基于Solidworks的齿轮泵运动仿真设计-毕业设计

**大学毕业设计〔论文〕题目：基于SolidWorks齿轮泵建模与装配指导教师：******职称：教授学生姓名：******学号：***********专业：*********************************院〔系〕：********完成时间：2023年5月10号2023年5月10日目录摘要................................................................................................................=2\*ROMANIIAbstract..............................................................................................................=3\*ROMANIII前言..........................................................................................................1设计背景.................................................................................................1设计目的和意义.......................................................................................1国内外现状..............................................................................................1设计需求与分析.........................................................................................2软件Solidworks的介绍...........................................................................2齿轮泵的分类及应用................................................................................2齿轮泵的工作原理....................................................................................2零部件的设计.............................................................................................4基座设计..................................................................................................4前盖设计..................................................................................................6后盖设计..................................................................................................7垫片设计.................................................................................................10螺栓设计.................................................................................................11传动轴设计..............................................................................................13支撑轴设计..............................................................................................14压紧螺母设计...........................................................................................15圆柱齿轮设计...........................................................................................17.........................................................................................19装配体的设计.............................................................................................23传动轴装配..............................................................................................23支撑轴装配..............................................................................................25总装配.....................................................................................................25制作爆炸图及仿真动画.............................................................................30小结.............................................................................................................31致谢..............................................................................................................32参考文献............................................................................................................33摘要齿轮泵是通过一对参数和结构相同的渐开线齿轮的相互滚动啮合，将基体内的低压液体升至能做功的高压油的重要部件。是把发动机的机械能转换成液压能的动力装置。本文在调研的根底上，对齿轮泵的三维模型进行的设计与分析。旨在让大家更加了解与认识齿轮泵。论文首先提出了齿轮泵的背景和意义以及国内外开展现状和最新科技，陈述了设计需求，针对本专业——计算机辅助设计做出了介绍。然后在三维设计软件solidworks的根底上进行零部件的设计，生成各个零部件的三维模型以及工程图纸，使人对其在三维和二维上都有一定的认识。最后对各个零部件进行装配和仿真分析，使人了解其工作原理。关键词：CAD／CAM设计装配仿真AbstractGearpump/wheelpumpisanimportantcomponent,whichcantranslatelowpressureliquidinmachinetohighpressureoilwhichcanbeabletowork,throughmutualscrollmeshingofapairofinvolutegearwhichhavesameparameterandstructure.Itisapzowerplant,translatingmechanicalenergyofenginetohydraulicenergy.Onthebasisofsurvey,thisarticlewilldesignandanalyse3dmodelofgearpumpinordertoletpeoplelearningandunderstandingmoreaboutgearpump.Firstly,thearticleproposethebackgroudandsignificanceofgearpump,developsituationathomeandabroadanditslatesttechnology,statedthedesignrequirementandnecessary,makeintroductionagainstcomputeraideddesignmajor.Thenproceedthedesignofcomponentsandpartsonthebasisofthe3ddesignsoftware-solidworks,creating3dmodelofeverypartsandengineeringdrawing,makepeoplehavecertainunderstandingon3dmodeland2dmodel.Atlast,cometoassemblyandsimulatedanalysisofeveryparts,makepeopleunderstanditsworkingprinciple.Keywords:CAD／CAMdesignassemblysimulation.1前言随着科技的进步，国内开展状况日新月异，工业、农业、商业以及其它各个行业都在迅猛的前进。工业开展更是蓬勃向上，煤炭的开采、石油天然气的输送、各种机械的制造与加工以及各种矿物质开采等。在这欣欣向上的工业时代，齿轮泵在工业开展中起了不可抹灭的作用。在化工和石油部门的生产中、农业生产中、矿业和冶金工业中、电力部门、国防建设中、船舶制造工业中，齿轮泵的作用是无可替代的。因此，齿轮泵的设计与研发是不可无视的。当代社会是互联网社会时代，计算机普及在社会的各个角落，在设计研究方面所起的作用是巨大的。CAD/CAM的开展带着我们走进了三维领域，远离了以前只有二维图纸的时代。在设计上，计算机三维辅助设计软件在视觉上给了我们逼真的享受，让我们更加清楚的了解所设计的模型的形状以及工作原理；各种分析软件的应用在一定程度上减少了不必要的试验和试加工，从而减少了生产本钱，节约了资源。1.2设计的目的和意义齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格廉价等特点。但同时齿轮泵也还存在一些缺乏，如困油现象比拟严重、流量和压力脉动较大、径向力不平衡、泄漏大、噪声高及易产生气穴等缺点，这些特性和缺点都直接影响着齿轮泵的质量。随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量脉动、低噪音等方面开展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的平安和效率已成为国内外深入研究的课题。因此，齿轮泵的研究与设计有着非常重要的意义。认识齿轮泵以及了解它的工作原理对与人们来说可以更好的去应用它和维护它，也能明白在实际生活中很多机械是怎样工作的。本文旨在让大家清楚的认识齿轮泵的构造以及其运动过程和工作原理。1.3国内外现状随着工业、房地产、建筑、工程工程的产业的开展，我国齿轮泵行业也在急速开展，尤其是2023年，国内的齿轮泵行业受到国内良好的投资环境以及根底建设政策的不断深化，在此根底上，我国的齿轮泵行业也开始加大对于齿轮泵及齿轮油泵开展。从长远方向看，国内制泵企业应该向以下四个方向开展，首先应该走集团化道路，向大型化方向开展，研发出能在电站、石化、水利工程三个领域应用的大型泵。其次，由国外的经验来看，我们应该进一步提升机电一体化的综合水平，用不锈钢泵都走出了坚实的一步；第三，泵应该向标准化、系列化、通用化方向开展，最后，开发多品种、多用途的泵也应该成为未来几年技术开展的方向。近几年来，电子技术在科技开展和变革中起到了关键的作用。在泵和泵系统中，电子技术正得到越来越广泛的使用。泵的检测和泵的诊断系统及两者之间的通讯都需要电子技术。没有电子元件，使用变频驱动泵配合系统设备或节能根本无法实现。目前，全世界的泵制造商致力于在设计上提高泵效率，在运行中降低泵功率损失的研究开发。一些制造商使用美国航天上的非金属材料或碳来封堵泵运行中的间隙，从而改良了泵的效率。一些国家也在悄悄地进行研究，并试图改善泵内流道外表的质量。壳体外表越光滑，水阻力就越小。从而提高泵的效率。2设计需求和分析2.1软件Solidworks的介绍计算机辅助设计与制造〔computeraideddesignandmanufacturing，CAD/CAM〕是一种以计算机为核心的数字信息处理系统与工程技术人员协同作业进行产品设计和制造的先进技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。CAD/CAM技术的开展和应用是传统的产品设计方法和生产模式发生了深刻的变化，对制造业的生产模式和人才知识结构产生重大的影响，并由此奠定了制造业信息化工程的根底。经过几十年的开展，计算机辅助设计软件的开展也是多种多样：Autocad、Pro/Engineer、UGNX、CATIA、Solidworks、Inventor、CAXA等。Solidworks是由美国solidworks公司推出的功能强大的三维机械设计软件，自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大的提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的剧烈竞争中已经确立了其市场地位，成为三维机械设计软件的标准，其应用范围涉及航空航天、汽车、机械、造船、通用机械、医疗机械和电子等诸多领域。