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齿轮泵设计

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1 1绪论

1.1研究意义

双联齿轮泵的结构和工艺在各类液压泵中较为简单，其价格较低 ，在齿轮泵中具有价格优势，其可靠性较稳定，能够提供安全的使用环境，其寿命较长，在对小型企业以及个体用户方面具有优势，抗污染以及自吸能力等方面都有很强的优势，综上优势及用处，在液压传动与控制技术中，大部分场合都用齿轮泵，广泛用于机床、轻工、农林、冶金、矿山、建筑、船舶、飞机、汽车、石化机械等机械产品的液压系统中。但是双联齿轮泵也有其不足之处：流量和压力脉动较大，易造成较大的震动，动态性能差，噪声较大，在人的使用环境中不具备优良性，且高温效率低。其中流量脉动而导致的振动缺陷是最为严重和突出的，它严重制约着齿轮泵的发展和进步，因为泵的流量脉动比较大，振动现象较为严重，振动不仅会降低液压缸的稳定性，同时振动现象还会导致液压马达的回转的均匀性降低，而且会引起压力脉动，进而通过连接处振动的传递使管道、阀门乃至整个系统振动，特别是当各个零部件共振时特别明显，可能会导致各个零部件间隙增大，载荷增大，使零部件之间磨损加剧并可能导致破坏，并且振动时发出很强的噪声，这会严重影响轴、轴承、管接头及密封性。而内啮合齿轮泵结构相较于外啮合齿轮泵更为紧凑，内啮合的齿轮尺寸也会更小，重量轻，并且由于内啮合齿轮泵的两个齿轮同向旋转，相对速度较小磨损较为轻微，所以它的使用寿命更长，流量脉动更是远比外啮合齿轮泵小，所以它的噪声和压力脉动都比较小。所以内啮合齿轮泵允许使用较高的转速，可获得较高的容积效率。但是内啮合齿轮泵同样存在着径向压力不平衡的问题，限制了其工作压力的进一步提高。双联齿轮泵相较于普通齿轮泵能够提供更大的流量输出及压力，适用于工业油质液体输送，并且双联齿轮泵由两个单齿轮泵组合而成，压力及流量输出的范围相较于普通齿轮泵更广泛。

