大流量内啮合齿轮泵的设计毕业论文(编辑修改稿)

大流量内啮合齿轮泵的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

于一些要求快速运动的系统来说，大排量是必需的。 但普通齿轮泵排量的提高受到很多因素的限制。 （ 5） 变排量 齿轮泵的排量不可调节，限制了其使用范围。 为了改变齿 轮泵的排量，国内外学者进行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。 有关齿轮泵变排量方面的专利已有很多，但真正能转化为产品的很少。 （ 6） 信息化、智能化控制 由于液压比例技术的发展，在变量控制系统中采用比例或伺服阀，将电子控制和液压变量控制完美地结合起来。 随着液压和电子技术的发展，液压系统的压力、速度、方向都可以采用信息化、智能化控制。 本课题的研究内容和方法 本课题主要完成一个大流量内啮合齿轮泵的设计，详细到每一个零部件。 目前内啮合齿轮泵有几种不同的形式，从不同形式泵的性能优缺点、结构复杂程度、加 工工艺、经济型等方面考虑，设计出一个既满足设计参数，又性能良好的内啮合齿轮泵。 设计时从渐开线内啮合齿轮泵的排量开始。 内啮合齿轮泵的排量主要由一对啮合的内齿轮副决定，由排量的大小可以计算出一对内齿轮副的基本参数。 仅仅满足排量要求的齿轮副有很多，我们要从齿轮的各种干涉、重合度、强度等方面考虑，选出既符合齿轮副的传动要求，又满足齿轮泵排量要求的一对齿轮副。 完成齿轮副的设计后，依次设计月牙板、浮动侧板、泵体、前后泵盖、连接法兰。 其中浮动侧板是重点，浮动侧板可以轴向移动，实现轴向间隙的自动补偿。 浮动侧板上的背压室面积要比高压室断面面积稍大，一般取 倍，才能保证浮动侧板出于过平衡状态。 进出油 孔的大小及位置要设置得当，才能实现各自的功能。 设计时还要考虑强度、密封等问题。 9 2 内啮合齿轮泵的工作原理 内啮合齿轮泵的分类 目前，国内外市场上的内啮合齿轮泵主要有以下几种 [11]： （ 1） GPA 泵美国 VICKERS 公司产品，上海机床厂引进其技术消化吸收后已形成大批量生产，其结构简图如图 所示。 图 GPA 泵的结构简图 GPA 泵的内外转子均为修正渐开线齿形，齿数比 13:19。 内外转子间用固定月牙板隔开，无间隙补偿，噪音低。 可串成双联泵使用。 排量 ，额定压力 10MPa，转速范围 5003000r/min。 （ 2） TCP泵 日本丰兴株式会社产品，其结构简图如图 所示。 图 TCP 泵的结构简图 该泵内转子为短副等距外摆线，外转子为圆弧曲线，齿数比为 9:11。 内外 10 齿轮间用固定月牙板隔开，没有间隙补偿，结构简单、体积小、噪音低。 排量5125ml/r，额定压力 ，转速范围 6004000r/min。 （ 3） IP泵 德国 VOITH 公司和日本 NACHI 不二越公司都有该型号的产品，其结构简图如图 所示。 图 IP 泵的结构简图 内外转子均为修正渐开线齿形，齿数比 13:20。 内外转子间用活动填隙片隔开。 按出口压力分为低压泵 IPN(12MPa)、中压泵 IPR(21MPa)、高压泵 IPH(32MPa)3个 系列。 其中 IPH高压泵齿圈外径、齿圈、齿轮端面都有间隙补偿。 该泵机械效率、容积效率都比较高，结构比较复杂。 与同一压力等级的内啮合齿轮泵相比，该泵造价高，外形体积小，噪音较低。 排量 125ml/r，转速范围3004000r/min。 （ 4） QT 泵 瑞士 Turninger 公司产品，其结构简图如图 所示。 图 QT 泵的结构简图 外齿轮齿廓为直线 ， 内齿圈齿廓为 与 直线共扼 的曲 线，齿数比 13:17。 内外 11 转子间 用固定月牙板隔开，间隙没有补偿，结构比较简单，噪音较低。 QT 泵可由双极、三级齿轮副串联加压，后者额定压力可达 30MPa。 QT 泵也可以串成双联、三联泵。 按不同的压力和排量组合成多大 1300 多种规格。 在有特殊需要的地方可与变频电机配套组成变量泵。 (5)QX 泵 该泵是瑞士 Turninger 公司在 QT 泵的基础上开发的新型产品。 