功能强大、易学易用和技术创新是Solidworks的三大特点，这些特点使得Solidworks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。Solidworks能够提供不同的产品设计方案，减少设计过程中的错误以及提高产品质量。COSMOS/Works是在Solidworks作为有限元分析不仅能对单个的机械零件进行结构分析，还可以直接对整个装配体进行分析。DesignWorks是专业化的运动学和动力学分析模块，它不仅能直接读取Solidworks的装配关系，自定义铰接，同时还可以计算反力，并将反力自动加载到零部件上，对零部件进行结构分析。CAMWorks是世界上第一个基于特征知识库的加工模块，它能在Solidworks实体上直接提取加工特征，并调用知识库的加工特征，自动产生标准的加工工艺，实现实体切削过程模拟，最终生成机床加工指令。2.2齿轮泵的分类及应用2.2.1齿轮泵的分类〔1〕按啮合形式可分为：=1\*GB3①外啮合齿轮泵=2\*GB3②内啮合齿轮泵〔2〕按齿形曲线可分为：=1\*GB3①渐开线齿轮泵=2\*GB3②摆线齿轮泵〔3〕按齿面可分为：=1\*GB3①直面齿轮泵=2\*GB3②斜齿齿轮泵=3\*GB3③人字齿齿轮泵〔4〕按压力可分为：=1\*GB3①低压齿轮泵=2\*GB3②中高压齿轮泵=3\*GB3③高压齿轮泵2.2.2齿轮泵的应用齿轮泵主要用于以下领域：〔1〕商业建筑业在空调系统中匹配VFD用于高层建筑中冷却水的闭环泵水。〔2〕管道工业为了节省泵管道工业中的能源，许多国家在管道工业中要使用大量的大型泵〔功率可达10000制动马力〕。〔3〕电力部门世界上有几家泵制造商提供智能泵设备，用于电业中的锅炉给水泵控制。没有锅炉给水泵就不会有蒸汽循环。〔4〕另外，在电业、食品加工、水和污水处理工业中使用大量的VFD；制药、化学和炼油工业中使用小量的VFD。泵虽然不是这些领域的核心设备，但起着至关重要的作用。这些工业中用的小型泵多于大型泵，他们可以使用调节阀控制流量而不使用可变速的节能小型泵。齿轮泵也叫正排量装置，就像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。齿轮泵工作时，主动轮随电动机一起旋转并带动从动轮跟着旋转。当吸入室一侧的啮合齿逐渐分开时，吸入室容积增大，压力降低，便将吸人管中的液体吸入泵内；吸入液体分两路在齿槽内被齿轮推送到排出室。液体进入排出室后，由于两个齿轮的轮齿不断啮合，便液体受挤压而从排出室进入排出管中。主动齿轮和从动齿轮不停地旋转，泵就能连续不断地吸入和排出液体。3零部件的设计3.1基座设计基座作为齿轮泵的腔体，液体通过进口孔从中流过，由出口孔流出。使液体从低压变成高压，承载着压力的变化。作为齿轮泵的主体，它起着巨大的作用，基座材质的好坏以及设计的合理与否影响着齿轮泵的性能与寿命。下面就基座的设计做出简述：〔1〕选择“前视基准面〞，利用“直线〞和“圆〞工具绘制腔体草图，拉伸生成腔体模块；〔2〕选择腔体一平面，绘制内腔轮廓，拉伸切除，生成基座腔体，如图3.1所示：图3.1基座腔体拉伸图〔3〕选择基座两侧平面作为基准面，利用“圆〞命令绘制进口孔和出口孔草图；〔4〕拉伸实体。利用“拉伸〞命令拉伸生成实体；〔5〕在拉伸的两个凸台上，利用“异型孔向导〞命令，插入两个螺纹孔，如图3.2所示；图3.2基座通口生成图〔6〕选择基座腔体前视平面作为基准面，利用“异型孔向导〞选择腔体的上半圆圆心和圆的直径与距离圆心22mm的地方作为基准点插入第一个螺纹孔；〔7〕利用“圆周阵列〞命令，选择刚刚生成的螺纹孔阵列，生成腔体上半部的三个螺纹孔；〔8〕重复上述命令，生成腔体下半部的三个螺纹孔；〔9〕在不改变基准平面的情况下，绘制两个销钉孔；综合结果如图3.3所示：图3.3基座成品图〔10〕到这里，基座的设计根本完成了，最后赋予基座材质〔铸铁〕以及色彩，进行“圆角〞，最终结果如图3.4所示：图3.4基座最终效果图〔11〕基体工程图如图3.5所示：图3.5基座三视图3.2前盖设计齿轮泵的前盖起着固定传动轴和支撑轴的作用，并且与齿轮泵基体和后盖形成一个腔体空间，使得传送的液体不外流。齿轮泵前盖的设计不仅关着齿轮泵的传输效率，而且还影响着齿轮泵的外观是否美观。下面就齿轮泵前盖的设计给出一些简单步骤：〔1〕选择“前视基准面〞作为基准面，利用“直线、圆〞命令绘制前盖轮廓草图，选择“拉伸〞命令，拉伸草图生成凸台；〔2〕选择凸台的边线，利用“转换实体引用〞和“等距实体〞命令，生成前盖凸台上的轴支撑台草图，拉伸草图，生成前盖大致模型。