齿轮泵设计项目说明.doc

液压元件和系统综合训练

综合训练一：
液压泵设计
Q=60L/min n=1450rad/min p=2.5MPa

班　　级：
流体13-2班
姓　　名：
单德兴
指导老师：
魏晓华
学 号：

1、外齿轮泵 3
1.1外齿轮泵工作原理 3
2.齿轮泵困油现象(也称齿封现象) 3
3. 齿轮泵设计 4
3.1齿轮泵参数设计 4
4.齿轮泵校核 8
4.1参数选择 8
4.2齿轮校核 10
4.3轴剪切力校核 12
4.4泵体校核 14
5.其它零件选择和校核 15
5.1卸荷槽计算 15
5.2联轴器选择及校核计算 15
5.3连接螺栓选择和校核 16
5.4齿轮泵进出口大小确定 17
5.5键选择 17
5.6销选择 18
6.使用说明 19
6.1安装 19
6.2故障排除 20

1、外齿轮泵
1.1外齿轮泵工作原理

基础结构组成：齿轮（主动齿轮、从动齿轮）、泵体、吸入口、排出口。
装配关系：主动齿轮和从动齿轮分别安装在两根平行转轴上；两根平行泵转轴由泵体和端盖支承；两齿轮被安装在泵体内。
工作原理：KCB齿轮式输油泵在泵体中装有一对回转齿轮，一个主动，一个被动，依靠两齿轮相互啮合，把泵内整个工作腔分两个独立部分。A为入吸腔，B为排出腔。泵运转时主动齿轮带动被动齿轮旋转，当齿化从啮合到脱开时在吸入侧(A)就形成局部真空，液体被吸入。被吸入液体充满齿轮各个齿谷而带到排出侧(B)，齿轮进入啮合时液体被挤出，形成高压液体并经泵排出口排出泵外
2.齿轮泵困油现象(也称齿封现象)
齿轮泵啮合过程中，同时啮合齿轮对数应该多于一对，即重合系数ε应大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齿间油液就被困在两对同时啮合轮齿所形成一个封闭空间内，这个空间容积又将伴随齿轮转动而改变。这就是齿轮泵困油现象

3. 齿轮泵设计
3.1齿轮泵参数设计
齿轮泵流量、压力为已知设计参数。
1.确定泵理论流量为
= （2—9）
式中：——泵容积效率 =0.95。
2.选定转速：由原动机直接驱动，原动机转速即为泵转速，或将原动机减速后作泵转速。若采取交流电动机驱动，通常转速为1450r/min。
3.选择齿宽系数K：对于低压齿轮泵K=7,压力高取小值，压力低取大值。
4.选择齿数Z：
对于中低压齿轮泵：Z=13
5.计算齿轮模数m：
当为标准齿轮时：
=4.28≈4.5（mm） 圆整后去4.5

6.校验齿轮泵流量。该流量和设计理论流量相差5%以内为合格。

当为标准齿轮时：

当泵流量和设计理论流量相差控制在5%以内。
7.校核齿轮节圆线速度。

式中： ——节圆直径，(mm)
n——转速，(r/min)
——齿轮节圆许用线速度，其值见表1-1

若轮周速度太大，须降低节圆直径，措施是降低齿数或增加齿宽，有时也能够修改转速n。
工业齿轮油粘度
12
45
76
152
300
520
760
节圆极限速度
5
4
3.7
3
2.2
1.6
1.25
表1-1
8.确定困油卸荷槽尺寸。
(1)两卸荷槽之间距离

式中：——齿轮基节（mm）
——齿轮啮合角°）
——分度圆压力角取20（°）
——两齿轮实际中心距（mm）
——模数（mm）
——齿数
(2)卸荷槽宽度：

式中：——重合系数当压力角且中心距为标准值时，
为确保卸荷槽通畅
(3)卸荷槽深度：
卸荷槽深度大小，影响困油排出速度，通常取。
式中：——齿轮模数（mm）。

经过对不一样模数、不一样齿数齿轮油泵进行方案分析、比较结果，确定此型齿轮油泵齿轮参数以下：
（1）模数m=4.5
（2）齿数z=13
（3）齿宽b=27
现在中国广泛采取是“增一尺修正法”设计计算齿轮泵齿轮参数。采取这种方法优点是：能够使压力角为20°标准齿轮刀具，避免发生根切，齿轮齿顶圆直径和中心距为整数。
（4）理论中心距 Ao=mz=58.5

