齿轮泵三维设计 PROE 完整版

前言CAD/CAM开展的历史至今已有30余年，从1965年Lockheed飞机公司研制CAD/CAM系统开始，CAD/CAM技术得到了迅猛地开展。随着计算机及信息技术的迅速开展和日趋完善，CAD/CAM技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到了广泛的应用。CAD/CAM技术使产品的设计制造和组织生产的传统模式产生了深刻的变革，成为产品更新换代的关键技术，被人们称为产业革命的发动机。在工业兴旺国家，CAD/CAM己经形成了一个推动各行业技术进步的、具有相当规模的新兴产业部门。因此,CAD/CAM技术作为反映一个国家工业水平的标志。目前流行的CAD技术根底理论主要有Pro/E为代表的参数化造型理论和以I-DEAS为代表的变量化造型理论两大流派，它们都属于基于约束的实体造型技术。而某些CAD/CAM系统宣称自己采用的是混合数据模型，实际上是由于它们受原系统内核的限制，在不愿意重写系统的前提下，只能将面模型与实体模型结合起来，各自发挥自己的优点。实际上这种混合模型的CAD/CAM系统由于其数据表达的不一致性，其开展空间是受限制的。因此，CAD/CAM技术开展到现在，目前在国际市场上最有影响的机械CAD/CAM软件有：Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、AutoCAD。这四大软件约占全世界CAD软件市场的60%以上。PRO/ENGINEER是美国PTC公司开发的软件,该软件能够完整地展现某一产品从设计、加工到生产样品的全部工作流程,让所有的拥护同时进行同一产品的设计制造工作.因此,自1988年问世以来,即引起CAD(计算机辅助设计)/CAE(计算机辅助教育)/CAM(计算机辅助制造)界的极大震动.它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等全新设计理念彻底改变了传统的MDA(MechanicalDesignAutomation,机械设计自动化)设计观念,并迅速被广阔用户所接受,这种全新的理念已成为当今世界MDA领域的新标准。Pro/E的参数化技术特点如下：1.基于特征：将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，进而形成实体，以此为根底来进行更为复杂的几何形体的构造。2b.全尺寸约束：将形状和尺寸结合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点〔全约束〕，不能漏标尺寸〔欠约束〕，不能多标尺寸〔过约束〕。3.尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。4.全数据相关：尺寸参数的修改导致其它相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。采用参数化技术的好处在于它彻底改等了自由建模的无约束状态,几何形状均以尺寸的形式而被有效控制。如打算修改零件形状时，只需修改一下尺寸即可实现形状的改变。I-DEAS的变量化技术特点如下：1.尺寸变量直接对应实际模型：采用三维变量化技术，在不必重新生成几何模型的前提下，能够任意改变三维尺寸标注方式。2.将直接描述和历史树描述相结合：使设计人员可以针对零件上的任意特征直接进行图形化的编辑、修改。从而使用户对其三维产品的设计更为直观和实用。经过十几年的开展,PRO/ENGINEER已成为一个全方位的3D产品开发软件,集合了众多的完全的解决方案.由于其强大的功能,PRO/ENGINEER很快得到业内人士的普遍欢送,并迅速成为当今世界最为流行的CAD/CAE/CAM软件之一。PRO/ENGINEER于1993年正式进入我国,并在相关领域迅速普及.开展至今,已拥有相当大的用户,目前许多大型企业开始选用PRO/ENGNEER。同时，国内许多大学也纷纷选用PRO/ENINEER作为其研究开发的根底软件平台。可以说，PRO/ENGINEER为专业认识提供了一个理想的设计环境，有力地推动了企业的技术进步。为进一步推动MDA的开展，PTC公司于20世纪末又成功推动了PRO/ENGINEER2001系列产品。在该系列产品中，PTC公司因如了新的建模技术，此技术现在已成为PRO/ENGINEER的核心技术。另外，由于其个人电脑版本的推出和操作界面完全视窗化，使初学着学习更为便利。现在PRO/ENGINEER已经开展到2004、2005、2006功能越来越强大，现在正在向人性化的方向开展。