1、 编号 : 毕业论文 (设计 ) 题 目 外啮合齿轮泵的设计 指导教师 孙秀云 学生姓名 吴连增 学 号 201001703133 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程学院 （盖章） 二 O 一四年四月二十日 德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2013 年 12 月 20 日 院（系） 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 吴连增 学 号 201001703133 论文（设计）题目 外啮合齿轮泵的设计 一、选题目的和意义 随着社会的发展，齿轮泵更广泛地被应用与各种工业，而且自动化程度越来越高，需要达到的精度也越高。当前德国、日本及中外合资企业的齿轮泵产品
2、比较畅销。为此，通过对国外齿轮泵的 研究，对其基本参数进行分析以及流量、排量、流量脉动的研究，从而制造出性能更加完善的国产齿轮泵。这对促进我国机械技术进步，降低制造成本具有十分重要意义，其应用前景十分广阔 。 二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势 当前， 由于齿轮泵在液压传动系统中应用广泛，因此吸引大量学者对齿轮泵进行研究主要方向集中在 ： （ 1）齿轮参数及泵体结构的优化设计 （ 2）困油冲击及卸荷措施 （ 3）齿轮泵的寿命及其影响因素的研究 随着科学技术的不断发展，外啮合齿轮泵在结构设计及材料工艺等方面取得了一些突破性进展。国内外高端齿轮泵朝着 高压化、低流量脉动、低噪音、大排量、变排量
3、的趋势发展 。 三、课题设计方案 研究的基本内容： 以外啮合齿轮泵基本参数和工作原理为基础，研究该产品的流量及流量脉动，控制好漏油 、困油、径向不平衡力，延长该泵的使用寿命。 运用 CAD 软件绘制重要产品零件图，清晰的表达产品的各结构组成。 研究的途径和方法： 1.实际调查研究，在此基础上进行探讨分析； 2.通过图书馆 、网络查阅相关文献资料，了解国内外发展趋势； 3.与指导老师商讨以及同学共同分析和探讨问题； 4.结合各种所学知识，进行分析 、研究。 四、计划进度安排 2013.9.10-2013.12.20 确定毕业论文题目及撰写开题报告：指导教师指导学生对所选择的课题进行调研，完成毕业
4、论文开题报告。 2013.12.21-2014.3.20 查询相关资料、进行课题研究， 系工作领导小组进行毕业论文中期检查，检查毕业论文完成的进度与质量过程。并提交期中检查表。 2013.3.21-2013.4.20 在已完成研究的基础上，撰写毕业论文 ，完成论文初稿。 2013.4.21-2013.4.30 指导教师审阅学生设计（论文），提出修改意见。毕业生根据指导教师的修改意见进行设计（论文）修改，并最终定稿。 2013.5.4-2013.5.10 将设计（论文）交于评阅教师进行评阅，毕业生根据评阅教师意见，进一步修改设计（论文），准备答辩。 五、主要参考文献 1孙如军，王慧 .液压与气压
5、传动 M.清华大学出版社 ,2011.44 55 2濮良贵 ,纪名刚 .机械设计 M.高等教育出版社 ,2006.1 71 3陈立德 .机械设 计基础课程设计 M.高等教育出版社 ,2006.23 25 4成大先 .机械设计手册 M.化学工业出版社 .2003.6 30 5刘鸿文 .材料力学（第 5 版） M.高等教育出版社， 2012.1 60 6刘培峰，王文娟 ,韦晓航 .机械 CADM.北京武汉大学出版社 ,2006.25 48 7于光演，宋琦 .Autocad2012 中文版机械制图标准教程 M.机械工业出版社 ,2004.1 68 8王萍，侯慕英 .机械优化设计 J.中国地质大学出版
6、社 ,2011.112 128 9蒋志祥 .外啮合齿 轮泵的设计 J.机械技术 ,2011.3 10 指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日 教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文（设计）中期检查表 院 (系 )： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 2014 年 03 月 20 日 毕业论文（设计）题目 ：外啮合齿轮泵的设计 学生姓名 吴连增 学 号 201001703133 指导教师 孙秀云 职 称 讲师 计划完成时间： 2014 年 4 月 23 日 毕业论文（设计）的进度计划 ： 2013.9.10-2013.12.20 确定毕业论文题目及撰写
7、开题报告：指导教师指导学生对所选择的课题进行调研，完成毕业论文开题报 告。 2013.12.21-2014.3.20 查询相关资料、进行课题研究，系工作领导小组进行毕业论文中期检查，检查毕业论文完成的进度与质量过程。并提交期中检查表。 2013.3.21-2013.4.20 在已完成研究的基础上，撰写毕业论文，完成论文初稿。 2013.4.21-2013.4.30 指导教师审阅学生设计（论文），提出修改意见。毕业生根据指导教师的修改意见进行设计（论文）修改，并最终定稿。 2013.5.4-2013.5.10 将设计（论文）交于评阅教师进行评阅 ，毕业生根据评阅教师意见，进一步修改设计（论文），
8、准备答辩。 完成情况： 到现在为止 ， 我 收集和查阅大量的相关资料，将有关的理论部分分析清楚，确定了具体的设计思路和设计方法。开题报告 、 论文总体框架已经基本完成。论文初稿已经完成，目前正处在整理阶段。现在正对文字和图片进一步完善整理，准备以后将论文最后定稿。 指导教师评议 签 名： 年 月 日 备 注： 目录 摘要及关键词 . 1 1 引言 . 1 1.1 简介 . 1 1.2 齿轮泵的工作原理 . 1 1.3 齿轮泵结构分析 . 2 1.4 齿轮泵的流量计算 . 4 2 齿轮油泵各组成零件的选材分析 . 4 2.1 材料的选择原则 . 5 2.2 材料的选择方法 . 5 3 产品重要零
9、件 AutoCAD 绘图 . 7 3.1 绘制主动齿轮零件图 . 7 3.2 表面粗糙度的选定 . 9 3.3 公差与配合的选择 . 9 3.4 零件的热处理 . 11 4 齿轮泵零件图 . 12 5 总结 . 13 参考文献 . 14 谢辞 . 15 德州学院 机电工程学院 2014 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文 (设计 ) 1 外啮合齿轮泵的设计 吴连增 （ 德州学院机电工程学院，山东德州 253000） 摘要： 外啮合齿轮泵是一种常用的液压泵，它靠一对齿轮的进入和脱离啮合完成吸油和压油，在工业中应用十分广泛，且都存在漏油现象。在对该泵基本参数的研究上，对齿轮、泵体和前后盖进行
10、优化设计，使之达到最佳效果。困油现象会引起齿轮泵强烈的震动和噪声，大大缩减了 外啮合齿轮泵的使用寿命，解决困油问题的方法是开卸荷槽。 关键词： 外啮合；齿轮；泵体；困油现象 1 引言 1.1 简介 齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜等特点，但同时齿轮泵也还存在一些不足，如困油现象比较严重、流量和压力脉动较大、径向力不平衡、泄漏大、噪声高及易产生气穴等缺点，这些特性和缺点都直接影响着齿轮泵的质量。 随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量 脉
