基于CAD技术的CBN-E300齿轮泵.doc

1、 淮 阴 工 学 院 毕业设计说明书（论文） 作 者 : 学 号： 学 院 : 机械工程学院 专 业 : 机械设计制造及其自动化 题 目 : 基于 CAD 技术的 CBN-E300 齿轮泵 容积效率实验台设计 -总体结构 设计 指导者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2015 年 6 月 教授 毕业设计说明书（论文）中文摘要 摘要 齿轮泵是机械工业中广泛应用的液压系统元件，其作为整个液压系统的动力，它支配着整个系统的运行，所以深入了解其工作原理以及检测它的合格重要的。齿轮泵型号众多而且是标准化的，所以对齿轮泵的性能研究是基于现成品的测试。齿轮泵可

2、以通过液压系统试验台进行测试，然后再反过来分析齿轮泵的结构是否合理性及工艺的合理性，从而判断产品的优劣，然后逐步的改进结构设计、加工方法，提高工艺水平，保证系统的性能的稳定。 本次设计内容 是 通过 CBN-E300 双联齿轮泵的参数分析，了解它的测试需求，为了测试它的容积效率，则设计一台容积效率试验平台，通过对其系统中液压油的压力、流量数据变化的分析，判断齿轮泵合格与否。 设计 CBN-E300 双联齿轮泵实验平台，对相关的参数进行计算，以及对各种标准件的选型，然后绘制齿轮泵试验台的液压系统图、箱体图、各类液压阀、液压试验平台的三维图以及整体的爆炸图 。 关键词 齿轮泵；容积效率；实验台；液

3、压系统 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Abstract Gear pump is a hydraulic device used widely in mechanical industry.As the power of the whole hydraulic system, it is responsible for the operation of the whole system, so a thorough understanding of the working principle and its detection method is very important. As eve

4、ryone knows the gear pump model number and standardization degree is very high, so the research of gear pump is finished based testing. Testing by the hydraulic test platform, and then in return to analysis the rationality of structure and process of the gear pump, so as to identify the product qual

5、ity, and improving the structural design of the processing method, step by step, to improve the level of technology, to ensure the system stability. This design is through the parameter analysis of CBN-E300 double gear pump test requirements. In order to test its volume efficiency, design a volume e

6、fficiency test platform, through the analysis of the pressure, the system flux, making sure the gear pump is qualified. Design of CBN-E300 double gear pump experimental platform, the related parameters were calculated, especially for all kinds of standard parts for the careful selection, and build t

7、he entire test hydraulic system diagram, the diagram, all kinds of hydraulic valve, the whole platform three-dimensional map and the map explosion. Key Words gear pump;volume efficiency;experience platform Hydraulic system 目 录 第一章 绪论 1 第二章 试验台部件的设计 4 2.1 电机的选择 4 2.2 油箱的设计 4 2.2.1 概述 4 2.2.2 油箱的设计要点5

8、 2.2.3 油箱外形尺寸确定6 2.3 管路 7 2.3.1 概述 7 2.3.2 管道尺寸的确定 8 2.3.3 硬管的选择 10 2.3.4 软管的选择 11 2.3.5管道子连接以及管 接头的选择 11 2.3.6 管道、管接头以及螺纹的确定 12 2.4 油箱辅助元器件的选择 13 2.4.1 空气滤清器的选择 13 2.4.2 加热器的选择 14 2.4.3 卸油口球阀的选择 15 2.4.4 冷却器的选择 15 2.4.5 油箱上小部件的确定 15 第三章 齿轮泵试验台的结构设计 16 3.1 试验台的连接 16 3.2 试验台的结构 16 3.3 试验台的技术要求 16 3.4

9、 总体结构的分布 16 结论 18 致谢 19 参考文献 20 1 绪 论 1.1 齿轮泵 齿轮泵是液压动力源 系统中常用的液压元件， 它 是一种常用的液压泵，它的主要特点是：结构简单、外形尺寸小、造价低、重量轻、自吸性能好、制造方便、 对油的污染不敏感 、 工作可靠。 在结构上可分为 内啮合齿轮泵以及 外啮合齿轮泵 两 大类。内啮合齿轮泵 的 结构紧凑、尺寸小、重量轻，并且由于齿轮同向旋转， 则轴承 的 相对滑动小、磨损轻微、使用寿命长。 而 内啮合齿轮泵允许使用较高的转速， 则 可 以获得比较高的容积效率。但内啮合齿轮泵一样存在着径向液压力不平衡这一 问题， 从而 限制了其工作压力的进一步