如图3.6所示：图3.6前盖拉伸图〔3〕选择前盖较大的一个端面作为基准面，绘制两个“圆〞，拉伸切除，生成轴的支撑孔；〔4〕选择前盖的环形外表作为基准面，绘制安装孔的草图，然后进行拉伸切除，生成螺钉通孔；〔5〕选择螺钉通孔特征，以前盖外轮廓半圆圆心轴为旋转轴，圆周阵列螺钉通孔；然后，同样步骤生成下半部的螺钉通孔；〔6〕通过前盖外轮廓圆圆心绘制圆形构造线，选择“直线〞命令，绘制与前盖外轮廓圆圆心所在的水平直线成45°角的构造线，在交点处绘制销钉孔草图，拉伸切除生成销钉孔。同样步骤生成下半部的销钉孔。结果如图3.7所示：图3.7前盖异形孔图〔7〕最后对做好的前盖进行“圆角〞，给与材质〔铸铁〕，并且赋予颜色。最终结果如图3.8所示：图3.8前盖最终效果图〔8〕前盖工程图如图3.9所示：图3.9前盖三视图3.3后盖设计齿轮泵后盖连接基体，固定支承轴，传动轴从其上螺纹孔中穿出，上面的螺纹与压紧螺母配合固定了传动轴；并且与齿轮泵基体和齿轮泵前盖组成一个腔体，是的齿轮泵的腔体只有进口孔和出口孔与外部相连接，这样通过齿轮的啮合与不断旋转就形成了液体的传输通道。下面就齿轮泵后盖的设计过程给出简单介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为基准面，利用“直线〞和“圆〞以及“剪裁〞工具绘制齿轮泵后盖凸台基体草图。选择“拉伸〞命令，拉伸凸台基体；〔2〕选择拉伸生成的凸台基体的一个平面作为基准面，绘制与上一步轮廓相同，尺寸不同的草图，拉伸生成凸台；结果如图3.10所示：图3.10后盖拉伸图〔3〕选择较小的凸台上面作为基准面，选择“圆〞命令，绘制圆形凸台草图，拉伸生成螺纹凸台实体；如图3.11所示：图3.11后盖螺纹凸台图〔4〕选择圆柱凸台外表作为基准面，利用“插入〞→“曲线〞→“螺旋线/涡状线〞菜单命令，在对话框中选择“螺距和圈数〞，生成螺纹的螺旋线；〔5〕选择“右视基准面〞作为绘图基准面，绘制螺纹牙型草图；〔6〕绘制螺纹。利用“插入〞→“切除〞→“扫描〞菜单命令，选择螺纹牙型草图作为轮廓草图，螺旋线作为路径草图，扫描生成螺纹，如图3.12所示：图3.12后盖螺纹生成图〔7〕选择“螺纹实体〞端面作为基准面，正视于，然后绘制圆，选择“拉伸切除〞命令，切除高度与“螺纹实体〞高度相同；结果如图3.13所示：图3.13后盖螺纹腔体图〔8〕选择后盖最大端面作为基准面，绘制传动轴和支撑轴的支撑孔草图，并拉伸切除生成支撑孔；结果如图3.14所示：图3.14后盖支撑孔图〔9〕选择圆环面作为基准面，拉伸切除螺栓通孔，然后“阵列〞、“镜像〞生成六个螺栓通孔；〔10〕通过后盖外轮廓圆圆心绘制圆形构造线，选择“直线〞命令，绘制与后盖外轮廓圆圆心所在的水平直线成45°角的构造线，在交点处绘制销钉孔草图，拉伸切除生成销钉孔。同样步骤生成下半部的销钉孔。结果如图3.15所示：图3.15后盖成品图〔11〕将做好的后盖进行“圆角〞，给与材质〔铸铁〕，并且赋予颜色。最终结果如图3.16所示：图3.16后盖最终效果图〔12〕后盖的工程图如图3.17所示：图3.17后盖三视图3.4垫片设计垫片作为一个衔接部件，起着非常大的作用，首先，可以纺织传输的液体外漏，另外还可以防止两侧的部件长期接触粘合在一起，导致拆卸的时候不宜松动。垫片制造本钱较低，易制作的优点也使其被广泛利用。下面就齿轮泵基体与前后盖之间的垫片设计过程做一简单描述。〔1〕选择“前视基准面〞作为基准面，绘制与齿轮泵基体外轮廓相同的草图，拉伸生成一定厚度的薄片；〔2〕与设计前盖或者后盖的螺钉通孔与销钉孔相同的方法，拉伸切除生成螺钉通孔和销钉孔。〔3〕赋予垫片材质〔铸铁〕与颜色，最终结果如图3.18所示：图3.18垫片最终效果图〔4〕垫片的工程图如图3.19所示：图3.19垫片图纸3.5螺栓设计螺栓，作紧固连接两个带通孔的被连接零件、构件之用，螺栓上的螺纹，一般均为粗牙普通螺纹，细牙普通螺纹螺栓自锁性较好，主要用于薄壁零件上或随冲击、振动或交变载荷的场合。一般螺栓上都是制成局部螺纹，全螺纹螺栓主要用于要求较长螺纹的场合。带孔螺栓用于需要螺栓锁定的场合。带铰制孔螺栓能精确地固定被连接零件的相互位置，并能承受由横向力产生的剪切和挤压。下面就螺栓的设计过程做出介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为基准面，利用“圆〞命令绘制螺栓头部草图，拉伸生成实体；〔2〕选择圆柱实体的端面作为基准面，绘制一个与圆柱体同心的小圆，利用“插入〞→“切除〞→“拉伸〞菜单命令，拉伸切除圆柱体；〔3〕利用“实体转换引用〞命令，将拉伸切除生成的内腔的底面边线转换为草图圆，然后利用“拉伸切除〞和“拔模〞工具，生成切除的圆锥面；结果如图3.20所示：图3.20螺栓帽拉伸图〔4〕选择螺栓帽的顶面作为基准面，将螺栓帽的内侧圆边线转换为草图圆，然后绘制一个六边形内切于转换生成的草图圆，拉伸生成内六角孔；并对螺栓帽顶部进行圆角。