外嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)齒輪泵時(shí)，應(yīng)該在保證所需性能和壽命的前提下，盡可能使尺寸小、重量輕、制造容易、成本低，以求技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理。我們已知某潤(rùn)滑油泵工作壓差p=７０（bar）和排量 q=62582(ml/r)用Y132S-4電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵的正常工作。一．定刀具角a 和齒頂高系數(shù)fn o采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，a 20，齒頂高系數(shù)f1n o二．選齒數(shù)Z排量與齒數(shù)，查資料《液壓文件》中查得q2Zm2B103(ml/r)（1-1）考慮到實(shí)際上齒間的容積比輪齒的有效體積稍大，所以齒輪泵的理論排量應(yīng)比按式（1-1）計(jì)算的值大一些，并且齒數(shù)越少差值越大。考慮到這一因素，就在公式（1-1）中乘以系數(shù)K以補(bǔ)償其誤差，則齒輪泵的排量q2KZm2B103(ml/r)通常K=1.06～1.115，即2k6.66~7．齒數(shù)少時(shí)取最小值（當(dāng)Ｚ＝６時(shí)，可取K=1.115,而當(dāng)Ｚ=20時(shí)，可取K=1.06）反映齒輪泵結(jié)構(gòu)大小的尺寸---齒輪分度圓直徑(Df=Mz).若要增大排量,增大模數(shù)的辦法比增加齒數(shù)更為有利.若要保持排量不變,要使泵的體積很小,則應(yīng)增大模數(shù)并減少齒數(shù).減少齒數(shù)可減小泵的外形尺寸,但齒數(shù)也不能太小,否則不僅會(huì)使流量脈動(dòng)嚴(yán)重,甚至?xí)过X輪嚙合的重迭系數(shù)<1,這是不允許的.一般齒輪泵的齒數(shù)Z＝６～３０．用于機(jī)床或其它對(duì)流量的均勻性要求較高的低壓齒輪泵，一般取Z＝１４～３０；用于工程機(jī)械及礦上極限的中高壓和高壓齒輪泵，對(duì)流量的均勻性要求不高．但要求結(jié)構(gòu)尺寸小，作用在齒輪上的徑向力小，從而延長(zhǎng)軸承的壽命，就采用較少的齒數(shù)（Z＝９～１５）而近來(lái)新設(shè)計(jì)中高壓齒輪泵時(shí)，都十分注意降低齒輪泵的噪聲，因此所選齒數(shù)有增大的趨勢(shì)（取Z＝１２～２０）．只有對(duì)流量均勻性要求不高，壓力有很低的齒輪泵（如潤(rùn)滑油泵）才選用Z＝６～８．所以我們初選齒數(shù)為Z＝11．齒輪泵所用的兩個(gè)齒輪等大，固傳動(dòng)比ｉ＝１所以ZiZ111 2 1三．確定齒輪的模數(shù)m由齒寬與齒頂圓的比值 B ，得BD，即Bm(ZC)D ee對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪Ｃ＝２，對(duì)于“增一齒修正法”修正的齒輪Ｃ＝３將Ｂ的表達(dá)式代入排量近似公式q2KZm2103得q2KZm2(ZC)103所以q式中Ｋ=1.06～1.115齒數(shù)少時(shí)取大值，齒數(shù)多時(shí)m32kZ(ZC)103取小值．查資料知：表１p(bar)３５７０１０５１４０１６０DB１０.８０.６０.４０.３５e得模數(shù)m2.4,經(jīng)查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表2我們應(yīng)選取與該值接近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值m=2.5四．確定齒寬bm(ZC)（mm）所以bm(ZC)25bb25112五．確定齒輪的其它參數(shù)壓力角我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)值a選取標(biāo)準(zhǔn)值a20分度圓直徑ddmZ2.51127.511mZ2.51127.52 2齒頂高h(yuǎn) h ham12.52.5a a1齒根高h(yuǎn) h (hc)m3.125f f1 a齒全高h(yuǎn) h hh(2hc2)1 a1 f1 a齒頂圓直徑d d (Z2h)m(1121)2.532.5a a1 1 a(Z2h)m(1121)2.532.5a1 1 a齒頂高系數(shù)h1a頂隙系數(shù)c0.25(1).我們選用一般的齒輪材料，軟齒面的閉式傳動(dòng)，查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表12.1和表12.2選用45鋼，正火處理齒面硬度HBS230。齒輪油泵為一般機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)，我們處選8級(jí)精度。(2).確定許用應(yīng)力：由圖12.11c、圖12.14c分別查得560MP，195MPHlim1Flim1由表12.5查得S1.1和S1.4故HF[]560/1.1195Hlim1509.1(MPa)Flim1139.3(MPa)H1SF1S1.4HF六．選定工作油液我們所用的工作油液為礦物油型（石油基）液壓油，普通液壓油。這種油液是以石油的精練物為基礎(chǔ)，加入各種改進(jìn)性能的添加劑而成。七．確定齒輪泵的轉(zhuǎn)速n齒輪泵一般都和原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）直接連接，我們所用的電動(dòng)機(jī)為Y132S-4型功率P=5.5kw,滿載轉(zhuǎn)速n 1440r/min，所以其轉(zhuǎn)速1n應(yīng)于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一致。由流量公式可知，轉(zhuǎn)速愈高，流量愈大。但轉(zhuǎn)速過(guò)高，由于離心力的作用，使油液不能完全充滿齒間，吸油不足導(dǎo)致了容積效率下降，產(chǎn)生氣蝕、震動(dòng)和噪聲。因此就有最高的轉(zhuǎn)速限制。允許的最高轉(zhuǎn)速與工作油液的粘度有關(guān)，粘度越大，允許的最高轉(zhuǎn)速就愈低。一般用限制齒輪頂圓圓周速度的辦法來(lái)確定最高轉(zhuǎn)速，以保證在工作中不產(chǎn)生氣蝕。不同粘度的油，起允許的圓周速度如表3所示。然后將允許的頂圓圓周極限速度v換算成允許的極限轉(zhuǎn)速nmaxmax表3液體的運(yùn)動(dòng)粘度0.121040.451040.761041.5210431045.31047.6104v(m2/s)齒頂圓周極限速度543.732.21.61.25v(m/s)maxn60103vmaxmaxDe式中D---頂圓直徑（mm）;v---頂圓圓周極限線速度（m/s）.emax另一方面齒輪泵的轉(zhuǎn)速也不能太低，因當(dāng)工作壓力一定時(shí)，泵的泄露量也接近于一定值，它與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不大，但轉(zhuǎn)速愈低，流量愈小，泄露量與理論流量比值愈大，溶劑效率愈低。所以還應(yīng)對(duì)齒輪泵的最低轉(zhuǎn)速加以限制，其允許的最低頂圓圓周速度，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式選取v