1.2研究现状

由于齿轮泵在液压系统中应用广泛，因而，吸引了大量学者对其进行研究。目前为止，国内外学者关于齿轮泵的研究设计主要集中在以下方面：

（1）齿轮参数及泵体结构的优化设计；

（2）齿轮泵间隙优化及补偿技术；

（3）困油冲击及卸荷措施；

（4）齿轮泵流量品质研究；

（5）齿轮泵的噪声控制技术； 2 （6）齿轮表面涂覆技术；

（7）齿轮泵的变量方法研究；

（8）齿轮泵的寿命及其影响因素研究；

（9）齿轮泵液压力分析及其高压化的途径；

（10）水介质齿轮泵基础理论研究。

提高齿轮泵的工作压力是目前齿轮泵所面临的一个重要难题，而要想办法提高齿轮泵的工作压力所带来的问题是：

（1）轴承寿命大大缩减；

（2）泵泄露加剧，容积效率下降。

产生以上这两个问题的根本原因在于齿轮在高速转动时产生了作用在齿轮轴上的不平衡径向液压力，并且随着工作压力增高，所产生的径向液压力也会越来越大。

现如今，国内外学者针对以上两个问题所进行的研究是：

（1）对齿轮泵的径向间隙进行补偿；

（2）减小齿轮泵的径向液压力，如对齿轮参数进行优化，为保证内部压力差不是太悬殊将排液口尺寸缩小等；

（3）采用特殊材料和合适轴承型号以提高轴承承载能力，如采用复合材料滑动轴承代替滚针轴承等。

但是这些措施都没从根本上解决问题。

1.3齿轮泵以及双联齿轮泵结构原理

外啮合齿轮泵结构原理如图1-1

图1-1外啮合齿轮泵结构原理图

如图1-1，齿轮Ⅰ为电动机驱动的主动齿轮，齿轮Ⅱ为从动齿轮，下方为进油口，上方是出油口，当电动机转动时，带动齿轮Ⅰ如图所示顺时针转动，接着 3 齿轮Ⅱ随着主动齿轮Ⅰ转动而转动，方向如图所示逆时针转动，下方齿轮逐渐脱离啮合，局部容积变大，压力逐渐减小，与进油口压力形成压力差，导致外部液体流入齿轮泵，液体进入齿槽与壳体的间隙中，由齿轮带动向出油口流动，当到达出油口时，齿轮逐渐啮合，局部容积变小，此时压力变大，相较于出油口形成压力差，液体直接压出出油口，当两侧齿轮不断旋转时能源源不断地提供压力差，齿轮泵便不断地进行进油和排油，这就是齿轮泵的工作原理。双联齿轮泵结构原理图如图1-2

图1-2 双联齿轮泵结构原理图

1.平键 2.前泵主动齿轮轴 3.前泵盖 4.前泵体 5.中间体 6.密封圈 7.轴套 8.后泵后盖 9.后泵主动齿轮轴 10.内花键 11.外花键 12.侧板 13.后泵主动齿轮轴 14.后泵体 15.从动轴孔隙 16.主动轴孔隙 17.前泵从动齿轮轴 18.止口

如图为双联齿轮泵结构原理图，双联齿轮泵由两个普通齿轮泵串联而成，由联轴器连接前后齿轮泵的齿轮轴，当电动机转动驱动主动齿轮轴时，前后齿轮泵随之旋转，内部齿轮旋转，啮合处形成压力差，将液体进行加压与输送。双联齿轮泵的内部两个齿轮泵共用一个出口，但是两个出口是相互独立的，内部每个单齿轮泵工作原理与普通齿轮泵原理大相径庭，双联齿轮泵是将电动机的机械能转换成液体压力能的元件。

1.4主要研究内容和方法

根据双联齿轮泵的工作原理及其结构要求等方面的要求，设计合理的齿轮啮合数和结构形态，再根据其参数所需的强度等方面的要求，选择合适的材料。最 4 后需要对其设计结构及强度进行理论试验校核。

首先查阅相关资料及书籍以加深对设计内容、原理及步骤的掌握与了解，明确设计条件；接着对所设计课题进行选型及工艺设计计算；然后齿轮泵的各种零件设计及强度计算编写设计说明书；最后用AutoCAD绘图软件绘制出装配图及必要的零件图。 5 2双联齿轮泵齿轮参数设计与校核

本次设计所需参数如下表2-1

表2-1双联齿轮泵给定参数

额定排量 额定压力

80mL/r

40mL/r 20MPa

16MPa

2.1材料选择

由设计所给的参数并根据《液压传动》表3-2压力分级可知，如下表2-2

表2-2 压力分级

压力等级 低压 中压 中高压 高压 超高压

压力/MPa 0~2.5 2.5~8 8~16 16~32 32

资料来源：参考文献[5]

所给双联齿轮泵内部前后齿轮泵压力分别为20MPa和16MPa，属于高压齿轮泵。再根据《机械设计基础》表11-1常用的齿轮材料及其力学性能选取40Cr调制处理，其基本参数如下表2-3

表2-3 40Cr力学性能

材料牌号 热处理方式 硬度 接触疲劳极限

MPaH/lim 弯曲疲劳极限

MPaFE/

40Cr 调制 217-286HBS 650~750 560~620

资料来源：参考文献[10]

2.2齿轮参数设计

2.2.1 径向力分析

2.2.1.1沿齿轮圆周液体压力所产生的径向力Fp

在齿轮泵中，由于高压腔和低压腔存在着压力差，并且泵体的内表面与齿轮泵的齿顶之间存在着径向间隙，可以大致认为高压腔压力分级呈阶梯下降到吸油腔的压力。其径向压力分布如下图2-1、2-2所示： 6 图2-1 齿轮圆周径向液压力的分布曲线图