现在越来越多的大学生和在岗职工认识的PRO/E在指导现代机械生产中的重要性，紧湖南工学院每年就有大批的学生自发的去学习PRO/E软件，现在其爱学习这个软件的队伍在不断的壮大，学校为了适应这个形式也组织了有工作经验的老师〔如杨老师〕和在一线有工作经验的工人师傅来学校组织个种形式的讲座，指导学生的软件学习。轴几乎是任何一种机械零件中不可缺少的重要零件之一,一切作回转用动的传动零件〔例如齿轮、蜗轮〕，都必须安装在轴上才能够进行运动及动力的传动。因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。轴的设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理确实定轴的结构形式和尺寸。轴的结构不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造本钱和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。这样既能保证设备的正常使用，提高工厂的经济效益，有很高的实用价值，而且为轴失效问题的分析可提供有效的参考资料。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴〔如车床主轴〕和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴在选材上也有一定的要求，材料主要是碳钢和合金钢。现在的PRO/ENGINEER里面具有相应的功能，它能够真实的演示每个零件的材料，在装配零件中所要承受的各项载荷，它还能帮助人们进行模拟仿真，来增加设计者的感性认识，使设计者更合理，经济的设计出所需要的零件。第一章概述上至翱翔蓝天的飞机和直冲云霄的人造卫星、宇宙飞船下到地下的钻井、矿藏的开采；从地上奔驰的火车、坦克,到海上航行的舰船和海底的潜艇;从茫茫田野作物的灌溉，到城市生活和生产中的给排水,乃至科学实验,但凡要让液体(甚至固体)流动的地方，就有泵在工作。目前,我国制造的水泵最大直径6米,足可吞进一条大船,每小时的工作量可达35万立方米，大有使河水倒流之势。而最小微型泵的流量还不如常用注射剂，每小时只有几十毫升以下，真是大得汹涌澎湃，小似一点一滴。其工作压可以从常压一直升高到l000个大气压以上，随着离心泵的设计和生产技术日益完善，扬程直接迭选3000米以上的高度易如举手之劳，输送液体的温度变化范围更大，可输低到200℃以下的液态氧、氢等低温液体,亦可输高达800℃以上的液态金属和液体，泵输进液体介质种类很多，再把泵仅作抽水的工具来理解,显然已很不全面。当今的泵既可以输送常温清水，也可以输送油液、酸碱液、乳化液和易燃易爆有毒的液体，并已开展到输送带有直径可以大至几百毫米的煤、矿石、鱼、甜菜等固体颗粒的渣体,不产生堵塞,不破坏其本来形状。尽而泵被列为通用机械，它是开展现代化工业、农业、国防技术必不可少的机器之一。1.1泵的开展历史泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送的液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比拟著名的还有公元前三世纪，阿基米德创造的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯创造的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速开展。1840～1850年，美国沃辛顿创造泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵开展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速开展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘创造了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，那么是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被创造，使得开展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的根本方式奠定了离心泵设计的理论根底，但直到19世纪末，高速电动机的创造使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的根底上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏感等特性，因而应用较为广泛。