min

0.1752

pE

(m

/

s)式中

p

---齒輪泵高低壓腔差（bar）;E

---工作油液恩式粘度。為了避免容積效率嚴(yán)重下降，在實(shí)際工作中都不允許泵的轉(zhuǎn)速低于300rpm.八.校核排量是否符合原始設(shè)計(jì)參數(shù)中提出的要求九．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）結(jié)構(gòu)形式的確定在確定結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)內(nèi)容1.減輕徑向力的結(jié)構(gòu)設(shè)施。2.是采用三片式結(jié)構(gòu)（有前泵蓋、泵體、和后泵蓋組成，）還是采用兩片式結(jié)構(gòu)（由殼體和前蓋組成）。近年來(lái)其所以三片式結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槿浇Y(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）毛坯制造容易，甚至可用型材切料；（2）便于機(jī)械加工；（3）便于布置雙向端面間隙的液壓自動(dòng)補(bǔ)償，從而改善補(bǔ)償性能和提高壽命；（4）便于雙出軸布置，根據(jù)需要可以串聯(lián)另一個(gè)齒輪泵。齒輪與軸做一個(gè)整體還是做成分離式通過(guò)鍵（或花鍵）連接將齒輪和軸做成整體，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便；將齒輪和軸作成分離式，其優(yōu)點(diǎn)是加工工藝性好，齒輪側(cè)面加工較容易，在平面磨床上很容易加工相同的齒寬，這種結(jié)構(gòu)在大排量泵中常見(jiàn)。（二）確定高低壓腔尺寸（包括壓出角、吸入角和吸壓油管道直徑）（三）軸承負(fù)荷（徑向力）的計(jì)算（四）軸的計(jì)算（1）從我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看，采用的是齒輪軸，固齒輪軸也采用的是45鋼并作正火處理，由表14.1（課本---《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）。查得600MPa。再由表14.5查得55MPa。b1（2）初步估算軸的最小直徑由式d9.55106pC3P3n0.2n式中C---由軸的材料和受載情況所決定的計(jì)算常數(shù)，見(jiàn)表14.4?。茫?18。d12.4mm 考慮該處軸徑尺寸應(yīng)當(dāng)大于高速級(jí)軸頸處直徑，取15根據(jù)軸上零件的定位、裝配及軸的工藝性要求，參考液壓元件中1齒輪油泵（裝配表如上）初步確定中間軸的結(jié)構(gòu)如下圖表14.4軸常用材料的值和C值軸的材料Q235，20354540Cr,35SiMn12～2020～3030～4040～52C160～135135～118118～106107～97注：當(dāng)作用在軸上的彎矩比轉(zhuǎn)矩小或只受轉(zhuǎn)矩時(shí)，取較大值，Ｃ值取較小值；反之，取較小值，Ｃ值取較大值。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制草圖根據(jù)估算所得的直徑，齒輪寬度及安裝情況等條件，對(duì)軸的結(jié)構(gòu)及尺寸進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)。各軸段直徑的確定初選滾動(dòng)軸承下，型號(hào)為 6202d=15D=35B=11r/min0.6sd /min 20；D/max30；r/max0.6；額定動(dòng)負(fù)荷s a sa/kN7.65；額定靜負(fù)荷C/kN3.72；極限轉(zhuǎn)速/（rmin1）r or脂潤(rùn)滑為17000、油潤(rùn)滑為22000；軸頸直徑d d15mm1 5退刀槽處直徑 d 13mm,ddd13mm,2 4 2 6齒輪1處直徑d 32.5mm3軸7與電動(dòng)機(jī)相連所以我們?nèi)?d 14以滿足電動(dòng)機(jī)與齒輪軸之間7的傳動(dòng)。各軸段軸向長(zhǎng)度的確定按軸上零件的軸向尺寸及零件間相對(duì)位置，參考上表，確定出軸向長(zhǎng)度，如圖所示。