漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計

《漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計摘要齒輪泵由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速范圍大、自吸性能好和對油液的污染部敏感等優(yōu)點而廣泛應用在機床工業(yè)、航天工業(yè)、造船工業(yè)及工程機械等各種機械的液壓系統(tǒng)中。流量脈動、噪聲和效率是評價齒輪泵性能的三大指標，它們之間互相聯(lián)系，互相作用。齒輪泵的流量脈動引起壓力脈動，而壓力脈動是引起齒輪泵流體噪聲的主要因素，在降低噪聲和流體脈動的同時，應防止齒輪泵溶積效率的降低。因此，在齒輪泵的設計中，應綜合考慮這三者的影響。本論文以漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵為研究對象，從其工作原理出發(fā)以及內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪幾何參數(shù)上對其進行較為詳細的分析和計算。從內(nèi)嚙合齒輪泵的設計要點出發(fā)，計算出內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪副的幾何參數(shù)，推導出其輪齒嚙合時不發(fā)生漸開線干涉、齒廓重迭干涉和徑向干涉的條件，并代入各參數(shù)進行驗證，最終確定其幾何參數(shù)。在此基礎上，對漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)進行研究設計，并選取合適的零部件材料。參考何存興老師的液壓元件教材進行內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算公式的推導。關鍵詞：內(nèi)嚙合齒輪泵 幾何參數(shù) 干涉 排量陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 2 -The design of involute internal pumpAbstractGear pumps are widely used in hydraulic systems of machine tool, aviation, shipbuilding and engineering machinesetc, because of their virtues, such as simple and compact structure,lighter weight, wide range of rotate speed, better capability of self-suck and not having a thick skin with the oils polluting.Flow pulsation, noise and efficiency, which effect on each other, are three primary criterions that evaluate the performance of gear pumps. The hydro-noise is primary causedby pressure pulsation, and pressure pulsation is caused by flow pulsation The cubage efficiency should be prevented to reduced when noise and flow pulsation are reduced. So, their effect should be considered when gear pumps are designed. The research object of this dissertation are involute internal gear pumps . On the basis of their working principle , analyses and calculates the geometry parameters of the internal gear pumps. From the designing mainpoint of the geometry parameters of the internal gear pumps, a new desire is called for. Which worked out in the gear pump gears meshing of the geometric parameters, derived its tooth meshing not to interfere in involute line, tooth overlap intervention and interference in the radial conditions, And into the various parameters to verify, ultimately determine their geometric parameters. On this basis, to gradually open lines mesh gear pump to study the overall structure design, and select the appropriate parts materials. Consulting with the mechanical design textbook written by He CunXing, this dissertation deduce diaplacemeng of internal gear pumps.Key Words: Internal Gear Pump; Gear Parameters ; Interference; delivery capacity陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 3 -畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權(quán)使用說明本論文（設計）作者完全了解*學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權(quán)保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 4 -注 意 事 項1.