高压往复泵齿轮传动系统设计及其受力分析

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
高压往复泵齿轮传动系统设计及其受力分析
以高压往复泵齿轮传动系统为分析对象，考虑柱塞运动过程中的实际受力情况，结合VB 编程技术对采用人字齿轮传动装置的曲轴和电机轴结构及其驱动柱塞运动的曲柄滑块机构进行了准确的受力分析与强度校核. 完成了分析计算软件系统，并进行了样机各传动部件的强度校验。

引言
往复泵是一种高效节能的流体输送设备，在石油开发、水利水电、矿山
开采等领域起着重要的作用。

往复泵利用工作腔容积的周期性变化输送高压流体，通常由动力端与液力端两部分组成；液力端把机械能转换为液体的压力能，而动力端则将原动机的能量传给液力端。

动力端主要由曲柄、连杆和十字头等部件组成，其实质相当于多个曲柄滑块机构，十字头即为滑块. 曲轴是往复泵中的关键部件，其几何形状复杂，工作中承受着强烈的交变载荷，应力集中现象严重，极易发生疲劳破坏，在高压情况下，往复泵中采用正偏置结构的曲柄滑块机构可减小十字头与导板的正压力和摩擦力，从而延长两者的寿命; 而动力端的曲柄滑块机构中各杆件尺寸的不同组合将直接影响往复泵的动力性能。

因此，结合本文具体的高压往复泵传动系统结构进行分析和设计是十分必要的。

1、传动系统受力分析
1. 1、传动方案
该高压往复泵传动系统主要由输入轴1、曲柄轴2、连杆3 和柱塞4 等几部分组成，如为了获得需要的流体流量控制方案，通过合理的选择输入轴1 和曲柄轴2 上的两对斜齿轮传动的传动比来控制曲柄轴的转动速度，这两对斜。

高压齿轮泵结构原理
高压齿轮泵主要由三部分组成：齿轮、泵体、泵盖。

齿轮的齿根部分是渐开线齿轮，工作时，当压力油由进油口进入齿根，齿轮在齿根内向外滚动。

由于齿根部是渐开线，所以它的齿根部分始终是处于高压状态，在工作时承受着很大的压力。

泵体是一个圆筒形的筒状壳体，其上部设有泵盖。

泵盖上开设有进油孔、出油孔和泄油孔。

在泵的上面，还装有一对进油管口和出油管口。

泵盖与泵体之间是用一个弹簧片固定的，在弹簧片的另一端有一只止动环，当齿轮在齿根内向外滚动时，止动环就会自动地与泵盖止动环发生相对转动。

在泵的进油孔和出油孔之间还装有一个单向阀，它的作用是当泵停止工作时，使高压油从出油孔回流到泵盖和泵体之间。

单向阀上的阀盖上有两个通孔，一个用来固定止动环，另一个用来安装进油孔。

当齿轮在齿根内向外滚动时，止动环就会与齿轮啮合，泵内的高压油就会通过这个通孔流到泵的进油孔和出油孔中。

齿轮在工作时是不能随便拆开的，因为这会影响到泵的性能和寿命。

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高压往复泵，主要适用于石油、化工、化肥工业作为流程泵，油田、盐矿作为注水泵，钢管、压力容器作为试压泵、增压泵，建筑、造船、化工等工业的高压清洗除垢，锅炉给水、液压机械的传动源、以及食品、制药、仪表等需要高压流体且工艺流程脉冲要求高的部门。

市面上的高压往复泵种类众多质量价格层次不齐，怎么去选择呢。

下面跟大家介绍一下，希望对大家有所帮助。

一、工作结构原理。

高压往复泵是由电动机、联轴器、减速器、传动部分、泵头部分、公共底座等组成。

它是由电动机通过减速器、皮带传动或无级调速器，带动曲轴旋转，推动连杆经滑块〔十字头〕使柱塞作直线往复运动，在泵头进口阀的启闭作用下达到吸排液目的。

高压往复泵泵头材料可根据用户输送各种高压液体需要，采用锻造碳钢合金、不锈钢等，进出口阀座、阀套、阀片填料函、柱塞等主要过流部分采用2Cr13、不锈钢、非金属材料，阀球采用9Cr13、陶瓷、F46等材质。

隔膜泵的设计确保在输送苛刻、有毒、可燃或磨蚀介质时绝无泄漏，而不受各个领域不同要求的限制。

二、特点。

■模块化结构，结构紧凑，体积小，重量轻;■润滑性好，磨擦系数小，效率高;■动力端传动平稳可靠、噪音小;■组装形式:卧式、立式、固定式、移动式;■动力源:电动机、柴油机、太阳能;■减速机构型式:双斜齿轮式、蜗轮蜗杆式、减速机式、皮带轮式;■过流材料有合金钢、不锈钢、双相钢、钛、哈氏合金等。

