4-摘要齒輪泵以其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速范圍大、自吸性能好、對(duì)油污染敏感等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械液壓系統(tǒng)中，如機(jī)床工業(yè)、航空航天工業(yè)、造船工業(yè)和工程機(jī)械等。流量脈動(dòng)、噪聲和效率是評(píng)價(jià)齒輪泵性能的三個(gè)主要指標(biāo)，它們相互關(guān)聯(lián)，相互影響。壓力脈動(dòng)是齒輪泵流量脈動(dòng)引起的，壓力波動(dòng)是引起齒輪泵噪聲的主要因素。減少噪聲和流體脈動(dòng)時(shí)，應(yīng)防止齒輪泵效率下降。因此，在齒輪泵的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮這三種因素的影響。本論文以漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵為研究對(duì)象，從其工作原理出發(fā)以及內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪幾何參數(shù)上對(duì)其進(jìn)行較為詳細(xì)的分析和計(jì)算。從內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)出發(fā)，計(jì)算出內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪副的幾何參數(shù)，推導(dǎo)出其輪齒嚙合時(shí)不發(fā)生漸開(kāi)線干涉、齒廓重迭干涉和徑向干涉的條件，并代入各參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定其幾何參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并選取合適的零部件材料。關(guān)鍵詞：內(nèi)嚙合齒輪泵幾何參數(shù)干涉排量AbstractGearpumpsarewidelyusedinhydraulicsystemsofmachinetool，aviation，shipbuildingandengineeringmachinesetc，becauseoftheirvirtues，suchassimpleandcompactstructure，lighterweight，widerangeofrotatespeed，bettercapabilityofself-suckandnothavingathickskinwiththeoil’spolluting.Flowpulsation，noiseandefficiency，whicheffectoneachother，arethreeprimarycriterionsthatevaluatetheperformanceofgearpumps.Thehydro-noiseisprimarycausedbypressurepulsation，andpressurepulsationiscausedbyflowpulsation.Thecubageefficiencyshouldbepreventedtoreducedwhennoiseandflowpulsationarereduced.So，theireffectshouldbeconsideredwhengearpumpsaredesigned.Theresearchobjectofthisdissertationareinvoluteinternalgearpumps.Onthebasisoftheirworkingprinciple，analysesandcalculatesthegeometryparametersoftheinternalgearpumps.Fromthedesigningmainpointofthegeometryparametersoftheinternalgearpumps，anewdesireiscalledfor.Whichworkedoutinthegearpumpgearsmeshingofthegeometricparameters，deriveditstoothmeshingnottointerfereininvoluteline，toothoverlapinterventionandinterferenceintheradialconditions，Andintothevariousparameterstoverify，ultimatelydeterminetheirgeometricparameters.Onthisbasis，tograduallyopenlinesmeshgearpumptostudytheoverallstructuredesign，andselecttheappropriatepartsmaterials.KeyWords:InternalGearPump；GearParameters；Interference；deliverycapacity目錄摘要 -2-Abstract -3-目錄 -4-1.緒論 -6-1.1內(nèi)嚙合齒輪泵的概述 -7-1.2內(nèi)嚙合齒輪泵的研究現(xiàn)狀 -7-1.3內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢(shì) -7-1.4本論文研究的主要內(nèi)容及意義 -7-2．漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) -9-2.1內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理 -9-2.2內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) -9-2.3內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)要求 -10-3.內(nèi)嚙合齒輪泵總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概述 -11-3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路 -11-3.2設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) -11-3.2.1防止干涉的發(fā)生 -11-3.2.2重合度 -12-3.2.3降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲 -13-4.漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -14-4.1內(nèi)嚙合齒輪泵中采用變位齒輪的必要性 -14-4.1.1漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的局限性 -14-4.1.2齒輪變位理論 -14-4.2齒輪副設(shè)計(jì)基本參數(shù)及主要尺寸 -15-4.2.1設(shè)計(jì)基本參數(shù) -15-4.2.2圓周速度的選取 -16-4.2.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 -17-4.3齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核 -18-4.3.1齒輪軸材料選擇 -18-4.3.2外齒輪軸參數(shù)計(jì)算與校核 -18-4.3.3內(nèi)齒輪軸參數(shù)計(jì)算與校核 -21-4.4滑動(dòng)軸承的計(jì)算 -23-4.5連接螺栓的選擇與校核 -26-4.6齒輪泵的密封 -27-4.7繪制總裝圖以及各零件圖 -27-5.內(nèi)嚙合齒輪泵排量和瞬時(shí)流量的計(jì)算 -28-5.1內(nèi)嚙合齒輪泵主要性能參數(shù) -28-5.2內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算 -29-5.3內(nèi)嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算 -30-6.內(nèi)嚙合齒輪泵主要部件的建模 -32-6.1內(nèi)齒輪建模 -32-6.2外齒輪建模 -33-6.3軸承端蓋建模 -33-6.4殼體建模 -34-6.5軸承建模 -35-6.6基于SolidWorks的裝配 -35-7.結(jié)束語(yǔ) -36-參考文獻(xiàn) -37-致謝 -38-1.緒論隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)在越來(lái)越多的場(chǎng)合取代了機(jī)械傳動(dòng)，然而液壓傳動(dòng)在向高壓、高速、大功率的方向發(fā)展的同時(shí)，噪聲問(wèn)題也顯得越來(lái)越突出。為了在提高工作效率的同時(shí)降低液壓系統(tǒng)的噪聲，改善工作條件，國(guó)內(nèi)外廠商研制了許多新穎的低噪聲液壓泵。液壓泵是液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，它將原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成工作液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)工作提供所需的具有一定壓力和流量的液體，從而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的各液體執(zhí)行裝置，完成各項(xiàng)規(guī)定的動(dòng)作。液壓泵主要從流量上分為變量泵和定量泵，從結(jié)構(gòu)上主要分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。（1）齒輪泵體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)油潔凈度要求低、價(jià)格便宜，但由于不平衡力和泄漏量大，造成泵軸嚴(yán)重不平衡。（2）葉片泵分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。該泵流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、壓力高、容積效率高，比齒輪泵和齒輪泵復(fù)雜。（3）柱塞泵：容積效率高，泄漏小，可在高壓下工作，主要用于大功率液壓系統(tǒng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料和加工精度高，價(jià)格高，油潔凈度高。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時(shí)，使用柱塞泵。隨著液壓系統(tǒng)的發(fā)展，齒輪泵得到日益廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)三大泵類的常量中，齒輪泵占78.2%，如下圖1.1所示。圖1.1我國(guó)三大類泵的產(chǎn)量占有比齒輪泵按其嚙合性質(zhì)可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。內(nèi)嚙合齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲小、吸入性好且流量脈動(dòng)小，但不宜加工。在同一方向的內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)滑動(dòng)速度，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，因此，流量脈動(dòng)和噪聲小，內(nèi)部齒輪泵允許高速的使用（對(duì)油液高速離心力可以更好地填充在密封室），可以獲得更大的容積效率因此，一系列內(nèi)齒輪泵的應(yīng)用。1.1內(nèi)嚙合齒輪泵的概述內(nèi)嚙合齒輪泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，是液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力元件。它為系統(tǒng)提供壓力油。輸入?yún)?shù)為機(jī)械能，輸出為水力參數(shù)。1.2內(nèi)嚙合齒輪泵的研究現(xiàn)狀目前，齒輪泵的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：齒輪參數(shù)和泵體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；補(bǔ)償面與齒輪間油膜的計(jì)算機(jī)輔助分析；油沖擊卸荷措施；齒輪泵噪聲控制技術(shù)。