结果如图3.21所示：图3.21螺栓帽圆角图〔5〕选择螺栓帽底面作为基准面，绘制一个与圆柱同心的草图圆，拉伸生成螺钉轮廓实体；〔6〕选择“上视基准面〞作为基准面，绘制切除牙型轮廓草图；〔7〕选择螺钉底部圆，利用“实体转换引用〞工具将其转换为螺旋线草图，然后利用“插入〞→“曲线〞→“螺旋线/涡状线〞，在弹出的对话框里选择“高度和螺距〞，生成螺旋线；〔8〕利用“插入〞→“切除〞→“扫描〞，选择牙型草图作为轮廓，螺旋线作为扫描切除路径，扫描切除生成螺纹。〔9〕赋予螺栓材质〔碳钢〕；最终结果如图3.22所示：图3.22螺栓成品图〔10〕螺栓的工程图如图3.23所示：图3.23螺栓图纸3.6传动轴设计轴是机器中重要的零件之一，主要用来支持旋转的机械零件和传递扭矩。轴的结构设计就是使轴的各局部具有合理的形状和尺寸。其主要要求是：〔1〕轴应便于加工，轴上零件要易于装拆〔制造安装要求〕；〔2〕轴和轴上的零件要有准确的工作位置〔定位〕；〔3〕各零件要牢固而可靠地相对固定〔固定〕；〔4〕改善受力状况，减小应力集中和提高疲劳强度。下面就齿轮泵传动轴的设计给与介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为基准面，利用“直线〞工具绘制传动轴的草图，如图3.24所示：图3.24传动轴草图〔2〕利用“旋转凸台/基体〞命令，选择轴心所在的直线作为旋转轴，旋转生成传动轴实体外形；如图3.25所示：图3.25传动轴实体图〔3〕选择“上视基准面〞，然后利用“插入〞→“参考几何体〞→“基准面〞菜单命令，设置绘制键槽的基准面；〔4〕正视基准面，绘制键槽草图，拉伸切除生成键槽；〔5〕重复步骤〔3〕和〔4〕，生成第二个键槽；结果如图3.26所示：图3.26传动轴键槽图〔6〕选择传动轴较窄的端面，将其边线转换为草图实体，利用“插入〞→“曲线〞→“螺旋线/涡状线〞菜单命令，在弹出的对话框里选择“高度和螺距〞，生成螺旋线；〔7〕选择“右视基准面〞作为绘图基准面，绘制牙型草图；〔8〕利用“插入〞→“切除〞→“扫描〞，选择牙型草图作为轮廓，螺旋线作为扫描切除路径，扫描切除生成螺纹。〔9〕利用“插入〞→“特征〞→“倒角〞菜单命令，选择传动轴右端面边线，对其倒角；赋予材质〔铸造合金钢〕与色彩，最终结果如图3.27所示：图3.27传动轴最终效果图〔10〕传动轴工程图如图3.28所示：〔注：俯视图旋转90°〕图3.28传动轴三视图3.7支撑轴设计支撑轴在机械中起着支持旋转零件的作用，与旋转零件配合，然后通过旋转零件与传动轴相连接，完成旋转过程。支撑轴的设计一般较传动轴简单，下面就支撑轴的设计过程给出简单介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为绘图基准面，绘制支撑轴的外形轮廓线；〔2〕以支撑轴中心线为旋转轴，旋转生成支撑轴实体。如图3.29所示：图3.29支撑轴旋转生成图〔3〕选择支撑轴两端边线，对其进行倒角。赋予材质〔铸造合金钢〕和色彩，最终效果图如图3.30所示：图3.30旋转轴最终效果图〔4〕支撑轴工程图如图3.31所示：图3.31旋转轴图纸3.8压紧螺母设计螺母作为一种紧固件，可以说在各行各业都有用到，可以说是神通广阔，当然螺母也是分很多种，如：普通外六角螺母、圆柱头内六角螺母、盘头内六角螺母、无头内六角螺母、沉头内六角螺母、呢绒螺母、普通外六角螺母、铜螺母,又称预埋螺母及镶嵌铜螺母或塑胶埋置螺母,根据使用用方法不同又分热熔铜螺母、热压铜螺母、嵌入式铜螺母及超声波铜螺母以及压紧螺母等压紧螺母作为连接齿轮泵后盖的紧固件，其设计过程相对来说还是很简单的，下面就其设计过程做出简单介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为绘图基准面，利用“圆〞命令，绘制草图圆，然后用拉伸命令拉伸生成实体；〔2〕利用“异型孔向导〞命令在生成的实体的水平外表插入异型孔，并添加与实体端面边线圆“同心〞的关系；结果如图3.32所示：图3.32压紧螺母异形孔图〔由于螺纹孔不是通孔而另一端面存在一个小孔，故需要在反向拉伸实体，将圆孔消去；这样做是为了后面旋转切除的时候有原有的线条做参考〕〔3〕在实体另一端面拉伸实体。为了能清晰的看到实体内部轮廓，改变视图显示样式，使其显示实体所有边线；选择“右视基准面〞作为绘图基准面，选择“矩形〞命令，绘制一个矩形，然后添加几何关系；〔4〕利用“插入〞→“切除〞→“旋转〞菜单命令，选择实体的中心临时轴作为旋转轴，利用“矩形〞草图进行旋转切除。