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1、基于CATIA的齿轮油泵设计摘要：齿轮油泵是一种非常常见的液压泵，主要用于输送液体油料等，在工业润滑领域有着非常广泛的应用，本课题的是为了通过对齿轮泵的设计来发现一些现有齿轮油泵的缺点，从而更好的去了解齿轮油泵。在设计过程中需要应用到理论力学、材料力学、机械设计以及液压与气体传动等相关知识。 在原有的齿轮油泵装配图的基础上进行的完善设计，课题原定为基于PRO-E进行的三维建模设计，但由于作者本人对于PRO-E操作不熟，所以改为应用CATIA进行齿轮油泵的总体造型及零部件设计。同时也运用了AUTO-CAD等二维绘图软件来绘制齿轮油泵的零部件图纸，在此过程中作者本人对齿轮油泵的各零件进行了设计计算
2、和力学校核。关键词：齿轮油泵 CATIA 齿轮 装配图 计算校核AbstractGear pump is a hydraulic pump very common, mainly used for conveying liquid oil and so on. Be widely used in the industrial field of lubrication, this topic is to design the gear pump gear pump to find some existing shortcomings, in order to have a better unde
3、rstanding of the gear oil pump. Need to apply to the theoretical mechanics, mechanics of materials, mechanical design and hydraulic and gas transmission and other relevant knowledge in the design process.Improve the design based on the gear oil pump assembly on the original, subject was scheduled fo
4、r the three-dimensional modeling design based on PRO-E, but because of the author for the PRO-E operating properly, overall modelling and parts design so as for the application of CATIA gear pump. At the same time also uses the AUTO-CAD two-dimensional drawing software to draw gear pump parts drawin
5、gs, in this process, the author to the gear pump parts design and mechanics analysis.Keywords Gear pump CATIA Gear Calculation Assembly drawing1 绪论 齿轮油泵是一种应用非常广泛的液压泵，它具有体积小，重量轻，结构简单，制造成本低以及自吸性能好，工作可靠等显著的优点，同时它的缺点也非常突出，易出现困油现象，流量不均，噪声较大，排量也不容易调节。齿轮油泵多用于发动机的润滑系统，它将润滑油输送到机械中需要润滑的部位。适用于输送粘度在5X10-61.5X10
6、-3m2/s，温度在300以下的润滑油料。齿轮油泵在输油系统中可做传送，增压泵；在燃油系统中可做输送，加压，喷射加压的燃油泵；在工业领域又可做润滑油泵使用。齿轮油泵是用一对相互啮合的齿轮，将原有的机械能转化为液压能的装置，有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵之分。泵的工作腔有泵盖，泵体及齿轮组成。通过齿轮的转动将齿间的液体排除。随着科技产业的进步我国的齿轮油泵也有了长足的进步，但相对于国外的同等产品还有很多不足。其主要表现在齿轮的寿命短，噪声大，精度低自动化程度也不高等方面，其主要原因在于我国虽然是一个生产大国，但生产的零部件的工艺水平不高，导致虽然齿轮油泵整体没有损坏也提前报废的情况发生。这一问题时
7、间上是可以通过更加现代化的生产设计技术来改变的，我们可以对报废齿轮进行失效分析，以此来找到问题的所在，从而提高产品的质量，保证油泵的运转。2 齿轮泵的介绍2.1齿轮油泵的工作原理齿轮油泵是机器中用来输送润滑油的部件，其工作原理非常简单，通过一对齿轮的高速旋转运动来带动润滑油的运动。齿轮的内外侧与泵体间紧密结合，来自吸入口的油料进入两个齿轮中间，并充满齿轮与泵体间的空腔，随着齿轮的旋转沿着泵体运动，最后在两齿啮合时排出。两个齿轮一个为主动轮，另一个是从动轮，通过啮合将泵体内空腔分为两部分即吸入腔和排出腔，齿轮油泵工作时主动齿轮转动带动从动齿轮一起旋转，当齿轮从啮合到脱离的过程，吸入腔就形成了暂时
8、的真空状态，液体被吸入，被吸入的液体又随着齿轮转动到排出腔，齿轮啮合时液体被挤出形成高压油被排出油泵。可见下图图2.1 齿轮泵工作原理图2.2齿轮泵的机构特点2.2.1 泄漏液压泵中组成密封工作容积的零件做相对运动其间隙产生的泄露会影响液压泵的性能。外啮合齿轮泵压油腔的压力油主要通过以下三条途径泄露到低压腔中去。(1) 齿顶径向间隙和泵体内表面的泄露。由于齿轮传动方向与泄露方向相反，压油腔到吸油腔通道较长，所以其泄漏量相对较小，约占总泄漏量的百分之10到百分之15左右。（2）齿面啮合处间隙的泄露。由于齿形误差的存在,造成沿齿宽方向接触不好而产生间隙，使吸油腔与压油腔之间造成泄露，但这部分泄漏量