介紹了減小齒輪泵流量脈動(dòng)的方法、齒輪表面涂層的技術(shù)和特點(diǎn)、齒輪彎曲應(yīng)力和接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算、齒輪泵的變量化方法、齒輪泵的壽命和影響因素以及齒輪泵高壓的方法。1.3內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢(shì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)正朝著響應(yīng)快、體積小、噪聲低的方向發(fā)展。為滿足這一要求，齒輪泵除了要在中低壓定量系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)中保持優(yōu)勢(shì)地位外，還應(yīng)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作。（1）高壓。為了讓用戶選擇或選擇在高功率條件下的液壓傳動(dòng)，決定因素之一是增加壓力的使用。液壓泵壓力水平的提高意味著機(jī)械體積的減小，整個(gè)液壓系統(tǒng)的介質(zhì)將明顯減少。（2）低流量脈動(dòng)。流量脈動(dòng)會(huì)引起壓力脈動(dòng)，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不相適應(yīng)。內(nèi)齒輪和復(fù)合齒輪泵都是減少流量脈動(dòng)的好方法。（3）低噪聲。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，齒輪泵對(duì)噪聲的要求也越來(lái)越高。齒輪泵的噪聲主要由兩部分組成，一是齒輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，另一部分是被困油沖擊引起的液壓噪聲。（4）大位移。對(duì)于一些需要快速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大排量是必要的。但是，普通齒輪泵排量大，受諸多因素制約。1.4本論文研究的主要內(nèi)容及意義隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)越來(lái)越取代機(jī)械傳動(dòng)。然而，當(dāng)液壓傳動(dòng)向高電壓、高速、高功率方向發(fā)展時(shí)，噪聲問(wèn)題日益突出。為了提高工作效率，降低液壓系統(tǒng)的噪聲，改善工作條件，國(guó)內(nèi)外許多廠家研制開(kāi)發(fā)了許多新型低噪聲液壓泵。內(nèi)嚙合齒輪泵的制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，但由于其結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)介質(zhì)污染不敏感、流量脈動(dòng)小、壓力脈動(dòng)小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，銷售量直線上升。因?yàn)樵谕环较虻膬?nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)滑動(dòng)速度，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，因此，流量脈動(dòng)和噪聲小，內(nèi)部齒輪泵允許高速的使用（對(duì)油液高速離心力可以更好地填充在密封室）因此，可以獲得更高的容積效率，一系列內(nèi)齒輪泵的應(yīng)用。本論文的主要研究?jī)?nèi)容是：（1）漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。包括漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、齒輪副主要尺寸及參數(shù)的計(jì)算、以及齒輪泵各零部件的設(shè)計(jì)等。（2）排量的計(jì)算。進(jìn)行內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算公式的推導(dǎo)，得到近似排量。設(shè)計(jì)原始參數(shù):(1)

流量：45L/min(2)壓力：2.8MPa

(3)容積效率：≥95%2．漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理圖1.2內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理主要結(jié)構(gòu)由漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵是由一對(duì)相互嚙合的，軸向和徑向間隙補(bǔ)償密封裝置，從而提高齒輪泵的容積效率、輸出功率和輸出壓力將漸開(kāi)線內(nèi)齒輪泵大大提高，小齒輪和內(nèi)齒輪的月牙塊安裝和密封桿的活動(dòng)，所以將吸油腔和壓室。在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪，內(nèi)齒輪在同一方向旋轉(zhuǎn)，將齒槽的齒部逐漸擴(kuò)大形成真空，在大氣壓力油，進(jìn)入吸入室，每個(gè)齒和齒嚙合齒，到位，體積逐漸縮小，對(duì)高壓腔的形成，油被擠出來(lái)。2.2內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵由一對(duì)相互嚙合的具有漸開(kāi)線齒形的內(nèi)齒輪和外齒輪組成，內(nèi)齒輪和外齒輪之間有一與泵蓋相連的月牙形隔板將吸油腔和壓油腔隔開(kāi)。內(nèi)齒輪和外齒輪都可以做主動(dòng)齒輪。若外齒輪作主動(dòng)齒輪，當(dāng)它由泵軸帶動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪也以相同的方向旋轉(zhuǎn)，但月牙隔板不動(dòng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一側(cè)輪齒逐漸分離，腔室容積不斷增大，此為吸入過(guò)程；另一側(cè)例輪齒逐漸嚙合，腔室容積不斷縮小，油液被擠壓出去，此為壓出過(guò)程。