基于solidworks的齿轮油泵设计

中国矿业大学银川学院本科毕业设计（2014 届）题目基于solidworks的齿轮油泵设计系别机电动力与信息工程系专业机械工程及自动化年级10级机械2班学生姓名张为林指导教师张超2014年4月14日设计任务书设计题目：基于Solidworks的齿轮油泵设计设计要求：1.收集关于齿轮油泵的资料，并详细了解齿轮油泵的各个组成部分及其作用；知道齿轮油泵的工作原理；2.了解三维软件Solidworks的发展历程，并能熟练运用Solidworks进行零件建模设计，装配设计，仿真设计；3.提交毕业论文，完成毕业设计。

设计进度要求：一：选择课题，勾勒基本的设计思路二：查找与其有关的资料，确定总体方案设计三：进行齿轮油泵的设计和计算四：写出草稿，画出草图，让老师检查五：撰写毕业论文六：修改论文、定稿、打印七：提交论文并准备答辩八：参加答辩指导教师（签名）：摘要本课题是依据齿轮油泵的装配图为基础进行完善设计，应用SolidWorks进行总体造型和部分零件的造型测绘及分析以及使用Autocad2007进行两个齿轮油泵组成零件的绘制，完成齿轮油泵重要零件的设计，绘制出齿轮油泵的零件图，并对齿轮油泵材料的选择，齿轮的计算，公差配合，粗糙度及技术条件与原则综合分析，对机械零部件的绘制进行详细的测绘和说明。

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，并已经成功地应用为最广泛的中、高端CAD产品，逐步成为其他三维CAD软件追赶和仿效的标准。

SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

本论文就是以齿轮油本为理论支撑，以计算零部件尺寸为主要内容，应用SolidWorks对齿轮油泵各零件进行三维建模，充分利用SolidWorks的参数、关系式、零件库等知识对各组成零、部件进行建模，再完成各部件装配和总装配，最后对总体机构进行运动仿真。

通过一系列操作的完成，真实地模拟实现齿轮油泵的工作，对零部件的设计有很大的帮助。

关键词：齿轮油泵，Solidworks，齿轮，参数化齿轮计算零件设计目录设计任务书 (Ⅰ)摘要 (Ⅱ)1齿轮油泵的概述 (2)1.1齿轮油泵的发展形势 (2)1.2齿轮油泵的工作原理 (2)2齿轮油泵的反求设计 (4)2.1绘制装配示意图 (4)3齿轮油泵的设计要求 (6)3.1齿轮油泵的工作参数要求 (6)3.2齿轮几何参数的要求 (8)3.3齿轮泵的工艺材料及要求技术 (9)3.4齿轮泵主要部件参数的确定 (10)4齿轮泵结构的几个问题 (13)4.1困油现象 (13)4.2卸荷措施 (13)4.3径向作用力不平衡 (14)4.4泄漏 (14)5齿轮油泵建模的设计 (16)5.1齿轮泵体的设计 (16)5.2后端盖的设计 (21)5.3传动轴的设计过程 (28)5.4其他零部件的设计 (30)5.5装配体的实现 (32)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)1 齿轮油泵概述1.1 齿轮油泵的发展形势齿轮油泵是一种常见的液压泵。

它的主要优点是：结构简单，制造方便，造价低，外形尺寸小，重量轻，自吸性好，对油的污染不敏感，工作可靠。

由于齿轮泵中的啮合齿轮是轴对称的旋转体，故允许转速较高。

其缺点是流量不均匀和困油现象比较突出，噪声高，排量不能调节。

齿轮油泵是机械中常用的一种传动机构，其传递功率大，传动效率高，可以传递任何两轴之间的动力和运动。

齿轮油泵是借一对相互啮合的齿轮，将原动机输出的机械能换为液压能的转换装置，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，在低压液压系统中作为提供一定流量，压力的液压能源。

它结构简单，工作可靠，自吸能力好，在低压液压系统中被广泛采用。

适用于塑料橡胶加工工业,纺织印染工业,涂料工业,木材加工工业,食品工业、造纸印刷等液态热载体加热等各种工业，齿轮泵结构简单，方便维修。

泵工作腔由泵体、泵盖及齿轮的各齿槽构成。

由齿轮的啮合线将吸入腔和排出腔分开，随着齿轮的转动，齿间的液体将被带至排出腔，液体受压排出。

现在我国的油泵油嘴虽然有了较大的发展，但整体产品水平与国外同类产品相比存在较大的差异。

主要表现在产品的可靠性，使用寿命低，制造工艺落后，装备精度低，自动化程度低等。

正是出于产品的可靠性差，因此经常发现某些零件出现早期失效导致整个油泵无法正常工作。

本论文是针对这一问题进行研究，其目的是找出齿轮轮轴断裂的原因并采取相应的措施，最终解决齿轮轮轴断裂的问题。

由于齿轮轴的受力情况比较复杂，国内外对齿轮轴的失效分析甚少，且分析的不全面。

本文将对齿轮轴的受力情况及断裂情况运用失效分析学作一全面的分析，以找齿轮轴的断裂原因，从而提高产品质量，保证柴油机的正常运转。

1.2 齿轮油泵的工作原理齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。

来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

齿轮油泵在泵体中装有一对回转齿轮,一个主动,一个被动,依靠两齿轮的相互啮合,把泵内的整个工作腔分两个独立的部分.A为吸入腔,B为排出腔.齿轮油泵在运转时主动齿轮带动被动齿轮旋转,当齿轮从啮合到脱开时在吸入侧(A)就形成局部真空,液体被吸入.被吸入的液体充满齿轮的各个齿谷而带到排出侧(B),齿轮进入啮合时液体被挤出,形成高压液体并经泵排出口排出泵外。

