齿轮泵设计说明

齿轮泵设计说明液压元件与系统综合训练综合训练一： 液压泵的设计Q=60L/minn=1450rad/minp=2.5MPa班级：流体13-2班姓名：单德兴指导教师：魏晓华学号外齿轮泵 41.1 外齿轮泵的工作原理 42.齿轮泵的困油现象(也称齿封现象) 43. 齿轮泵设计. 53.1 齿轮泵参数设计 54.齿轮泵校核 94.1 参数选择 94.2 齿轮校核. 114.3 轴的剪切力校核 144.4 泵体的校核. 155.其他零件选择与校核 165.1 卸荷槽的计算. 165.2 联轴器的选择及校核计算 165.3 连接螺栓的选择与校核 175.4 齿轮泵进出口大小确定 185.5 键的选择. 185.6 销的选用. 196.使用说明 206.1 安装 206.2 故障排除. 211、外齿轮泵1.1外齿轮泵的工作原理基本结构组成：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的转轴上；两根平行的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，依靠两齿轮的相互啮合，把泵内的整个工作腔分两个独立的部分。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。被吸入的液体充满齿轮的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的排出口排出泵外2.齿轮泵的困油现象 (也称齿封现象 )齿轮泵的啮合过程中，同时啮合的齿轮对数应该多于一对，即重叠系数ε应大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齿间的油液就被困在两对同时啮合的轮齿所形成的一个封闭空间内，这个空间的容积又将随着齿轮的转动而变化。这就是齿轮泵的困油现象齿轮泵设计3.1齿轮泵参数设计齿轮泵的流量Q、压力p为已知的设计参数。确定泵的理论流量Q0为Q0Q/V=6063.16ml（2—9）0.95式中：V——泵的容积效率V=0.95。选定转速：由原动机直接驱动，原动机的转速即为泵的转速，或将原动机减速后作泵的转速。若采用交流电动机驱动，一般转速为1450r/min 。选取齿宽系数K：对于低压齿轮泵K=7,压力高取小值，压力低取大值。选取齿数Z：对于中低压齿轮泵：Z=13计算齿轮模数m：当为标准齿轮时：Q010667106=4.28≈4.5m3323.1414504.282nK(Z0.27)6(130.27)mm）圆整后去4.5校验齿轮泵的流量。该流量与设计理论流量相差5%以内为合格。当为标准齿轮时：Q02Bnm2(Z12cos2)10623.142714504.5213.274566.09(L/min)12当泵流量与设计理论流量相差控制在5%以内。校核齿轮节圆线速度VH。VHDHn3.1458.5145010006010004.4[VH]60式中： DH——节圆直径，(mm)n——转速，(r/min)[VH]——齿轮节圆许用线速度，其值见表1-1若轮周速度太大，须减少节圆直径，办法是减少齿数或增加齿宽，有时也可以修改转速n。工业齿轮油粘度mm2/s124576152300520760节圆极限速度Vmaxm/s543.732.21.61.25表1-1确定困油卸荷槽尺寸。两卸荷槽之间的距离aa

2mZ

cos2A式中：t0——齿轮基节（mm）——齿轮啮合角（°）——分度圆压力角取20（°）A——两齿轮实际中心距（mm）m——模数（mm）Z——齿数(2)卸荷槽宽度：CminCminmcos1m2Z222cosA式中：——重叠系数1.4当压力角20且中心距为标准值时，cmin1.3m为保证卸荷槽畅通cmin2.5m卸荷槽深度h：卸荷槽深度的大小，影响困油排出的速度，一般取h 0.8m。式中：m——齿轮模数（mm）。通过对不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行方案分析、比较结果，确定此型齿轮油泵的齿轮参数如下：1）模数m=4.52）齿数z=133）齿宽b=27目前我国广泛采用的是“增一尺修正法”设计计算齿轮泵的齿轮参数。采用这种方法的优点是：可以使压力角为20°的标准齿轮刀具，避免发生根切，齿轮的齿顶圆直径和中心距为整数。（4）理论中心距 Ao=mz=58.55）实际中心距Ao=m(z+1)=63（6）齿顶圆直径DemZ34.513372mm（7）基圆直径Djmzcosn4.515cos2063.4mm（8）基圆节距tj mcosn