采用撓性軸承，使得軸和軸承之間接觸良好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；并在內(nèi)齒輪的輪齒間上鉆通孔，使壓力油從孔中引出，這樣泵的困油現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生了；采用浮動(dòng)側(cè)板在齒輪副的兩側(cè)，在背壓作用下，兩側(cè)的浮動(dòng)側(cè)板緊貼在齒輪端面上，當(dāng)齒輪端面與側(cè)板磨損后，側(cè)板在被背壓作用下向前移動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償軸間間隙。2.3內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)要求液壓系統(tǒng)中內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)；（2）摩擦損失小，泄露小，發(fā)熱小，效率高；（3）對(duì)工作介質(zhì)污染不敏感；（4）自吸能力大。3.內(nèi)嚙合齒輪泵總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概述3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路首先是內(nèi)、外齒輪的設(shè)計(jì)，采用漸開(kāi)線齒輪的方法，根據(jù)齒輪副幾何尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于齒輪的尺寸較小，可設(shè)計(jì)成內(nèi)齒輪為齒圈，而外齒輪是一個(gè)階梯齒輪軸；接著，為把吸油腔和壓油腔隔開(kāi)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)月牙隔板，月牙隔板的形狀由內(nèi)、外齒輪的齒頂圓相交而成，為減少磨損，可適當(dāng)削去月牙隔板兩端的尖角；再設(shè)計(jì)齒輪兩側(cè)的浮動(dòng)側(cè)板；考慮到齒輪泵中的齒輪副是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而與之接觸的泵體是固定不動(dòng)的，故在兩者之間應(yīng)設(shè)計(jì)帶有軸承座的滑動(dòng)軸承，此滑動(dòng)軸承和齒輪軸以及軸承座之間是間隙配合，與泵體之間是過(guò)盈配合，保證齒輪泵的正常工作。在以上基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)泵體、泵蓋等零件，泵體上應(yīng)開(kāi)有進(jìn)油口和出油口。最后，考慮各零件間的聯(lián)接，選用螺釘聯(lián)接，同時(shí)考慮密封問(wèn)題，選擇適當(dāng)?shù)拿芊庠?.2設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)3.2.1防止干涉的發(fā)生（1）漸開(kāi)線干涉內(nèi)嚙合傳動(dòng)中，當(dāng)內(nèi)齒輪的齒頂超過(guò)齒輪理論嚙合極限點(diǎn)時(shí)，便產(chǎn)生漸開(kāi)線干涉。為避免產(chǎn)生漸開(kāi)線干涉，通常采用加大齒形角；增大外齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。圖3.1漸開(kāi)線干涉（2）齒廓重迭干涉一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)中，如果齒數(shù)差較小時(shí)，在非嚙合區(qū)域可能產(chǎn)生齒廓發(fā)生相互重迭的現(xiàn)象，即嚙合終了的外齒輪的齒頂在退出內(nèi)齒輪的齒槽時(shí)，與內(nèi)齒輪的齒頂發(fā)生重迭干涉，稱為齒廓重迭干涉。為避免產(chǎn)生齒廓重迭干涉，通常采用減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)；增大變位系數(shù)差，使傳動(dòng)嚙合角增大。圖3.2齒廓重迭干涉（3）徑向干涉在裝配呢齒輪副時(shí)，有時(shí)只能沿軸向把外齒輪裝配到內(nèi)齒輪里，而不能從內(nèi)齒輪的中心沿徑向把外齒輪安裝到設(shè)計(jì)的嚙合位置。沿軸向安裝到嚙合位置的外齒輪，也不能沿徑向退出來(lái)，這種現(xiàn)象稱為徑向干涉。為避免產(chǎn)生徑向干涉，通常采用增大齒形角；減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪與外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。圖3.3徑向干涉3.2.2重合度為了保證連續(xù)傳動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證重合度。但重合度選得過(guò)大，會(huì)使液體關(guān)死在兩對(duì)嚙合齒之間，增大噪聲和沖擊振動(dòng)，加劇齒部的磨損，降低使用壽命。因此，重合度應(yīng)稍大于1。3.2.3降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲隨著齒輪泵向高速、高壓、大流量、大功率方向的發(fā)展，噪聲問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。目前，降低齒輪泵噪聲已成為治理公害、改善勞動(dòng)條件的重要課題。為了降低齒輪泵的噪聲，更好地適應(yīng)工作過(guò)程的要求，我們力求設(shè)計(jì)出低噪聲齒輪泵。為此，我們采取了以下措施。（1）采取優(yōu)良的齒形來(lái)降低噪聲（2）通過(guò)改進(jìn)齒輪泵的結(jié)構(gòu)來(lái)降低噪聲①利用修正內(nèi)齒輪齒形，使噪聲和振動(dòng)減??；②采用軸向間隙補(bǔ)償措施；③采用撓性軸承支架，可適應(yīng)外齒輪在受高壓時(shí)的彎曲，軸承架可作相應(yīng)的彈性變形，使整個(gè)軸承接觸面上的負(fù)載保持均勻；④正確設(shè)計(jì)月牙版，可提高效率，減小噪聲；⑤由于壓力油是從內(nèi)齒輪齒間部位孔引出，泵無(wú)困油現(xiàn)象。4.漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1內(nèi)嚙合齒輪泵中采用變位齒輪的必要性4.1.1漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的局限性齒輪機(jī)構(gòu)以其傳動(dòng)功率大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比恒定、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在各機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛，尤其是漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用更為廣泛。然而，隨著齒輪傳動(dòng)向高速化、重載化、輕量化方向發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)齒輪也存在一些不足：用范成法加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪，當(dāng)時(shí)，齒形發(fā)生根切，因此標(biāo)準(zhǔn)齒輪只能用于的場(chǎng)合，使傳動(dòng)系統(tǒng)體積、重量增加。一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合，當(dāng)中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心的情況下能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)，但隨后的齒側(cè)間隙增大，影響傳輸；如果工作中心距離小于兩齒輪不能標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，所以標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線齒輪只能用于工作中心標(biāo)準(zhǔn)螺距等于場(chǎng)合中心距離。一對(duì)互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，外齒輪齒根齒厚比內(nèi)齒輪齒厚薄，若兩輪材料相同，則外齒輪齒根彎曲強(qiáng)度低，易先破壞。4.1.2齒輪變位理論考慮到漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的局限性，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，為了解決由局限性帶來(lái)的問(wèn)題，改善傳動(dòng)性能，提高承載能力，采用變位齒輪傳動(dòng)。圖4.1變位齒輪加工原理圖4.2變位齒輪齒輪的齒形是標(biāo)準(zhǔn)齒輪的漸開(kāi)線，但它的截面是不同的。利用這一點(diǎn)，可以通過(guò)選擇變異系數(shù)得到有利的漸開(kāi)線截面，從而提高齒輪傳動(dòng)的性能。變位齒輪避免根切的應(yīng)用，提高齒面、齒根齒面接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、提高抗劃傷和耐磨性。4.2齒輪副設(shè)計(jì)基本參數(shù)及主要尺寸在進(jìn)行漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，若參數(shù)選擇不合理，會(huì)使嚙合質(zhì)量差、漸開(kāi)線齒輪易產(chǎn)生尖角及發(fā)生齒廓重迭干涉等問(wèn)題，導(dǎo)致其效率低、承載能力小和壽命短。4.2.1設(shè)計(jì)基本參數(shù)根據(jù)齒輪泵幾何排量公式，齒寬B增大對(duì)幾何排量有利，并對(duì)容積效率的提高也有很大幫助，但是齒寬B過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致齒輪軸和軸承載荷過(guò)大，所以要選擇合適的齒寬，齒寬一般可根據(jù)模數(shù)m大小確定[12]，即：式中：在這里取6選取齒數(shù)Z：對(duì)于中低壓齒輪泵：Z=6~14，對(duì)于高壓齒輪泵：Z=13~19，由于本次設(shè)計(jì)要求的壓力為2.8Mpa，屬于中低壓泵，故取齒數(shù)Z=11。選擇及齒數(shù)Z后，可確定模數(shù)，即：式中k為修正系數(shù)，一般取k=1.06~1.15，這里取k=1.1，分別將上述數(shù)據(jù)代入公式得：，取。則。泵排量校核大于設(shè)計(jì)要求95%，排量校核合格。（1）齒數(shù)內(nèi)齒輪齒數(shù)，外齒輪齒數(shù)；由此可知齒數(shù)差。（2）模數(shù)給定模數(shù)mm，參照漸開(kāi)線齒輪關(guān)于模數(shù)的定義和計(jì)算公式，當(dāng)內(nèi)外齒輪的齒數(shù)確定之后，模數(shù)與中心距之間存在下列關(guān)系：(4-1)式中：——模數(shù)（mm）；——中心距（mm）；——齒數(shù)差所以標(biāo)準(zhǔn)中心距mm。（3）齒寬給定齒寬mm。（4）齒頂高系數(shù)=0.8；頂隙系數(shù)=0.25。分度圓壓力角內(nèi)齒輪參數(shù)如下：齒頂高齒根高分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒厚s齒槽寬e外齒輪參數(shù)如下：齒頂高齒根高分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒厚s齒槽寬e4.2.2圓周速度的選取實(shí)際生產(chǎn)中，泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)影響液體的吸入，齒輪的圓周速度不能太高，過(guò)高不利于吸入液體，甚至有可能產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象和氣穴現(xiàn)象。這時(shí)對(duì)節(jié)圓圓周速度就有了限制，此時(shí)。齒輪泵的轉(zhuǎn)速一般不低于。此外容積效率也會(huì)受到轉(zhuǎn)速的影響，設(shè)計(jì)中應(yīng)使得容積效率，齒輪泵轉(zhuǎn)速取400r/min。