齿轮泵课程设计

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1、机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 1 -页一、课程设计任务书题目：外啮合直齿轮泵工作条件：使用年限 15 年(每年工作 300 天)，工作为二班工作制。原始数据：理论排量：125ml/r；额定压力：6.3MPa；工作介质轴承油：220 sm/2注意事项：课程设计任务书：1）测绘一套相近部件或产品，完成测绘图；2）根据给定要求设计齿轮泵，完成一套齿轮泵装配图和全部非标零件图；3）完成全部零件三维实体造型，并进行数字装配；4）完成齿轮泵标准件的计算选型5）完成齿轮泵非标零件精度设计6）编写设计计算说明书一份（约 7000 字） 。机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 2 -页二、齿轮的

2、设计与校核一、主要技术参数根据任务要求，此型齿轮油泵的主要技术参数确定为：理论排量：125ml/r额定压力：6.3MPa额定转速:552r/min容积效率:90%二、设计计算的内容1.齿轮参数的确定及几何要素的计算由于本设计所给的工作介质的粘度为 220 ，由表一进行sm/2插补可得此设计最大节圆线速度为 2.6 。s/节圆线速度 V： 601nD式中 D节圆直径（mm）n转速表 2.1 齿轮泵节圆极限速度和油的粘度关系流量与排量关系式为： n0PQ流量0Q理论排量（ml/r）P2.齿数 Z 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。从泵的流量方面来看，在齿轮分

3、度圆不变的情况下，齿数越少，模数越大，泵的流量就越大。从泵的性能看，齿数减少后，对改善困油及提高机械效率有利，但使泵的流量及压力脉动增加。目前齿轮泵的齿数 Z 一般为 6-19。对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，要求流量脉动小，因此低压齿轮泵齿数 Z 一般为 13-19。齿数 14-17 的低压齿轮泵，由于根切较小，一般不进行修正。3.确定齿宽。齿轮泵的流量与齿宽成正比。增加齿宽可以相应地增加流量。而齿轮与泵体及盖板间的摩擦损失及容积损失的总和液体粘度 sm/212 45 76 152 300 520 760线速度 uax5 4 3.7 3 2.2 1.6 1.25机械基础综合课程设计设

4、计计算说明书第 - 3 -页与齿宽并不成比例地增加，因此，齿宽较大时，液压泵的总效率较高.一般来说，齿宽与齿顶圆尺寸之比的选取范围为 0.20.8，即：）（ 8.02BaD2m6.q1ZDa齿顶圆尺寸 （mm）4.确定齿轮模数。对于低压齿轮泵来说，确定模数主要不是从强度方面着眼，而是从泵的流量、压力脉动、噪声以及结构尺寸大小等方面。通过取满足以上条件的不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行分析、比较:表 2.2 齿轮泵各参数关系q Z m B 最大转速 n125 13 5 57.750057754763.94372677125 14 5 53.625053629709.37631771125 15

5、5 50.050050053662.0845632125 16 5 46.921921925620.704278125 17 5 44.161808871584.19226165125 18 5 41.708375044551.737136125 19 5 39.513197411522.69833937125 13 6 40.104206774636.61977231125 14 6 37.239620575591.14693143125 15 6 34.756979204551.737136125 16 6 32.584668003517.253565125 17 6 30.6679228

6、27486.82688471125 18 6 28.964149336459.78094667125 19 6 27.439720424435.58194947通过对不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行方案分析、比较结果，确定此型齿轮油泵的齿轮参数如下：（1）模数 5m（2）齿数 18Z（3）齿宽 42b因为齿轮的齿数为 18，不会发生根切现象，所以在这里不考虑修正，以下关于齿轮参数的计算均按标准齿轮参数经行。（4）理论中心距 mzDAf 901850（5）实际中心距f（6）齿顶圆直径 Zme 2（7）基圆直径 jD齿轮各参数机械原理P180机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 4 -页mmz

7、Dnj 57.8420cos15cos（8）基圆节距 2.jt（9）齿侧间隙 nc4.0508.108.1mn（10）啮合角 2（11）齿顶高 .75.h（12）齿根高 261（13）全齿高 .2.m（14）齿根圆直径 iD5.72.10hei（15）径向间隙 .38920ieAmc（16）齿顶压力角 e 25.30cos218arcscos2arcsarcosneie ZR（17）分度圆弧齿厚 f 10.72cos4.5cos2nfms（18）齿厚 s8.7（19）齿轮啮合的重叠系数 46.120an.31atant ttZe（20）公法线跨齿数 5.180KZ（21）公法线长度（此处按侧隙

8、 计算）nc公法线跨齿数液压技术手册范存德 P242机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 5 -页871.301805.5.09521. ZznmL(22)油泵输入功率(kw)106 3-mnqpN）（5.89.25103.6式中：N - 驱动功率 (kw)p -工作压力 (MPa)q - 理论排量 (mL/r)n - 转速 (r/min)- 机械效率，计算时可取 0.9。m三、校核此设计中齿轮材料选为 40 ，调质后表面淬火rC1.使用系数 表示齿轮的工作环境（主要是振动情况）对其AK造成的影响，使用系数 的确定：表 2.3 使用系数工作机工作特性原动机工作特性 均匀平稳 轻微振动 中等