9、很少。（3）齿轮端面间隙的泄露。前后盖之间的端面与齿轮端面之间的间隙较大，此端面间隙封油长度又短，所以泄露量最大，可占总泄漏量的百分之70到百分之75。从上述可知，齿轮泵由于泄露量较大以及额定工作压力不高，如果想提高齿轮泵的额定压力,保证较高的容积效率，首先要减少沿端面间隙的泄露问题。2.2.2液压径向不平衡力在齿轮泵中，由于在吸油腔和压油腔之间存在着压力差，又因齿轮齿顶与泵体内表面之间存在着径向间隙，可以认为压油腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力，这些压力的方向与大小都不同，他们的合力就是作用在轴上的径向不平衡力F，其大小为F=KpBD式中：K系数，对于主动轮，K=0.75；对从动轮，K=0.8
10、5； p泵进出口压力差； D齿顶圆直径作用在泵轴上的径向力会导致轴弯曲，从而引起齿顶与泵壳体相接触，会降低轴承的使用寿命，这种危害会随着齿轮泵压力的提高而加剧，所以应采取措施尽量减小径向不平衡力，其方法如下：(1) 缩小压油口的直径，使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，这样压力油作用于齿轮上的面积减小，因而径向不平衡力也就相应地减小。(2) 增大泵体内表面与齿轮齿顶圆的间隙，使齿轮在径向不平衡力作用下，齿顶也不能和泵体相接触。(3) 开压力平衡槽，平衡吸油腔与压油腔相对应的径向力，使作用在轴承上的径向力大大地减小。但此种方法会使泵的内泄漏增加，容积效率降低，所以目前很少使用此种方法。2.2
11、.3困油现象为了使齿轮啮合运转时平稳，吸、压油腔应严格地密封且要连续均匀地供油，根据齿轮的啮合原理，必须使齿轮的重合度大于1（一般取=1.05至1.3），即在齿轮泵工作时有两对轮齿同时啮合，因此，就造成一部分油液困在主从动轮齿所形成的封闭容腔之内。这个封闭容积先随齿轮传动逐渐减小，然后又逐渐增大。封闭容积的减少会使被困油液受挤压从而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等机件也会受到附加的不平衡负载作用。封闭容积的增大又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声并引起振动和气蚀，降低泵的容积效率，影响工作平稳性，缩短泵的使
12、用寿命。消除困油的方法通常是在两端盖板上开一对矩形卸荷槽，在开卸荷槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使齿轮泵的容积效率降低。3齿轮油泵的设计与校核 齿轮油泵在设计时，应在保证所需性能和使用寿命的前提下，尽量减小泵的尺寸及重量以及制造成本。3.1齿轮泵工作参数要求 外啮合齿轮泵在没有泄漏的情况下每一转所排出的液体体积叫做齿轮泵的理论排量，用P0表示，并且外啮合齿轮的齿数一般相同所以P0=b/2(De2-A2-t2/3-b2tan2)X10-3(ml/r)式中b齿宽De齿顶圆直径A齿轮中心距t基圆节距螺旋角不修正的标准直齿圆柱齿轮的齿轮泵的理论排量：P= 2bm2
13、(z+1-2cos2)X10-3(ml/r)式中m齿轮模数z齿轮齿数齿轮压力角流量与排量关系式为：Q0=P0n由于本设计所给的工作介质的粘度为220mm2/s，由表3.1进行插补可得此设计最大节圆线速度为2.6m/s。节圆线速度V：式中D节圆直径（mm） n转速表3.1泵节圆极限速度和油的粘度关系液体粘度v(mm2/s)124576152300520760线速度umax(m/s)543.732.21.61.253.2 齿轮的设计3.2.1齿数z、模数m、齿宽b我们只要确定了齿数z、模数m、齿宽b，整个泵的大体尺寸就确定了，在确定了泵的结构尺寸后在进行对泵的有关机构设计以及强度校核。3.2.2
14、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。从泵的流量方面来看，在齿轮分度圆不变的情况下，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。齿轮泵的齿数一般取619之间，对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，要求流量波动小，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。而对于高齿轮泵要求有较高的齿根强度为了减小齿根受力，就要缩小齿顶圆直径，这样就会增大模数减少齿数，因此就会使高压齿轮泵的齿数较少。现初选齿数z为14.3.2.3齿宽
15、B确定齿轮泵的流量与齿宽成正比，适当的增加齿宽可以增加流量，但是齿轮与泵体和泵盖间的摩擦损失和容量损失的和的增加并不与齿宽成正比，因此齿宽较大时，齿轮泵的总效率较高。对于低压泵，B=(610)m,泵的工作压力越高，系数就越小。齿宽按表3.2来确定。表3.2工作压力与齿宽工作压力齿宽b（mm）210(48)m10(36)m3.2.4模数m的确定因为本次设计为低压齿轮泵，所以确定模数主要不是从强度方面考虑，而是要考虑泵的流量、压力以及机构的尺寸来考虑。从前面我们已经知道了模数m越大，那么泵的排量P也就越大.齿轮泵的排量公式：V= 2zm2B根据上式可计算出齿轮的模数，中低压模数按表3.3来选取表3.3流量与模数流量Q(L/min)模数m(mm)4101.5210322.5332633.54361254.55综合考虑现初步确定一对啮合齿轮的齿数为14，模数为3，齿宽为25，电动机转速设为2000r/min,工作压力为10Mp,由此确定齿轮的参数如下所示：（1）模数m=3（2）齿数z=14（3）齿宽b=25（4）理论中心距A
