２０１５年１月
第４３卷第１期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊａｎ ２０１５
Ｖｏｌ ４３Ｎｏ １
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ ０１ ０３１
收稿日期：２０１３－１１－１８
基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７５３１４）； 十二五 国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＦ０２Ｂ０１）
作者简介：曹录海（１９８５ ），男，硕士研究生，研究方向为基于集成创新技术的混凝土泵车再制造设计研究三Ｅ－ｍａｉｌ：
８２７７８３５０９＠ｑｑ ｃｏｍ三
基于Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的齿轮泵轮齿有限元分析
曹录海，任工昌，翁涛
（陕西科技大学机电工程学院，陕西西安７１００２１）
摘要：利用ＰＲＯＥ建模，利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对齿轮泵进行静力有限元分析，计算出齿轮在工作过程中的应力二应变及变形等的大小和分布三结果表明：可以通过倒角二增大齿根圆角半径减小应力集中；减小齿顶圆半径使齿轮结构更加紧凑，增加齿厚减小齿顶变形三分析结果为齿轮泵在工作过程中提高齿轮的使用寿命二防止轮齿的断裂及对齿轮作合理的处理等提供参考三
关键词：齿轮；Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；ＰＲＯＥ；有限元分析
中图分类号：ＴＨ１１４一一文献标志码：Ａ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１５）１－１２７－３
ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｅａｒＰｕｍｐＧｅａｒＢａｓｅｄｏｎＷｏｒｋｂｅｎｃｈ
ＣＡＯＬｕｈａｉ，ＲＥＮＧｏｎｇｃｈａｎｇ，ＷＥＮＧＴａｏ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｘｉ ａｎＳｈａａｎｘｉ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
一一Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＲＯＥｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＥＡ）ｏｆｔｈｅｇｅａｒｐｕｍｐｗａｓｄｏｎｅｂｙｕｓｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，ａｎｄｔｈｅｓｉｚｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅａｒｉｎｔｈｅｗｏｒｋｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｒｏｕｇｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｄｅｄｅｎｄｕｍｃｉｒｃｌｅｒａｄｉｕｓａｎｄｃｈａｍｆｅｒ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｏｏｔｈｔｏｐｃｉｒｃｌｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｇｅａｒｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｍｏｒｅｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｔｏｏｔｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｈｅｔｏｏｔｈｔｏｐｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｇｅａｒｐｕｍｐｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｏｒｋｉｎｇｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｇｅａｒ，ｐｒｅｖｅｎｔｔｏｏｔｈｆｒａｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｏｍａｋｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒｇｅａｒ，ａｎｄｅｔｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅａｒｓ；Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；ＰＲＯＥ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ
０一前言
泵是用来输送液体的机械，它把原动机（一般为电机）输出的机械能转变为液体的能量，即液体的位能二动能和压力能，使液体可以从低处流向高处；从低压的地方流到高压的地方；或使液体获得一定压力能，用于驱动液压机械等三它是使用广，数量和类型众多的一种通用机械三
齿轮泵以其体积小二质量轻二结构简单二制造方便二价格低二工作可靠二自吸性能较好，对油液污染不敏感二维修方便等的优点更是得到广泛的使用三但是齿轮泵在工作时，由于排油腔和进油腔的油液压力不同，导致齿轮在两腔室受力不同，产生径向不平衡力三此力作用在回转的齿轮上，对齿轮的齿顶二齿根及轴孔造成相当大的影响三
１一齿轮泵介绍１ １一齿轮泵的分类
按啮合形式分为：外啮合齿轮泵二内啮合齿轮泵三
按齿形曲线分为：渐开线齿轮泵二摆线齿轮泵三按齿面分为：直齿齿轮泵二斜齿齿轮泵二人字齿
齿轮泵三
１ ２一齿轮泵工作原理
图１为外啮合齿轮泵的工作原理图，齿轮泵的主要工作部件为一对互相啮合的齿轮，主动齿轮和从动齿轮安装在泵体上的两根齿轮轴上三主动齿轮和从动齿轮都做成具有相同的形状和大小，主动齿轮用键固定在一根穿出泵体端盖的主动轴上，由原动机带动其回转三啮合着的牙齿将泵腔分成两个密封的腔室进油腔和出油，而这两个腔室又分别和各自的吸入管口及排出管口相通［１］三吸油腔啮合的牙齿逐渐退出啮合，于是密闭的腔室容积逐渐增大，腔室内的压力降低，产生局部真空，将吸入管内的油液吸入到进油腔室三被吸入到齿间的油液将随着齿轮的回转，沿着泵体的内侧壁带动到出油腔室，出油腔牙齿逐渐进入啮合，将齿间的油液挤出，出油腔腔室的容积逐渐减小，压力增大，达到排出压力时，油液就从压油管挤出三这样随着齿轮不断的回转，在Ａ腔室按顺序有一对牙齿退出啮合，而在腔室Ｂ则按顺序有一对牙齿进入啮合，齿轮泵就能连续不断地从吸入口吸入低压油液，从排出口排出高压油液三