1.2齿轮泵的研究现状齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏感等特性，因而应用较为广泛。齿轮泵的主要缺点是径向液压力不平衡，轴承寿命短；流量脉动大，噪声高。另外，其排量不可调节，使用范围受到限制。国内外有关齿轮泵的研究主要集中在以下几个方面。(1)齿轮参数及泵体结构的优化设计；(2)补偿面及齿间油膜的计算机辘助分折；(3)困油冲击及卸荷措施，齿轮泵的困油现象对齿轮泵乃至整个液压系统都产生了很大的危害。困油冲击与齿轮啮合的重叠系数及卸荷是否完全等有很大关系(包括卸荷槽的位置、形状及面积等)；(4)齿轮泵噪声的控制技术；(5)降低齿轮泵的流量脉动的方法，由于齿轮泵的流量脉动较大，在一些要求较高的液压系统中，很少采用齿轮泵。关于降低齿轮泵流量脉动的方法已有很多，如合理选择齿轮的参数；采用剖分式齿轮；采用多齿轮等；(6)轮齿外表涂覆技术及其特点；(7)轮齿弯曲应力及接触疲劳强度的计算，齿轮泵的轮齿弯曲应力及接触疲劳强度计算与一般齿轮转动的弯曲应力及接触疲劳强度计算是有区别的；(8)齿轮泵的变量方法研究；(9)齿轮泵的寿命及其影响因素；(10)齿轮泵高压化的途径，而提高工作压力所带来的问题是：eq\o\ac(○,1)轴承寿命大大缩短；eq\o\ac(○,2)泵泄漏加剧，容积效率下降。产生这两个问题的根本原因在于齿轮上作用了不平衡的径向液压力，且工作压力越高，径向液压力越大。目前国内外学者针对以上两个问题所进行的研究是：(1)对齿轮泵的径向间隙进行补偿；(2)减小齿轮泵的径向液压力，如优化齿轮参数，缩小排液口尺寸等；(3)提高轴承承载能力，如采用复合材料滑动轴承代替滚针轴承等,但这些方法都没有从根本上解决问题。1.3齿轮泵的开展趋势液压传动系统正向着快响应、小体积、低噪声的方向开展。为了适应这种要求，齿轮泵除积极采取措施保持其在中低压定量系统、润滑系统等的霸主地位外，尚需向以下几个方向开展：(1)高压化高压化是系统所要求的，也是齿轮泵与柱塞泵、叶片泵竞争所必须解决的问题。齿轮泵的高压化工作已取得较大进展，但因受其本身结构的限制，要想进一步提高工作压力是很困难的，必须研制出新结构的齿轮泵。这方面，多齿轮泵将有很大优势，尤其是平衡式复合齿轮泵。(2)低流量脉动流量脉动将引起压力脉动，从而导致系统产生振动和噪声，这是与现代液压系统的要求不符的。降低流量脉动的方法，除了前面所介绍的措施外，采用内啮合齿轮泵及多齿轮泵(如复合齿轮泵)将是一种趋势。(3)低噪声国外早就有“安静〞的液压泵之说。随着人们环保意识的增强对齿轮泵的噪声要求也越来越严格。齿轮泵的噪声主要由两局部组成，一局部是齿轮啮台过程中所产生的机械噪声，另一局部是困油冲击所产生的液压噪声前者与齿轮的加工和安装精度有关，后者那么主要取决于泵的卸荷是否彻底。对于外啮台齿轮泵，要实现完全卸荷是很困难的，因此进一步降低泵的噪声受到一定的限制。在这方面．内啮合齿轮泵因具有运转平稳、无困油现象、噪声低等特点，因此今后将会有较大开展。(4)大排量对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。这方面，平衡式复台齿轮泵具有显著优势，如1台三惰轮复合齿轮泵的排量相当于6台单泵的排量。(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。但不管怎样，齿轮泵的变排量将是一个开展方向。1.4泵的分类一、按泵作用于液体原理分类1、叶片式泵〔动力式泵〕由泵内叶片在旋转时产生的离心力作用将液体连续的吸入并压出。叶片式泵包括离心泵、混流泵、轴流泵、局部流泵及旋涡泵。2、容积式泵(正排量泵〕包括往复式泵和容积式泵。它们分别由泵内活塞作往复运动或转子作旋转运动而产生挤压作用将液体吸入并压出。前者排液过程是间歇的。常见的往复式泵有各种型式活塞泵、柱塞泵及隔膜泵等。常见回转式泵有外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、螺杆泵、回转径向柱塞泵、回转轴向柱塞泵、滑片泵罗茨泵及液环泵等。3、其它类型泵包括利用流体静压或流体流体动能来输送液体的流体动力泵。如喷射泵、空气升液器、水锤泵等。另外还有利用电磁力输送液体的电磁泵。二、按泵的用途分类按泵的用途可分为进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等。三、按所适用的介质分类分为清水泵、污水泵、泥浆泵、砂泵、灰渣泵、耐酸泵、碱泵、冷油泵、热油泵、低温泵等。其中液压泵经历了近一个世纪的开展已经比拟成熟，因此要求更高的设计工艺水平以及融现代化的最新技术才能到达更完美的阶段。