設計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300 字左右） 、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論） 、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等） ，文科類論文正文字數(shù)不少于 1.2 萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件） 。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 5 -目錄1.緒論11.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的概述11.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的研究現(xiàn)狀11.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢21.4 本論文研究的主要內(nèi)容及意義22. 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理及結(jié)構(gòu)特點42.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理42.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點42.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的設計要求53. 內(nèi)嚙合齒輪泵總體結(jié)構(gòu)設計的思路和設計注意事項63.1 結(jié)構(gòu)設計思路63.2 設計注意事項63.2.1 防止干涉的發(fā)生63.2.2 重合度73.2.3 降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲74. 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設計94.1 內(nèi)嚙合齒輪泵中采用變位齒輪的必要性94.1.1 漸開線標準齒輪傳動的局限性94.1.2 齒輪變位理論94.2 齒輪副設計基本參數(shù)及主要尺寸104.2.1 設計基本參數(shù)104.2.2 齒輪副幾何計算104.3 運用 MATLAB 軟件進行齒輪副幾何計算134.3.1 編寫相關程序段134.3.2 運行計算程序164.3.3 精確計算齒輪副的幾何參數(shù)174.4 零件材料的選用19陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 6 -4.5 繪制總裝圖以及各零件圖205. 內(nèi)嚙合齒輪泵的主要性能參數(shù)215.1 內(nèi)嚙合齒輪泵主要性能參數(shù)215.2 內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算225.3 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬時排量的計算22結(jié)束語24參考文獻25致謝261. 緒論隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，液壓傳動在越來越多的場合取代了機械傳動，然而液壓傳動在向高壓、高速、大功率的方向發(fā)展的同時，噪聲問題也顯得越來越突出。為了在提高工作效率的同時降低液壓系統(tǒng)的噪聲，改善工作條件，國內(nèi)外廠商研制了許多新穎的低噪聲液壓泵。液壓泵是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，它將原動機轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)換成工作液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)工作提供所需的具有一定壓力和流量的液體，從而驅(qū)動系統(tǒng)中的各液體執(zhí)行裝置，完成各項規(guī)定的動作。液壓泵從流量上主要分為變量泵和定量泵；從結(jié)構(gòu)上主要分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵。 （1） 齒輪泵：體積較小，結(jié)構(gòu)較簡單，對油的清潔度要求不嚴，價格較便宜；但泵軸受不平衡力，磨損嚴重，泄漏較大（2）葉片泵：分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。這種泵流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、作壓力和容積效率比齒輪泵高、結(jié)構(gòu)比齒輪泵復雜。 （3）柱塞泵：容積效率高、泄漏小、可在高壓下工作、大多用於大功率液壓系統(tǒng)；但結(jié)構(gòu)復雜，材料和加工精度要求高、價格貴、對油的清潔度要求高。一般在齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時才用柱塞泵。隨著液壓系統(tǒng)的發(fā)展，齒輪泵得到日益廣泛的應用，在我國三大泵類的常量中，齒輪泵占 78.2%，如下圖 1.1 所示。圖 1.1 我國三大類泵的產(chǎn)量占有比齒輪泵按其嚙合性質(zhì)可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。內(nèi)嚙合齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲小、吸入性好且流量脈動小，但不宜加工。由于內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對滑動速度小，磨損小，因此使用壽命長，流量脈動和噪聲都較小，內(nèi)嚙合齒輪泵允許使用高轉(zhuǎn)速(高轉(zhuǎn)速下的離心力能使油液更好陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 8 -地充入密封工作腔)，可以獲得較大的容積效率，因此內(nèi)嚙合齒輪泵的應用相當廣泛。