4.5 cos20 13.28mm（9）齿侧间隙cn 0.01~0.08m 0.01~0.08 4.5 0.045~0.36（10）啮合角 arccos（z/z 1）cosαn 28（11）齿顶高h1.5m1.54.56.75mm（12）（12）齿根高h1.25m1.254.55.625mm（13）全齿高h2.25m2.254.510.125mm（14）齿根圆直径DiDe2h72-2*5.62560.75mmc0mADeDi3.37522（15）径向间隙(16）齿顶高h1.5m1.54.56.75arccosRiarccosZeRecosn（17）齿顶压力角Z2arccos13cos203613 2（18）分度圆弧齿厚sfmcn4.50.222cosn27.02cos20（19）齿厚sm7.102（20）齿轮啮合的重叠系数14tanetan14tan36tan28π1.4π（21）公法线跨齿数KZ1800.52.1齿轮泵校核4.1参数选择此设计中齿轮材料选为40Cr，调质后表面淬火使用系数KA表示齿轮的工作环境（主要是振动情况）对其造成的影响，使用系数KA的确定：原动机工作工作机工作特性特性均匀平稳轻微振动中等振动强烈振动均匀平稳1.001.251.501.75轻微振动1.101.351.601.85中等振动1.251.501.752.0强烈振动1.501.752.02.25液压装置一般属于轻微振动的机械系统所以按上表中可查得KA可取为1.35。齿轮精度的确定齿轮精度此处取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动载系数KV表示由于齿轮制造及装配误差造成的不定常传动引起的动载荷或冲击造成的影响。动载系数的实用值应按实践要求确定，考虑到以上确定的精度和轮齿速度，偏于安全考虑，此设计中KV取为1.1。齿向载荷分布系数KH是由于齿轮作不对称配置而添加的系数，此设计齿轮对称配置，故KH取1.185。一对相互啮合的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。但载荷的分配并不平均，因此引进齿间载荷分配系数KH以解决齿间载荷分配不均的问题。对直齿轮及修形齿轮，取KH=11ZE1212121E1E26.弹性系数2单位——MPa，数值列表配对齿轮材料齿轮材料灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布塑料弹性模量1180001730002020002060007850锻钢162.0181.4188.9189.8铸钢161.4180.5188球墨铸铁156.6173.9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。1ZE 189.8(MPa2)弯曲疲劳强度寿命系数KFN7.选取载荷系数K 1.34.2齿轮校核齿面接触疲劳强度校核对一般的齿轮传动，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的疲劳极限影响不大，通常不予以考虑，故只需考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。齿轮受力图齿轮的许用应力 按下式计算limSS——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，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取SSH1。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，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取 S SF 1.25~1.5。KN——寿命系数。弯曲疲劳寿命系数KFN查图1。循环次数N的计算方法是：设n为齿轮的转速（单位是r/min）；j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数；Lh为齿轮的工作寿命（单位为h），则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算：60njLh设齿轮泵功率为Pw，流量为Q，工作压力为P，则Pw P 106 Q 103/60 2.5(kw)计算齿轮传递的转矩9.55106PW15916.67NmmTn(3)b270.43d63d11(4)ZE189.8(MPa2)(5)按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限Hlim500MPa计算循环应力次数N60njLh6015001（2830015）6.4109(7)由机设图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1.15(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为0.1，安全系数S=1KHNlim0.9850MPa575MPaHS计算接触疲劳强度KKAKVKHKH1.76Ft2T505.27Nd1齿数比u1KFtu160.0MPa575MPa[H]故该项校核符H2.5ZEubd1合要求。齿根弯曲强度校核(1)由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限FE650MPa(2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN0.95计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.4则：(4)载荷系数KKAKVKHKH1.3(5)查取齿形系数YFa3.03应力校正系数YSa1.5计算齿根危险截面弯曲强度KFNFE0.95650F441MPaS1.4KFtYSaYFa1.485261.223.0041.51F14.5MPa<Fbm274.5所以，所选齿轮参数符合要求。4.3轴的剪切力校核齿轮泵输出功率p1pQ2.5602.5KW6060p12.5p23.125齿轮泵总效p20.83.125kw9550n9550145020.58N?m率取80%T-轴所传递的扭矩，N.m材料选用40Cr，[T]35~55MPa，A0112~97dA03PA032.50.12A0n1500d-轴端直径，mm考虑有两个键槽，将直径增大15%，则：dmax13.441.1513.4415.5mmT9.55106P9.551062.5n150021.371MPa[T]合格T0.2d30.23WT（15.5）考虑加工安全等其他因素，则取40。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。轴的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。轴的扭转刚度轴的扭转刚度校核是计算轴的在工作时的扭转变形量，是用每米轴长的扭转角度量的。轴的扭转变形要影响机器的性能和工作精度。T轴的扭转角 7350d4 0.051/m查《机械设计手册》表5-1-20 可知满足要求。2、轴的弯曲刚度轴在受载的情况下会产生弯曲变形，过大的弯曲变形也会影啊轴上零件的正常工作，因此，本泵的轴也必须进行弯曲刚度校核，yp (0.01~0.03)mn 0.07~0.210.001~0.002rad轴的径向受到力与齿轮沿齿轮圆周液压产生的径向力和由齿轮啮合产生的径向力和相等。在实际设计计算时用F0.85△pBDe近似计算作用在从动齿F轮上0.的85径△向pBD力，即轴在径向受到的力为e0.852.565126。17403.75N查《机械设计手册》可得yF0.02827[10.52(7)2]6F0.0282（11）61040.0284281040.028420.00146yp0.0005radp故可得轴满足要求。4.4泵体的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 s为300~420MPa。因为铸铁是脆性材料，因此其许用拉伸应力的值应该取为屈服极限应力即的值应为300~420MPa泵体的强度计算可按厚薄壁圆筒粗略计算拉伸应力计算公式为：0.4Re21.3Ry2PsRy2Re2式中Ry——泵体的外半径（mm）ReRe——齿顶圆半径（）mmPs——泵体的试验压力（MPa）一般取试验压力为齿轮泵最大压力的两倍。即ps=2p=2x1.45=5MPa因为s代数得Ry 42.5mm考虑加工设计等其他因素，所以泵体的外半径取为85mm。5.其他零件选择与 校核5.1卸荷槽的计算此处按“有侧隙时的对称双矩形卸荷槽”计算。（1）两卸荷槽的间距aaπm2zcos2nπ4.5214cos2206.24mmA126（2）卸荷槽最佳长度c的确定cminmcos1m2z2cos29.3A2（3）卸荷槽深度hh0.8m0.84.53.65.2联轴器的选择及校核计算联轴器类型选择：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Pw型号轴孔长度L1/mmD1/mmD/mmd/mmb/mmL/mmJ型42304012090205.3连接螺栓的选择与校核螺栓选用材料：低碳钢由于螺栓组是塑性的，故可根据第四强度理论求出预紧状态下的计算应力ca