为进一步开展液压泵，下面介绍典型液压泵的工作原理及主要结构特点：表1.1典型液压泵的工作原理及主要结构特点类型结构、原理示意图工作原理结构特点外啮合齿轮泵当齿轮旋转时，在A腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到B腔，在B腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量结构最简单、价格低、径向载荷大内啮合齿轮泵当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。在轴对称位置上布置有吸、排油口。不能变量尺寸比外啮合式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内外表上。这样两个叶片与转子和定子内外表所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口径向载荷小，噪声较低流量脉动小柱塞泵柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。采用端面配油径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜利用配流盘配流传动轴只传递转矩、轴径较小。由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否那么易损坏配流盘螺杆泵一根主动螺杆与两根从动螺杆相互啮合，三根螺杆的啮合线把螺旋槽分割成假设干个密封容积。当螺杆旋转时，这个密封容积沿轴向移动而实现吸油和排油利用螺杆槽内容积的移动，产生泵的作用。不能变量无流量脉动径向载荷较双螺杆式小、尺寸大，质量大1.5齿轮泵的结构和原理齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，一般做成定量泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，其中以外啮合齿轮泵应用最广。一、外啮合齿轮泵的工作原理 图1.1齿轮泵原理图图1.2齿轮泵结构图上图1.1为外啮合齿轮泵的工作原理图，它由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖〔图中未示出〕，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成局部真空，因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔内。在压油区一侧，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压力管路中去。在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油腔的位置也就确定不变。这里啮合点处的齿面接触线一直分隔高、低压两腔起着配油作用，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构，这是它和其它类型容积式液压泵的不同之处。1.6本次毕业设计的意义和目的齿轮泵是液压传动系统中常用的液压元件，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两大类。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。外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵(称为普通齿轮泵)，其设计及生产技术水平也最成熟。多采用三片式结构、浮动轴套轴向间隙自动补偿措施、铝合金壳体径向“扫膛〞工艺，并采用平衡槽以减小齿轮(轴承)的径向不平衡力。目前，这种齿轮泵的额定压力可达2.5Mpa。正因为其诸多特点引起了多人对其进行研究，目前三维设计技术已经到达了一个很高的境界，它能为产品开发人员提供更先进的设计方法和设计手段，具有形象生动、直观明了、快速响应等设计特点，其开发过程很符合设计人员的设计思维。三维开发平台的出现和完善，为增强企业的开发能力、提高设计效率和产品质量，提供了强有力的技术支持。三维开发技术的应用和推广，可谓是传统的机械设计的一次革命。三维立体设计逐步替代传统的二维平面是必然的趋势。目前，市面上可供选择的软件有很多，主要包括高端的Pro／Engineer，I-DEAS，UG，CATIA和中端的Solidworks，SolidEdge等3D设计软件。这些软件的一个共性就是它们都具备了尺寸参数驱动技术以及虚拟装配技术；这些技术一般都能满足用户设计的各项诸如设计、计算分析、制造、虚拟装配、干预检查、有限元分析、运动分析等高级CAD的需求。