1.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的概述內(nèi)嚙合齒輪泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，是液壓系統(tǒng)中的動力元件，為系統(tǒng)提供壓力油液。其輸入?yún)?shù)為機械能，輸出為液壓參量。1.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外有關齒輪泵的研究主要集中在以下方面：齒輪參數(shù)及泵體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計；補償面及齒間油膜的計算機輔助分析；困油沖擊及卸荷措施；齒輪泵噪聲的控制技術。降低齒輪泵的流量脈動的方法；輪齒表面涂覆技術及其特點；輪齒彎曲應力及接觸疲勞強度的計算；齒輪泵的變量方法研究；齒輪泵的壽命及其影響因素；齒輪泵高壓化的途徑。1.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢液壓傳動系統(tǒng)正向著快響應、小體積、低噪聲的方向發(fā)展，為適應這種要求，齒輪泵除積極采取措施保持其在中低壓定量系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)的霸主地位外，尚需從以下幾個方面發(fā)展：（1） 高壓化。 為了讓用戶在大功率的情況下優(yōu)先選用或者只有選用液壓傳動，其中一個決定性因素就是提高使用壓力。液壓泵壓力等級的提高意味著機械體積的減小，也會使整個液壓系統(tǒng)所用介質(zhì)明顯減小。（2） 低流量脈動。 流量脈動將引起壓力脈動，從而導致系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。內(nèi)嚙合泵和復合齒輪泵都是降低流量脈動的很好的方法。（3） 低噪聲。 隨著人們環(huán)保意識的增強，對齒輪泵的噪聲要求越來越嚴格。齒輪泵的噪聲主要有兩部分組成，一部分是齒輪嚙合過程中產(chǎn)生的機械噪聲，另一部分是困油沖擊所產(chǎn)生的液壓噪聲。（4） 大排量。 對于一些要求快速運動的系統(tǒng)來說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量大提高受到很多因素的限制。1.4 本論文研究的主要內(nèi)容及意義隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，液壓傳動在越來越多的場合取代了機械傳動，然而液壓傳動在向高壓、高速、大功率的方向發(fā)展的同時，噪聲問題也顯得越來越突出。為了在提高工作效率的同時降低液壓系統(tǒng)的噪聲，改善工作條件，國內(nèi)外廠商研制了許多新穎的低陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 9 -噪聲液壓泵。內(nèi)嚙合齒輪泵雖然制造工藝比較復雜，但因其結(jié)構(gòu)緊湊、對介質(zhì)污染不敏感、流量脈動及壓力脈動小、噪聲特別低的優(yōu)點，近年來得到較快的發(fā)展，銷量直線上升。而且由于內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對滑動速度小，磨損小，因此使用壽命長，流量脈動和噪聲都較小，內(nèi)嚙合齒輪泵允許使用高轉(zhuǎn)速(高轉(zhuǎn)速下的離心力能使油液更好地充入密封工作腔)，可以獲得較大的容積效率，因此內(nèi)嚙合齒輪泵的應用相當廣泛。本論文的主要研究內(nèi)容是：（1）漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)的總體設計。包括漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點、齒輪副主要尺寸及參數(shù)的計算、以及齒輪泵各零部件的設計等。（2）排量的計算。 進行內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算公式的推導，得到近似排量。陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 10 -2漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特點2.1 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖 1.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理內(nèi)嚙合齒輪泵的主體結(jié)構(gòu)由一對內(nèi)嚙合的漸開線齒輪組成，采用軸向間隙和徑向間隙自動補償?shù)拿芊庋b置，從而提高了齒輪泵的容積效率，其輸出功率與輸出壓力隨之得到大幅度提高在漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪之間要安裝一對活動的月牙塊3 和密封棒 4，以便把吸油腔與壓油腔隔開。小齒輪按某一方向旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)齒輪也以相同的方向旋轉(zhuǎn)，輪齒脫開嚙合的部分，齒間容積逐漸擴大形成真空，油液在大氣壓力作用下，進入吸油腔，填滿各齒間，而輪齒進入嚙合的地方，齒間容積逐漸縮小，形成高壓腔，油液被擠壓出去。2.2 內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵由一對相互嚙合的具有漸開線齒形的內(nèi)齒輪和外齒輪組成，內(nèi)齒輪和外齒輪之間有一與泵蓋相連的月牙形隔板將吸油腔和壓油腔隔開。內(nèi)齒輪和外齒陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 11 -輪都可以做主動齒輪。若外齒輪作主動齒輪，當它由泵軸帶動逆時針旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)齒輪也以相同的方向旋轉(zhuǎn)，但月牙隔板不動。