方程，在相同的轉(zhuǎn)速下，比較不同齒廓的分析結(jié)果，漸開線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；輸出特性；三維建模AbstractGearpumpisthemostimportantsourceofpowerinthehydraulicsystem,widelyusedinthehydraulicdrivesystem,thereforeanditsmaincomponentsareapairofgearsmeshingwitheachotherbytheinternal。Modernmechanicalengineeringhavemade??alotofnewrequirementstogearpump,suchashighpressure,largedisplacement,lowrippleandlownoise,PerformanceAnalysisandImprovementofthegearpumphasbecomeaveryimportantissue.Thetopicstogearpumpforthestudy,summedupthecharacteristicsofthegearpump,in-depthstudyoftheoverallstructureandprincipleofthegearpumpandUGthree-dimensionalmodelingsoftware,solidmodeling,theflowcharacteristicsofthegearpump,theoreticalanalysisandnumericalcalculationoftheradialdirectionmeshingforceofradialdirection,toprovidethenecessarytheoreticalbasisforthedesignofgearpump.Avarietyofthetypetoothprofileofthegearpumpandderivetheequationsofthesetoothprofile.Finallylearnthebasictheoreticalknowledgeoffluiddynamics,usingUGthree-dimensionalmodelingandassemblysimulation,andcomparisonresultsofdifferenttoothprofileanalysiswerecalculatedflowrateoftheareaoftheinterdental,gearmeshingareaofflowofthegearpumpthe,andfinallygottheflowofthegearpump.Inthecaseoftimeandspeeddeterminedtoobtainflowrateofthegearpump.Structureoftheexternalgearpumphasagreatinfluenceonitsinternalflowfield,usingthefluentfiniteelementmethodforsolvingthecalculationmodel,comparisonofthechangesinthecharacteristicsofthedifferenttoothprofilecanbedrawnfromthecorrespondingadvantagesanddisadvantagesofeachtypeoftoothprofiletoarriveatthebestresultsoftheanalysistoimprovethedesignofanewtoothprofileonthisbasis.Theoutputcharacteristicsofthegearpumpontothetoothprofileequationandfinallythetheoryoffluiddynamics,inthesamespeed,differenttoothprofileanalysisresultofthatthebestofboostereffectisinvolutelinetoothprofileofthegearpump,andputforwardsomeoptimizationprogramofit.

Keywords:gearpump;toothprofile;outputcharacteristics;3dmodeling

目錄1緒論 11.1齒輪泵的研究?jī)?nèi)容及意義 11.2齒輪泵國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 12齒輪泵的設(shè)計(jì)及校核 42.1齒輪的理論知識(shí) 42.2齒輪泵相關(guān)知識(shí) 52.3齒輪泵的參數(shù)選擇原則 62.3.1泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵性能的影響 62.3.2泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵軸承負(fù)載的影響 62.3.3泵齒輪參數(shù)對(duì)流量脈動(dòng)的影響 62.3.4泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵效率的影響 72.3.5泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵噪音、振動(dòng)的影響 72.3.6最佳泵齒輪參數(shù)選取原則 82.4最佳泵齒輪參數(shù)的選擇 92.5齒輪的計(jì)算和校核 92.5.1主要技術(shù)參數(shù) 92.5.2設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容 92.5.3校核 132.6卸荷槽的計(jì)算 172.7泵體的校核 182.8滑動(dòng)軸承的計(jì)算 182.9聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算 212.9.1聯(lián)軸器的選擇 212.9.2軸的強(qiáng)度計(jì)算 222.10連接螺栓的選擇與校核 242.11齒輪泵進(jìn)出口大小確定 252.12齒輪泵的密封 252.13法蘭的選擇 252.14鍵的選擇 252.15擋圈的選擇 263齒輪泵的工作原理及三維建模 273.1外嚙合液壓齒輪泵的工作原理 273.2齒輪泵分類、用途、應(yīng)用范圍 283.2.1齒輪泵的分類 283.2.2齒輪泵的用途及應(yīng)用范圍 283.3齒輪泵的三維建模 283.3.1齒輪泵的三維建模和裝配 283.4齒輪泵裝配中需注意的問(wèn)題 323.4.1齒輪泵的端面間隙問(wèn)題 323.4.2齒輪軸上大齒輪的傳動(dòng)問(wèn)題 323.5UG設(shè)計(jì)齒輪泵的優(yōu)勢(shì) 323.5.1齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 333.5.2參數(shù)化生成齒輪模型 363.5.3有限元（FEA）分析 384齒輪泵的優(yōu)化 394.1外嚙合齒輪的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì) 394.1.1參數(shù)的確定 394.1.2設(shè)計(jì)的步驟 394.2困油及卸荷措施 405結(jié)論與展望 425.1課題總結(jié) 425.2課題展望 42致謝 43參考文獻(xiàn) 44

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。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?，F(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)模的泵制造廠約有2000家，產(chǎn)品種類約有450個(gè)系列，5000多個(gè)品種。2002年統(tǒng)計(jì)，在這些泵制造廠中，較大的699家泵制造廠共生產(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，基本滿足了我國(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)各類泵，在能源中約有近五分之一的能源用于驅(qū)動(dòng)各類泵。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，其中10大家泵制造廠的產(chǎn)值約占世界泵業(yè)總產(chǎn)值的31%。這10家泵制造廠中，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3~5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家制造廠絕大多數(shù)都準(zhǔn)備或已經(jīng)在中國(guó)建制造分廠。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)家的同類泵產(chǎn)品水平接近；（2）近幾年，齒輪油泵類產(chǎn)品的產(chǎn)值皆以11%~12%的速率發(fā)展；（3）股份制和民營(yíng)制造廠在我國(guó)泵業(yè)中占主導(dǎo)地位；（4）齒輪油泵制造廠都在進(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。