尤其是集设计、工程及制造系统于一体的UG软件，Pro／Engineer是一个典型的模块化集成软件，其功能非常强大，最显著的的特征就是使用参数化的特征造型。根据目前的市场来看，它在我国的CAD/CAM研究所和工厂中得到了广泛地应用，有着越来越广阔的市场。同AutoCAD相比，它的技术特点就是参数化管理，所有的算法都是矢量化的，三维与二维图形元素具有关联性，是目前不可多得的计算机辅助设计软件。在本次毕业设计中，根据2CY系列齿轮泵中的一种来进行参数设计，然后进行二维工程图绘制，最后应用由美国参数公司PTC开发Pro/Engineer三维制图软件，完成对齿轮泵的三维造型设计。第二章齿轮油泵零件的建模齿轮油泵主要由泵体、前后泵盖、齿轮、主被动轴、轴承、平安阀和轴端密封等零件组成,装配图如附图2-1所示。齿轮油泵造型设计步骤如下。箱体主体生成凸缘和底座特征构建轴承座特征构建加强肋、窥视方孔、油尺孔等附属特征建立螺纹孔、倒圆角等特征分割箱体主体轴的造型设计齿轮的造型设计下面是各零件的建模过程。2.1齿轮的建模齿轮是齿轮油泵的传动零件，也是机械设备中最常用的传动零件。它的创立是采用参数化、关系式设计的。

参数化设计的根本原理

Pro/Program是Pro/Engineer软件提供的一种程序化的二次开发工具。利用Pro/Engineer造型的同时，Pro/Program会产生特征的program，它是一个记录文件，由类似BASIC的高级语言构成，记录着模型树〔modeltree〕中每个特征的详细信息，包括各个特征的建立过程、参数设置、尺寸以及关系式等，我们可以通过修改和添加特征的program来生成根本参数相同的一系列模型。

利用Pro/Program对Pro/Engineer软件进行二次开发时不需要重新撰写设计步骤，只需参加几个相关的语法指令就可以让整个零件或组件变得弹性化与多样化，其主要思想是利用Pro/Program模块的功能来接收、换算和传递用户输入的有关参数，通过改变特征的尺寸及特征之间的关系来到达参数化设计的目的。这里需要注意的是，开发工作的关键在于确定独立可变参数，应尽量以最少的参数来确定整个零件的可变尺寸，并通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。建立零件库的步骤1.分析零件，提取其关键参数，然后设置参数，并确定驱动参数因为在参数化设计时不仅要实现尺寸的驱动变化，还要实现结构形状的局部变化，所以要在对零件进行分析以后才能确定怎样建立零件特征才能有利于以后的程序开发。

2.创立零件库样板零件模型

利用各种建模方法生成零件库样板零件模型。此时应该注意参数的关联性。

3.编制程序

Pro/Program程序包括五局部：程序标题〔VERSION〕、参数输入〔INPUT→ENDINPUT〕、关系定义〔RELATION→ENDRELATION〕、添加特征〔ADDFEATURE→ENDADD〕和质量程序〔MASSPRO→ENDMASSPROP〕，其中程序标题局部和添加特征局部由系统自动生成，其他局部可以由设计人员自己添加或修改，以实现对模型的各种操作和控制。

4.运行程序

翻开零件样板模型，执行“Edit/Regenerate〞命令，系统就会自动编译并执行程序，当有新的参数输入时就派生出新的模型。其实现过程如图2-2所示：

图2-2Pro/program建库流程图渐开线直齿圆柱齿轮模型库的实现

1.基于Pro/Engineer的标准渐开线直齿圆柱齿轮三维模型的建立〔1〕根本参数设置标准齿轮的几何尺寸决定于齿轮的五个根本参数，而齿轮的宽度那么取决于齿轮的齿宽系数。因此，在齿轮建模之前，应首先用“Edit/Parameters〞命令设置齿轮五个根本参数和齿宽系数，并赋予初值(如图2.2所示)。图2.3赋值表〔2〕齿轮几何尺寸关系的建立执行“Edit/Relations〞命令，在弹出的对话框中输入以下关系：D=MS*ZSDB=MS*ZS*COS(ALFA)DA=MS*(ZS+2*HA)DF=MS*ZS-2*MS*(HA+C)B=K*D〔3〕齿轮根本实体创立执行“Insert/Revolve〞命今创立齿轮根本实体。〔4〕齿轮根本曲线和齿廓曲线创立执行“Insert/ModelDatum/SketchedDatumCurveTool〞命令绘制齿轮根本曲线〔包括分度圆、基圆、齿根圆〕。执行“Insert/ModelDatum/InsertaDatumCurve/FromEquation〞命令，在弹出的记事本窗口中输入渐开线方程：R=(MS*ZS*COS(ALFA))/2ANG=T*90S=(PI*R*T)/2XC=R*COS(ANG)YC=R*SIN(ANG)X=XC+(S*SIN(ANG))Y=YC-(S*COS(ANG))Z=0生成渐开线3〔如图2.3所示〕。