齒輪轉(zhuǎn)動時，一側(cè)輪齒逐漸分離，腔室容積不斷增大，此為吸入過程；另一側(cè)例輪齒逐漸嚙合，腔室容積不斷縮小，油液被擠壓出去，此為壓出過程。采用撓性軸承，使得軸和軸承之間接觸良好，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；并在內(nèi)齒輪的輪齒間上鉆通孔，使壓力油從孔中引出，這樣泵的困油現(xiàn)象就不會發(fā)生了；采用浮動側(cè)板在齒輪副的兩側(cè)，在背壓作用下，兩側(cè)的浮動側(cè)板緊貼在齒輪端面上，當齒輪端面與側(cè)板磨損后，側(cè)板在被背壓作用下向前移動，自動補償軸間間隙。2.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的設計要求液壓系統(tǒng)中內(nèi)嚙合齒輪泵的設計應滿足如下要求：（1） 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，維護方便，使用壽命長；（2） 摩擦損失小，泄露小，發(fā)熱小，效率高；（3） 對工作介質(zhì)污染不敏感；（4） 自吸能力大。陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 12 -3. 內(nèi)嚙合齒輪泵總體結(jié)構(gòu)的設計思路和設計注意事項3.1 結(jié)構(gòu)設計思路首先是內(nèi)、外齒輪的設計，采用漸開線齒輪的方法，根據(jù)齒輪副幾何尺寸進行設計，由于齒輪的尺寸較小，可設計成內(nèi)齒輪為齒圈，而外齒輪是一個階梯齒輪軸；接著，為把吸油腔和壓油腔隔開，需要設計一個月牙隔板，月牙隔板的形狀由內(nèi)、外齒輪的齒頂圓相交而成，為減少磨損，可適當削去月牙隔板兩端的尖角；再設計齒輪兩側(cè)的浮動側(cè)板；考慮到齒輪泵中的齒輪副是轉(zhuǎn)動的，而與之接觸的泵體是固定不動的，故在兩者之間應設計帶有軸承座的滑動軸承，此滑動軸承和齒輪軸以及軸承座之間是間隙配合，與泵體之間是過盈配合，保證齒輪泵的正常工作。在以上基礎上設計泵體、泵蓋等零件，泵體上應開有進油口和出油口。最后，考慮各零件間的聯(lián)接，選用螺釘聯(lián)接，同時考慮密封問題，選擇適當?shù)拿芊庠?.2 設計注意事項3.2.1 防止干涉的發(fā)生（1） 漸開線干涉內(nèi)嚙合傳動中，當內(nèi)齒輪的齒頂超過齒輪理論嚙合極限點 時，便產(chǎn)生漸開線干涉。1N為避免產(chǎn)生漸開線干涉，通常采用加大齒形角；增大外齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。圖 4.3 漸開線干涉（2）齒廓重迭干涉陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 13 -一對內(nèi)嚙合齒輪傳動中，如果齒數(shù)差 較小時，在非嚙合區(qū)域可能產(chǎn)生齒廓發(fā)生相z互重迭的現(xiàn)象，即嚙合終了的外齒輪的齒頂在退出內(nèi)齒輪的齒槽時，與內(nèi)齒輪的齒頂發(fā)生重迭干涉，稱為齒廓重迭干涉。為避免產(chǎn)生齒廓重迭干涉，通常采用減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)；增大變位系數(shù)差，使傳動嚙合角增大。圖 4.4 齒廓重迭干涉（3）徑向干涉在裝配呢齒輪副時，有時只能沿軸向把外齒輪裝配到內(nèi)齒輪里，而不能從內(nèi)齒輪的中心沿徑向把外齒輪安裝到設計的嚙合位置。沿軸向安裝到嚙合位置的外齒輪，也不能沿徑向退出來，這種現(xiàn)象稱為徑向干涉。為避免產(chǎn)生徑向干涉，通常采用增大齒形角；減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪與外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。圖 3.5 徑向干涉3.2.2 重合度為了保證連續(xù)傳動，設計時應保證重合度 。但重合度選得過大，會使液體關死1在兩對嚙合齒之間，增大噪聲和沖擊振動，加劇齒部的磨損，降低使用壽命。因此，重陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 14 -合度應稍大于 1。3.2.3 降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲隨著齒輪泵向高速、高壓、大流量和大功率方向發(fā)展，噪聲問題越來越嚴重，目前降低齒輪泵噪聲已成為治理公害和改善勞動條件等方面的重要課題。為了降低齒輪泵的噪聲，更好的適應工作過程的要求，我們力求設計具有低噪聲的齒輪泵，為此，我們采取了以下措施：（1） 采取優(yōu)良的齒形來降低噪聲（2） 通過改進齒輪泵的結(jié)構(gòu)來降低噪聲利用修正內(nèi)齒輪齒形，使噪聲和振動減??；采用軸向間隙補償措施；采用撓性軸承支架，可適應外齒輪在受高壓時的彎曲，軸承架可作相應的彈性變形，使整個軸承接觸面上的負載保持均勻；正確設計月牙版，可提高效率，減小噪聲；由于壓力油是從內(nèi)齒輪齒間部位孔引出，泵無困油現(xiàn)象。陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 15 -4.漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設計4.1 內(nèi)嚙合齒輪泵中采用變位齒輪的必要性4.1.1 漸開線標準齒輪傳動的局限性齒輪機構(gòu)因其具有傳遞的功率范圍大、傳遞效率高、傳動比恒定、壽命長等優(yōu)點，是各種機構(gòu)中使用得最多的一種傳動機構(gòu)，其中以漸開線齒輪傳動的應用為主。但隨著齒輪傳動向高速、重載、輕型趨勢的發(fā)展，標準齒輪則存在著一些不足之處：（1） 用范成法加工標準齒輪，當 時，齒形發(fā)生根切，因此標準齒輪只能minz用于 的場合，使傳動系統(tǒng)體積、重量增加。minz（2） 一對互相嚙合的標準齒輪，當工作中心距大于標準中心局勢雖然可以保證以定傳動比傳動，但這樣一來齒側(cè)間隙增大，使傳動發(fā)生沖擊；若工作中心距小于標準中心距，則兩齒輪無法安裝，所以漸開線標準齒輪只能用于工作中心距等于標準中心距的場合。（3） 一對互相嚙合的標準齒輪，外齒輪齒根齒厚比內(nèi)齒輪齒厚薄，若兩輪材料相同，則外齒輪齒根彎曲強度低，易先破壞。