2齒輪泵的設(shè)計(jì)及校核2.1齒輪的理論知識(shí)1、齒數(shù)z一個(gè)齒輪的輪齒總數(shù)。2、模數(shù)m齒距與齒數(shù)的乘積等于分度圓的周長(zhǎng)，即pz=πd,式中z是自然數(shù)，π是無(wú)理數(shù)。為使d為有理數(shù)的條件是p/π為有理數(shù)，稱之為模數(shù)。即：m=p/π3、分度圓直徑d齒輪的輪齒尺寸均以此圓為基準(zhǔn)而加以確定，d=mz4、齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df由齒頂高、齒根高計(jì)算公式可以推出齒頂圓直徑和齒根圓直徑的計(jì)算公式：da=d+2hadf=d-2hf=mz+2m=mz-2×1.25m=m(z+2)=m(z-2.5)5、模數(shù)z:齒輪的分度圓是設(shè)計(jì)、計(jì)算齒輪各部分尺寸的基準(zhǔn),而齒輪分度圓的周長(zhǎng)=πd=zp,于是得分度圓的直徑d=zp/π由于在上式中π為一無(wú)理數(shù),不便于作為基準(zhǔn)的分度圓的定位.為了便于計(jì)算,制造和檢驗(yàn),現(xiàn)將比值p/π人為地規(guī)定為一些簡(jiǎn)單的數(shù)值,并把這個(gè)比值叫做模數(shù)(module),以m表示,即令其單位為mm.于是得:模數(shù)m是決定齒輪尺寸的一個(gè)基本參數(shù).齒數(shù)相同的齒輪模數(shù)大,則其尺寸也大.為了便于制造,檢驗(yàn)和互換使用,齒輪的模數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了.6、分度圓直徑d：在齒輪計(jì)算中必須規(guī)定一個(gè)圓作為尺寸計(jì)算的基準(zhǔn)圓，定義：直徑為模數(shù)乘以齒數(shù)的乘積的圓。實(shí)際在齒輪中并不存在，只是一個(gè)定義上的圓。其直徑和半徑分別用d和r表示，值只和模數(shù)和齒數(shù)的乘積有關(guān)，模數(shù)為端面模數(shù)。與變位系數(shù)無(wú)關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)齒輪中為槽寬和齒厚相等的那個(gè)圓（不考慮齒側(cè)間隙）就為分度圓。標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)中和節(jié)圓重合。但若是變位齒輪中，分度圓上齒槽和齒厚將不再相等。若為變位齒輪傳動(dòng)中高變位齒輪傳動(dòng)分度圓仍和節(jié)圓重合。但角變位的齒輪傳動(dòng)將分度圓和節(jié)圓分離。7、壓力角α——在兩齒輪節(jié)圓相切點(diǎn)P處，兩齒廓曲線的公法線（即齒廓的受力方向）與兩節(jié)圓的公切線（即P點(diǎn)處的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向）所夾的銳角稱為壓力角，也稱嚙合角。對(duì)單個(gè)齒輪即為齒形角。標(biāo)準(zhǔn)齒輪的壓力角一般為20”。小壓力角齒輪的承載能力較??；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負(fù)荷增大，因此僅用于特殊情況。8、模數(shù)和齒數(shù)是齒輪最主要的參數(shù)，在齒數(shù)不變的情況下，模數(shù)越大則輪齒越大，抗折斷的能力越強(qiáng)，當(dāng)然齒輪輪坯也越大，空間尺寸越大；模數(shù)不變的情況下，齒數(shù)越大則漸開線越平緩，齒頂圓齒厚、齒根圓齒厚相應(yīng)地越厚。2.2齒輪泵相關(guān)知識(shí)齒輪傳動(dòng)因其具有傳動(dòng)功率大、效率比較高、結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊、傳動(dòng)比穩(wěn)定精確等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用在化工、汽車、船舶、航空、能源等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域中。齒輪泵是液壓傳動(dòng)中一種廣泛應(yīng)用的液壓機(jī)構(gòu)。在液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)中占有很大比重，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、自吸性好、耐污染、使用可靠、壽命較長(zhǎng)、制造容易、維修方便、價(jià)格便宜。但漸開線型齒輪泵也有不少缺點(diǎn)，主要是流量和困油引起的壓力脈動(dòng)較大、噪聲較大、排量不可變、高溫效率低等。這些缺點(diǎn)在某些結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的齒輪泵上己得到了很大的改善。近年來(lái)，齒輪泵的工作壓力有了很大提高，額定壓力可達(dá)到25Mpa，最高壓力可達(dá)31.5Mpa。另外，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也有不少改進(jìn)，特別是三聯(lián)、四聯(lián)齒輪泵的問(wèn)世，部分地彌補(bǔ)了齒輪泵不能變量的缺點(diǎn)。而復(fù)合齒輪泵的出現(xiàn)使齒輪泵的流量均勻性得到了很大的改善。其使用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，許多過(guò)去使用柱塞泵的液壓設(shè)備也已改用齒輪泵（如工程起重機(jī)等）。由于齒輪泵在液壓傳動(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。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于齒輪泵的研究主要集中在以下方面:(1)齒輪參數(shù)及泵體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì);(2)齒輪泵間隙優(yōu)化及補(bǔ)償技術(shù);(3)困油沖擊及卸荷措施;(4)齒輪泵流量品質(zhì)研究;(5)齒輪泵的噪聲控制技術(shù);(6)輪齒表面涂覆技術(shù);(7)齒輪泵的變量方法研究;(8)齒輪泵的壽命及其影響因素研究;(9)齒輪泵液壓力分析及其高壓化的途徑;(10)水介質(zhì)齒輪泵基礎(chǔ)理論研究。提高齒輪泵的工作壓力是齒輪泵的一個(gè)發(fā)展方向,而提高工作壓力所帶來(lái)的問(wèn)題是:(1)軸承壽命大大縮短;(2)泵泄漏加劇,容積效率下降。產(chǎn)生這2個(gè)問(wèn)題的根本原因在于齒輪上作用了不平衡的徑向液壓力,并且工作壓力越高,徑向液壓力越大。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)以上2個(gè)問(wèn)題所進(jìn)行的研究是:(1)對(duì)齒輪泵的徑向間隙進(jìn)行補(bǔ)償;(2)減小齒輪泵的徑向液壓力,如優(yōu)化齒輪參數(shù)、縮小排液口尺寸等;(3)提高軸承承載能力,如采用復(fù)合材料滑動(dòng)軸承代替滾針軸承等。但這些措施都沒(méi)從根本上解決問(wèn)題。目前液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是：縮小體積、快速響應(yīng)、降低噪音。因此要想達(dá)到這個(gè)目的，齒輪泵除了要穩(wěn)住其在潤(rùn)滑系統(tǒng)、中低壓定量系統(tǒng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，另外還需要向以下幾個(gè)方面縱深發(fā)展：(1)高壓化(2)低流量脈動(dòng)(3)低噪音(4)大排量(5)變排量。