■根据客户要求个性化设计。

德帕姆(杭州) 泵业科技有限公司成立于2003年，地处国家级经济技术开发区，注册资金5400万元, 占地面积：3.5万平方米，是一家集研发、生产、销售于一体的高新技术企业，主要产品有计量泵、高压往复泵、高压过程隔膜泵、气动隔膜泵、石油化工泵、成套化学加药装置、水处理设备、水汽取样装置、超临界流体设备等。

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2010年第1期总第227期中国农机化Chi nese Agr icult uralM echaniza ti onNo .1,2010TotalNo .227收稿日期:2009年4月23日 修回日期:2009年6月19日*基金项目:国家自然科学基金项目(50875118);兰州理工大学优秀青年教师资助项目彭斌,男,1976年生,新疆伊宁人,博士,兰州理工大学教师;研究方向为现代设计方法和涡旋机械。

张洪生,男,1962年生,甘肃武威人,兰州理工大学高级工程师、硕导;研究方向为石油矿产机械。

赵荣珍,女,1960年生,山东枣庄人,博士,兰州理工大学教授、博导;研究方向为故障诊断。

张力,女,1965年生,甘肃兰州人,兰州理工大学高级工程师、硕导;研究方向为石油矿产机械。

高压往复泵曲轴强度的有限元分析*彭斌1,2,张洪生1,2,赵荣珍1,2,张力1,2(1.兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,兰州市,730050;2.兰州理工大学机电工程学院,兰州市,730050)摘要:为了提升高压往复泵的设计开发水平,以三缸单作用高压往复泵为研究对象,通过对各机构的运动分析和部件的受力计算,得到了曲轴的载荷变化规律。

在P ro/E 中建立了曲轴的三维实体模型,采用有限元方法对三种危险工况下的曲轴强度分别进行了应力分析,获得了最大主应力、最小主应力和M ises 应力在曲轴上的分布规律,详细分析了各应力产生的原因及对曲轴强度的影响,有限元分析计算的结果为高压往复泵曲轴的设计研发提供了理论依据和技术支持。

关键词:往复泵;曲轴;强度;有限元分析中图分类号:T H 32 文献标识码:A do:i 10.3969/.j issn .1006-7205.2010.01.017彭斌,张洪生,赵荣珍,张力.高压往复泵曲轴强度的有限元分析[J].中国农机化,2010,(1):70~74PENG B i n ,Z HA NG Hong-sheng ,Z HAO R o ng-zhen ,Z HANG L.i FE M of hi gh press u re reciprocati ng pu m p cranksha ft i ntensi 2ty [J].Chi nese Agr icu lt ura lM echan i zati on ,2010,(1):70~740 引言近年来,高压往复泵的应用范围越来越广,为了适应各种不同的工作条件,泵的结构、材料和制造工艺等方面都发生了很大的变化,性能也需要进一步提高。