4.1.2 齒輪變位理論考慮到漸開線標準齒輪傳動的局限性，在長期的生產(chǎn)實踐中，為了解決由局限性帶來的問題，改善傳動性能，提高承載能力，采用變位齒輪傳動。圖 4.1 變位齒輪加工原理 圖 4.2 變位齒輪陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 16 -齒輪經(jīng)變位后，其齒形與標準齒輪同屬一條漸開線,但其應用的區(qū)段卻不同。利用這一點，通過選擇變位系數(shù) ，可以得到有利的漸開線區(qū)段，使齒輪傳動性能得到改善。應x用變位齒輪可以避免根切，提高齒面的接觸強度和齒根的彎曲強度，提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能。4.2 齒輪副設計基本參數(shù)及主要尺寸在進行漸開線內(nèi)嚙合齒輪的參數(shù)設計時，若參數(shù)選擇不合理，會使嚙合質(zhì)量差、漸開線齒輪易產(chǎn)生尖角及發(fā)生齒廓重迭干涉等問題，導致其效率低、承載能力小和壽命短。4.2.1 設計基本參數(shù)（1） 齒數(shù) 外齒輪齒數(shù) ，內(nèi)齒輪齒數(shù) ；由此可知齒數(shù)差13z172z。437z（2）模數(shù) 給定模數(shù) mm，參照漸開線齒輪關于模數(shù)的定義和計算公式，當內(nèi)5m外齒輪的齒數(shù)確定之后，模數(shù)與中心距之間存在下列關系：(4-1)za2式中： 模數(shù)（mm） ；m中心距（mm） ；齒數(shù)差z所以標準中心距 mm。10245a（3）齒寬 給定齒寬 mm。B（4）齒頂高系數(shù) =0.8；頂隙系數(shù) =0.25 。*ah*C4.2.2 齒輪副的幾何計算根據(jù)參考文獻1 P78-102，已知原始齒形角 ，假設嚙合角為 ，可得以下數(shù)20據(jù)：（1） 分度圓直徑 根據(jù)公式 ，可得mzdmm； (4-2)6513mm。 (4-3)872陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 17 -（2） 外齒輪變位系數(shù) 和內(nèi)齒輪變位系數(shù)1x2x因為少齒差內(nèi)齒輪副容易發(fā)生齒廓重迭干涉，所以可選擇適當?shù)恼兾幌禂?shù)來減小外齒輪的齒頂厚度，增大內(nèi)齒輪的齒槽寬度，從齒厚方向消除齒廓重迭。（3） 插齒中心分離系數(shù) 以及插齒刀和初切內(nèi)齒輪的切削嚙合角 2c 2c內(nèi)齒輪是用插齒刀加工的，插齒刀齒數(shù)要比內(nèi)齒輪齒數(shù)少，故取插齒刀齒數(shù) ，1cz插齒刀變位系數(shù) 。0cx插制正變位內(nèi)齒輪時，在內(nèi)齒輪坯和插齒刀之間的中心距增大了 ， 為插齒中mc22c心分離系數(shù)，可由下式求得：(4-4)2c)1cos(21z切削嚙合角 由下式求得：2c= + (4-5)inv2citan2czx（4） 中心距與中心距分離系數(shù)變位內(nèi)齒輪副中心距 與標準內(nèi)齒輪副中心距 之差，用模數(shù)的 倍數(shù)表示， 稱為a0中心距分離系數(shù)，即(4-6)1cos(210zm（5） 齒頂降低系數(shù)正變位外齒輪用滾齒刀切制，正變位內(nèi)齒輪用插齒刀插制，它們的齒根高分別為(4-7)(1*1xChaf (4-8)22cfm外齒輪和內(nèi)齒輪的齒根圓直徑分別為(4-9)11ffhd(4-10)22ff外齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂圓半徑分別為mCarfa*1 (4-11)陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 18 -(4-12)mCarfa*12考慮到中心距和中心距分離系數(shù)，則可求得全齒高為(4-13)(212*1 xhfrhcaa 設 (4-14)xc則得 (4-15)(*Cma即變位齒輪的全齒高較標準齒輪降低了 ，其中 稱為齒頂降低系數(shù)。m（6） 節(jié)圓半徑外齒輪和內(nèi)齒輪的節(jié)圓直徑分別為(4-16)cos1db(4-17)2（7） 齒頂壓力角外齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂壓力角分別為(4-18)11arcosabd(4-19)22raba（8）齒廓不重迭干涉 sG滿足 0，即不發(fā)生齒廓重迭干涉，s= (4-20)s )()()( 12211 zinvzinvzaa 0inv其中 121coar22sa1ainv1t22a陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 19 -（9） 驗證重合度 (4-21)tan(t)tan(t21 221 zz滿足 ，即符合條件。（10） 驗算齒頂不相碰 G(4-22)ara12滿足 ，即符合條件。G0（11）外齒輪跨齒數(shù) 1k(4-23)mhrabx*1cos(4-24)1k5.08zx所得 取整。1（12） 全齒高、齒頂高、齒根高外齒輪和內(nèi)齒輪的全齒高分別為(4-25)mhga)(*1(4-26)c2其中 滾齒刀齒頂高系數(shù) =1.25*g插齒刀齒頂高系數(shù) =1.30ch外齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂高分別為(4-27)mxha)(1*1(4-28)c22外齒輪和內(nèi)齒輪的齒根高分別為(4-29)11afh(4-30)22f4.3 運用 MATLAB 軟件進行齒輪副幾何計算由于只根據(jù)以上計算公式計算，要計算出一組符合要求的數(shù)據(jù)，比較困難，且花費時間較長，因此我們可以根據(jù)上述公式編出一段計算內(nèi)嚙合齒輪副的幾何計算的程序。陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 20 -4.3.1 編寫相關程序段%/ 選擇少齒差變位系統(tǒng)的主程序diary(xgr.txt);m=input(請輸入齒輪的模數(shù) );z1=input(輸入外齒輪的齒數(shù));z2=input(輸入內(nèi)齒輪的齒數(shù));while(z1z2)disp(輸入齒數(shù)有誤,外齒輪的齒數(shù)必須小于內(nèi)齒輪的齒數(shù).