图2-2 齿轮圆周的压力曲线展开图

同步齿轮泵相对于普通外啮合齿轮泵而言，同步齿轮承受圆周液体压力所产生的径向力Fp，且两齿轮参数相同，从动轮和主动轮的径向液压力是相同的。公式为：

0xF （2-1）

11sin1BRpFaHy （2-2）

式中

HP——高压腔压力

aR——齿顶圆半径 7 B——齿宽

1——吸液区区间角，一般取1=4/

“—”——表示压力指向y轴负方向

2.2.1.2 由齿轮啮合产生的径向力FT

同步齿轮泵传动齿轮承受齿轮啮合产生的径向力FT，其受力分析如下图：

图2-3 直齿圆柱齿轮传动的作用力

其中，各项力的公式如下：

costan2tntrtFFFFdTF法向力径向力圆周力

根据受力分析，可以得到：由啮合力所产生的径向力的方向在两齿轮的中点的连线上，且啮合力承担了轴上的扭矩，分担了同步齿轮的压力。

2.2.2前泵齿轮参数选取及计算

2.2.2.1选择齿数Z

在选择齿轮泵的齿数时，需要考虑其噪声和体积等因素，并且要求保证流量脉动系数Q不能太大，所以一般要求最小齿数minZ≧8；在对流量均匀性要求高的场合一般Z选取14~30；而在对流量均匀性要求不太高的场合一般Z选取9~15，且该齿轮数的齿轮泵可以做到体积较小。近年来，由于人们对工作环境的要求越来越高，齿轮数较少的齿轮泵因为脉动较大，所以噪声也相对较大，不利于工作环境的改良和对人们身心健康，所以在允许的范围内一般以黄金分割法选择齿数。本齿轮Z取26。 8 2.2.2.2选择模数m和齿宽B

根据齿轮泵几何排量公式ZBmkqBV22；齿宽B增大对几何排量BVq有利，并对容积效率的提高也有很大帮助，但是齿宽B过大则会导致齿轮轴和轴承载荷过大，所以要选择合适的齿宽，齿宽一般可根据模数m大小确定，即

mBmB)8~6( （2-3）

式中 mBB/。

在这里B取7，选择B后，可确定模数m，即

32ZBkqmBV （2-4）

式中k为修正系数，一般k=1.06~1.15，Z小时取大值，Z大时取小值。这里取k=1.10，Z=26。

分别将上述数据代入公式2-4得

99.372614.310.12800003m

将m进行标准化，取m=4，7B，所以B=28mm。

泵排量校核

%58.100801028162614.310.12102332BvqBZmk （2-5）

误差小于5%，排量校核合格。

本设计中齿轮选用正常齿制，由《机械设计基础》表4-2查知：

表2-4 渐开线圆柱齿轮的齿顶高系数和顶隙系数

正常齿制 短齿制

ah 1.0 0.8

c 0.25 0.3

资料来源：参考文献[10]

齿顶高系数ha*=1.0，c*=0.25，分度圆压力角20

计算如下：

齿顶高ah

mmmhhaa5 （2-6）

齿根高fh

mmmchhaf25.65)25.00.1()( （2-7）

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齿轮泵体加工工艺及夹具设计

齿轮泵体加工工艺及夹具设计

齿轮泵体加工工艺及夹具设计

齿轮泵体作为齿轮泵的重要组成部分，经常承受较大的工作负荷，因此其制造质量和加工工艺是影响齿轮泵质量和使用寿命的重要因素之一。

1.材料选择

齿轮泵体通常采用优质灰铸铁或钢铸件，以保证其强度和耐用性能。对于某些要求更高的场合，可采用黄铜、不锈钢等材料进行制造。

2.工艺流程

齿轮泵体的加工涉及到数种不同的工艺流程，包括模具制造、铸造、初精加工、主要加工、热处理和次精加工等，其中热处理和次精加工对于提高齿轮泵体的强度和质量起到至关重要的作用。

