齿轮泵设计专业课程设计.doc

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目： CAD/CAM实训 齿轮泵

系 别 机械工程学院 班级
学生姓名 学号
指引教师 王炳达 职称 副专家 实验师
起止日期：1月5日起——至1月9日止

沈 阳 工 程 学 院
CAD/CAM 课程设计成绩评估表

系（部）： 机械学院 班级： 学生姓名：
指 导 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2

工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤状况与否良好，可以独立完毕设计工作，
0.2
5
4
3
2

工作量
按期圆满完毕规定设计任务，工作量饱满，难度适当。
0.2
5
4
3
2

阐明书质量
阐明书立论对的，阐述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语精确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2

指引教师评审成绩
（加权分共计乘以12）
分
加权分共计

指 导 教 师 签 名：
年 月 日
评 阅 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料能力
0.2
5
4
3
2

工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2

阐明书质量
阐明书立论对的，阐述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语精确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2

评阅教师评审成绩
（加权分共计乘以8）
分
加权分共计

评 阅 教 师 签 名：
年 月 日
课 程 设 计 总 评 成 绩
分

目    录

一、课程设计任务书………………………………………( 4 )
二、齿轮设计与校核……………………………………( 5 )
三、卸荷槽计算…………………………………………( 12 )
四、泵体校核……………………………………………( 13 )
五、滑动轴承计算………………………………………( 14 )
六、联轴器选取及校核计算……………………………( 17 )
七、连接螺栓选取与校核………………………………( 18 )
八、连接螺栓选取与校核………………………………( 20 )
九、齿轮泵进出口大小拟定………………………………( 21 )
十、齿轮泵密封…………………………………………( 22 )
十一、法兰选取…………………………………………( 23 )
十二、键选取……………………………………………( 24 )
十三、键选取……………………………………………( 25 )
设计小结……………………………………………………( 27 )
参照文献……………………………………………………( 29 )

CAD/CAM实训任务书
一、实训目
通过CAD/CAM实训使学生可以运用CAD/CAM技术完毕零件实体造型、装配、机构仿真及分析、工程图生成、零件数控仿真加工等内容。提高学生解决工程实际问题能力，使学生将所学知识得到综合运用和巩固。
二、实训任务
依照设计图纸完毕如下内容：
1.零件建模工作；
2.零部件装配与运动仿真；
3．进行机构干涉检查与分析，并可以把分析成果有效输出；
4．生成工程图；
5．加工工艺设计；
6．对加工过程进行检查和仿真；
7．对走刀途径进行后置解决；
三、实训成果
1、零件实体模型；
2、运动装配及机构运动仿真文献；
3、装配后二维工程图文献
4、仿真加工文献和G代码；
5、实训报告
四、实训进度

项目
序号
教学内容
时间安排
1
零件实体造型
1天
2
装配
0.5天
3
机构运动及分析
1天
4
工程图生成
1天
5
数控仿真加工
1天
6
答辩及报告整顿
0.5天
共计

5天

二、齿轮设计与校核
一、重要技术参数
依照任务规定，此型齿轮油泵重要技术参数拟定为：
理论排量：125ml/r
额定压力：6.3MPa
额定转速:552r/min
容积效率:≥90%
二、设计计算内容
1.齿轮参数拟定及几何要素计算
由于本设计所给工作介质粘度为220，由表一进行插补可得此设计最大节圆线速度为2.6。
节圆线速度V：

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粘度关系
液体粘度
12
45
76
152
300
520
760
线速度
5
4
3.7
3
2.2
1.6
1.25
流量与排量关系式为：