2.3齒輪泵的參數(shù)選擇原則2.3.1泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵性能的影響嚙合點(diǎn)半徑所掃過(guò)的容積,致使其容積減小,將液體排出。隨著齒輪不斷地旋轉(zhuǎn),齒輪泵就不間斷地吸油和排油。其輸出壓力決定于負(fù)載和排油管路的壓力損失。泵齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出液體的體積,叫泵的排量q。1、齒數(shù):排量q與齒數(shù)Z成正比。齒數(shù)多,排量大,但齒數(shù)多,泵的體積增大。如保持體積不變,Z增大時(shí),排量減小。齒數(shù)一般取Z=10~14為宜。2、模數(shù):排量q與模數(shù)的平方成正比。模數(shù)大,排量大。因此,若要增加增大模數(shù)比增加齒數(shù)更好。3、泵齒輪變位系數(shù)x的影響：增大變位系數(shù)會(huì)增大排量。4、齒頂高系數(shù)對(duì)排量的影響:增大齒頂高系數(shù)ha*,會(huì)增大排量q對(duì)排量的增加,齒頂高系數(shù)ha*比變位系數(shù)影響更大。5、齒輪寬度b對(duì)排量的影響:泵齒輪寬度越大,排量越大。2.3.2泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵軸承負(fù)載的影響齒輪泵工作時(shí),作用在齒輪軸頸及軸承上的徑向力,是由液壓力和齒輪嚙合力所組成的。齒輪泵軸承壽命對(duì)齒輪泵整體壽命起決定性的影響。因此在對(duì)齒輪泵設(shè)計(jì)時(shí),一方面選用性能更高的軸承,另一方面盡可能減小齒輪軸頸所受到的徑向力,以提高軸承壽命。欲減小徑向力就必須減小泵齒輪齒寬與泵齒輪齒頂圓直徑da之積。當(dāng)齒輪泵排量一定的情況下,增大泵齒輪頂圓直徑就會(huì)減小齒寬。當(dāng)齒輪泵排量及泵齒輪的模數(shù)、齒數(shù)確定之后增大變位系數(shù)和齒頂高系數(shù)ha*會(huì)減小徑向力。2.3.3泵齒輪參數(shù)對(duì)流量脈動(dòng)的影響齒輪泵的輸油是靠齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)嚙合點(diǎn)形成的吸、壓油腔的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此流量或輸油率是不均勻的,即齒輪泵在各個(gè)瞬時(shí)的流量是不一樣的,并不都等于式(2一l)等所計(jì)算的數(shù)值。由于齒輪泵在各瞬時(shí)的流量不等,而產(chǎn)生了流量脈動(dòng),現(xiàn)根據(jù)瞬時(shí)流量公式,對(duì)流量脈動(dòng)進(jìn)行分析。齒輪泵一對(duì)輪齒的嚙合情況的位置而變化的?？梢?x變化范圍愈大,齒輪泵的流量脈動(dòng)也愈大。當(dāng)x=L/2，即嚙合點(diǎn)M位于距節(jié)點(diǎn)O最遠(yuǎn)的位置時(shí),Qs可達(dá)到最小值時(shí)流量脈動(dòng)情況。當(dāng)泵齒輪重合度￡>1時(shí),流量脈動(dòng)曲線應(yīng)有重迭,但在實(shí)際使用的齒輪泵中,一般都開設(shè)有卸荷槽,它能使困油排出。由于液體的可壓縮性很小,當(dāng)困油容積大小發(fā)生變化時(shí),流量發(fā)生變化,壓力也發(fā)生變化。隨著流量脈動(dòng),引起壓力脈動(dòng)。這樣會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。齒輪泵是依靠泵齒輪相互嚙合轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)工作腔容積的不斷變化,形成吸油和壓油腔,使得它能夠不間斷吸油和排油。齒輪泵這樣的工作原理就決定了其性能的高低與泵齒輪參數(shù)的合理與否關(guān)系極大。因此,正確合理的確定泵齒輪參數(shù)是設(shè)計(jì)齒輪泵最重要、最基本的工作。齒輪泵除具有流量、機(jī)械效率、流量脈動(dòng)、工作壓力等這些基本特性之外,還存在困油、噪聲和氣穴現(xiàn)象,這些特性和問(wèn)題直接影響著齒輪泵的質(zhì)量,而這所有的特性都與泵齒輪參數(shù)有關(guān)。(1)泵齒輪的齒數(shù)對(duì)流量脈動(dòng)率有決定性的影響,當(dāng)齒輪泵的排量以及泵齒輪齒數(shù)確定后,應(yīng)盡可能的增大頂高系數(shù)ha*,變位系數(shù)x,這樣可以降低流量脈動(dòng)率。(2)正確的分析嚙合過(guò)程,確定泵齒輪嚙合各個(gè)特征嚙合界點(diǎn),保證合理的重合度,對(duì)降低流量脈動(dòng)率有重要意義。(3)流量脈動(dòng)率與泵齒輪的模數(shù)無(wú)關(guān)。(4)不開卸荷槽,脈動(dòng)率最大。卸荷槽結(jié)構(gòu)不同,脈動(dòng)率也不同。2.3.4泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵效率的影響齒輪泵的內(nèi)泄漏直接決定了齒輪泵的容積效率。通過(guò)對(duì)齒輪泵結(jié)構(gòu)的分析,發(fā)現(xiàn)內(nèi)泄漏主要有三個(gè)途徑:l、通過(guò)齒輪端面與側(cè)板之間的軸間間隙;2、通過(guò)泵齒輪頂圓與泵內(nèi)腔間的徑向間隙;3、齒輪嚙合處的接觸間隙。齒輪端面與側(cè)板之間的軸向間隙是由齒輪泵結(jié)構(gòu)決定的,齒輪嚙合處的接觸間隙由泵齒輪精度決定,通過(guò)提高加工精度可以減小以上兩種間隙。通過(guò)泵齒輪齒頂圓與泵體內(nèi)腔間的徑向間隙的泄漏量,與齒輪參數(shù)的選取有極大關(guān)系。增大變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)固然對(duì)增大齒頂圓半徑R。但是卻大大減小了泵齒輪齒頂厚Sa,這也會(huì)使齒輪泵的內(nèi)泄漏增大,降低齒輪泵的效率,同時(shí)由于削弱了泵齒輪齒頂強(qiáng)度,因而也會(huì)降低齒輪的壽命。所以在設(shè)計(jì)泵齒輪時(shí),應(yīng)綜合考慮齒頂高系數(shù)和變位系數(shù)對(duì)齒頂厚的影響,確定合理的齒頂厚尺寸。2.3.5泵齒輪參數(shù)對(duì)齒輪泵噪音、振動(dòng)的影響隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),如何減小齒輪泵的噪聲和振動(dòng),已成為齒輪泵設(shè)計(jì)研制中考慮的重要因素。就設(shè)計(jì)因素來(lái)說(shuō),減小振動(dòng)和噪聲主要是采取以下兩項(xiàng)措施:1、增加泵齒輪齒數(shù),減小流量脈動(dòng)。2、合理地設(shè)計(jì)卸荷槽,徹底解決齒輪泵的困油現(xiàn)象。齒輪泵在工作過(guò)程中,同時(shí)嚙合的齒應(yīng)多于一對(duì),即重迭系數(shù)￡>1(一般0.5一1.15),才一能正常工作。雖然從理論上講,重迭系數(shù)￡=l,齒輪泵不會(huì)出現(xiàn)間斷吸壓油現(xiàn)象,也不產(chǎn)生困油現(xiàn)象,可以正常工作,但考慮到制造誤差,實(shí)際工作時(shí)嚙合系數(shù)￡往往會(huì)小于1。因而齒輪泵的輸油率就很不均勻,會(huì)出現(xiàn)時(shí)而輸油時(shí)而不輸油的不正常現(xiàn)象,齒輪泵不能正常工作。當(dāng)重迭系數(shù)￡>1時(shí),齒輪泵在嚙合過(guò)程中,前一對(duì)齒尚未脫開嚙合,后一對(duì)齒已進(jìn)入嚙合,所以同時(shí)嚙合的齒就有兩對(duì)。例如當(dāng)￡司.05時(shí),兩對(duì)齒同時(shí)嚙合的時(shí)間為9.5%;當(dāng)￡=l.15時(shí),兩對(duì)齒同時(shí)嚙合的時(shí)間為26%。因此在兩對(duì)齒之間形成了和吸壓油腔均不相通的閉死容積,即困油容積,隨著齒輪的旋轉(zhuǎn),閉死容積的大小還會(huì)發(fā)生變化,這就是困油現(xiàn)象。齒輪泵的困油現(xiàn)象,由于齒側(cè)間隙的大小不同,閉死容積變化曲線也不同。下面僅就本文研究的有齒側(cè)間隙情況進(jìn)行分析。由于液體的可壓性很小,當(dāng)困油容積由大變小時(shí),存在于困油容積中的液體受擠壓,壓力急劇升高,大大超過(guò)齒輪泵的工作壓力,同時(shí)困油容積中的液體也從一切可泄漏的縫隙中強(qiáng)行擠出,使軸和軸承受到很大的沖擊載荷,產(chǎn)生很大的徑向力,增加功率損失,并使液體發(fā)熱,引起噪聲和振動(dòng),降低齒輪泵的平穩(wěn)性和壽命。