4.2.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒輪危險(xiǎn)截面目前分為兩種說(shuō)法，對(duì)危險(xiǎn)截面有的提出拋物線法，有的提出30°切線法、基準(zhǔn)齒條的齒頂線法等。1976～1978年，我國(guó)鄭州機(jī)械研究所在對(duì)雙圓弧齒輪進(jìn)行光彈性彎曲應(yīng)力分析中，發(fā)現(xiàn)彎曲應(yīng)力分布的“雙峰現(xiàn)象”，提出：Lewis法只適用于漸開(kāi)線齒輪，30°切線法僅適用于壓力角為20°的漸開(kāi)線齒輪，應(yīng)力分布的“雙峰現(xiàn)象”也存在于漸開(kāi)線齒輪。1977年ISO制訂了彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法，1984年我國(guó)參照ISO方法亦制訂了彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法（GB3480—83），均采用30°切線法。如圖4-4：圖4-4齒輪危險(xiǎn)截面齒輪泵齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：根據(jù)公式（4-13）（4-14）根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度校核公式及許用彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，（4-15）其中，K為載荷系數(shù)，，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)》P180~184，查得同步齒輪按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)據(jù)為：KA=1.00KV=1.10Kα=1.10Kβ=1.25所以由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P192~196，分別得到代入數(shù)據(jù)，得：由以上計(jì)算，得出所以，齒輪合格。4.3齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核4.3.1齒輪軸材料選擇關(guān)于齒輪軸的材料選取一般采用45號(hào)鋼，40Cr或者20Cr，本設(shè)計(jì)采用40Cr作為齒輪軸的材料進(jìn)行計(jì)算，熱處理表面硬度大概為HRC60，粗糙度為0.8；橢圓度和錐度一般不大于0.005mm。4.3.2外齒輪軸參數(shù)計(jì)算與校核齒輪軸材料選擇為40Cr，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2得下表3-1表3-1常用材料的[]值和C值軸的材料Q235，20354540Cr，35SiMn12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~98資料來(lái)源：參考文獻(xiàn)[10]可得知軸的材料和承載情況確定參數(shù)C取98，代入齒輪軸設(shè)計(jì)公式得（4-1）取d=30mm齒輪軸所受的徑向力計(jì)算：齒輪泵工作時(shí)，作用在齒輪軸頸及軸承上的徑向力，由液壓力和齒輪嚙合力組成。1.液壓力是指沿齒輪圓周液體壓力所產(chǎn)生的徑向力F。液壓力的大小和方向取決于液體壓力沿齒頂圓周的分布情況，吸油腔區(qū)段（其夾角為）受壓力的作用，壓油腔區(qū)段（其夾角為）受壓力的作用，吸壓油腔之間的過(guò)渡段（其夾角為）所受的壓力是變化的（由升至）。為計(jì)算簡(jiǎn)便，可近似認(rèn)為吸壓油腔間的過(guò)渡段，承受沿齒輪圓周線性分布?jí)毫?。在?shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，齒輪所受的總液壓力亦可按下列近似公式計(jì)算（4-2）液壓力作用在主動(dòng)齒輪上產(chǎn)生的徑向力和作用在從動(dòng)齒輪上產(chǎn)生的徑向力，其大小與方向完全相同。2.嚙合力是指兩齒輪嚙合是，由彼此在嚙合點(diǎn)的相互作用而產(chǎn)生的徑力。作用在主動(dòng)輪上的嚙合力，其方向與作用在主動(dòng)齒輪上的液壓力方向相反，可抵消一部分液壓力；作用在從動(dòng)齒輪上的嚙合力，其方向與作用在從動(dòng)輪上的液壓力方向相同，增大了徑向力。由于齒輪泵在工作過(guò)程中，嚙合點(diǎn)的位置在節(jié)點(diǎn)附近來(lái)回變動(dòng)，所以嚙合力也是變化的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，齒輪軸頸所受的徑向力F（包括液壓力和嚙合力），可按下列近似公式計(jì)算（4-3）（4-4）齒輪泵齒輪軸徑向力計(jì)算：有前面計(jì)算可知：代入公式計(jì)算從動(dòng)齒輪軸所受徑向力：知，本設(shè)計(jì)中從動(dòng)輪與主動(dòng)輪的規(guī)格、尺寸以及材料都相同，所以我們只要選用從動(dòng)軸進(jìn)行校核便可。外齒輪軸的具體分析如圖4-3、4-4、4-54-3齒輪軸受力分析圖4-4齒輪軸彎矩圖分析圖綜上，齒輪泵齒輪軸校核合格。4.3.3內(nèi)齒輪軸參數(shù)計(jì)算與校核齒輪軸材料選擇為40Cr，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2得下表4-2表4-2軸材料參數(shù)軸的材料Q235，20354540Cr，35SiMn12~2020~3030~4040~52160~135135~118118~107107~98資料來(lái)源：參考文獻(xiàn)[10]可得知軸的材料和承載情況確定參數(shù)C取98，代入齒輪軸設(shè)計(jì)公式得取d=30mm。有前面計(jì)算可知：代入公式計(jì)算從動(dòng)齒輪軸所受徑向力：下面對(duì)齒輪軸進(jìn)行分析如圖4-7、4-8、4-94-7齒輪軸受力分析圖4-8齒輪軸彎矩分析圖4-9齒輪軸彎矩分析圖下面對(duì)受彎矩、扭矩截面進(jìn)行校核：查表得知40Cr的其中A-A截面：A-A截面只受到扭矩作用，彎矩為零，故有此時(shí)有，A-A截面合格。B-B截面：B-B截面只受到扭矩作用，彎矩為零，故有此時(shí)有，B-B截面合格。