同 QT 泵一样，外齿轮齿廓为直线，内齿圈齿廓为直线 共轭 曲线，结构与 QT泵大致相同，齿数比为 10:13。 因为齿数比 QT 泵少，与同样排量的泵相比，齿轮齿根加宽，使承载能力提高，一级齿轮副即能承受 32MPa 的压力。 QX 泵也可串成双联泵。 (6)摆线转子泵 其结构简图如图。 摆线转子泵的外转子在泵体内 图 摆线转子泵结构简图 自由旋转，内、外转子的啮合必须有正确的偏心距。 偏心距不正确将影响内、外转子的啮合，从而使效率下降，并产生噪声，甚至导致转子的损坏。 对于摆线转子泵，吸排油角度范围大，在高速旋转时，离心力的作用有利于油液在齿谷的充填，不会产生有害的“空穴”现象。 摆线转子泵的转速范围可达 4008000r/min。 由于渐开线齿轮的加工工艺已经很成熟，制造成本低，本课题采用了渐开线齿形的内啮合齿轮泵。 内啮合齿轮泵的工作原理 渐开线齿形 内啮合齿轮泵的结构图如图 所示。 后泵盖 前泵盖 泵体 4 和前端盖 9 用螺钉 1 紧固在一起。 滑动轴承 10（两个） 装于泵体 4 和前泵盖 8 的轴承孔内，用来支承外齿小齿轮 12 的轴颈，内齿 轮 6 直接 用 泵体 4 支承，两齿轮的两侧面装有 两个 浮动侧板 5。 小齿轮和内齿环之间装有 月牙板 7， 月牙 12 板由两跟轴固定，这两根轴穿过浮动侧板，两端支撑在泵体 4 和前泵盖 8 上。 浮动侧板 5 在背压室油液的作用下贴在小齿 轮和内齿环组成的高压区端面，起到了自动补偿端面间隙的作用， 有利于提高泵的容积效率。 当小齿轮 12 按顺时针方向旋转时，带动内齿 轮 6 在泵体内同向旋转，即小齿 轮与内齿轮进入啮合状态。 小齿轮的齿顶与内齿轮 轮齿之间的间隙有效容 积逐 图 渐开线内啮合齿轮泵结构简图 1螺钉 2后泵盖 3O 形密封圈 4泵体 5浮动侧板 6内齿轮 7月牙板 8前泵盖 9前端盖 10滑动轴承 11内包骨架旋转轴唇形密封圈 12小齿轮轴 13键 渐变大，即齿间容积逐渐变大，形成真空状态，油液在大气压力作用下进在吸油腔 a，从而进入吸油状态，并将油液填满泵的小齿轮与内齿 轮 间的低压腔 a； 这 13 时，因为小齿轮继续旋转，小齿轮与内齿 轮进入啮合的区域是由小齿轮内齿轮 的啮合 最浅处的位置上逐渐向相反的位置滑动，即小齿轮的齿顶与内齿轮 轮齿间的间隙由大逐渐变小，即齿间容积逐渐缩小，形成挤压状态，将油液排入泵的压油腔 b， 并从内齿轮 6 中沿着圆周布置的多个径向小孔排挤出去，从而进入排油状态。 随着小齿轮的继续旋转，齿轮泵泵将重复上述的吸油、排油过程。 内啮合齿轮泵的性能特点 内啮合齿轮泵作为齿轮泵的重要组成部分，在实际当中得到了广泛的应用，它具有以下性能特点 : （ 1） 流量、压力的脉动小。 其流量脉动系数在 2%5%之间，而外内啮合齿轮泵的流量和压力脉动是很严重的。 （ 2）噪声低。 由于采用了滑动轴承；无困油现象；吸油腔的进口面积大，吸油充分，不会引起气蚀现象；流量、压力脉动小，所以噪声只有 5060dB，而外内啮合齿轮泵的噪声一般有 7080dB。 （ 3）由于小齿轮和内齿轮的转向相同，齿间相对滑动速度小，轮齿接触应力小，磨损小，因而寿命长。 14 3 内啮合齿轮泵的设计 内啮合齿轮副的设计 渐开线内啮合齿轮副是内啮合齿轮中的核心部件，其参数如何及性能好坏直接决定了内啮合齿轮泵性能的优劣。 泵运行时，就是依靠齿的啮合引起容积的变化从而完成吸油、排油的过程。 同时，这对齿轮副也是内啮合齿轮泵的主要摩擦副之一。 内啮合齿轮副正确啮合及连续传动条件 一对渐开线内啮合齿轮副要正确啮合并连续传动，须满足一下条件 [12]： ： 内啮合传动时正确啮合条件和外啮合时相同，要求两齿轮的基圆齿距相 等，即 1 1 2 2co s co smm 式中， 1m 、 2m 分别为小 齿轮和内齿轮的 模数， 1 、 2 分别为小齿轮和内齿轮的分度圆压力角。 连续传动条件，应使重合度 a 1，即 39。 39。 1 1 2 21 [ ( ta n ta n ) ( ta n ta n ) ] 12a a azz         式中， 39。  