請重新輸入齒數(shù). );z1=input(輸入外齒輪的齒數(shù));z2=input(輸入內(nèi)齒輪的齒數(shù));endzc=input(輸入插齒刀齒數(shù)（小于內(nèi)、外齒輪齒數(shù)）);xmax=2.1;xmin=0.0;deg_rad=atan(1.0)/45;alf0=20.0*pi/180;hax=0.8;r1=m*z1/2.0; r2=m*z2/2.0; i=1;ml=input(需要多少組數(shù)據(jù));disp(N x1 x2 alf Gs epsl a );while(i0.0 alfa1d=alfa1/deg_rad; alfa2d=alfa2/deg_rad;fprintf(%4.1f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4f %8.4f n,i,x1(i),x2(i),alfdegree,gs,epsl,a);i=i+1;endendi=input(選擇第幾組數(shù)據(jù) );disp(設計計算結(jié)果: );d1=2*r1; d2=2*r2;alf=mesha(x1(i),x2(i),z2,z1,alf0);a=a0*cos(alf0)/cos(alf);fprintf(外齒輪的分度圓直徑為: %8.4f mmn,d1);fprintf(內(nèi)齒輪的分度圓直徑為: %8.4f mmn,d2);fprintf( 傳動中心距 : %8.4f mmn,a);fprintf(變位系數(shù) x1= %8.4f x2= %8.4f n,x1(i),x2(i);alfdegree=alf/deg_rad;fprintf(少齒差傳動嚙合角為: %8.4f 度n ,alfdegree);ac2=mesha(xc,x2(i),z2,zc,alf0);lmc2=lamdc(ac2,z2,zc,alf0);a0=m*(z2-z1)/2.0;a=a0*cos(alf0)/cos(alf);陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 22 -lmd=(a-a0)/m;sigm=lmd-lmc2+x1(i);ha1=m*(hax+x1(i)-sigm); ha2=m*(hax-lmc2-sigm);ra1=r1+ha1; ra2=r2-ha2;rb1=r1*cos(alf0); rb2=r2*cos(alf0);alfa1=acos(rb1/ra1); alfa2=acos(rb2/ra2);g=ra2+a-ra1;gs=interfer(ra1,ra2,alfa1,alfa2,a,alf,z1,z2);epsl=coinf(alfa2,alfa1,alf,z1,z2);fprintf(齒輪傳動的重合度為: %8.4f n,epsl);fprintf(齒輪傳動的不重迭干涉系數(shù)為: %8.4f n,gs);ac2d=ac2/deg_rad; alfa1d=alfa1/deg_rad; alfa2d=alfa2/deg_rad;fprintf(外齒輪的齒頂壓力角為: %8.4f 度n,alfa1d);fprintf(內(nèi)齒輪的齒頂壓力角為: %8.4f 度n,alfa2d);4.3.2 運行計算程序輸入齒輪的模數(shù) 5，外齒輪的齒數(shù) 13，內(nèi)齒輪的齒數(shù) 17，插齒刀齒數(shù)（小于內(nèi)、外齒輪齒數(shù)）12，需要 20 組數(shù)據(jù)，得出以下數(shù)據(jù)：N x1 x2 alf Gs epsl a 1.0 0.1035 1.1992 44.9834 1.6985 1.0948 13.2854 2.0 0.1868 0.5697 34.4329 0.6012 1.2912 11.3931 3.0 0.5194 0.7407 30.2422 0.3886 1.0413 10.8773 4.0 0.3945 1.0304 39.1315 1.0445 1.0077 12.1141 5.0 0.1843 0.9313 40.7826 1.2063 1.1326 12.4102 6.0 0.1030 1.5862 48.5455 2.1779 1.0098 14.1942 7.0 0.4395 0.9557 37.1072 0.8696 1.0083 11.7829 8.0 0.1326 0.5549 35.2789 0.6572 1.3383 11.5109 9.0 0.1560 0.4058 31.0874 0.3151 1.4633 10.9728 10.0 0.3808 1.0541 39.7097 1.0980 1.0076 12.2150 11.0 0.0564 1.0910 44.3302 1.6210 1.1477 13.1366 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 23 -12.0 0.2881 1.0954 41.6027 1.2897 1.0372 12.5667 13.0 0.2853 1.1182 41.9376 1.3249 1.0327 12.6324 14.0 0.5797 0.7738 29.3788 0.3511 1.0045 10.7838 15.0 0.2172 0.3304 26.3674 0.0193 1.5404 10.4881 16.0 0.3149 0.8072 36.6632 0.8218 1.1101 11.7145 17.0 0.3555 1.1020 40.7738 1.2010 1.0065 12.4086 18.0 0.4053 0.9352 37.3542 0.8888 1.0286 11.8215 19.0 0.2734 0.5341 31.3971 0.3918 1.2608 11.0089 20.0 0.2970 0.9596 39.5474 1.0838 1.0699 12.1864 對比 20 組數(shù)據(jù)，找出安裝中心距 最接近整數(shù)的一組，即第 19 組數(shù)據(jù)，得到設計a計算結(jié)果：外齒輪的分度圓直徑為： 65.0000 mm內(nèi)齒輪的分度圓直徑為：85.0000 mm傳動中心距： 11.0089 mm變位系數(shù) x1= 0.2734 x2= 0.5341 少齒差傳動嚙合角為： 31.3971 度齒輪傳動的重合度為： 1.2608 齒輪傳動的不重迭干涉系數(shù)為： 0.3918 外齒輪的齒頂壓力角為： 35.2527 度內(nèi)齒輪的齒頂壓力角為： 12.3051 度4.3.3 精確計算齒輪副的幾何參數(shù)（1） 取安裝中心距 =11mm，則可根據(jù) ，算出嚙合角 。