——流量
——理论排量（ml/r）
2.齿数Z拟定，应依照液压泵设计规定从流量、压力脉动、机械效率等各方面综合考虑。从泵流量方面来看，在齿轮分度圆不变状况下，齿数越少，模数越大，泵流量就越大。从泵性能看，齿数减少后，对改进困油及提高机械效率有利，但使泵流量及压力脉动增长。
当前齿轮泵齿数Z普通为6-19。对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，规定流量脉动小，因而低压齿轮泵齿数Z普通为13-19。齿数14-17低压齿轮泵，由于根切较小，普通不进行修正。
3.拟定齿宽。齿轮泵流量与齿宽成正比。增长齿宽可以相应地增长流量。而齿轮与泵体及盖板间摩擦损失及容积损失总和与齿宽并不成比例地增长，因而，齿宽较大时，液压泵总效率较高.普通来说，齿宽与齿顶圆尺寸之比选用范畴为0.2～0.8，即：

Da——齿顶圆尺寸（mm）
4.拟定齿轮模数。对于低压齿轮泵来说，拟定模数重要不是从强度方面着眼，而是从泵流量、压力脉动、噪声以及构造尺寸大小等方面。
通过对不同模数、不同齿数齿轮油泵进行方案分析、比较成果，拟定此型齿轮油泵齿轮参数如下：
（1）模数
（2）齿数
（3）齿宽
由于齿轮齿数为18，不会发生根切现象，因此在这里不考虑修正，如下关于齿轮参数计算均按原则齿轮参数经行。
（4）理论中心距
（5）实际中心距
（6）齿顶圆直径
（7）基圆直径

（8）基圆节距
（9）齿侧间隙

（10）啮合角
（11）齿顶高
（12）齿根高
（13）全齿高
（14）齿根圆直径

（15）径向间隙

（16）齿顶压力角
（17）分度圆弧齿厚

（18）齿厚s

（19）齿轮啮合重叠系数

（20）公法线跨齿数

（21）公法线长度（此处按侧隙 计算）

(22)油泵输入功率

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。
三、校核
此设计中齿轮材料选为40cr，调质后表面淬火
1.使用系数表达齿轮工作环境（重要是振动状况）对其导致影响，使用系数拟定：
表2.3 使用系数
原动机工作特性
工作机工作特性
均匀平稳
轻微振动
中档振动
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
中档振动
1.25
1.50
1.75
2.0
强烈振动
1.50
1.75
2.0
2.25
液压装置普通属于轻微振动机械系统因此按上表中可查得可取为1.35。
2.齿轮精度拟定
齿轮精度此处取7

表2.4 各种机器所用齿轮传动精度级别范畴
机器名称
精度级别
机器名称
精度级别
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
载重汽车
7 ~ 9
农业机械
8 ~ 11
3.动载系数表达由于齿轮制造及装配误差导致不定常传动引起动载荷或冲击导致影响。动载系数实用值应按实践规定拟定，考虑到以上拟定精度和轮齿速度，偏于安全考虑，此设计中取为1.1。
4.齿向载荷分布系数是由于齿轮作不对称配备而添加系数，此设计齿轮对称配备，故取1.185。
5.一对互相啮合齿轮当在啮合区有两对或以上齿同步工作时，载荷应分派在这两对或多对齿上。但载荷分派并不平均，因而引进齿间载荷分派系数以解决齿间载荷分派不均问题。对直齿轮及修形齿轮，取=1
6.弹性系数 单位——，数值列表见表3
表2.5 弹性模量

齿轮材料
弹性模量
配对齿轮材料
灰铸铁
球墨铸铁
铸钢
锻钢
夹布塑料
118000
173000
20
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

此设计中齿轮材料选为40cr，调质后表面淬火，由上表可取。

6.弯曲疲劳强度寿命系数
7.选用载荷系数
8.齿宽系数选取

1.齿面接触疲劳强度校核
对普通齿轮传动，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疲劳极限影响不大，普通不予以考虑，故只需考虑应力循环次数对疲劳极限影响即可。
齿轮许用应力 按下式计算

S——疲劳强度安全系数。对解除疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不及时导致不能继续工作后果，故可取 。但对于弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重事故，因而在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取 。
——寿命系数。弯曲疲劳寿命系数查图1。循环次数N计算办法是：设n为齿轮转速（单位是r/min）；j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为h），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算：