图2.4齿轮根本曲线和齿廓曲线图〔5〕第一个齿槽特征创立执行“Edit/FeatureOperations/Copy〞命令，将渐开线3绕坐标系Z轴旋转360/(4*ZS)角度生成渐开线1。执行“Edit/FeatureOperations/Copy〞命令将渐开线1以通过坐标原点和渐开线3与分度圆的交点的基准线为中心镜像生成渐开线2。执行“Insert/Extrude/cut〞命今，以渐开线1、2及齿根圆曲线为边界切出第一个齿槽〔由于基圆内没有渐开线，所以基圆内的局部可以由一段圆弧代替〕。〔6〕完成齿轮创立执行“Edit/FeatureOperations/Copy〞命令将第一个齿槽绕Z轴旋转360/ZS角度生成第二个齿槽。执行“Edit/Pattern〞命令复制出其他齿槽，完成齿轮的创立(如图2.4所示)。图2.5初始齿轮模型2.齿轮参数化设计程序的修改齿轮创立完成后，系统会产生一串program，执行“Tools/Program/EditDesign〞命令，系统就会自动翻开其program文件，内容大致如下：VERSIONREVNUM2323LISTINGFORPARTGEARINPUTENDINPUTRELATIONSD=MS*ZSDB=MS*ZS*COS(ALFA)DA=MS*(ZS+2*HA)DF=MS*ZS-2*MS*(HA+C)B=K*DENDRELATIONSADDFEATURE(initialnumber1)INTERNALFEATUREID1DATUMPLANENO.ELEMENTNAMEINFO

-------------------------------1FeatureNameDefined2ConstraintsDefined2.1Constraint#1DefinedConstrTypeXAxis3FlipDatumDirDefined4FitDefined4.1FitTypeDefault〔1〕此时在“INPUT〞和“ENDINPUT〞之间输入根本参数语句和提示语句：ZSNUMBER"Pleaseenterthenum_teethofthegear:"MSNUMBER"Pleaseenterthemodulenumberofthegear:"ALFANUMBER"Pleaseenterthepressure_ang:"KNUMBER"Pleaseenterthewidth_coefficientofthegear:"〔2〕在“RELATIONS〞和“ENDRELATIONS〞之间输入关系语句：D1=DA/2D2=BD3=DFD4=DBD5=DD16=BD25=BD7=360/(4*ZS)/*渐开线3旋转角度D18=360/ZS/*第二齿槽旋转角度D27=360/ZS/*阵列增量尺寸P28=ZS-1/*阵列个数3.齿轮参数化设计程序的运行当编辑完参数化程序后保存文件，关闭文字编辑器，Pro/Engineer信息列会出现提示信息："Doyouwanttoincorporateyourchangesintothemodel?"此时选择“YES〞按钮，系统出现“GETINPUT〞菜单，点击“Enter〞，就会出现如图5所示的“INPUTSEL〞菜单，选择齿数项和模数项，根据信息列提示输入齿数30和模数2.6即可得到图2.7所示的齿轮。图2-6INPUTSEL菜单图2-7派生的齿轮模型再次执行“Edit/Regenerate〞命令，Pro/Engineer会自动执行参数化设计程序，弹出图2-6所示的菜单，用户可选择齿数，模数，压力角和齿宽系数并输入新的参数，系统就会按用户所输入的新值自动生成新的齿轮。2.2轴的建模轴是典型的回转零件,可用Pro/Engineer中的旋转或拉伸完成主体的创立,再通过创立基准平面、拉伸剪切的方法创立键槽，再用专用倒角、倒圆命令创立倒角和圆角。创立的轴如下列图2-7、2-8所示。图2-7主动齿轮的建模图2-8从动齿轮的建模2.3泵体、泵盖的建模泵盖是盘类零件,泵体是带有盘类零件特征的箱体类零件,它们的建模型非常相似,绝大多数是用拉伸、旋转、打孔等一系列特征创立和镜像、阵列、复制等命令完成的。具体的建模图如2-9、2-10所示。图2-9泵盖图2-10泵体其它辅助零件的建模图2-12销钉图2-13内六角头螺钉图2-14螺塞图2-11垫圈第三章齿轮泵的工作原理及总体结构设计3.1齿轮泵的工作原理图2.1装配示意图图2.1装配示意图图2.2工作原理图1-压紧螺母2-轴套3-泵体4-垫片5-销6-齿轮轴7-齿轮8-泵盖9-螺钉这个齿轮泵由泵体3，端盖8，主动齿轮轴6，从动齿轮7等15种零件组成的。