aacoss032.11arco中心距分離系數(shù) 2.0m（2） 根據(jù)公式 kkinvta則 0149.2tn陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 24 -0619.1832tantan iv根據(jù)公式 t21 zxii得 =0.258312x可取 =0.2748， =0.5331。1x（3） 根據(jù)公式 = + = inv2citan2czx2tc算出 = 0.0925 ，切削嚙合角i2c 36.52c插齒中心分離系數(shù) =0.382c)1cos(21z（4） 齒頂降低系數(shù) = =0.094812xc748.03.全齒高 = mmmhga)(*1 76.95)8(= mmc2 021齒頂高 = mmxa)(1*1.4)802740(= mmmhc22 659.38. 齒根高 = mm11af 6976.mm22f4.2.0（5） 分度圓直徑 mm531mzdmm872齒頂圓直徑 mm.411aahmm22d齒根圓直徑 mm8.511ffmm02ffh節(jié)圓直徑 6.3cos1db陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 25 -3.12cos21db（6） 重合度 = )tan(t)tan(t 22 zz 918.72= 1.26 （符合 ）齒頂不相碰 （符合 ）rGa12 4.18.71748. 0G齒廓不重迭干涉 =s )()()( 22zinvzinvzainv其中 ，1834.02co11ar3.791，.s22a.621ainv091.t12 342a則 0619.)7()180.6.(7)18043.96.0(13 sG（符合 ）sG綜上所述，齒輪副幾何尺寸符合要求。4.4 零件材料的選用在機械零件產(chǎn)品的設計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能是否能夠適應零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。因此如何選擇和使用適當?shù)慕饘俨牧鲜且豁検种匾墓ぷ?。本設計中主要用到了以下幾種材料：（1） 齒輪材料齒輪是齒輪泵核心部分，若齒輪材料選用不當，則會使齒輪過早損傷，甚至失效。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應力，齒根部有最大彎曲應力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效。因此要求齒輪材料要有較高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時要對材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強度不夠高，淬陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 26 -透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。40Cr 具有良好的淬透性經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有高的力學性能，回火穩(wěn)定性高；一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。適用于制造截面尺寸較大而又需高強度和高韌性的零件，如后橋半軸、軸、偏心軸、齒輪軸、齒輪、連桿以及汽輪機有頭部件。所以本設計中的齒輪和齒輪軸的材料選用 40Cr。（2） 滑動軸承材料由于鑄造銅合金 ZCuSn10Pb1 硬度高，耐磨性極好，不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象，有較好的鑄造和切削加工性能，在大氣和淡水中有良好的耐蝕性?？捎糜诟哓摵珊透呋瑒铀俣认鹿ぷ鞯哪湍チ慵?，如連桿、襯套、軸瓦、齒輪、蝸輪等。本設計中的滑動軸承需要較好的耐磨性，故選用 ZCuSn10Pb1。（3） 銷和墊圈材料碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215 塑性大，抗拉強度低，易焊接。用于制造爐撐、鉚釘、墊圈、開口銷等。由于本設計中對導銷、止動銷的力學性能要求不高，所以導銷、止動銷的墊圈的材料可以選用 Q215。（4）月牙板和浮動側(cè)板材料碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235 有較高的強度和硬度，延伸率也相當大，耐磨性較好，用途很廣，是一般機械上的主要材料，能滿足本設計中月牙板和浮動側(cè)板的性能要求，故選用此材料。（5） 泵體和軸承座材料灰鑄鐵 HT200 屬于高強度鑄鐵，用于中等負荷和對耐磨性有一定要求的零件，且價格相對便宜?？捎糜跈C床床身、立柱、飛輪、汽缸、泵體、軸承座、活塞、齒輪箱、閥體。本設計中泵體選用這種材料。（6） 泵蓋材料灰鑄鐵 HT150 屬于中等強度鑄鐵，用于一般鑄件，如機床座、端蓋、皮帶輪、工作臺等。價格便宜，且能滿足設計中泵蓋的性能要求，故泵蓋選用此材料。（7） 螺栓材料優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45 用于強度要求較高的零件，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。本設計中螺栓的力學性能要求未知，故選用 45 鋼為螺栓材料。（8） 密封元件材料陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 27 -本設計選用密封圈類型有 O 形密封圈和旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈。其中 O 形密封圈用于軸承座與泵體和泵蓋之間的密封，旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈用于齒輪軸與泵蓋之間的密封。密封元件的材料選用橡膠。