2 32 1.3对于M10~M64普通螺栓连接在拧紧时虽是同时受拉伸和扭转的联合作用，单在计算时，只按拉伸强度计算，并将所受的拉力增大30%来考虑扭转的影响。FPS2.51062R21062.5106266.5210669464.54056NF——螺栓组拉力P——压力S——作用面积SR2R——齿顶圆半径取螺栓组中螺钉数为4由于壁厚b0=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，表面氧化的内六角圆柱螺钉。下面对它进行拉伸强度校核拉伸强度条件为F[]2F——工作拉力，N;4（0.85d）d——螺栓危险截面的直径，mm[]——螺栓材料的许用拉应力，MPa；F4315MPa2321.3409.5MPa4d2ca由机械设计教材P87表5-8可知：性能等级为8.8级的螺钉的抗拉强度极限[]800MPa；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的进出口流速计算公式：V

Q

10

qn

10

2

m/s60S

60S式中：Q——泵的流量（L/min）;q——泵的排量（ml/r ）;n——泵的转速（r/min ）;S——进油口油的面积（cm2）因为齿轮泵的进油口流速一般推荐为 2——4m/s,

出油口流速一般推荐为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S进0.210cm2出油口面积S出0.123cm2由SR2得进油口半径R进8mm,R出6.3mm5.5键的选择键的截面尺寸b和h按轴的直径d由标准来选定，键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度；一般轮毂的长度可取L/(1.5~2)d，这里d为轴的直径。由机械设计P106表6-1可选得b=8，h=7，L=40。5.6销的选用据齿轮泵上销的作用，即其主要起定位的作用，所以选择公称直径d=6的圆锥销。6.9电动机的选择根据功率与转速，可确定电机型号为 Y132s-4 ，功率 5kw，转速1500rad/s 。使用说明6.1安装安装前应检查泵在运输中是否受到损坏，如电机是否受潮、泵进出口的防尘盖是否损坏而使污物进入泵腔内部等。安装管道前应先对管道内壁用清水或蒸气清洗干净。安装时应避免使管道的重量由泵来承担，以免影响泵的精度及寿命。油泵应尽量靠近油池；管道各联接部位不得漏气、漏液，