9、振动 强烈振动均匀平稳 1.00 1.25 1.50 1.75轻微振动 1.10 1.35 1.60 1.85中等振动 1.25 1.50 1.75 2.0强烈振动 1.50 1.75 2.0 2.25液压装置一般属于轻微振动的机械系统所以按上表中可查得可取为 1.35。AK2.齿轮精度的确定齿轮精度此处取 7油泵输入功率液压元件严金坤P34机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 6 -页表 2.4 各种机器所用齿轮传动的精度等级范围3.动载系数 表示由于齿轮制造及装配误差造成的不定常传VK动引起的动载荷或冲击造成的影响。动载系数的实用值应按实践要求确定，考虑到以上确定的精度和轮齿速度，偏于

10、安全考虑，此设计中 取为 1.1。V4.齿向载荷分布系数 是由于齿轮作不对称配置而添加的系HK数，此设计齿轮对称配置，故 取 1.185。5.一对相互啮合的齿轮当在啮合区有两对或以上齿同时工作时，载荷应分配在这两对或多对齿上。但载荷的分配并不平均，因此引进齿间载荷分配系数 以解决齿间载荷分配不均的问题。对直齿HK轮及修形齿轮，取 =16.弹性系数 单位 ，数值列21EZE21aMP表见表 3表 2.5 弹性模量机器名称 精度等级 机器名称 精度等级汽轮机 3 6 拖拉机 6 10金属切削机床 3 8 通用减速器 6 9航空发动机 4 8 锻压机床 6 9轻型汽车 5 8 起重机 7 10载重汽

11、车 7 9 农业机械 8 11各种机器所用齿轮传动的精度等级范围机械精度设计与检测基础P201机械设计P210VK机械设计P194HK机械设计P195弹性模量机械设计P201机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 7 -页此设计中齿轮材料选为 40 ，调质后表面淬火，由上表可取。rC)(8.1921aEMPZ图 2.1 弯曲疲劳寿命系数弯曲疲劳强度寿命系数 FNK7.选取载荷系数 1.38.齿宽系数 的选择d1db1.齿面接触疲劳强度校核对一般的齿轮传动，因绝对尺寸,齿面粗糙度，圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限影响不大，通常不予以考虑，故只需考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。齿轮

12、的许用应力 按下式计算 SlimS疲劳强度安全系数。对解除疲劳强度计算，由于点蚀破配对齿轮材料灰铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻钢 夹布塑 料齿轮材料弹性模量118000 173000 202000 206000 7850锻钢 162.0 181.4 188.9 189.8铸钢 161.4 180.5 188球墨铸铁 156.6 173.9灰铸铁 143.7齿轮校核机械设计P219机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 8 -页坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取 。但对于弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生1SH断齿，就会引起严重事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取

13、。.51.2SF寿命系数。弯曲疲劳寿命系数 查图 1。循环次数NKFNKN 的计算方法是：设 n 为齿轮的转速（单位是 r/min） ；j 为齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数； 为齿轮的工作寿命（单位为 h） ，hL则齿轮的工作应力循环次数 N 按下式计算： hnj 60(1)设齿轮泵功率为 ，流量为 Q，工作压力为 P，则wP)(245.7/1036w kP(2)计算齿轮传递的转矩m.3nP9.5TW6N(3)47.02db1(4) )(8.921aEMPZ(5)按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 MPa50Hlim(6)计算循环应力次数 9h 138.2530821560njL N）（(7

14、)由机设图 10-19 取接触疲劳寿命系数 0KHN(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为 0.1，安全系数 S=1 MPa504a05.9SKlimHN(9)计算接触疲劳强度76.1HVAK齿面接触疲劳强度机械设计P201u机械设计p202机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 9 -页N4167.285dTF1t齿数比 u MPa.0ubK2.5ZH1tEH 2.齿根弯曲强度校核(1)由图 10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 650MPaFE(2)由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 0.85KFN(3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 则： 1.4S39.6MPa.508K

15、FENF(4)载荷系数 485.1HVAK(5)查取齿形系数 应力校正系数85.2YFa4.1YSa(6)计算齿根危险截面弯曲强度 MPa5.86542.167.4.1bmKFaStF 所以，所选齿轮参数符合要求。机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 10 -页三、卸荷槽的计算此处按“有侧隙时的对称双矩形卸荷槽”计算。（1）两卸荷槽的间距 a 87.1320cos9185cos22 nAzma（2）卸荷槽最佳长度 c 的确定 .csz1s22min Ac（3）卸荷槽深度 h458.0.m机械基础综合课程设计设计计算说明书第 - 11 -页四、泵体的校核泵体材料选择球墨铸铁（QT600-02） 。由机械手册查得其屈服应力 为 300 420MPa。因为铸铁是脆性材料，因此其许用拉伸s应力 的值应该取为屈服极限应力即 的值应为 300 420MPa泵体的强度计算可按厚薄壁圆筒粗略计算拉伸应力 计算公式为式中 泵体的外半径（mm）yR齿顶圆半径（mm）e泵体的试验压力（MPa）