泵体3和端盖8之间用6个螺钉9连接，并用两个圆柱销5定位，垫片4起调节间隙和密封作用。齿轮轴6、7两端分别由泵体3和端盖8支承。齿轮轴6装有联轴器，并用压紧螺母1、垫圈拧紧，防止轴向松动。齿轮轴6上装有垫片4，通过垫片4、压紧螺母1压紧，防止油渗出，起密封作用。当动力通过联轴器及平键使齿轮轴6旋转时，其主动齿轮旋转，带动从动齿轮旋转。一对啮合的齿轮旋转，在泵体3上方进油口处产生局部真空，使压力降低，油被吸入，油从齿轮的齿隙被带到下方出油口处。当齿轮连续转动就产生齿轮泵的加压和输油作用。3.2齿轮泵用途、应用范围、结构特点1.用途：适用于输送不含固体颗粒和纤维，无腐蚀性，温度不高于80℃，粘度为5×10-6～1.5×10-3m2/s〔5-1500cSt)的润滑油或性质类似润滑油的其他液体以及用于液压转动系统。2.应用范围：在输油系统中可用作传输，增压泵；在燃油系统中可用作输送、加压、喷射的燃油泵；在液压传动系统中可用作提供液压动力的液压泵；在一切工业领域中，均可作润滑油泵用。3.结构特点：本系列齿轮泵主要有齿轮、轴、泵体、泵盖、轴端密封等组成。齿轮经氮化处理有较高的硬度和耐磨性。与轴一同安装在可更换的轴套内运转。泵内全部零件的润滑均在泵工作时利用输送介质而自动到达。3.3齿轮泵的总体结构设计本次设计是齿轮泵的三维造型，它是通过两个齿轮相啮合来改变工作腔容积的大小，进而产生不同的压力到达吸油和排油的目的。齿轮泵大体可分为以下两个方案如下图： 图2.4方案b图2.3方案a图2.4方案b图2.3方案a方案a：此方案齿轮泵由左端盖、右端盖、中泵体和一对相啮合齿轮组成，外面由联轴器直接与电动机相连。此方案齿轮泵的转速和电动机转速相同，容易拆装，减小本钱，但要求同轴度要好。方案b：此方案齿轮泵由端盖、泵体和一对相啮合齿轮组成，外面由一对啮合齿轮再与电动机连接。此方案密封性较好。选用方案a作为本次设计的方案。那么齿轮泵的主要性能参数：流量q=21m³/h;压力为2.5Mpa;容积效率58%；转速1420r/min；电动机功率3kw.理论功率：由于泵的进口压力很小近似为零，所以泵出口压力P表示进出口压力差△Pkw输入功率和输出功率=△pq=△pqtηpv=pt×0.85=1.24kw3.理论转矩当忽略能量转换及输送过程中能量损失时液压泵=9.804N·m=9804N·mm4.实际转矩T==9804/0.9=10893.3N·mm5.电动机输入功率及输入转矩kwN·mm那么该齿轮泵结构图为：、图2.5齿轮泵结构简图一：联轴器选择与校核：考虑到Y100l2-4电动机满载转速=1420r/mm转速较高应选择有弹性元件的抗性联轴器，又考虑到电动机额定功率=3kw功率不大，从制造容易装拆方面出发选用弹性圆柱销联轴器。联轴器传递功率=——联轴器效率=0.99那么=2.14/0.99=2.16kw那么联轴器的计算转矩=kT式中：k—载荷系数k=1.5〔[1]表19.3〕T—名义转矩T=9.55××/=9.55××2.16/1420=1.45×N·mm=1.5×1.45×=2.18×N·mm选择联轴器型号由=2.18×N·mm=1420r/mm=25mm=28mm〔Y100L2-4电动机轴径查[2]P155-156的表12.1和12.3〕选用TL4型弹性圆柱销联轴器。由[2]P92表8-5它的公称转矩为6.3×N·mm许用转速为4200r/min轴孔范围20-28mm均满足要求。那么联轴器TL4GB4323-84图2.6联轴器示意图联轴器参数图[4]P271=76mmd=10mmz=6mma=15mmb=23mmsb=23mm查[1]柱销许用弯曲应力[]=0.4=0.4×360=144N/〔选45钢作柱销45钢=360N/)查[1]P418橡胶圈的许用压强[P]=2N/校核橡胶圈压强P===0.51<[P]=2N/，满足要求。校核柱销弯曲强度===1.4N/<[]=144N/校核键联接强度选用普通平键联接查[2]P51表4～1联轴器与电动机间用键8×32GB1096-79(=28mm)联轴器与齿轮泵间用键6×25GB1096-79(=20mm)校核挤压强度=[]式中T=1.45×N·mm=0.5h=0.5×7=3.5mm(与电动机联接)=0.5×6=3mm(与齿轮泵联接)〔查[2]P51表4-1h=7mm,h=6mm〕;d=28mm(与电动机联接)d=20mm(与齿轮泵联接);=L-b=56-8=48mm;=L-b=32-6=26mm[]=60N/(查[3]P126表7.1，联轴器用铸铁制造，轻微冲击)与电动机的联接==6.19N/<[]与联轴器联接==18.5N/<[]二、齿轮泵内两个相啮合齿轮的校核:输入功率为P=2.14kw,主轴转速为n=1420r/mm,转矩T=10.9×N·mmm=3z=10b=27两齿轮材料采用40Cr调质后外