當(dāng)困油容積由小變大時(shí),形成真空,使溶于液體中的空氣分離出來(lái),產(chǎn)生氣泡,帶來(lái)氣蝕、噪聲、振動(dòng)、流量和壓力脈動(dòng)等危害。困油現(xiàn)象是齒輪泵不可避免的技術(shù)問(wèn)題,必須采取措施解決。消除困油危害一般是在與齒輪端面接觸的泵蓋(或泵體、側(cè)板、軸套、軸承座圈)上開卸荷槽。開卸荷槽總的原則是:在保證高低壓腔互不溝通的前提下,設(shè)法使困油容積與壓油腔或吸油腔相通。由以上的分析可知:正確地分析泵齒輪嚙合過(guò)程,準(zhǔn)確的確定各特點(diǎn)嚙合點(diǎn)和泵齒輪副的重合度對(duì)合理地設(shè)計(jì)出卸荷槽位置和形狀消除困油現(xiàn)象具有重要意義。2.3.6最佳泵齒輪參數(shù)選取原則1、泵齒輪的齒數(shù)對(duì)流量脈動(dòng)起決定性的影響，并且對(duì)齒輪泵的噪音振動(dòng)也有較大的影響。因此，應(yīng)根據(jù)齒輪泵應(yīng)用的場(chǎng)合不同，首先確定泵齒輪的齒數(shù)。隨著目前系統(tǒng)要求的提高，以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，齒數(shù)應(yīng)取大些。據(jù)目前使用經(jīng)驗(yàn)齒數(shù)一般在10-14之間。2、泵齒輪模數(shù)對(duì)齒輪泵的排量起決定性的作用。模數(shù)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于齒數(shù)的影響。因此，在齒輪泵排量確定的情況下，應(yīng)盡可能的增大泵齒輪的模數(shù)，而不是增大齒數(shù)。3、齒頂高系數(shù)和變位系數(shù)是以增大泵齒輪齒頂圓為目的，以提高齒輪泵的性能。齒頂高系數(shù)比變位系數(shù)對(duì)齒輪泵流量的影響要大，但齒頂高系數(shù)和變位系數(shù)的確定應(yīng)是在考慮泵齒輪正常嚙合條件下選取的，必須保證合理的重合度。正確合理的確定這兩個(gè)系數(shù)對(duì)齒輪泵性能的優(yōu)化有重要的意義。4、泵齒輪的齒寬越小越好。但在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的是過(guò)小的齒寬會(huì)使齒輪泵在結(jié)構(gòu)上無(wú)法保證進(jìn)出油口的尺寸。5、應(yīng)綜合考慮泵齒輪的齒數(shù)，齒頂高系數(shù)和變位系數(shù)，準(zhǔn)確分析泵齒輪的嚙合過(guò)程，正確確定泵齒輪的各個(gè)特征嚙合點(diǎn)及實(shí)際重合度大小，對(duì)于消除困油現(xiàn)象的存在，以及減小流量脈動(dòng)有著重要的意義。6、泵齒輪的頂隙不能太大。太大的頂隙會(huì)造成輪齒困油量的增加。2.4最佳泵齒輪參數(shù)的選擇漸開線齒廓的齒輪泵相對(duì)于其他齒廓的齒輪泵要好，所以，我們基于漸開線齒廓進(jìn)行一些改進(jìn)。我們?cè)跐u開線的齒根處用圓弧進(jìn)行擬合，形成的齒廓（漸開線+圓弧齒廓）如圖2.1圖2.1漸開線+圓弧齒廓齒輪泵的具體相關(guān)零件的參數(shù)及尺寸選擇詳見設(shè)計(jì)圖紙。2.5齒輪的計(jì)算和校核2.5.1主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)任務(wù)要求，此型齒輪油泵的主要技術(shù)參數(shù)確定為：理論排量：125ml/r額定壓力：6.3MPa額定轉(zhuǎn)速:552r/min容積效率:≥90%2.5.2設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容1.齒輪參數(shù)的確定及幾何要素的計(jì)算由于本設(shè)計(jì)所給的工作介質(zhì)的粘度為220，由表一進(jìn)行插補(bǔ)可得此設(shè)計(jì)最大節(jié)圓線速度為2.6。節(jié)圓線速度V：式中D——節(jié)圓直徑（mm）n——轉(zhuǎn)速液體粘度124576152300520760線速度543.75表2.1齒輪泵節(jié)圓極限速度和油的粘度關(guān)系流量與排量關(guān)系式為：——流量——理論排量（ml/r）2.齒數(shù)Z的確定，應(yīng)根據(jù)液壓泵的設(shè)計(jì)要求從流量、壓力脈動(dòng)、機(jī)械效率等各方面綜合考慮。從泵的流量方面來(lái)看，在齒輪分度圓不變的情況下，齒數(shù)越少，模數(shù)越大，泵的流量就越大。從泵的性能看，齒數(shù)減少后，對(duì)改善困油及提高機(jī)械效率有利，但使泵的流量及壓力脈動(dòng)增加。目前齒輪泵的齒數(shù)Z一般為6-19。對(duì)于低壓齒輪泵，由于應(yīng)用在機(jī)床方面較多，要求流量脈動(dòng)小，因此低壓齒輪泵齒數(shù)Z一般為13-19。齒數(shù)14-17的低壓齒輪泵，由于根切較小，一般不進(jìn)行修正。3.確定齒寬。齒輪泵的流量與齒寬成正比。增加齒寬可以相應(yīng)地增加流量。而齒輪與泵體及蓋板間的摩擦損失及容積損失的總和與齒寬并不成比例地增加，因此，齒寬較大時(shí)，液壓泵的總效率較高.一般來(lái)說(shuō)，齒寬與齒頂圓尺寸之比的選取范圍為0.2～0.8，即：Da——齒頂圓尺寸（mm）4.確定齒輪模數(shù)。對(duì)于低壓齒輪泵來(lái)說(shuō)，確定模數(shù)主要不是從強(qiáng)度方面著眼，而是從泵的流量、壓力脈動(dòng)、噪聲以及結(jié)構(gòu)尺寸大小等方面。通過(guò)取滿足以上條件的不同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪油泵進(jìn)行分析、比較:qZmB最大轉(zhuǎn)速n12513557.750057754763.9437267712514553.625053629709.3763177112515550.050050053662.084563212516546.921921925620.70427812517544.161808871584.1922616512518541.708375044551.73713612519539.513197411522.6983393712513640.104206774636.6197723112514637.239620575591.1469314312515634.756979204551.73713612516632.584668003517.25356512517630.667922827486.8268847112518628.964149336459.7809466712519627.439720424435.58194947表2.2齒輪泵各參數(shù)關(guān)系通過(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)（2）齒數(shù)（3）齒寬因?yàn)辇X輪的齒數(shù)為18，不會(huì)發(fā)生根切現(xiàn)象，所以在這里不考慮修正，以下關(guān)于齒輪參數(shù)的計(jì)算均按標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)經(jīng)行。（4）理論中心距（5）實(shí)際中心距（6）齒頂圓直徑（7）基圓直徑（8）基圓節(jié)距（9）齒側(cè)間隙（10）嚙合角（11）齒頂高（12）齒根高（13）全齒高（14）齒根圓直徑（15）徑向間隙（16）齒頂壓力角（17）分度圓弧齒厚（18）齒厚s（19）齒輪嚙合的重疊系數(shù)（20）公法線跨齒數(shù)（21）公法線長(zhǎng)度（此處按側(cè)隙計(jì)算）(22)油泵輸入功率式中：N-驅(qū)動(dòng)功率(kw)p-工作壓力(MPa)q-理論排量(mL/r)n-轉(zhuǎn)速(r/min)-機(jī)械效率，計(jì)算時(shí)可取0.9。2.5.3校核此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火1.使用系數(shù)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)的確定：原動(dòng)機(jī)工作特性工作機(jī)工作特性均勻平穩(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表2.3使用系數(shù)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可取為1.35。2.齒輪精度的確定齒輪精度此處取7機(jī)器名稱精度等級(jí)機(jī)器名稱精度等級(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5~8起重機(jī)7~10載重汽車7~9農(nóng)業(yè)機(jī)械8~11表2.4各種機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍3.動(dòng)載系數(shù)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)中取為1.1。4.齒向載荷分布系數(shù)是由于齒輪作不對(duì)稱配置而添加的系數(shù)，此設(shè)計(jì)齒輪對(duì)稱配置，故取1.185。5.一對(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)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=16.彈性系數(shù)單位——，數(shù)值列表見表2.5