图1.1齿轮油泵工作原理图2 齿轮油泵的设计本课题就是以齿轮油泵理论为基础，利用计算器，直尺，圆规等工具画出零件草图和装配草图，为以后的Solidworks设计过程进行数据准备。

2.1 绘制装配示意图拆卸零件前，先弄懂齿轮油泵的工作原理和全部零件的装配关系用符号绘制装配示意图，编制零件明细表。

装配示意图是拆卸过程中所画的记录图样。

零件之间的真实装配关系只有在拆卸后才能显示出来，因此需边写边画，记录各零件间的装配关系，作为绘制装配图和重新装配的依据。

装配示意图是用单线条和机构运动简图符号画出来的。

画装配示意图时，可把装配体看成是透明的，这样就可以把它的内、外、前、后结构按需要表达在一个或两个视图上。

画装配示意图的顺序是先画主要零件的轮廓，然后按装配顺序把其他零件逐个画出。

为了节省时间，示意图已经给出，要求结合装配体看懂示意图，熟悉表达方法。

齿轮油泵未拆装前的示意图见图2.1。

图2.1实物图拆装后的零件包括齿轮泵体、齿轮泵盖、齿轮轴、齿轮、轴、填料等部分，实体图见图2.2。

图2.2零件图在齿轮泵体的拆装过程中，需要表示各个零部件的位置和配合关系，为以后的再装配提供指导说明。

在本课题的拆装过程中绘制了装配示意图，边拆边绘，表明了齿轮油泵壳体，齿轮油泵盖，齿轮轴，齿轮，轴，销子，螺栓的位置和装配关系，见图2.3。

图2.3装配示意图3 齿轮油泵的设计要求设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使泵的尺寸小、重量轻、制造容易、成本低。

因此，合理选择齿轮泵的各项参数及有关尺寸非常关键，设计时通常给出泵的工作压力p 和排量V 作为原始设计参数。

3.1 齿轮油泵工作参数要求（1）流量外啮合齿轮泵在没有泄露损失的情况下，每一转所排出的液体体积叫做泵的理论排量，用t q 表示。

外啮合齿轮泵，一般两齿轮的齿数相同，所以()r ml b t a D b q b a t /10tan 31312322222-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛---=βπ （3.1） 式中: b ——齿宽αD ——齿顶圆直径a ——齿轮中心距αt —— 基圆节距β—— 基圆柱面上的螺旋角不修正的标准直齿圆柱齿轮的齿轮泵的理论排量：()r ml z bm q t /10cos 121123222-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=αππ （3.2） 式中：m ——齿轮模数z ——齿轮齿数a ——齿轮压力角理论流量：()m in /103l n q Q T T -⨯= （3.3） 式中 n ——泵转速，单位（r/min ）实际流量：()m in /l Q Q v T η= （3.4）式中 ——泵的容积效率，一般取0.7509，小流量泵取小值（2）转速齿轮泵一般都和原动机（电动机、内燃机等）直接相连，所以其转速应和原动机的转速一致。

转速越高，流量越大。

齿轮泵的转速不宜过高，由于离心力的作用，转速高液体不能充满整个齿间，以至于流量减少并引起气蚀，增大噪声和磨损，对高粘性液体的输送影响更大因此必须限制齿轮泵的最高转速。

允许的最高转速与工作油液的粘度有关，粘度越高，允许的最高转速就越低。

一般用限制齿轮节圆速度的方法来确定最高转速，以保证在工作中不产生气蚀。

不同粘度的油液，其允许的齿顶节圆极限速度可按表3.1选取。

另一方面，齿轮泵的转速也不能太低，因为当工作压力一定时，泵的泄漏量也接近于一定值，它与转速的关系不大，但转速愈低，流量愈小，泄漏量与理论流量的比值愈大，容积效率愈低。

为了避免容积效率严重下降，在实际工作中都不允许泵的转速低于300r/min 。

表3.1流体粘度与齿顶圆线速度（3）效率 av P PQ =η （3.5） 式中：P ——泵进出口压力差（a mp ）Q ——流量（l/s ）a P ——轴功率（kw ）齿轮泵的能量损失主要是机械损失和容积损失，水力损失很小，可忽略不计。

容积损失主要是通过齿轮端面与侧板之间的轴向间隙，齿顶与泵体内孔之间的径向间隙和侧齿接触线的泄露损失，其中轴向间隙泄露约占总泄露量的75%-80%，机械效率w η=0.8-0.9，大流量泵机械效率低。

3.2 齿轮几何参数的要求齿数z、模数m和齿宽B我们知道只要确定了z、m、B，泵的结构尺寸就大体确定了。

泵的结构尺寸确定后，再进行有关的机构设计和强度校核。

（1）齿数z的确定齿数的确定应根据液压泵的设计要求从流量、压力脉动、机械效率等各方面综合考虑。

从增大泵的排量考虑，在齿轮分度圆直径不变的条件下，齿数越少，泵的外形尺寸小，模数越大，泵的排量就越大。

从泵的性能考虑，齿数越少，对改善困油现象及提高机械效率有利，但是泵的流量及压力脉动增加。

目前齿轮泵的齿数一般为z=6~20。

由于低压齿轮泵多应用在机床上，故要求流量均匀，因此低压齿轮泵的齿数多取为13~20。

齿数为14~17的低压齿轮泵由于根切较小，一般不需要进行修正。

对于高压齿轮泵，要求有较大的齿根强度。