11、动、低噪音等方面发展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为国内外深入研究的课题。近年来，随着产量的不断增长，在齿轮泵向高压化、高可靠性发展的推动下，我国齿轮泵有了新的发展和突破。而齿轮泵泵体制造工艺设计合理与否将直接影响到齿轮泵的工作效率，制定合理的加工工艺相当重要。 我在此基础上进行了外啮合齿轮泵的结构设计，通过建立数学模型，优化计算出流量脉动最小的齿轮参数。这对于促进机械装备的技术进步、降低机械装备的制造成本具有十分重要的意义，其应用前景十分广阔。 1.2 齿轮泵的工作原理 这种泵的壳 体内装有一对外啮合齿轮 ， 由于齿轮端面与壳体 和 端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体
12、内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。 啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将两腔隔开，形成了吸、压油腔，吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入压油腔，压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就德州学院 机电工程学院 2014 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文 (设计 ) 2 是齿轮泵的吸油和压油过程。 当齿轮按图 1 方向旋转时，右侧的 齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形
13、成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔 1。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到 了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合 ,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。 齿轮泵是容积式回转泵的一种，其工作原理是：齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，齿轮（主动轮）固定在主动轴上，齿轮泵的轴一端伸出壳外由原动机驱动，齿轮泵的另一个齿轮（从
14、动轮）装在另一个轴上，齿轮泵的齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合（齿与齿啮合前），然后进入压油管排出。 图 1 外啮合齿轮泵的工作原理图 1.3 齿轮泵结构分析 1.3.1 困油现象 齿轮泵要平稳的工作，齿轮啮合的重合度必须大于 1，即有两对同时啮合的时刻，因此，就会有一部分油液困在两对齿轮所形成的封闭容积之内，如图 2 所示。这个封闭容积德州学院 机电工程学院 2014 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文 (设计 ) 3 先随齿轮转动逐渐减小，然后又逐渐增大。密封容积减小，会使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等
15、机件也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 2。困油现象的危害：使齿轮泵产生强烈的噪声并引起震动和气蚀，降低泵的容积效率，影响工作的平稳性，缩短使用寿命。 图 2 齿轮泵的困油现象 消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸荷槽，两卸荷槽之间的距离为： a= c o spc o s m b2 开设卸荷槽如图 3，可使闭死容积限制为最小。即当封闭容积减小时，通过右边的卸荷槽与压油腔相通。而封闭容积增大时，通过左侧的卸荷槽与吸油腔相通，两卸荷槽之间的距离确保在任何时候都不使吸、排油相通。 图 3 齿轮 泵的困油卸荷槽图
16、 德州学院 机电工程学院 2014 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文 (设计 ) 4 1.3.2 径向不平衡力 齿轮泵工作时，在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图所示，泵的右侧为吸油腔，左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上，沿着齿顶的泄漏油，具有大小不等的压力，就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高，这个不平衡力就越大，其结果不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形。 CBD 齿轮泵采用缩小压油腔，以减少压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力，所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小 3。 1.4 齿轮泵的流量计算 外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮 合齿
17、轮的齿槽容积之和。若假设齿槽容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为 z、模数为 m、节圆直径为 d（其值等于 m*z）、有效齿高为h（其值等于 2m）、齿宽为 b 时齿轮泵的排量近似值为： V= bm2dhb 2 （ 1） 实际上，齿槽容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越小差值越大，因此需要用 （ 2） 来代替式（ 1）中的 值（齿数少时，取大值），以补偿误差 4。齿轮泵的排量为： V=（ 6.66 7） bzm2 （ 2）由此得齿轮泵的输出流量为： q=（ 6.66 7） v2bnzm 实际上，由于齿轮泵在工作过程中啮合点沿啮合线移动，使其工作油腔的容积变化率是不均匀的。因此，齿轮泵的瞬时流量是脉动的。流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，是管路系统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起共振，加剧振动和噪声。若用 q 和 q 表示最大、最小瞬时 流量， q 表示平均流量， 则流量脉动率 可用下式表示： q q-q minmax 是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈小，脉动率愈大。这是外啮合齿轮泵的一个缺点。所以，齿轮泵一般用于对工作平稳性要求不高的场合，要求平稳性高的高精度机械不宜采用齿轮泵。 2 齿轮油泵各组成零件的选材分析