齒輪材料彈性模量配對(duì)齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑料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表2.5彈性模量此設(shè)計(jì)中齒輪材料選為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火，由上表可取。圖2.2彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)7.選取載荷系數(shù)8.齒寬系數(shù)的選擇1.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。齒輪的許用應(yīng)力按下式計(jì)算S——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。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?！獕勖禂?shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)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)；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：(1)設(shè)齒輪泵功率為，流量為Q，工作壓力為P，則(2)計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩(3)(4)(5)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限(6)計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù)(7)由機(jī)設(shè)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)(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=1(9)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度齒數(shù)比2.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(2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)(3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)則：(4)載荷系數(shù)(5)查取齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)(6)計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度 <所以，所選齒輪參數(shù)符合要求。2.6卸荷槽的計(jì)算此處按“有側(cè)隙時(shí)的對(duì)稱雙矩形卸荷槽”計(jì)算。（1）兩卸荷槽的間距a（2）卸荷槽最佳長(zhǎng)度c的確定（3）卸荷槽深度2.7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)力為300420MPa。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300420MPa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)算公式為式中——泵體的外半徑（mm）——齒頂圓半徑（mm）——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=2p=2x6.3=12.6MPa因?yàn)榇鷶?shù)得考慮加工設(shè)計(jì)等其他因素，所以泵體的外半徑取為。2.8滑動(dòng)軸承的計(jì)算選擇軸承的類型選整體式液體靜壓軸承：因?yàn)榇朔N類類型的軸承用于低速輕載，且難以形成穩(wěn)定油膜。軸承材料選擇及性能計(jì)算軸承寬度一般軸承的寬徑比B/d范圍在0.3-1.5，寬徑比小，有利于提高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，提高端卸量以降低溫度。但軸承寬度越小，軸承承載能力也隨之降低。綜合考慮寬經(jīng)比取0.5所以軸承寬度計(jì)軸頸圓周速度（1）按從動(dòng)齒輪所受徑向力計(jì)算，兩滑動(dòng)軸承所受徑向力之和為式中：△p的單位為，和的單位為。每個(gè)軸承所受徑向力為（2）軸承PV值（3）齒輪軸頸線速度（4）軸承單位平均壓力（比壓）(5)選擇軸瓦材料查機(jī)械設(shè)計(jì)中表12-2，在保證的條件下，選定軸承材料為ZCuAll0Fe3（6）換算出潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度已知選用的潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度v=220cSt取潤(rùn)滑油密度潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度（7）計(jì)算相對(duì)間隙由式，取為0.00125（8）計(jì)算直徑間隙（9）計(jì)算承載量系數(shù)由式(10)計(jì)算軸承偏心率根據(jù)的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表12-6，經(jīng)過(guò)查算求出偏心率（11）計(jì)算最小油膜厚度由式（12）確定軸頸、軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度按照加工加工精度要求取軸頸表面粗糙度為0.8，軸承孔表面粗糙度為1.6，查機(jī)《械械設(shè)計(jì)》書中表7-6得軸頸，軸承孔。（13）計(jì)算許用油膜厚度取安全系數(shù)S=2,由式因，故滿足工作可靠性要求。（14）計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)因軸承的寬徑比B/d=0.5,取隨寬徑比變化的系數(shù)，計(jì)算摩擦系數(shù)（15）查出潤(rùn)滑油流量系數(shù)由寬徑比B/d=0.5及偏心率查《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中圖12-16，得潤(rùn)滑油流量系數(shù)（16）計(jì)算潤(rùn)滑油溫升按潤(rùn)滑油密度，取比熱容，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，由式（17）計(jì)算潤(rùn)滑油入口溫度由式因一般取故上述入口溫度適合。（18）選擇配合根據(jù)直徑間隙，按GB/T1800.3-1998選配合,查得軸承孔尺寸公差為mm，軸頸尺寸公差mm。（19）求最大、最小間隙因，在，估算配合合用2.9聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算2.9.1聯(lián)軸器的選擇1.聯(lián)軸器類型選擇：為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。2.