(1)设齿轮泵功率为，流量为Q，工作压力为P，则

(2)计算齿轮传递转矩

(3)
(4)
(5)按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限
(6)计算循环应力次数

(7)由机设图10-19取接触疲劳寿命系数
(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

(9)计算接触疲劳强度

齿数比

2.齿根弯曲强度校核
(1)由图10-20c查得齿轮弯曲疲劳强度极限
(2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
(3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数则：

(4)载荷系数
(5)查取齿形系数 应力校正系数
(6)计算齿根危险截面弯曲强度
<
因此，所选齿轮参数符合规定。

三、卸荷槽计算
此处按“有侧隙时对称双矩形卸荷槽”计算。
（1）两卸荷槽间距a

（2）卸荷槽最佳长度c拟定

（3）卸荷槽深度

四、泵体校核
泵体材料选取球墨铸铁（QT600-02）。由机械手册查得其屈服应力为300420MPa。由于铸铁是脆性材料，因而其许用拉伸应力值应当取为屈服极限应力即值应为300420MPa
泵体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——泵体外半径（mm）
——齿顶圆半径（mm）
——泵体实验压力（MPa）
普通取实验压力为齿轮泵最大压力两倍。
即
=2p=2x6.3=12.6MPa
由于

代数得
考虑加工设计等其她因素，因此泵体外半径取为。

五、滑动轴承计算
选取轴承类型
选整体式液体静压轴承：由于此种类类型轴承用于低速轻载，且难以形成稳定油膜。
轴承材料选取及性能
计算轴承宽度
材料类别
牌号
（名称）
[p]
/MPa
[v]
/m/s
[pv]
/MPa.
m/s
最高工作温度
轴颈硬度、BHS
铝青铜
ZCuAll0Fe3
（10-3铝青铜）
15
4
12
280
300
普通轴承宽径比B/d范畴在0.3-1.5，宽径比小，有助于提高运转稳定性，提高品位卸量以减少温度。但轴承宽度越小，轴承承载能力也随之减少。综合考虑宽经比取0.5
因此轴承宽度
计轴颈圆周速度

（1）按从动齿轮所受径向力计算，两滑动轴承所受径向力之和为
式中：△p单位为，和单位为。
每个轴承所受径向力为

（2）轴承PV值

（3）齿轮轴颈线速度

（4）轴承单位平均压力（比压）

(5) 选取轴瓦材料
查机械设计中表12-2，在保证条件下，选定轴承材料为ZCuAll0Fe3
（6）换算出润滑油动力粘度
已知选用润滑油运动粘度v=220cSt
取润滑油密度
润滑油动力粘度
（7）计算相对间隙
由式
，取为0.00125
（8）计算直径间隙

（9）计算承载量系数
由式
(10)计算轴承偏心率
依照值查《机械设计》中表12-6，通过查算求出偏心率
（11）计算最小油膜厚度
由式
（12）拟定轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度
按照加工加工精度规定取轴颈表面粗糙度为0.8，轴承孔表面粗糙度为1.6，查机《械械设计》书中表7-6得轴颈，轴承孔。
（13）计算许用油膜厚度
取安全系数S=2,由式
因，故满足工作可靠性规定。
（14）计算轴承与轴颈摩擦系数
因轴承宽径比B/d=0.5,取随宽径比变化系数，计算摩擦系数
（15）查出润滑油流量系数
由宽径比B/d=0.5及偏心率查《机械设计》书中图12-16，得润滑油流量系数
（16）计算润滑油温升
按润滑油密度，取比热容，表面传热系数，由式
（17）计算润滑油入口温度
由式
因普通取故上述入口温度适合。
（18）选取配合
依照直径间隙，按GB/T1800.3-1998选配合,查得轴承孔尺寸公差为mm，轴颈尺寸公差mm。
（19）求最大、最小间隙

因，在，估算配合合用 六、联轴器选取及校核计算
1.联轴器类型选取：
为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。
2.载荷计算：
设齿轮泵所需功率为