（1）模具制造

模具制造是齿轮泵体加工的第一步，模具的制造质量将直接影响到后续步骤的加工质量。对于大型齿轮泵体，常用的模具制造方式是采用砂模铸造，而对于较小的齿轮泵体，则可以采用钢制模具进行制造。

（2）铸造

铸造是齿轮泵体制造的重要步骤，铸造质量直接关系到齿轮泵体的强度和耐用性能。在铸造过程中，要注意浇注温度、浇注压力和铸模和铁水的配比，以保证铸件的整体质量和强度。

（3）初精加工

初精加工是将铸造好的齿轮泵体进行初步加工，使其基本符合要求的步骤。该步骤主要包括锯床切割、切削刨平、光洁研磨等加工方法，以确保齿轮泵体的几何形状和表面质量符合要求。

（4）主要加工

（5）热处理

热处理是齿轮泵体制造的关键步骤，通过调整铸件的结构和力学性能，以提高其强度、硬度和耐腐蚀性能。热处理方式包括淬火、回火、正火、拉伸等多种方法，不同的方式对应不同的热处理效果。 夹具是加工过程中起到固定、定位和加工辅助作用的工具，齿轮泵体加工夹具的优劣将直接影响到齿轮泵体的加工精度和质量。齿轮泵体加工夹具的设计需要充分考虑齿轮泵体的结构特点、加工工艺和工作条件。

1.定位要准确

齿轮泵体加工夹具需要具有精准定位功能，以保证齿轮泵体加工时的几何精度和相对位置精度。定位方式应该尽可能简单可靠，且不影响加工工件的表面质量和加工精度。

齿轮泵设计

齿轮泵设计

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UG实训设计报告

——齿轮泵的设计

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指导老师：

时间：

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一、 从动轴

从动轴零件图如图所示：

1.、新建文件

单击菜单栏中“文件”→“新建”命令，或单击“标准”工具栏中的(新建)按钮，在“模板”列表框中选择“模型”选项，在“名称”文本框中输入“congdongzhou”，单击“确定”按钮，进入UG主界面。

2、创建圆柱体特征

（1）、单击菜单栏中的“插入”→“设计特征”→“圆柱体”命令，打开如图1所示的“圆柱”对话框，数据如图1所示，其它选项默认。

3、倒斜角

----精品---- （1）、选择菜单栏中的“插入”→“细节特征”→“倒斜角”命

令，打开如图所2所示的对话框。

1

图1 图2

（2）、数据如图所示，选择圆柱体上、下表面的边，点击“确定”按钮。

二、填料压盖

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1.、新建文件

单击菜单栏中“文件”→“新建”命令，或单击“标准”工具栏中的(新建)按钮，在“模板”列表框中选择“模型”选项，在“名称”文本框中输入“tianliaoyagai”，单击“确定”按钮，进入UG主界面。

2

2、创建草图

（1）、单击标准工具栏中的（草图）按钮，或选择菜单栏中的“插入”→“草图”命令。进入如图3所示对话框，默认选项，点击“确定”按钮。

图3

----精品---- （2）、创建如图4所示草图，数据如图所示，点击“完成草图”按钮。

3、拉伸

（1）、选择菜单栏中的“插入”→“设计特征”→“拉伸”命令，或单击“特征”工具栏中的（拉伸）按钮，打开如图4所示的对话框。

（2）在绘图窗口中选择草图的外边框拉伸，数据如图5所示，Z轴为指定矢量，点击“确定”按钮。

图4 图5

（3）、同理对直径5，32和22的圆拉伸，数据分别如图6、7、8所示。

外啮合齿轮泵结构设计

外啮合齿轮泵结构设计

外啮合齿轮泵结构设计

外啮合齿轮泵（External Gear Pump）是一种常见的液压泵，通过两个啮合的齿轮在泵内形成密闭的腔室，从而将液体从入口吸入并推送至出口。以下是外啮合齿轮泵的基本结构设计要点：