載荷計(jì)算：設(shè)齒輪泵所需功率為Q——流量P——工作壓力公稱轉(zhuǎn)矩：由機(jī)械設(shè)計(jì)表14-1查得取，故由式（14-1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：圖2.3聯(lián)軸器由機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)P143表6-97得剛性凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—2003）軸孔直徑為28的聯(lián)軸器工程轉(zhuǎn)矩為224N.m，許用最大轉(zhuǎn)速為9000r/min，,故選用軸孔直徑為28mm的聯(lián)軸器滿足要求。2.9.2軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算一般可以分為三種：1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；2.按彎矩合成剛度計(jì)算；3.精確強(qiáng)度校核計(jì)算。根據(jù)任務(wù)要求我們選擇第一種，此法用于計(jì)算傳遞扭矩，不受或受較小彎矩的軸。材料選用40Cr，，d-軸端直徑，mmT-軸所傳遞的扭矩，N.mP-軸所傳遞的功率，Kwn-軸的工作轉(zhuǎn)速,r/min-許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，Mpa又為，考慮有兩個(gè)鍵槽，將直徑增大，則：，考慮加工安全等其他因素，則取。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。軸的扭轉(zhuǎn)角查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-1-20可知滿足要求。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，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)用近似計(jì)算作用在從動(dòng)齒輪上的徑向力，即軸在徑向受到的力為。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得故可得軸滿足要求。2.10連接螺栓的選擇與校核1.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)力對(duì)于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。F——螺栓組拉力P——壓力S——作用面積R——齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為4由于壁厚=12，沉頭螺釘下沉5mm,腔體厚42mm則取螺紋規(guī)格d=M10,公稱長(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——工作拉力，N;d——螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm——螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa；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)度極限滿足條件，螺釘可用。2.11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：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（）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)油口面積出油口面積由得進(jìn)油口半徑2.12齒輪泵的密封軸承蓋上均裝墊片，透蓋上裝J型無(wú)骨架橡膠油封。因軸徑d=12mm，由GB/T9877.1-1988,GB/T9877.2-1988查得J型無(wú)骨架橡膠油封的相關(guān)尺寸參數(shù)如下：內(nèi)徑，外徑。高度H=12mm。2.13法蘭的選擇因?yàn)榉ㄌm外徑D=124,所以由中國(guó)JB標(biāo)準(zhǔn)JB/T79.1-94，可選用數(shù)量為4的M12單頭螺栓。2.14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，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。2.15擋圈的選擇軸的直徑d=12，所以由擋圈國(guó)標(biāo)GB/T894.1—1986可查得以下參數(shù)：擋圈：，，溝槽：，，

3齒輪泵的工作原理及三維建模3.1外嚙合液壓齒輪泵的工作原理圖3.1是外嚙合齒輪泵的工作原理圖。由圖可見，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。圖3.1外嚙合齒輪泵工作原理圖3.2齒輪泵分類、用途、應(yīng)用范圍3.2.1齒輪泵的分類按其結(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、擺線齒齒輪泵；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；3.2.2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。3.3齒輪泵的三維建模3.3.1齒輪泵的三維建模和裝配該課題使用軟件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3.2機(jī)座的三維模型圖3.3后端蓋的三維模型

圖3.4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3.5長(zhǎng)齒輪軸的三維模型圖3.6短齒輪軸的三維模型

完成了所有零件的三維實(shí)體造型之后，就可以進(jìn)行部件與整機(jī)的裝配。整個(gè)流程先從零件到部件，然后到整機(jī)。即采用自下而上的倒樹狀層次結(jié)構(gòu)法，各級(jí)部件通過(guò)引用一系列下級(jí)零部件模型組裝而成，它不僅描述一個(gè)部件與下級(jí)零部件之間的裝配從屬關(guān)系，同時(shí)也記錄所屬下級(jí)零部件之間的裝配定位關(guān)系。在裝配環(huán)境中調(diào)入機(jī)座作為齒輪泵模型的基準(zhǔn)部件，也就是采用絕對(duì)定位方式使其固定。隨后，按照一定的順序、采用一定的配對(duì)關(guān)系裝配前端蓋、長(zhǎng)齒輪軸、短齒輪軸、鍵、大齒輪等零部件。裝配好的齒輪泵如圖3.7所示。圖3.7齒輪泵裝配圖3.4齒輪泵裝配中需注意的問(wèn)題3.4.1齒輪泵的端面間隙問(wèn)題齒輪泵在結(jié)構(gòu)上有自己的一些特點(diǎn)，其中一個(gè)就是泄露問(wèn)題。在外嚙合齒輪泵里，主要有三種泄露途徑，以齒輪端面間隙的泄露量最大，占總泄露量的70％～75％。因此，在齒輪泵的裝配上，一定要考慮到這一點(diǎn)。如果讓圖3中端蓋面和齒輪側(cè)面兩個(gè)面“配對(duì)”定位的話，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中將受到很大的摩擦力；但是如果留的縫隙較大的話，又會(huì)加大齒輪泵的泄露。因此，在裝配齒輪軸的時(shí)候，可以用“距離”的定位方式，讓圖3所示的兩個(gè)面有0．2到0．4mm的距離，這樣就符合了齒輪泵的正常工作條件。3.4.2齒輪軸上大齒輪的傳動(dòng)問(wèn)題在裝配大齒輪的時(shí)候，往往用平鍵的上表面和齒輪上鍵槽的地面組成的“配對(duì)”加上齒輪中心和軸中心組成的的“中心”配對(duì)來(lái)完成，但實(shí)際上這不符合齒輪的傳動(dòng)原理。因?yàn)?，平鍵的傳動(dòng)平面是側(cè)面，而不是底面。顯然，三維實(shí)體造型一定要在符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)的規(guī)律上創(chuàng)建，否則就起不到模擬實(shí)物運(yùn)動(dòng)的作用。3.5UG設(shè)計(jì)齒輪泵的優(yōu)勢(shì)(1)利用UG軟件，對(duì)齒輪泵的組成零件進(jìn)行了三維造型設(shè)計(jì)，并將各零部件組裝成整機(jī)，模擬了真實(shí)齒輪泵的結(jié)構(gòu)情況；(2)提出了齒輪泵裝配中經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤裝配方法，并結(jié)合齒輪泵自身的特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；通過(guò)兩個(gè)實(shí)例介紹了正確的裝配思想和方法。