结果如图3.33所示：图3.33压紧螺母退刀槽图〔5〕将实体显示样式改变，使其恢复上色；选择“右视基准面〞作为绘图基准面，选择“圆〞命令，绘制草图圆，然后拉伸切除，终止条件选择“完全贯穿〞；〔6〕选择“圆周阵列〞命令，阵列轴选择实体中心轴临时轴作为旋转轴，拉伸切除实体特征作为要阵列的特征，360°圆周阵列，数目为4；〔7〕在压紧螺母底面绘制一个圆，拉伸切除。选择压紧螺母两端边线，对其进行倒角；最后赋予材质和色彩如图3.34所示：图3.34压紧螺母最终效果图〔8〕压紧螺母的工程图如图3.35所示：图3.35压紧螺母三视图3.9圆柱齿轮设计齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆组成。齿轮的主要参数有：齿距pk、模数m、分度圆直径p、齿数z、中心距a、基圆直径db、齿顶高da、齿根高df、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*。齿轮能将一根轴的转动传递给另一根轴，也可以实现减速、增速、变向和换向等动作。齿轮按齿的长度分为正常齿制和短齿制。圆柱齿轮的齿顶高系数和顶隙系数如表1所示；直齿圆柱齿轮局部计算公式如表2所示：表1圆柱齿轮的齿顶高系数和顶隙系数表正常齿制短齿制ha*c*表2直齿圆柱齿轮局部计算公式表分度圆直径d=mz基圆直径db=mzcosα齿顶圆直径da=〔z+2ha*〕m齿根圆直径df=〔z-2ha*-c*〕m下面就直齿齿轮的设计做一简单表达：〔1〕圆柱齿轮的模数为m=1.5，齿数z=19.经由计算可知齿轮的齿根圆直径为24.75mm，齿顶圆直径为31.50mm，分度圆直径为28.50mm。选择“前视基准面〞作为绘图基准面，单击“圆〞命令，绘制齿轮齿根圆草图。拉伸生成齿轮轴实体；如图3.36所示：图3.36圆柱齿轮基体拉伸图〔2〕选择齿轮轴实体的前端面作为基准面，绘制齿轮的轮齿草图；通过齿顶圆，分度圆的辅助，以及使用“圆〞“3点圆弧〞“直线〞“裁剪〞命令，以及添加几何关系，绘制出齿轮轮齿草图；如图3.37所示：图3.37圆柱齿轮轮齿草图〔3〕拉伸轮齿草图，生成一个轮齿，然后圆周阵列轮齿。选择圆柱基体的中心轴为临时轴，圆周阵列轮齿，数目为19。结果如图3.38所示：图3.38圆柱齿轮轮齿阵列图〔4〕选择实体的一个端面作为基准面，利用“圆〞和“直线〞命令绘制轴孔和键槽草图，然后拉伸切除生成与传动轴相配合的齿轮；赋予其材质和颜色，结果如图3.39所示：图3.39圆柱齿轮最终效果图〔5〕圆柱齿轮的工程图如图3.40所示：图3.40圆柱齿轮图纸〔6〕保存文件，然后撤回到步骤〔4〕，绘制与支撑轴相配合的齿轮草图，拉伸切除，完成齿轮的制作。另存为与支撑轴相配合的齿轮。与并赋予其材质和颜色结果如图3.41所示：图3.41支撑轴齿轮最终效果图3.10圆锥齿轮的设计前面介绍圆柱齿轮时已经就齿轮总体做了介绍，这里就不再重复了。下面就圆锥齿轮特点及性能做简单介绍。圆锥齿轮的传递效率高、摩擦阻力小、瞬时传动比精确、传递扭力大，传动稳，降低了噪音，特别适合高速传递；负荷比压降低，磨损较均匀，相应增大了齿轮的负载能力，使用寿命长。另外可以改变扭矩传递方向，输入轴通过设计可以和输出轴成任意你想要的角度。还可以进行齿面的研磨，以降低噪音，改善接触区和提高齿面光洁度。如进行磨齿精度可到达5级。圆锥齿轮的设计过程是较为复杂可困难的，因为其轮齿不在规那么的面上，其轮齿的轮廓线的绘制需要变换几次基准面才能做成。下面就圆锥齿轮的设计过程做出介绍：〔1〕选择“前视基准面〞作为绘图基准面，利用“圆〞命令绘制三个圆，作为构造线；〔2〕利用“中心线〞命令，绘制两条角度分别为45°和135°的直线作为构造线；〔3〕过中间圆形构造线与倾斜构造线的交点绘制两条构造线，与圆相切；结果如图3.42所示：图3.42圆锥齿轮草图〔4〕选择“直线〞命令绘制圆锥齿轮轮廓草图，然后以草图中的竖直中心线为旋转轴，旋转生成圆锥齿轮轮廓实体；隐藏上面绘制的草图。如图3.43所示：图3.43圆锥齿轮基体图〔5〕选择“上视基准面〞作为绘图基准面，通过Y坐标方向绘制一条构造线，然后通过该构造线和“上视基准面〞生成新的基准面；选择“圆〞草图，使其显示，方便后面的绘制操作。如图3.44所示：〔6〕通过调整基准面，绘制三个圆以备后面做轮齿所用，通过添加几何关系，使用“3点圆弧〞、“镜像〞、“剪裁〞命令，绘制轮齿草图；〔7〕设置前视基准面，绘制点草图；如图3.45所示：〔8〕利用“插入〞→“切除〞→“放样〞菜单命令，在弹出“切除-放样〞对话框中，“轮廓〞栏中分别拾取齿形草图和如图3.45中的点草图，然后单击确定图标；生成圆锥齿轮的轮齿；隐藏所有草图。结果如图3.46所示：〔9〕显示临时轴，圆周阵列轮齿轮廓实体，以圆锥齿轮轮廓实体的中心轴作为旋转轴，数目输入25，等间距。选择“切除-放样实体〞进行圆周阵列，最后隐藏临时轴，草图，基准面；〔10〕将圆锥齿轮的底面设置为基准面，绘制一个圆，拉伸3mm的凸台；然后在此凸台上绘制草图作为键槽轴孔草图。拉伸切除实体。