10、提高。另外，齿轮泵的排量不可 以 调节， 这说明在一定程度上限制了它们的 使用范围。外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、制造维护方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感等。缺点是齿轮 要 承受不平衡的径向液压力， 从而导致 轴承磨损严重，工作压力的提高受到限制。 1.2 齿轮泵其工作原理 齿轮泵主要由一对齿轮、外壳、泵盖、轴及轴 承和密封盖板等 部件组成。在泵体内有一对外啮合齿轮，齿轮两端面靠盖板密封。在 泵体，盖板和齿轮的各齿槽就 组装一起就 形成 了 多个密封腔，轮齿啮合线将左右两 个 密封腔隔开 从 而形成吸 及 压油腔。当齿轮按 出油 方向旋转时，吸油腔内的轮齿

11、 进行 不断 地 脱开啮合，使其密封容积 腔 不断增大 从 而形成一定 空间 真空 区域 ， 从而 在大气压力作用下油液 被 吸进油箱，随着齿轮的转 动 ，齿槽内的油液被带到压油腔 ， 压油腔内的轮齿不断进 入 啮合，使密封容积不断减小， 从而 油液被压出。 就这样 随着齿轮不停地旋转，齿轮泵就 会 不断地 重复 吸油和排油 这一动作 。 1.3 齿轮泵现存 的问题及解决方法 齿轮泵主要存在常见的主要问题有三个：泄漏、困油以及径向液压力不平衡，这三个问题是影响着齿轮泵的工作性能和使用寿命的主要因素，因此各种齿轮泵都采取了不同的结构措施来解决这些问题有： （ 1）泄漏 液压泵是不可避免泄漏这一问

12、题的，齿轮泵的泄漏可以分为轴向泄漏、径向泄漏和啮合线泄漏。轴向泄漏，端盖和齿轮端面之间的间隙叫做轴向间隙，因轴向间隙而 引起的泄漏称为轴向泄漏。因泄漏路径短，泄漏面积比较大，所以轴向泄漏的泄漏量是最大的，大概可以占总泄漏量的 75%-80%。如果轴向间隙比较大，泄漏量就会变大，容积效率就会降低，如果轴向间隙过小，虽然泄漏量比较小，但是会使机械摩擦损失量加大，从而使液压泵的机械效率降低。所以齿轮泵必须严格控制轴的轴向问隙，从而保证总的机械效率不是很低。径向泄漏，泵体与齿轮齿顶圆面之间的间隙称为径向间隙，因径向间隙而引起的泄漏称为径向泄漏。由于径向间隙泄漏路径长，所以泄漏量比较小，大约占总泄漏量的

13、 15%-20%。啮合线泄漏，两个齿轮的轮齿啮合缝隙为啮合间隙，啮合间隙会引起啮合线泄漏这一泄漏现象。啮合线泄漏泄漏量最小，约占总泄漏量的 4%-5%。 （ 2）困油 齿轮泵要能够平稳地运转，不但 要保证齿轮啮合的重叠系数必须大于 1，即前一对轮齿在没有脱离啮合，而后一对轮齿则必须进入啮合，这样的两对轮齿同时啮合时，则会形成一个密封空间。此密封空间既不和吸油腔相通，也不和排油腔相通，所以被称为闭死容积。 （ 3）径向液压力不平衡 齿轮泵工作时，因为吸油压力小于排油压力，因为从排油腔到吸油腔，齿轮顶圆的圆周径向压力是呈线性阶梯形变化的，从而产生了径向力不平衡。在这种情况下会对于中、高压齿轮泵轴承

14、负载非常大的力。因为，齿轮泵的使用寿命几乎取决于轴承的使用寿命，要延长齿轮泵的使用寿命 ,则必须减少机械磨损，减小径 向力不平衡。同时，径向力不平衡也会引起轴弯曲变形和齿轮的严童磨损。尤其是从动轮，其在啮合力作用下，总的受力会更大，因此从动轮比主动轮的轴承磨损更快。 1.4 容积效率 容积效率 =载荷时的油流量 /空载时的油流量 x100% 容积效率的意义： 齿轮泵在能量的转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率，两者之差即为功率损失 。 率损失和容积有关，因摩擦而产生的损失是机械损失，因泄露而产生的损失是容积损失，功率损失用效率来描述。而增加容积效率对于齿轮泵而言就是增大供油量与内泄的