（４）校核軸的強(qiáng)度計(jì)算齒輪受力：齒輪分度圓直徑：dmz2.51127.5(mm)直齒齒輪軸所以0coscos0齒輪所受轉(zhuǎn)矩：T9.55106P9.551065.536475.7(Nmm)1n14401齒輪作用力：圓周力：F2T236475.72653(N)td27.5徑向力：FFtana2653tan20t966(N)rcoscos0畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖：軸受力的大小及方向如圖所示畫(huà)出軸的垂直面受力圖，計(jì)算水平面內(nèi)的約束力R和R，如圖所示，并Av Bv作出垂直面內(nèi)的彎矩M 圖，如圖所示。VFd64Fa64966R2128r483(N)Av128RFR483(N)BvrAv（五）從動(dòng)軸的計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算（計(jì)算危險(xiǎn)斷面C—C的強(qiáng)度（如圖）（1）.求支點(diǎn)反力在計(jì)算中一般當(dāng)作可動(dòng)鉸鏈雙支點(diǎn)的梁。這種假設(shè)對(duì)于一個(gè)支座中只裝有一個(gè)滾動(dòng)軸承或雖裝有兩個(gè)軸承但能自動(dòng)調(diào)心是足夠精確的。如果同一支座中裝有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，但不能自動(dòng)調(diào)心時(shí)，則不考慮外面的那個(gè)軸承，而將靠里面的軸承當(dāng)作鉸鏈支承。對(duì)于滑動(dòng)軸承，這個(gè)假定性鉸鏈與齒輪端面的距離取為x2l。由于齒輪兩端面的軸頸和滑動(dòng)軸承的尺寸完全相同，所以兩個(gè)假象鉸鏈的支反力為RARBqBF(N)2式中 q—齒輪部分單位長(zhǎng)度上的載荷（N/m）;B—齒寬（m）；—作用在從動(dòng)齒輪上的總徑向力（N）2（2）.作用在危險(xiǎn)斷面C—C處的彎曲扭矩MRAxFlFl(Nm)22（3）.斷面C—C的抗彎斷面系數(shù)d3d4W1(m3)32d1式中d、d—空心軸的外徑和內(nèi)徑（m）。1d30.1d3(m3)當(dāng)為實(shí)心軸時(shí)，W32（4）.斷面C—C的彎曲應(yīng)力WM105(bar)w（5）.求強(qiáng)度安全系數(shù)n從動(dòng)軸上的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的，即軸頸承受著變負(fù)荷。我們假定軸頸的彎曲是由于經(jīng)常作用著平均彎曲力矩所產(chǎn)生的。對(duì)稱循環(huán)的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)為n1Kb式中—材料的彎曲疲勞極限，對(duì)20CrMnTi=4900bar;11—彎曲的有效應(yīng)力集中系數(shù)，K值要根據(jù)Drd、dr和值在b“機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)”中選?。ㄆ渲蠨—從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，d—軸頸直徑，r—軸頸與齒輪端面交接處的圓角半徑，—材料的抗拉強(qiáng)度）；b—絕對(duì)尺寸對(duì)疲勞極限影響系數(shù)，值要根據(jù)材料和軸頸d值在 “機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)”中選取。從動(dòng)軸的剛度計(jì)算由于從動(dòng)軸上沒(méi)有扭矩作用，所以只計(jì)算它的彎曲剛度（撓度）在采用滾動(dòng)軸承的場(chǎng)合下，精確地計(jì)算軸頸的撓度是很重要的，因?yàn)槭馆S產(chǎn)生并不顯著的撓曲，就會(huì)引起在滾針或滾珠滾道邊緣上單位壓力的劇烈增加，很快就會(huì)損壞這些表面。在采用滑動(dòng)軸承的場(chǎng)合下，軸的撓曲使局部單位壓力劇增并使?jié)櫥湍ぴ獾狡茐模斐奢S承的撓傷。為了防止這種破壞，首先必須盡可能減少軸的撓度。在計(jì)算軸的撓度時(shí)，我們假定：a）對(duì)于滑動(dòng)軸承或滾針軸承，軸頸F上所受的載荷可視為均布載荷q 2；b)載荷加在軸承的軸線上；c）1 2l從軸頸外端至齒輪端面，軸頸的直徑不變；d)齒輪部分的變形可以忽略。其受力簡(jiǎn)圖如圖所示。則軸頸長(zhǎng)