三維造型技術(shù)有著二維繪圖軟件所無(wú)法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)，正得到越來(lái)越多的應(yīng)用。但是在創(chuàng)建三維模型的過(guò)程中，一定要注意結(jié)合實(shí)際的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律，這樣才能夠降低設(shè)計(jì)成本，達(dá)到為用戶帶來(lái)直觀感受的目的，也為后續(xù)的運(yùn)動(dòng)仿真打下良好的基礎(chǔ)。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕、體積小等特點(diǎn)，使得它獲得了廣泛的應(yīng)用。外嚙合齒輪泵作為一種典型的液壓泵，在3D結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析方面，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了大量的工作，已發(fā)表的文章也很多，但傳統(tǒng)的分散型數(shù)值方法效率低、通用性差，齒輪的設(shè)計(jì)CAD/CAE流程圖不利于企業(yè)的直接應(yīng)用。目前，隨著CAX（CAD/CAM/CAE）技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用3D設(shè)計(jì)已成必然。UG就是這樣的一個(gè)CAX軟件，它匯集了美國(guó)航空航天和汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，是目前最先進(jìn)和最集成的CAX高端軟件，從工程設(shè)計(jì)、性能分析到概念設(shè)計(jì)等，正廣泛應(yīng)用于我國(guó)各制造業(yè)。在外嚙合齒輪泵設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)入這種先進(jìn)的CAX技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的分散型數(shù)值方法集成化。作為其心臟的一對(duì)嚙合齒輪，其基本參數(shù)是外嚙合齒輪泵設(shè)計(jì)的開始，也是其他零件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)依據(jù)。設(shè)計(jì)前一般要給出齒輪泵的最大輸出壓力（pg）和理論排量（O）作為原始設(shè)計(jì)參數(shù)。外嚙合齒輪泵齒輪3D設(shè)計(jì)和分析，主要解決以下三方面及它們相互間數(shù)據(jù)的連接問(wèn)題。圖3.8設(shè)計(jì)和分析流程圖（1）UG下齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；（2）UG下齒輪3D模型的參數(shù)生成；（3）UG下齒輪強(qiáng)度分析。3.5.1齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不同實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，對(duì)外嚙合齒輪泵的性能指標(biāo)要求，也是不同的。例如，用于機(jī)床驅(qū)動(dòng)的中、低壓齒輪泵，比較側(cè)重于較高的流量均勻指標(biāo)；用于礦山工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)的高壓齒輪泵，對(duì)流量均勻性要求不高，則比較側(cè)重于小結(jié)構(gòu)尺寸的體積指標(biāo)等。為盡量考慮各種可能的工作條件和應(yīng)用場(chǎng)合，采用多目標(biāo)加權(quán)組合函數(shù)的最優(yōu)化方法，構(gòu)建統(tǒng)一的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F（x），其中包括以下三個(gè)目標(biāo)函數(shù)：（1）側(cè)重流量均勻指標(biāo)的第一分目標(biāo)函數(shù)：F1（x）:t2j/［4（R2e-R2-t2j/12）］（2）側(cè)重體積指標(biāo)的第二分目標(biāo)函數(shù)：F2（x）:（!R2e+2aRe）/［2!（R2e-R2-t2j/12）］（3）側(cè)重壽命（徑向力）指標(biāo)的第三分目標(biāo)函數(shù)：F3（x）:170pgReJ則統(tǒng)一的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：F（x）:!t2j/［4（R2e-R2-t2j/12）］+"（!R2e+2aRe）/［2!（R2e-R2-t2j/12）］+（1-!-"）170pgReB其中：!、"、（1-!-"）分別為各自對(duì)應(yīng)的分目標(biāo)函數(shù)在總目標(biāo)函數(shù)中的相對(duì)重要程度。要完全確定一個(gè)齒輪的幾何形狀，需要模數(shù)m、齒數(shù)z、齒頂高系數(shù)ha、頂隙系數(shù)c、變位系數(shù)I、齒寬6等6個(gè)設(shè)計(jì)變量。對(duì)于上述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)而言，齒頂高系數(shù)ha越大越好［3］，變位系數(shù)I越小越好［3］。同樣為加工方便，一般采用標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)，則取ha=1（頂隙系數(shù)c=0.25），并采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具，則壓力角n=20。由于齒寬6是有設(shè)計(jì)輸入的理論排量0決定的（6=0/［2!（R2e-R2-t2j/12）］），因此，設(shè)計(jì)變量就剩余下模數(shù)m、齒數(shù)z和變位系數(shù)I，取x=（x1，x2，x3）=（m，z，I）?？紤]以下約束條件：模數(shù)邊界約束g1（x）：mmin＜m＜mmax齒數(shù)邊界約束g2（x）：zmin＜z＜zmax變位系數(shù)約束g3（x）：I3Imin=（14-z）/17（允許少量根切）齒寬系數(shù)約束g4（x）：min＜=6/m＜max齒頂厚度約束g5（x）：Se3Semin=0.15m彎曲應(yīng)力約束g6（x）：F＜［F］接觸應(yīng)力約束g7（x）：H＜［H］重合度約束g8（x）：=［z（tge-tg）］/!3min=1.05徑向間隙約束g9（x）：#a-Re-m（z-2.5+2I）/2-0.15m#＜0.1m為此，外嚙合齒輪泵齒輪優(yōu)化模型為：求解最小值：F（x）=t2j/［4（R2e-R2-t2j/12）］+（!R2e+2aRe）/［2!（R2e-R2-t2j/12）］+（1--）170pgReBUG軟件提供的優(yōu)化向?qū)K，在將模數(shù)m和齒數(shù)z作為連續(xù)變量看待時(shí)，是能夠執(zhí)行優(yōu)化分析的，只是速度受到一定限制，比操作系統(tǒng)下的數(shù)值運(yùn)算速度要慢些。提升運(yùn)算速度以及設(shè)計(jì)變量離散問(wèn)題，可以通過(guò)UG/OpenGRIP語(yǔ)言，調(diào)用外部?jī)?yōu)化子程序的途徑來(lái)很好解決。UG/OpenGRIP是Unigraphics面向工程師的二次交互開發(fā)工具之一，主要用于完成某些專業(yè)需要的特定功能。采用GRIP程序，將使重復(fù)性的3D設(shè)計(jì)工作程序化，大大降低工程師的重復(fù)性勞動(dòng)。通過(guò)調(diào)用FORTRAN語(yǔ)言編制的，放在操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行的優(yōu)化子程序，可以將復(fù)雜的優(yōu)化計(jì)算以及數(shù)據(jù)處理等部分，放在UG應(yīng)用系統(tǒng)外運(yùn)行，這樣的GRIP程序?qū)τ趶?fù)雜優(yōu)化運(yùn)算，能夠數(shù)十倍的提高程序優(yōu)化速度，以及很好的解決設(shè)計(jì)變量離散化問(wèn)題。圖3.9和圖3.10分別給出了UG執(zhí)行外部齒輪優(yōu)化程序和UG執(zhí)行內(nèi)部?jī)?yōu)化向?qū)У倪^(guò)程圖，以供比較。