1. 齿轮设计：

- 齿轮是外啮合齿轮泵的核心部件。通常有两个齿轮，分别为驱动轮和从动轮。

- 齿轮的齿数、齿形、齿廓等设计要考虑泵的流量、压力等工作参数，以及制造成本和效率。

2. 泵壳设计：

- 泵壳通常是由两个相互啮合的齿轮和泵体组成的，泵体内形成密闭的工作腔室。

- 泵壳的设计要保证齿轮可以顺畅地旋转，并确保泵的密封性能，防止液体泄漏。

3. 轴设计：

- 泵的驱动轴连接到驱动源（如电机），从而带动齿轮旋转。轴的设计要考虑承受的扭矩和转速等因素。

4. 轴承和密封：

- 使用高质量的轴承以减少摩擦损失，并确保泵的长期稳定运行。

- 采用有效的密封系统，以防止液体泄漏，提高泵的效率。

5. 入口和出口设计：

- 入口和出口的设计要使得液体能够顺畅地进入和离开泵。

- 出口处通常需要安装阀门，以控制流量和维持压力。

6. 冷却系统：

- 对于高功率或长时间运行的泵，可能需要考虑冷却系统，以确保泵的温度处于安全范围内。

7. 材料选择：

- 泵的关键零部件应选用适当的耐磨、耐腐蚀的材料，以确保泵的寿命和性能。

8. 防振和减噪：

- 采用适当的设计和制造工艺，以降低泵的振动和噪音水平。

设计一个高效可靠的外啮合齿轮泵需要深入了解液体性质、工作条件和系统要求，同时结合工程经验和先进的制造技术。这样设计出的泵在各种工业应用中都能够发挥优越的性能。

齿轮泵设计课程设计

齿轮泵设计课程设计

齿轮泵设计课程设计

一、教学目标

本课程的教学目标是使学生掌握齿轮泵的基本设计原理和方法，能够运用相关知识对齿轮泵进行设计和分析，提高学生的工程实践能力和创新能力。具体来说，知识目标包括了解齿轮泵的工作原理、结构特点和设计方法，掌握齿轮泵的主要参数计算和选择方法，了解齿轮泵的制造和加工工艺。技能目标包括能够运用CAD等软件进行齿轮泵的辅助设计，能够进行齿轮泵的实验操作和数据分析。情感态度价值观目标包括培养学生的工程责任感，提高学生对齿轮泵设计和制造的兴趣，培养学生的团队合作意识和创新精神。

二、教学内容

本课程的教学内容主要包括齿轮泵的工作原理、结构特点和设计方法，齿轮泵的主要参数计算和选择方法，齿轮泵的制造和加工工艺，以及齿轮泵的实验操作和数据分析。具体来说，包括齿轮泵的分类和应用范围，齿轮泵的工作原理和结构特点，齿轮泵的设计方法和步骤，齿轮泵的主要参数计算和选择方法，齿轮泵的制造和加工工艺，齿轮泵的实验操作和数据分析。

三、教学方法

本课程的教学方法主要包括讲授法、案例分析法、实验法和讨论法。通过讲授法，使学生掌握齿轮泵的基本设计原理和方法；通过案例分析法，使学生能够运用所学知识对实际问题进行分析和解决；通过实验法，使学生能够进行齿轮泵的实验操作和数据分析；通过讨论法，使学生能够进行团队合作和交流，提高学生的创新能力和解决问题的能力。

四、教学资源

本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。教材和参考书主要用于提供理论知识和设计方法，多媒体资料主要用于展示齿轮泵的图像和动画，实验设备主要用于进行齿轮泵的实验操作和数据分析。此外，还可以利用网络资源，如学术论文和专利资料，进行拓展学习和研究。

五、教学评估

本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。平时表现主要评估学生的课堂参与、提问和团队协作等情况，占总评的20%。作业主要包括课堂练习和课后作业，占总评的30%。考试包括期中考试和期末考试，占总评的50%。此外，还可以根据学生的实验报告和设计作品进行评估。所有评估方式均应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。