表淬火硬度为48～55HRC,那么齿宽系数=0.5〔[1]P222图12.13〕齿形系数==2.56〔[1]P229图12.21〕应力修正系数==1.64〔[1]P230图12.22〕查附表12-10得：弯曲疲劳极限=2.346HRC+605.628=2.346×48+605.628=718N/弯曲许用应力[]=[]=0.7=0.7×718=502.6N/校核齿根弯曲疲劳强度使用情况系数=1.25圆周速度V===22.39m/s动载系数=2.29××-2.43×+9.922×+1.0257=1.15齿向载荷分布系数=1.05+0.26×〔1+0.6〕+0.16××62.1=1.05+0.26×〔1+0.6×〕×+0.16××62.1=1.13，=0.794+0.207=1.1；；==33.6N/m<100N/m；齿间载荷分布系数=1.09，=1.18〔见[1]P217表12.10〕重合度=[1.88-3.2〔+〕]×1/5]=1.24重合度系数=0.25+=0.25+=0.85=1.25×1.15×1.13×1.09=1.77=1.25×1.15×1.18×1.1=1.86弯曲最小平安系数=1.25〔见[1]P225表12.14一般可靠度〕弯曲寿命系数=1尺寸系数=1.0[]===574.4N/=[],===59.55N/[]==,齿根弯曲疲劳强度满足要求。校核齿面接触疲劳强度重合度系数=0.96弹性影响系数=189.8，节点区域系数=2.5〔见[1]P222图12.16〕接触最小平安系数=1.05〔见[1]P225表12.14，一般可靠度〕接触寿命系数=1.09，=1.07〔见[1]P224图12.18〕接触疲劳极限=12HRC+550=12×48＋550=1126N/,许用接触力[]===1244N/,[]===1147.4N/==455.52×=811.83[]三、轴的校核选45钢经调质处理作轴=600N/，=355N/〔见[2]P25表2-7〕查[1]P314表16.2选许用扭转剪应力[]=30～40N/，C=118～106。此齿轮轴由泵盖支承，右端联轴器属有弹性元件的挠性联轴器，有方向不定径向力作用，=〔0.2～0.5〕，取=0.3，查附表可知联轴器的尺寸为76mm，那么=2T/==381.6N,那么=0.3=114.48N,方向不定，按最危险情况考虑。〔1〕联轴器的径向力的弯矩图那么=321.6N=321.6＋114.48=436.03N那么B点弯矩为：=114.48×95.5=1.09×N·mm弯矩图如图〔b〕〔2〕扭矩图T=1.45×N·mm，扭转切应力按脉动应力校正系数==0.58〔见[1]P315表16.3〕T=0.58×1.45×=0.84×N·mm，扭矩图如图〔c〕〔3〕计算弯矩图B点弯矩=1.38×N·mmD点弯矩=0.87×N·mm那么弯矩图为d〔4〕按弯矩校核轴的强度B截面校核B截面的抗弯截面系数W0.1=0.1×=1.06×，查[1]P315表16.3=55N/〔45钢=600N/〕==12.28N/=55N/，平安〔5〕静强度校核选B截面为危险截面，弯曲应力=30.85N/抗扭截面系数=0.2=0.2×=2.13×N·mm扭转应力==20.42N/，查[1]P41表3.2=1.4=1.4×355=497N/=0.7=0.7×355=249N/==16.11=12.19,S===9.7，查[1]P15表2.2最小许用平安系数[S]=1.5满足要求。z(c)T图〔b〕图(a)xy1.38×0.87×T=1.45×0.21×z(c)T图〔b〕图(a)xy1.38×0.87×T=1.45×0.21×1.09×图2.7轴校核图由以上参数进行齿轮泵的设计及三维造型。第四章齿轮泵的主要零部件造型设计4.1齿轮泵内相啮合齿轮造型设计齿轮泵内有两个相啮合的齿轮，其中可由齿轮1二维工程图进行三维绘图过程如下：〔1〕建立齿轮根底特征：采用旋转特征操作；〔2〕生成渐开线齿廓：单击“基准〞工具条草绘曲线按钮——单击“从方程/完成〞——选取坐标系——从文本中输入以下关系式：ms=3zs=10alfa=20r=(ms*zs*cos(alfa))/2ang=t*90s=(pi*r*t)/2xc=r*cos(ang)yc=r*sin(ang)z=xc+(s*sin(ang))x=yc-(s*cos(ang))y=0生成渐开线齿面；〔3〕轮齿阵列操作；〔4〕生成齿轮零件。齿轮2可参照齿轮1创立。图3.1从动齿轮工程图图3.2齿轮毛坯图图3.3齿轮渐开线曲线生成 图3.4齿间生成图图3.5齿轮三维造型4.2齿轮泵壳体的造型齿轮泵左端盖零件的创立过程：根据二维工程图尺寸进行三维造型〔1〕建立根本特征：绘制草图，利用拉伸等命令建立阀盖根本特征；〔2〕生成构造特征；〔3〕对特