圖3.9UG執(zhí)行齒輪外部?jī)?yōu)化程序過(guò)程圖3UG執(zhí)行內(nèi)部?jī)?yōu)化向?qū)Фx圖。圖3.9UG執(zhí)行齒輪外部?jī)?yōu)化程序的過(guò)程圖3.10UG執(zhí)行內(nèi)部?jī)?yōu)化向?qū)Фx圖3.5.2參數(shù)化生成齒輪模型UG軟件提供了多種途徑和接口，實(shí)現(xiàn)3D模型的自動(dòng)生成，既可以通過(guò)表達(dá)式的人機(jī)對(duì)話功能，通過(guò)修改設(shè)計(jì)變量m和z的初值m0和z0，然后利用UG的CAD主模型功能，自動(dòng)更新原有的3D模型。也可以通過(guò)Unigraphics的UG/OpenGRIP的開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)齒輪3D模型的自動(dòng)生成和修改。因此，根據(jù)上面齒輪泵不同優(yōu)化指標(biāo)下得到的優(yōu)化結(jié)果，通過(guò)修改齒輪UG/OpenGRIP開發(fā)程序中的設(shè)圖3.11齒輪計(jì)算變量標(biāo)識(shí)圖，輸入變量（m=m＊，z=z＊，k=k＊）后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)更新齒輪3D模型和后面的有限元分析模型。也可以通過(guò)使用者在表達(dá)式對(duì)話框中，輸入或者修改齒輪設(shè)計(jì)變量初值（模數(shù)m0、齒數(shù)z0、等變位系數(shù)k0）和中間變量（齒頂圓da、分度圓d、基圓db、齒根圓df、任意圓半徑Ri、任意圓齒厚對(duì)應(yīng)的夾角!、圖3.11中的Ai和Bi坐標(biāo)等），然后利用UG的規(guī)律曲線，分別生成齒輪兩側(cè)的齒廓線，最后利用UG特征建模，生成齒輪3D模型。這兩條技術(shù)路線都比較簡(jiǎn)單，均適宜于企業(yè)設(shè)計(jì)人員的使用。齒輪GRIP繪圖部分程序如下：NUMBER/nn，ii，k，b，f，c，p，gg（150）mbt1（24），mbtENTTY/pt1.p（t150），sp1（300），cir1（30cir2（300），in，pt2，fe（3），ci1，csys（2），cir3，in1，in2DATA/nn，0，ii，0，b，20，f，1，c，0.25，p，3.1415926：begin：PARAM/'pieaseinputgearparameters'，"'模數(shù)（M）='，m，'齒數(shù)（Z）='，Z，'respIF/resp。1，JUMP/begin：IF/resp<>3，JUMP/end：ax=ACOSF（Z＊COSF（a）（/Z+2＊g）kb=INTF（ax/180＊Z+0.5+0.5）gb1=SINF（a）/COSF（a）-a＊p/180c=（kb-0.5）＊p+Z＊gb1w=m＊COSF（a）＊+2＊g＊m＊SINF（a）圖3.11齒輪計(jì)算變量標(biāo)識(shí)圖3.5.3有限元（FEA）分析外嚙合齒輪泵外部殼體和內(nèi)裝的一對(duì)嚙合齒輪，及其兩側(cè)的軸承套，組成泵的基本結(jié)構(gòu)。殼體內(nèi)表面、軸承套端面和嚙合齒輪齒間槽組成了許多密封腔，齒輪泵正是依靠這些密封腔在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)容積的變化，實(shí)現(xiàn)將原動(dòng)件的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為工作油液的輸出壓力能。因此，齒輪泵的輪齒副一方面是起傳動(dòng)作用的傳動(dòng)副，另一方面是起輸送壓力油的泵油副,這里不做過(guò)多介紹。

4齒輪泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)外嚙合齒輪泵時(shí)，應(yīng)在保證其性能指標(biāo)和壽命要求前提下，使齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、尺寸小、制造成本低。所以選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸很關(guān)鍵，一般將工作壓力和排量作為最初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，所有的設(shè)計(jì)都是圍繞這兩個(gè)參數(shù)展開。4.1外嚙合齒輪的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)從第三章齒輪泵排量公式可知道，只要確定了齒數(shù)Z、模數(shù)m、齒厚b，齒輪泵的結(jié)構(gòu)基本就可以確定了。確定結(jié)構(gòu)以后再進(jìn)行泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和強(qiáng)度校核。首先討論齒數(shù)Z、模數(shù)m、齒厚b值的確定。4.1.1參數(shù)的確定齒數(shù)Z的確定，確定齒數(shù)前要考慮泵的壓力、脈動(dòng)、機(jī)械效率等因數(shù)。在齒輪的分度圓直徑不改變的情況下，模數(shù)變大、齒數(shù)減少都會(huì)使泵的排量變大，但是齒數(shù)的減少能夠提高嚙合的機(jī)械效率、改善泵內(nèi)的困油情況，但是增加了泵的流量和壓力脈動(dòng)。目前齒輪泵的設(shè)計(jì)齒數(shù)Z～般是6到20之間。在機(jī)床中應(yīng)用的齒輪泵一般屬于低壓齒輪泵，但是對(duì)流量的均勻性要求比較高，所以一般采用齒數(shù)較多的泵，齒數(shù)為14到17間的齒輪根切比較小，一般不需對(duì)齒形進(jìn)行修正。高壓的齒輪泵要求齒根強(qiáng)度很大，為了降低軸承的受力還要考慮減小齒頂圓的大小，這樣會(huì)導(dǎo)致齒輪的齒數(shù)減少、模數(shù)增加，所以高壓齒輪的齒數(shù)一般比較少，當(dāng)齒數(shù)少時(shí)比較容易發(fā)生根切，所以需要對(duì)齒形修正。齒厚b的確定，齒輪泵的輪齒越寬相應(yīng)的流量也會(huì)增加，輪齒的厚度對(duì)軸承的受力影響非常大，厚度太大使軸和軸承的受力太大，加大了其設(shè)計(jì)的難度。所以設(shè)計(jì)的原則是泵內(nèi)的壓力越大，齒厚應(yīng)設(shè)計(jì)的越小。齒輪模數(shù)m的確定，對(duì)于低壓的齒輪泵，主要是從泵內(nèi)的流量、壓力、脈動(dòng)以及泵結(jié)構(gòu)的角度來(lái)考慮模數(shù)選擇。根據(jù)排量公式可以知道模數(shù)設(shè)計(jì)的越大，泵的排量也越大，當(dāng)齒輪節(jié)點(diǎn)圓不變時(shí)，相對(duì)于齒數(shù)，模數(shù)對(duì)泵的排量影響更大，所以通常在滿足齒輪最初始參數(shù)要求的前提下減少齒數(shù)、增大模數(shù)，齒數(shù)太少時(shí)泵內(nèi)壓強(qiáng)和流量的脈動(dòng)很大，所以在增大模數(shù)的時(shí)也需要考慮脈動(dòng)，設(shè)計(jì)出體積最小的齒輪泵。4.1.2設(shè)計(jì)的步驟1．根據(jù)齒輪泵最初始參數(shù)的要求選擇齒數(shù)、模數(shù)，并且根據(jù)齒數(shù)確定是否需要修正齒形。2．根據(jù)泵內(nèi)的壓力確定6／m的值，最后確定齒寬b。3．確定泵的轉(zhuǎn)速，速度過(guò)快可能產(chǎn)生氣蝕，速度太低泵的容積效率又可能嚴(yán)重降低，所以速度要適中。4．校和泵的排量，誤差要在5％以內(nèi)。5．校和齒輪的節(jié)圓線速度，可以通過(guò)齒寬、齒厚來(lái)調(diào)節(jié)改變轉(zhuǎn)速。6．設(shè)計(jì)卸載槽的形狀和位置。7．設(shè)計(jì)齒輪的尺寸，對(duì)于修正齒輪還要計(jì)算其中心距和嚙合角。8．對(duì)齒輪泵結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)，如材料選擇，加工方式等。9．根據(jù)齒輪的嚙合力和軸與軸承的受力計(jì)算。對(duì)于高壓齒輪泵必須清楚其齒根的受力和軸的受力，低壓可以不做。10．選配軸承。4.2困油及卸荷措施在設(shè)計(jì)中為了保證齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性和平穩(wěn)性，齒輪泵能均勻而連續(xù)地供油，其重合度占必須要大于1，一般占取1．05—1．30之間的值。只有占>l時(shí)才能