C-C截面：C-C截面即受到扭矩的作用，同時(shí)還受到彎矩的作用，用此段的危險(xiǎn)截面計(jì)算有此時(shí)有，C-C截面合格。D-D截面：D-D截面即受到扭矩的作用，同時(shí)還受到彎矩的作用，用此段的危險(xiǎn)截面計(jì)算有此時(shí)有，D-D截面合格。綜上，外齒輪軸校核合格。從動(dòng)齒輪軸的選定材料選擇和尺寸與主動(dòng)齒輪軸相同即可。4.4滑動(dòng)軸承的計(jì)算選擇軸承的類型選整體式液體靜壓軸承：因?yàn)榇朔N類類型的軸承用于低速輕載，且難以形成穩(wěn)定油膜。軸承材料選擇及性能計(jì)算軸承寬度材料類別牌號(hào)（名稱）[p]/MPa[v]/m/s[pv]/MPa.m/s最高工作溫度軸頸硬度、BHS鋁青銅ZCuAll0Fe3（10-3鋁青銅般軸承的寬徑比B/d范圍在0.3-1.5，寬徑比小，有利于提高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，提高端卸量以降低溫度。但軸承寬度越小，軸承承載能力也隨之降低。綜合考慮寬經(jīng)比取0.5所以軸承寬度計(jì)軸頸圓周速度（1）按從動(dòng)齒輪所受徑向力計(jì)算，兩滑動(dòng)軸承所受徑向力之和為式中：△p的單位為，和的單位為。每個(gè)軸承所受徑向力為（2）軸承PV值（3）齒輪軸頸線速度（4）軸承單位平均壓力（比壓）(5)選擇軸瓦材料查機(jī)械設(shè)計(jì)中表12-2，在保證的條件下，選定軸承材料為ZCuAll0Fe3（6）計(jì)算相對(duì)間隙由式，取為0.00125（7）計(jì)算直徑間隙（8）計(jì)算承載量系數(shù)由式(9)計(jì)算軸承偏心率根據(jù)的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表12-6，經(jīng)過(guò)查算求出偏心率（10）計(jì)算最小油膜厚度由式（11）確定軸頸、軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度按照加工加工精度要求取軸頸表面粗糙度為0.8，軸承孔表面粗糙度為1.6，查機(jī)《械械設(shè)計(jì)》書(shū)中表7-6得軸頸，軸承孔。（12）計(jì)算許用油膜厚度取安全系數(shù)S=2，由式因，故滿足工作可靠性要求。（13）計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)因軸承的寬徑比B/d=0.5，取隨寬徑比變化的系數(shù)，計(jì)算摩擦系數(shù)（14）查出潤(rùn)滑油流量系數(shù)由寬徑比B/d=0.5及偏心率查《機(jī)械設(shè)計(jì)》書(shū)中圖12-16，得潤(rùn)滑油流量系數(shù)（15）計(jì)算潤(rùn)滑油溫升按潤(rùn)滑油密度，取比熱容，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，由式（16）計(jì)算潤(rùn)滑油入口溫度由式因一般取，故上述入口溫度適合。（17）選擇配合根據(jù)直徑間隙，按GB/T1800.3-1998選配合，查得軸承孔尺寸公差為mm，軸頸尺寸公差mm。（18）求最大、最小間隙因，在，估算配合合用。4.5連接螺栓的選擇與校核1.螺栓選用材料：低碳鋼由于螺栓組是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力對(duì)于普通螺栓連接在擰緊時(shí)雖是同時(shí)受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，單在計(jì)算時(shí)，只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。F——螺栓組拉力P——壓力S——作用面積R——齒頂圓半徑取螺栓組中螺釘數(shù)為4由于壁厚=12，沉頭螺釘下沉5mm，腔體厚42mm則取螺紋規(guī)格d=M8，公稱長(zhǎng)度L=25，K=4，b=16性能等級(jí)為8.8級(jí)，表面氧化的內(nèi)六角圓柱螺釘。下面對(duì)它進(jìn)行拉伸強(qiáng)度校核拉伸強(qiáng)度條件為F——工作拉力，N；d——螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，mm——螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa；由機(jī)械設(shè)計(jì)教材P87表5-8可知：性能等級(jí)為8.8級(jí)的螺釘?shù)目估瓘?qiáng)度極限滿足條件，螺釘可用。4.6齒輪泵的密封軸承蓋上均裝墊片，透蓋上裝J型無(wú)骨架橡膠油封。因軸徑d=30mm，由GB/T9877.1-1988，內(nèi)徑，外徑。高度H=36mm。4.7繪制總裝圖以及各零件圖根據(jù)所得的齒輪副幾何尺寸繪制漸開(kāi)線齒輪，內(nèi)齒輪為齒圈，外齒輪為齒輪軸；由內(nèi)、外齒輪的齒頂圓相交而成月牙隔板，適當(dāng)削去月牙隔板兩端的尖角；結(jié)合所設(shè)計(jì)的浮動(dòng)側(cè)板、滑動(dòng)軸承、軸承座，確定齒輪軸的最大直徑和長(zhǎng)度；然后結(jié)合以上零件設(shè)計(jì)泵體和泵蓋；最后繪出總裝圖。根據(jù)零件的尺寸選用合適的螺釘及密封元件尺寸。零件具體形狀及尺寸請(qǐng)見(jiàn)設(shè)計(jì)零件圖。5.內(nèi)嚙合齒輪泵排量和瞬時(shí)流量的計(jì)算5.1內(nèi)嚙合齒輪泵主要性能參數(shù)內(nèi)嚙合齒輪泵的主要性能參數(shù)有：壓力P、排量V和流量q、轉(zhuǎn)速n、功率N和效率η等。壓力齒輪泵的工作壓力是指它的輸出壓力，即克服泵出口處的油阻力所必需的壓力。隨電阻的增大而增大，隨電阻的減小而減小。因此，齒輪泵的工作壓力在一定程度上取決于外載荷的大小。（2）排量、流量和容積效率齒輪泵的排量是指，在無(wú)泄露的情況下，泵軸每轉(zhuǎn)一周，泵所排出的油液的容積。它的大小完全取決于泵密封工作容積的大小。齒輪泵的流量分為理論流量與實(shí)際流量。理論流量是指，在不考慮泄露情況下的流量，它取決于泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)速，即(5-1)泵的實(shí)際流量是指，泵在工作時(shí)的輸出流量，這時(shí)的流量必須考慮到泵的泄露。