4.5 繪制總裝圖以及各零件圖根據(jù)所得的齒輪副幾何尺寸繪制漸開線齒輪，內(nèi)齒輪為齒圈，外齒輪為齒輪軸；由內(nèi)、外齒輪的齒頂圓相交而成月牙隔板，適當削去月牙隔板兩端的尖角；結(jié)合所設計的浮動側(cè)板、滑動軸承、軸承座，確定齒輪軸的最大直徑和長度；然后結(jié)合以上零件設計泵體和泵蓋；最后繪出總裝圖。根據(jù)零件的尺寸選用合適的螺釘及密封元件尺寸。零件具體形狀及尺寸請見設計零件圖。5.內(nèi)嚙合齒輪泵排量和瞬時流量的計算5.1 內(nèi)嚙合齒輪泵主要性能參數(shù)內(nèi)嚙合齒輪泵的主要性能參數(shù)有：壓力 P、排量 V 和流量 q、轉(zhuǎn)速 n、功率 N 和效率 等。（1） 壓力齒輪泵的工作壓力是指它的輸出壓力，即泵出口處的油液為了克服阻力所必需建立的壓力。它隨阻力的增大而升高，隨阻力的減小而降低。所以，在一定程度上來說，齒輪泵的工作壓力取決于外負載的大小。（2） 排量、流量和容積效率齒輪泵的排量是指，在無泄露的情況下，泵軸每轉(zhuǎn)一周，泵所排出的油液的容積。它的大小完全取決于泵密封工作容積的大小。齒輪泵的流量分為理論流量 與實際流量 。理論流量 是指，在不考慮泄露情況tqqtq下的流量，它取決于泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)速，即(5-1)tqnV泵的實際流量 是指，泵在工作時的輸出流量，這時的流量必須考慮到泵的泄露。泵的泄露損失，通常用容積效率來表示，對于齒輪泵其容積效率等于實際流量與理論流量之比。即(5-2)%10vq陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 28 -（3） 轉(zhuǎn)速為了保證齒輪泵正常工作，驅(qū)動泵的原動機的轉(zhuǎn)速應與泵的額定轉(zhuǎn)速相適應。齒輪泵的額定轉(zhuǎn)速是指在額定功率輸出情況下，正常連續(xù)工作情況下的轉(zhuǎn)速。這個轉(zhuǎn)速應基本保持恒定，再高將使泵吸油不足而產(chǎn)生氣穴，再低將使其相對漏損增加，容積效率降低，影響齒輪泵的正常工作。由于上述因素，故對泵的轉(zhuǎn)速有一定的限制。（4） 齒輪泵的功率和效率齒輪泵是電機或其他原動機帶動旋轉(zhuǎn)的，所以它的輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量，如果齒輪泵在能量轉(zhuǎn)換過程中沒有能量損失，則其理論功率為液壓泵的輸出壓力與理論流量的乘積。實際上，齒輪泵在能量轉(zhuǎn)換過程中是有各種損失的，主要包括容積損失和機械損失。容積損失是指液壓泵流量上的損失，機械損失是指齒輪泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。本設計只需算出內(nèi)嚙合齒輪泵的近似排量。5.2 內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算目前，內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算基本依照以下公式(5-3)12)()(221211 jtRhhRBV式中 齒寬外齒輪節(jié)圓半徑1內(nèi)齒輪節(jié)圓半徑2R齒輪基節(jié)jt外齒輪齒高1h內(nèi)齒輪齒高2陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 29 -圖 5.1 輪齒排油最大值從公式可以看出，依據(jù)此公式計算內(nèi)嚙合齒輪泵的排量比較繁瑣且物理意義不明確。我們可以尋求一個較簡捷且物理意義明確的計算公式。根據(jù)內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理，在其工作過程中，當外齒輪的輪齒頂點到達兩個輪齒齒頂圓的交點時，該齒開始排油。當外齒輪和內(nèi)齒輪處于圖 5.1 中所示的陰影位置時，該齒排油結(jié)束并且排油量最大。由排量定義可得其計算公式：(5-4)_(21zzABV式中 外齒輪齒數(shù)1z、 齒數(shù)的有效工作齒的截面積zA2z圖 5.2 環(huán)形面積根據(jù)上面的幾何關系，內(nèi)嚙合齒輪泵的排量可近似等于齒輪副好環(huán)形面積(圖 5.2)與齒寬的乘積，即陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設計- 30 -(5-5)(21RBVa又因為， ，所以21(5-6)(21a式中 變位后的中心距，即安裝中心距a代入數(shù)據(jù)得： mm3/r cm3/r182)874.0(.322V 8.15.3 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬時流量的計算目前，內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計算基本依照以下公式(5-7)1()(2 22211 fRhhRBqsh 式中 外齒輪角速度1嚙合點到節(jié)點的距離f只需知道每個瞬時嚙合點到節(jié)點的距離 ，根據(jù)公式即可計算出齒輪泵的瞬時流量。f由于齒輪泵瞬時流量變化太快，目前還沒有一種流量計能準確反映其變化。6.結(jié)束語內(nèi)嚙合齒輪泵由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，重量輕、壓力脈動和噪聲小的特點，因此采用內(nèi)嚙合齒輪泵作為泵源比較合適，主要應用于對技術要求較高的各類液壓機械上。本文從工程實際需要以及齒輪泵的工作原理出發(fā)，先進行齒輪副的幾何計算；再進行漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設計，并選擇合適的零件材料；最后進行內(nèi)嚙合齒輪泵排量的近似計算。但是由于齒輪泵瞬時流量變化太快，目前還沒有一種流量計能準確反映其變化，因此，還需在這方面進行深入研究。同時希望我的工作能給國內(nèi)同行在進行內(nèi)嚙合齒輪泵的研究時提供一定的參考和借鑒。畢業(yè)設計是在我們學完了大學的全部基礎課以及專業(yè)課之后，對所學各課程的一次綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。使我們提高了處理問題以及對資料的合理運用能力，并使我們能夠熟練使用計算、繪圖軟件。對我們進行了一次全方面的訓練。