Q——流量
P——工作压力
公称转矩：

由机械设计表14-1查得取，故由式（14-1）计算转矩为： 图6.1 联轴器

由机械设计综合课程设计P143表6-97得刚性凸缘联轴器（GB/T5843—）轴孔直径为28联轴器工程转矩为224N.m，许用最大转速为9000r/min，,故选用轴孔直径为28mm联轴器满足规定。
型号
轴孔长度L/mm
L1/mm
D1/mm
D/mm
d/mm
d1/mm
J型
44
62
55
105
28
48
七、轴强度计算
轴强度计算普通可以分为三种：
1.按扭转强度或刚度计算；2.按弯矩合成刚度计算；3.精准强度校核计算。依照任务规定咱们选取第一种，此法用于计算传递扭矩，不受或受较小弯矩轴。
材料选用40Cr ，，

d-轴端直径，mm
T-轴所传递扭矩，N.m

P-轴所传递功率，Kw
n-轴工作转速,r/min
-许用扭转剪应力，Mpa
又为，考虑有两个键槽，将直径增大，则：，

考虑加工安全等其她因素，则取。
轴在载荷作用下会发生弯曲和扭转变形，故要进行刚度校核。轴刚度分为扭转刚度和弯曲刚度两种，前者用扭转角衡量，后者以挠度和偏转角来衡量。
轴扭转刚度
轴扭转刚度校核是计算轴在工作时扭转变形量，是用每米轴长扭转角度量。轴扭转变形要影响机器性能和工作精度。
轴扭转角
查《机械设计手册》表5-1-20可知满足规定。
2、轴弯曲刚度
轴在受载状况下会产生弯曲变形，过大弯曲变形也会影啊轴上零件正常工作，
因而，本泵轴也必要进行弯曲刚度校核，

轴径向受到力与齿轮沿齿轮圆周液压产生径向力和由齿轮啮合产生径向力和相等。在实际设计计算时用近似计算作用在从动齿轮上径向力，即轴在径向受到力为
。
查《机械设计手册》可得

故可得轴满足规定。

八、连接螺栓选取与校核
1.螺栓选用 材料：低碳钢
由于螺栓组是塑性，故可依照第四强度理论求出预紧状态下计算应力

对于普通螺栓连接在拧紧时虽是同步受拉伸和扭转联合伙用，单在计算时，只按拉伸强度计算，并将所受拉力增大30%来考虑扭转影响。

F——螺栓组拉力
P——压力
S——作用面积

R——齿顶圆半径
取螺栓组中螺钉数为4
由于壁厚=12，沉头螺钉下沉5mm ,腔体厚42mm则取螺纹规格d=M10,公称长度L=54,K=4，b=16性能级别为8.8级，表面氧化内六角圆柱螺钉。
下面对它进行拉伸强度校核
拉伸强度条件为
F——工作拉力，N;
d——螺栓危险截面直径，mm
——螺栓材料许用拉应力，MPa；

由机械设计教材P87 表5-8可知：性能级别为8.8级螺钉抗拉强度极限
满足条件，螺钉可用。
九、齿轮泵进出口大小拟定
齿轮泵进出口流速计算公式：

式中：Q——泵流量（L/min）;
q——泵排量（ml/r）;
n——泵转速（r/min）;
S——进油口油面积（）
由于齿轮泵进油口流速普通推荐为2——4m/s,出油口流速普通推荐为3——6m/s.
这里选进油口流速为3m/s,出油口流速为5m/s
运用上一种公式算得进油口面积
出油口面积
由得进油口半径
十、齿轮泵密封
轴承盖上均装垫片，透盖上装J型无骨架橡胶油封。因轴径d=12mm，由GB/T 9877.1-1988,GB/T 9877.2-1988 查得J型无骨架橡胶油封有关尺寸参数如下：

十一、法兰选取
由于法兰外径D=124，因此由中华人民共和国JB原则JB/T79.1-94，可选用数量为4M12单头螺栓
十二、键选取
键截面尺寸b和h按轴直径d由原则来选定，键长度L普通可按轮毂长度而定，即键长等于或略短于轮毂长度；普通轮毂长度可取，这里d为轴直径。由机械设计P106 表6-1可选得b,8，h=7，L=40。