高压齿轮泵的工作原理高压齿轮泵是一种常用的液压传动装置，它的工作原理主要依靠齿轮的旋转来吸入和排出液体。

其结构简单，性能稳定，广泛应用于工程机械、冶金设备、船舶等领域。

高压齿轮泵由齿轮、泵体和传动装置组成。

齿轮是泵的核心部件，通常由主动齿轮和从动齿轮组成。

主动齿轮由电机驱动，从动齿轮通过齿轮传动与主动齿轮相连。

泵体是齿轮的容器，内部有吸入口和排出口，与齿轮配合形成密封腔。

高压齿轮泵的工作过程可以分为吸入、排出和密封三个阶段。

首先，当主动齿轮转动时，从动齿轮也会跟随转动。

在吸入阶段，泵体内的密封腔与吸入口相连，此时容器内的压力较低，液体会被吸入腔体中。

在排出阶段，随着齿轮的旋转，从动齿轮会将液体推向排出口，此时容器内的压力较高，液体会被排出腔体。

在密封阶段，吸入口和排出口之间的密封腔会被齿轮隔开，以确保液体不会倒流。

高压齿轮泵的工作原理可以简单概括为：齿轮的旋转产生液体的吸入和排出，通过密封腔的切换实现液体的单向流动。

在工作过程中，齿轮的旋转速度和齿轮的齿数会影响泵的流量和压力。

通常情况下，齿轮的旋转速度越快，流量和压力就越大；齿轮的齿数越多，流量和压力就越小。

高压齿轮泵具有一些优点，例如结构简单、体积小、噪音低、工作平稳等。

同时，它也存在一些缺点，如密封性能要求高、易受污染、易受液体温度影响等。

因此，在使用高压齿轮泵时，需要注意选择合适的材料和液体，并定期维护保养，以确保泵的正常工作和延长使用寿命。

高压齿轮泵是一种重要的液压传动装置，其工作原理基于齿轮的旋转。

通过合理的设计和选择，高压齿轮泵可以提供稳定可靠的液压动力，广泛应用于各个领域。

对于使用者来说，了解高压齿轮泵的工作原理有助于正确使用和维护泵，提高工作效率。

齿轮传动系统的设计与分析齿轮传动系统是一种常见的机械传动方式。

其基本构成部件为齿轮，可以利用齿轮的齿数比和直径比实现不同的转速，从而传递不同的动力和扭矩。

齿轮传动系统应用广泛，涉及到机械领域的许多方面，如重型工程机械、船舶、汽车、农业机械等。

正确的设计齿轮传动系统和合理的分析可以在很大程度上提高机械的运行效率和可靠性。

传动系统的设计阶段在齿轮传动系统的设计中，选用合适的齿轮材料是十分重要的。

选择齿轮的材料应该考虑到所承受的载荷、韧性、硬度等因素，一般来说，常用的材料包括钢、铸铁及不锈钢等。

而对于高速齿轮，钢材是更为常用的材料，对于低速、中速齿轮，铸铁是更为常用的材料。

传动系统的行为分析在实际应用中，传动系统会受到多种因素的影响，如载荷、转速和环境等。

为了确保齿轮传动系统的可靠性，我们需要对其进行详细的行为分析。

1.负载因素齿轮承受的载荷是影响其运行效率和寿命的关键因素之一。

由于齿轮在运转中的载荷都是周期性变化的，因此设计师需要考虑到疲劳破坏的因素，比如弯曲应力、接触应力和低周疲劳等。

一旦设计时载荷计算有误，会出现轴承不足，传动过载，轴折等现象。

2.齿轮材料与切向力齿轮的材料会影响其承受载荷和寿命。

由于齿轮的形状和材料，传递的力会导致摩擦和扭转作用力。

为了降低不同切点的摩擦损失，设计者需要保证齿面硬度和表面光洁度。

为了防止表面磨损和损坏，齿面的硬度应保证在一定范围内。

除了基础的设计参数，设计师还需要进行检查以确保其工作条件满足要求。

3.齿轮布局和误差由于制造偏差和安装误差，齿轮的实际参数和理论值可能存在相当大的误差，可能会导致齿轮的透平运动和齿轮直线度的变化。

鉴于这些误差会影响泊松率，角度偏差和干扰等因素，因此设计者还需要对齿轮的几何特性进行分析，并评估可能的误差情况。

4.齿形和减振为了减少齿轮在运行过程中的振动和噪声，齿轮的加工质量和精度非常重要。

齿轮的齿形必须保证其不产生跳动而且脱离。

此外，设计者需要考虑齿轮减振和减少轴承负载的初始化准备办法。

1．题目：往复泵动力端运动机构设计和分析2．功能要求及工作原理⑴总功能要求:将原动机的高速旋转运动变为柱塞的低速往复运动⑵工作原理往复泵是利用工作腔容积的周期性变化来输送高压流体的，它通常由两部分组成。

一部分直接输送液体，把机械能转换为液体的压力能的液力端，另一部分将原动机的能量传给液力端的动力端。

动力端主要有曲柄、连杆、十字头等部件。

如上图所示，在液缸中有柱塞杆和柱塞，液缸体上装有吸入阀和排出阀。

液缸体中柱塞与阀之间的空间称为工作室，它通过吸入阀和排出阀分别与吸入管路和排出管相连。

通常压裂泵的动力源为高速柴油机，动力由柴油机经过减速装置传递到曲柄，当曲柄以角速度ω顺时针旋转时，柱塞从右极限位置开始向左运动，工作腔的容积增大，压力降低，液体在压力差的作用下克服吸入管路和吸入阀等的阻力损失进入液缸体中。

当柱塞运动到左极限位置时，吸入液体过程停止，吸入阀关闭。

曲柄继续旋转，柱塞开始向右运动，液缸体中的液体被挤压，液体压力急骤增加。

在这一压力作用下，排出阀被打开，液缸体内液体在柱塞的作用下被排送到排出管路中去。

当往复泵的曲轴以角速度ω不停旋转时，往复泵就实现连续吸入和排出液体的过程。

往复泵的曲柄滑块机构一般采用对心式设计，在一些压力高或者由于结构的限制选定的长细比（R/L）值比较大的情况下，可以采用正偏置设计来改善十字头与导板间的正压力和偏磨。

3．注：①其它摩擦忽略不计；②其他构件质量不计；③假定泵阀的滞后角为0；④曲柄和连杆的质量与长度有关，本题假定为已知；=0.01MPa。

⑤吸入压力P24．要求完成的设计工作量（1）往复泵总体传动方案设计。

设计一个合理的传动系统，将柴油机的高速旋转转变为曲柄的低速旋转，要求思路清晰，传动比分配基本合理，并绘出机构的传动示意图。

（2）按原始数据和设计要求设计曲柄滑块机构。

θ=︒︒︒︒︒︒（3）对设计出的曲柄滑块机构进行运动分析，用解析法求出曲柄0,15,30...,330,345,360时滑块的位移、速度、加速度，并画出运动线图。