（5）实际中心距Ao=m(z+1)=63
（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） （12）齿根高

（13）全齿高

（14）齿根圆直径
（15）径向间隙
(16）齿顶高
（17）齿顶压力角
（18）分度圆弧齿厚
（19）齿厚
（20）齿轮啮合重合系数
（21）公法线跨齿数

4.齿轮泵校核
4.1参数选择
此设计中齿轮材料选为40，调质后表面淬火
原动机工作
特征
工作机工作特征
均匀平稳
轻微振动
中等振动
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
中等振动
1.25
1.50
1.75
2.0
强烈振动
1.50
1.75
2.0
2.25
使用系数表示齿轮工作环境（关键是振动情况）对其造成影响，使用系数确实定：

液压装置通常属于轻微振动机械系统所以按上表中可查得可取为1.35。
2.齿轮精度确实定
齿轮精度此处取7
机器 +名称
精度等级
机器名称
精度等级
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.动载系数表示因为齿轮制造及装配误差造成不定常传动引发动载荷或冲击造成影响。动载系数实用值应按实践要求确定，考虑到以上确定精度和轮齿速度，偏于安全考虑，此设计中取为1.1。
4.齿向载荷分布系数是因为齿轮作不对称配置而添加系数，此设计齿轮对称配置，故取1.185。
5.一对相互啮合齿轮当在啮合区有两对或以上齿同时工作时，载荷应分配在这两对或多对齿上。但载荷分配并不平均，所以引进齿间载荷分配系数以处理齿间载荷分配不均问题。对直齿轮及修形齿轮，取=1

6.弹性系数 单位——，数值列表

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
1805
188

球墨铸铁
156.6
173.9

灰铸铁
143.7

此设计中齿轮材料选为40，调质后表面淬火，由上表可取。

弯曲疲惫强度寿命系数
7.选择载荷系数
4.2齿轮校核
1.齿面接触疲惫强度校核
对通常齿轮传动，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惫极限影响不大，通常不给予考虑，故只需考虑应力循环次数对疲惫极限影响即可。

齿轮受力图

齿轮许用应力 按下式计算

S——疲惫强度安全系数。对解除疲惫强度计算，因为点蚀破坏发生后只引发噪声，振动增大，并不立即造成不能继续工作后果，故可取 。但对于弯曲疲惫强度来说，假如一旦发生断齿，就会引发严重事故，所以在进行齿根弯曲疲惫强度计算时取 。
——寿命系数。弯曲疲惫寿命系数查图1。循环次数N计算方法是：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)计算齿轮传输转矩

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

(7)由机设图10-19取接触疲惫寿命系数
(8)计算接触疲惫许用应力
取失效概率为0.1，安全系数S=1

(9)计算接触疲惫强度

齿数比
故该项校核符合要求。

2.齿根弯曲强度校核
(1)由图10-20c查得齿轮弯曲疲惫强度极限
(2)由图10-18取弯曲疲惫寿命系数
(3)计算弯曲疲惫许用应力
取弯曲疲惫安全系数则：

(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
<
所以，所选齿轮参数符合要求。

4.3轴剪切力校核
齿轮泵输出功率
齿轮泵总效率取80%

T-轴所传输扭矩，N.m

材料选择40Cr ，，

d-轴端直径，mm
考虑有两个键槽，将直径增大，则：

合格
考虑加工安全等其它原因，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可知满足要求。
2、轴弯曲刚度
轴在受载情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，
所以，本泵轴也必需进行弯曲刚度校核，

轴径向受到力和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

故可得轴满足要求。

4.4泵体校核
泵体材料选择球墨铸铁（QT600-02）。由机械手册查得其屈服应力为300420MPa。因为铸铁是脆性材料，所以其许用拉伸应力值应该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）
Re——齿顶圆半径（mm）
Ps——泵体试验压力（MPa）