泵的泄露損失，通常用容積效率來(lái)表示，對(duì)于齒輪泵其容積效率等于實(shí)際流量與理論流量之比。即(5-2)（3）轉(zhuǎn)速為保證齒輪泵的正常工作，驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)與泵的額定轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。齒輪泵額定轉(zhuǎn)速是指額定功率輸出下正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。這個(gè)速度基本上應(yīng)該保持不變。泵高會(huì)導(dǎo)致汽蝕，增加相對(duì)泄漏量，降低容積效率，影響齒輪泵的正常工作。由于上述因素，泵的轉(zhuǎn)速是有限的。（4）齒輪泵的功率和效率齒輪泵是電機(jī)或其它驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所以它是輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出壓力和流量都是液體，如果齒輪泵在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中沒(méi)有能量損失，則輸出功率理論和液壓泵流量理論。事實(shí)上，齒輪泵在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在著各種損耗，主要包括容積損失和機(jī)械損失。容積損失是指液壓泵流量的損失，齒輪泵的損失是齒輪泵的損失。本設(shè)計(jì)只需算出內(nèi)嚙合齒輪泵的近似排量。5.2內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算目前，內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算基本依照以下公式(5-3)式中——齒寬——外齒輪節(jié)圓半徑——內(nèi)齒輪節(jié)圓半徑——齒輪基節(jié)——外齒輪齒高——內(nèi)齒輪齒高圖5.1輪齒排油最大值從公式可以看出，依據(jù)此公式計(jì)算內(nèi)嚙合齒輪泵的排量比較繁瑣且物理意義不明確。我們可以尋求一個(gè)較簡(jiǎn)捷且物理意義明確的計(jì)算公式。根據(jù)內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理，在其工作過(guò)程中，當(dāng)外齒輪的輪齒頂點(diǎn)到達(dá)兩個(gè)輪齒齒頂圓的交點(diǎn)時(shí)，該齒開(kāi)始排油。當(dāng)外齒輪和內(nèi)齒輪處于圖5.1中所示的陰影位置時(shí)，該齒排油結(jié)束并且排油量最大。由排量定義可得其計(jì)算公式：(5-4)式中——外齒輪齒數(shù)、——齒數(shù)的有效工作齒的截面積圖5.2環(huán)形面積根據(jù)上面的幾何關(guān)系，內(nèi)嚙合齒輪泵的排量可近似等于齒輪副好環(huán)形面積(圖5.2)與齒寬的乘積，即(5-5)又因?yàn)?，，所?5-6)式中—變位后的中心距，即安裝中心距代入數(shù)據(jù)得：mm3/rcm3/r，由于設(shè)計(jì)要求該齒輪泵的流量為45L/min，則可得齒輪泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速：，此轉(zhuǎn)速選用一般的交流電機(jī)即可達(dá)到。5.3內(nèi)嚙合齒輪泵瞬時(shí)流量的計(jì)算目前，內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算基本依照以下公式(5-7)式中——外齒輪角速度——嚙合點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離只需知道每個(gè)瞬時(shí)嚙合點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離，根據(jù)公式即可計(jì)算出齒輪泵的瞬時(shí)流量。由于齒輪泵瞬時(shí)流量變化太快，目前還沒(méi)有一種流量計(jì)能準(zhǔn)確反映其變化。6.內(nèi)嚙合齒輪泵主要部件的建模Solidworks是參數(shù)化技術(shù)的先驅(qū)，參數(shù)化是其最突出特點(diǎn)。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)不可替代位置。本論文運(yùn)用solidworks軟件對(duì)減速器各零件進(jìn)行建模，然后進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。其中在對(duì)齒輪及其它標(biāo)準(zhǔn)件的建模時(shí)通過(guò)solidworks軟件的數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)輸入各零件的參數(shù)完成對(duì)零件的建模。通過(guò)solidworks的建模清楚、形象、直觀地表達(dá)減速器各部分的特點(diǎn)[15]。6.1內(nèi)齒輪建模內(nèi)齒輪為漸開(kāi)線圓柱齒輪，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，輸入已經(jīng)計(jì)算好的斜齒輪各參數(shù)（法向模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬、齒頂高系數(shù)、頂系系數(shù)和變位系數(shù)）生成齒輪，通過(guò)“拉伸”命令生成齒輪輪轂。內(nèi)齒輪的三維模型如圖6.1所示。圖6.1內(nèi)齒輪模型6.2外齒輪建模外齒輪建模方式與內(nèi)齒輪相似。外齒輪的三維模型如圖6.2所示。圖6.2外齒輪模型6.3軸承端蓋建模端蓋分為悶蓋和透蓋，悶蓋用于軸不伸出端面，透蓋用于軸伸出端面。二者的建?；鞠嗤ㄟ^(guò)“旋轉(zhuǎn)”和孔特征命令即可生成。端蓋的三維建模如圖6.3所示。圖6.3端蓋的三維模型6.4殼體建模殼體為齒輪泵的支撐部分，起保護(hù)和承載作用。對(duì)殼體的建模相對(duì)復(fù)雜，需通過(guò)“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”命令，再孔特征、筋特征和陣列特征等一系