15、比例。方法有增大流量，减小内泄两方面。具体是增大模数、减少齿数、增加转速、使卸荷槽适当偏向排油一侧；而压力较高时用间隙补偿结构就是加浮动侧板、提高加工精度主要是减小齿轮端面跳 动。 增加容积效率对于 齿轮泵 而言就是增大供油量与内泄的比例。方法有两方面 ：一是 增大流量 二是 减小内泄。具体方法有 ： 增大模数、减少齿数、增加转速、使卸荷槽适当偏向排油一侧 ； 压力较高时用间隙补偿结构就是加浮动侧板、提高加工精度主要是减小齿轮端面跳动。 2 试验台部件的设计 2.1 电机的选择 测试的齿轮泵为 CBN-E300。 其各个代号含义为 ： CB-齿轮泵； N-为结构代号； E-额定压力为 16Mp

16、a； 3-齿轮模数； 00-公称排量， 00 也就是指一系列的齿轮泵； 驱动功率 Nr=p*q*n/(61200*nv) (kw)； P：工作压力（ MPa）； q：理论排量（ ml/r）； n：转速（ r/min）； nv：容积效率，一般取 0.9； 设本次设计的齿轮泵的公称排量为 16ml/r，则计算出 Nr=9.3kw，然后再根据机械设计手册查电动机的型号，在保证满足最大要求的条件的情况下，选择的电动机为Y160mz-4、 15kw、 29.4A 的电动机。 2.2 油箱的设计 2.2.1 概述 油箱在液压系统中除了储油之外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多

17、辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器、及液位计等。 油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱上盖装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达 0.05MPa。 如果按照油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制 造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。 2.2.2 油箱的设计要点 图 2-1 为油箱简图（参考来源于机械设计手册）。 图 2-1 油箱简图 1 液位计； 2

18、 吸油管； 3 空气过滤器； 4 回油管； 5 侧板； 6 入孔盖； 7 放油塞； 8 地脚； 9 隔板； 10 底板； 11 吸油过滤器； 12 盖板； 设计油箱时应考虑如下几点： 1）油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时 应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保证适当的液位。 2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸油和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的三倍。吸油管可安装 100um 左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要倾斜 45 度角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时

19、也有利于散热。 3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液体流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的 2/3-3/4。 4）为了保持 油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都是由一个空气过滤器来完成，并在最底部设置放油阀。对于不易于开盖的油箱，要设置清洗控，以便于油箱内部的清理。 5）油箱底部应距离地面 150mm 以上，以便于搬运、放油和散热，在油箱的适当位置要设有吊耳，以便于吊运，还要设置液位计，以监视液位。 6）对油箱内表面的防腐处理要给与充分的注意。 常用的方法有： (1)酸洗后磷化。使用于所

20、有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 (2)喷丸后直接热涂防锈漆。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水 液 压液。因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。 (3)喷砂后热涂氧化铝。适用于除水 -乙二醇外的所有介质。 (4)喷砂后进行喷塑。适用于所有介质，但受烘干设备限制，油箱不能过大。 考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造到投入适用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。 2.2.3 油箱外形尺寸确定 油箱的有效容积 按照经验公式确定油箱的容量，如下： V=aq 式中 q 液压泵每分钟排出压力油的容

21、积（ m3） ; a 液压经验系数。 表 2-1 液压经验系数 a 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金 a 1 2 2 4 5 7 6 12 10 本系统为中压， a 取 5，由压力 16Mpa,最高 20Mpa，额定转速 2000r/min,最高2500r/min,计算排量为： q=16X2500=40L/min V=6x40=240L 油箱的外形尺寸 ,根据油箱所需的容积，定油箱的 尺寸为高 1m，长 1.6m,宽为 0.8m。 油箱的工艺性 1）油箱的材料的选择 对于此次所设计的油箱来说，由于对油箱的设计精度要求不高，一般情况下只需要把内外表面抛光之后涂上油漆就可以了，所以可以采用普通的钢板焊接而成就行，根据常用钢板的厚度的规格选用厚度为 12mm 的钢板。 2）油箱的焊接方法 油箱的焊接种类有很多，而其焊接的方法由其经济性和实用性而考虑。对于此次所设计的油箱来说，由于对油箱的设计精度要求不高，密封性相对较好的情况下可以选择用普通的电弧焊接方法。