通常取试验压力为齿轮泵最大压力两倍。
即
=2p=2x1.45=5MPa
因为

代数得
考虑加工设计等其它原因，所以泵体外半径取为。
5.其它零件选择和校核

5.1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）卸荷槽最好长度c确实定

（3）卸荷槽深度

5.2联轴器选择及校核计算
1.联轴器类型选择：
为了隔离振动和冲击，选择弹性套柱销联轴器。
2. 载荷计算：设齿轮泵所需功率为

型号
轴孔长度L/mm
L1/mm
D1/mm
D/mm
d/mm
b/mm
J型
42
30
40
120
90
20

5.3连接螺栓选择和校核
1.螺栓选择 材料：低碳钢
因为螺栓组是塑性，故可依据第四强度理论求出预紧状态下计算应力

对于一般螺栓连接在拧紧时虽是同时受拉伸和扭转联合作用，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
因为壁厚=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性能等级为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：性能等级为8.8级螺钉抗拉强度极限；
所以，满足条件，螺钉可用。

5.4齿轮泵进出口大小确定
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（）
因为齿轮泵进油口流速通常推荐为2——4m/s,出油口流速通常推荐为3——6m/s.
这里选进油口流速为3m/s,出油口流速为5m/s
利用上一个公式算得进油口面积
出油口面积
由得进油口半径
5.5键选择
键截面尺寸b和h按轴直径d由标准来选定，键长度L通常可按轮毂长度而定，即键长等于或略短于轮毂长度；通常轮毂长度可取，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。

5.6销选择
据齿轮泵上销作用，即其关键起定位作用，所以选择公称直径d=6圆锥销。

6.9电动机选择

依据功率和转速，可确定电机型号为Y132s-4，功率5kw，转速1500rad/s。

6.使用说明
6.1安装
a. 安装前应检验泵在运输中是否受到损坏，如电机是否受潮、泵进出口防尘盖是否损坏而使污物进入泵腔内部等。
b. 安装管道前应先对管道内壁用清水或蒸气清洗洁净。安装时应避免使管道重量由泵来负担，以免影响泵精度及寿命。
c. 油泵应尽可能靠近油池；管道各联接部位不得漏气、漏液，不然会发生吸不上液体现象。
d. 为预防颗粒杂盾等污物进入泵内，应在吸入口安装金属过滤网，过滤精度为30目/in，过滤面积应大于进油管横截面积三倍以上。
e. 进出口管路提议安装真空表及压力表，方便监视泵工作状态。
f. 当油池较深、吸油管路较长或介质粘度较高而造成真空度过高时，可将进油管加粗一挡。吸油管路较长时还应安装底阀。
2、工作前检验
a. 泵各紧固件是否牢靠。
b. 主动轴转动是否轻重均匀一致。
c. 进出管道阀门是否打开。
d. 泵旋转方向是否符合要求。
e. 首次使用前应向泵内注入适量介质。
3、工作时维护
a. 注意泵压力表及真空表读数应符合该泵所要求技术规范以内。
b. 当泵在运转中有不正常噪音或温升过高时，应立即停泵检验。
c. 通常情况下，不得任意调整安全阀，如需调整时要用仪器校正。使安全阀截止压力为泵
d. 额定压力1.5-2倍。4、泵停止
a. 切断电源。
b. 关闭进出管道阀门。
6.2故障排除
现象
产生原因
排除方法
不排油或
排油量少
1、吸入高度超出额定值
2、 吸入管道漏气
3、旋转方向不对
4、 吸入管道堵塞或阀门关闭
5、 安全阀卡死或研伤
6、液体温度低而粘度增大
1、 提升吸入液面
2、检验各接合处，最好加密封材料密封
3、按泵所表示方向纠正
4、检验管道是否堵塞，阀门是否全开
5、拆开安全阀清洗并用细研磨砂研磨阀孔，使之密合
6、予热液体或降低非出压力
密封漏油
1、密封圈磨损
2、填料密封填料磨损
3、机械密封磨损或有划痕等缺点
4、机械密封弹簧失效
1、更换密封圈
2、调整填料压盖松紧，使之不漏且轴能转动；补充填料
3、更换动静环或重新研磨
4、更换弹簧
噪音或
振动大
1、吸入管或过滤网堵塞
2、吸入管伸入液面较浅
3、管道内进入空气
4、排出管道阻力太大
5、齿轮轴承或侧板严重磨损
6、吸入液体粘度太大
7、吸入高度超出额定值
1、 消除过滤网上污物
2、吸入管应伸入液面以下
3、检验各联接处，使其密封
4、检验排出管道及阀门是否堵塞
5、拆下清洗，并修整缺点或更换
6、加温降粘处理
7、降低吸油高度及缩短吸油管长度