为啮合角， 1a 、 2a 分别为 小 齿轮和 内齿轮的齿顶压力角，其计算公式分别为： 111arccosbaarr  ， 222arccosbaarr ， 式中， 1br 、 2br 分别为 小 齿轮和内齿轮的基圆半径， 1ar 、 2ar 分别为 小 齿轮和内齿（ ） （ ） （ ） （ ） 15 轮的齿顶圆半径。 ，内齿轮的齿顶圆必须大于基圆。 否则，由于基圆内没有渐开线，将造成齿顶部分有一段非渐开线齿廓，这就不能保证正确啮合传动。 为此应使 *2 21 cosahz   对于标准内齿轮，压力角 020 ，齿顶高系数 *=1ah ，代入上式后得内齿轮2z 34。 由此可知，在设计标准内齿轮时，其齿数 2z 不得小于 34. ，除了要求基圆齿距彼此相等。 重合度大于 1外 ， 小 齿轮的基圆和内齿轮的基圆必须相交。 只有这样才能做出啮合线，保证啮合角 39。 0。 即保证如下关系 39。 2121 39。 ()2 ta nz z inv     式中， 21,分别为 小 齿轮和内齿轮的变位系数。 内啮合齿轮副的参数选择及计算 内啮合齿轮泵的流量公式为 222 111 2 c o s[ 2 (1 ) (1 ) ]12v zq m n b z z     （ ） 式中， 1n 为泵的转速， b 为齿宽， v 为容积效率。 取 1n =1500r/min，齿宽系数 d =，即 b= ， 容积效率 v =。 从公式中知，内啮合齿轮泵的排量与齿轮的模数、齿数有关。 齿轮的模数只能从一系列标注值中选取，而齿数必须是整数。 因此，采用列举法，在 matlab中编码计算出符合条件的模数、齿数。 Matlab 代码如下： p=。 for m=[1 2 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50] for z1=3:100 for z2=(z1+1):100 （ ） （ ） 16 L=z1*m^3*(2*z1+*(1z1/z2))。 if p*Lamp。 amp。 Lp*amp。 amp。 z2/z1=amp。 amp。 z2/z1=10amp。 amp。 z2=20 %筛选依据 dlmwrite(39。 D:\ 符 合 条 件 的 参 数 .txt39。 ,[m z1 z2 L],39。 append39。 ,39。 newline39。 ,39。 pc39。 )。 end end end end %筛选依据： 10% ； ：10； 14116， z2=20。 运行上述代码，得到一系列满足条件的模数、齿数。 为了使减小泵的尺寸，选取了模数较大的一组数据： m=5, 1z =23, 2z =35 其中分度圆压力角 20o ，齿顶高系数 *ah =1，顶隙系数 *c =，变位系数。 齿轮基本参数的计算 ○ 1 啮合角 由于内小齿轮的变位系数相同，所以啮合角等于分度圆压力角，即 39。 20o ○ 2 实际中心距 由于内外齿轮的变位系数相同，故实际中心距等于理论中心距，即 39。 21()2ma a z z  =30mm （ ） ○ 3 中心距变动系数 实际中心距与理论中心距相等，所以中心距变动系数 y=0。 ○ 4 变位系数和 210      17 ○ 5 齿轮加工方法的选择 内齿轮：碗形直齿插齿刀（ GR7360），插齿刀的参数如下： 0d =100， m =5， 0z =20， 0 =， 0ad =， *0ah =， 2minz =29 小齿轮：滚刀加工 ○ 6 插内齿轮时的啮合角 39。 2 0 2022 0 22 ( ) t a nin v in v zz    （ ） 把相应数据代入上式得 39。 02 = ○ 7 插内齿轮时的中心距 39。 0 2 2 0 2 39。 02c o s()2 c o sma z z  = （ ） ○ 8 分度圆直径 小齿轮分度圆直径 11d mz =115mm （ ） 内齿轮分度圆直径 22d mz =175mm ○ 9 齿根圆直径 小齿轮的齿根圆直径 **1 1 12 ( )fad d m h c    = （ ） 内齿轮的齿根圆直径 39。 2 02 022f。