设计小结
三周机械课程设计结束了，说是三周，实则两周，第一周因测绘，因而无暇搞设计，两周时间急迫，由于感觉手里资料太少了，没有，于是不得不晚上和周末抽时间来继续搞设计，时间抓紧也很充实。
作为一名机械设计制造及自动化大三学生，我觉得能做这样课程设计是十分故意义。在已度过两年半大学生活里咱们大多数接触是专业基本课。咱们在课堂上掌握仅仅是专业基本课理论面，如何去面对现实中各种机械设计？如何把咱们所学到专业基本理论知识用到实践中去呢？我想做类似大作业就为咱们提供了良好实践平台。在做本次课程设计过程中，我感触最深当属查阅了诸多次设计书和指引书。为了让自己设计更加完善，更加符合工程原则，一次次翻阅机械设计书是十分必要，同步也是必不可少。咱们做是课程设计，而不是艺术家设计。艺术家可以抛开实际，尽情在幻想世界里飞翔，咱们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。记得我曾经设计了一种很“艺术化”减速器箱盖吊钩，然后找教师询问，成果立即被教师否定了，由于这样设计，理论上可用，事实上加工困难，增长产品成本。因此咱们工程师搞设计不要以为自己是艺术家，除非是外形包装设计。
作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少，虽然本次课程设计没有规定用 auto CAD制图，但我却在整个设计过程中都用到了它。用cad制图以便简洁，易修改，速度快，我设计，大某些尺寸都是在cad上设计出来，然后按这尺寸画在图纸上。这样，有了尺寸就能较好控制图纸布局。
此外，课堂上也有某些知识不太清晰，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计第二大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望教师批评指正。但愿答辩时，教师多提些问题，由此我可用更好地理解到自己局限性，以便课后加以弥补。

通过几周课程设计，我终于完毕了自己设计，在整个设计过程中，感觉学到了诸多关于机械设计知识，这些都是在平时理论课中不能学到。还将过去所学某些机械方面知识系统化，使自己在机械设计方面应用能力得到了很大加强。
除了知识外，也体会到作为设计人员在设计过程中必要严肃、认真，并且要有极好耐心来对待每一种设计细节。在设计过程中，咱们会遇到好多问题，这些都是平时上理论课中不会遇到，或是遇到了也由于不用而不去深究问题，但是在设计中，这些就成了必要解决问题，如果不问教师或是和同窗讨论，把它弄清晰，在设计中就会出错，甚至整个方案都必要所有重新开始。例如轴上各段直径拟定，以及各个尺寸拟定，此前虽然做过作业，但是毕竟没有放到非常实际应用环境中去，毕竟考虑还不是诸多，并且对所学那些原理性东西掌握还不是很透彻。但是通过教师解说，和自己更加进一步思考之后，对诸多知识，知其然还知其因此然。
刚刚开始时真使感觉是一片空白，不知从何处下手，在画图过程中，感觉似乎是每一条线都要有一定根据，尺寸拟定并不是随心所欲，不断地会冒出某些细节问题，都必要通过计算查表拟定。 设计事实上还是比较累，每天在电脑前画图或是计算确需要很大毅力。从这里我才真体会到了做工程还是非常不容易，通过这次课程设计我或许提前体会到了自己后来职业生活吧。
通过这次课程设计感觉到自己还学到了诸多其她计算机方面知识，通过训练可以非常纯熟使用Word和CAD。并
因此这次课程设计，我觉得自己真收获非常大。打完这行字，真心一下子放了下来，看到自己完毕成果，真觉得虽然很累，但觉得很欣慰，这次课程设计应当是达到了预期效果.

参照文献
[1] 濮良贵、纪名刚．机械设计（第八版）．北京：高等教诲出版社，．
[2] 龚溎义、罗圣国．机械设计课程设计指引书（第二版）．北京：高等教诲出版社，1990．
[3] 吴宗泽、罗圣国．机械设计课程设计手册（第二版）．北京：高等教诲出版社，1999．
[4] 陈铁鸣．新编机械设计课程设计图册．北京：高等教诲出版社，.