最后赋予材质和色彩，最终结果如图3.47所示：图3.47圆锥齿轮最终效果图〔11〕圆锥齿轮的工程图如图3.48所示：图3.48圆锥齿轮工程图到这里，除了标准件之外，所有零部件算做完了。在这所做的零部件中，圆锥齿轮是最麻烦也是最不容易做出来的一个部件。关于各个部件之间的装配关系及装配过程，下一章再做详细介绍。4装配体设计4.1传动轴装配装配就是将零件按规定的技术要求组装配：将零件按规定的技术要求组装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程，装配始于装配图纸的设计。装配必须具备定位和夹紧两个根本条件。定位就是确定零件正确位置的过程。夹紧即将定位后的零件固定。根据产品结构的复杂程度，装配工作可以分成组件装配、部件装配和总装配。〔1〕组件装配：将假设干零件连接成组件或将假设干零件和组件连接成结构更为复杂一些的组件的工艺过。〔2〕部件装配：将假设干零件和组件连接成部件的过程，称为部件装配。〔3〕总装配：将假设干零件和部件装配成最终产品的工艺过程，称为总装配。装配工作的主要任务是保证产品在装配后到达规定的各项精度要求，因此，必须采取合理的装配方法。保证装配精度的方法主要有互换装配法、分组装配法、调整装配法和修配装配法。下面就传动轴的装配过程做出介绍：〔1〕新建装配体，插入新零件；选择传动轴插入，确定完成传动轴的插入；〔2〕调入第二个零件-平键，选择设计库→Toolbox→ISO→键→平行键，调入到设计空间内，对其进行编辑使其与传动轴上键槽大小相等。〔3〕对传动轴和平键1进行配合，选择键槽底平面和键的一个平面使其“重合〞；如图4.1所示：图4.1传动轴与长平键配合图〔4〕选择键槽的弧形面和键的弧形面，添加“同轴心〞配合关系；如图4.2所示：图4.2传动轴与长平键配合图〔5〕选择键的一个侧面和键槽的一个内侧面，添加“重合〞配合关系，完成传动轴和平键1的配合；结果如图4.3所示：图4.3传动轴与长平键配合图〔6〕同样方法完成平键2和传动轴的配合；结果如图4.4所示：图4.4传动轴与短平键配合图〔7〕插入新零件，选择带键槽的圆柱齿轮；选择平键1的上平面和齿轮的键槽平面，添加“重合〞配合关系；结果如图4.5所示：图4.5传动轴与圆锥齿轮配合图〔8〕选择传动轴圆柱外表和齿轮内圆轴孔外表；添加“同轴心〞配合关系，选择齿轮的左端面和传动轴的相应位置的圆环外表，添加“重合〞图4.6传动轴装配最终效果图〔9〕到这里，传动轴的装配完成，保存文件。4.2支撑轴装配有关装配方面的知识，在4.1节已做过阐述，这里就不再表达，下面简单介绍一下支撑轴的装配过程：〔1〕新建装配体，调入支撑轴；〔2〕调入不带键槽的圆柱齿轮，与支撑轴进行装配；选择支撑轴的圆柱面和圆柱齿轮的内孔面，添加“同轴心〞配合关系；选择圆柱齿轮的端面和支撑轴的轴肩面，添加“重合〞配合关系，完成支撑轴的装配。结果如图4.7所示：图4.7支撑轴装配最终效果图〔3〕完成装配，保存文件。4.3总装配前面4.1和4.2节完成了传动轴和支撑轴的装配，在总装配中，那两个装配体视作一个零部件进行装配，这样分开进行装配，有利于操作而且更能清楚的看到其装配过程。下面是总装配的过程：〔1〕新建装配体，插入零部件。选择齿轮泵基体，将其放置到装配界面中；〔2〕插入垫片，通过旋转调整视角对其进行装配；选择垫片上下两个圆孔分别与齿轮泵基体的上下两个螺纹孔做“同轴心〞配合；然后选择垫片的一个端面与齿轮泵基体的端面做“重合〞配合；如图4.8所示：图4.8基体垫片配合图〔3〕插入齿轮泵后盖，选择“配合〞，弹出的对话框中；=1\*GB3①选择齿轮泵基座内圆弧面和齿轮泵后盖的轴孔，如图4.9所示：添加“同轴心〞配合关系；图4.9垫片后盖配合图=2\*GB3②选择齿轮泵后盖的内外表和垫片的面，如图4.10所示：添加“重合〞配合关系；完成配合。〔4〕插入传动轴子装配到装配体，添加配合关系；=1\*GB3①单击传动轴的圆柱面和齿轮泵后盖的内孔，如图4.11所示，添加“同轴心〞配合关系；图4.11传动轴装配和后盖配合图=2\*GB3②选择传动轴装配体中圆柱齿轮的端面和齿轮泵后盖内侧面，如图4.12所示，添加“重合〞配合关系；完成配合图4.12传动轴装配和后盖配合图〔5〕插入支撑轴子装配体到装配体，添加配合关系；=1\*GB3①选择支撑轴的圆柱面和齿轮泵后盖的内孔，添加“同轴心〞配合关系；=2\*GB3②选择支撑轴装配体中的圆柱齿轮端面和齿轮泵后盖内侧面添加“重合〞配合关系；如图4.13所示：图4.13支撑轴轴装配和后盖配合图〔6〕插入另一端垫片，方法与步骤〔2〕相同；〔7〕插入齿轮泵前盖，与垫片配合方式与后盖与垫片的配合方式相同；结果如图4.14；图4.14前盖与基体配合图〔8〕插入压紧螺母，添加配合关系；选择压紧螺母圆周外表和传动轴圆柱外表进行“同轴心〞配合；选择压紧螺母一侧内端面和齿轮泵后盖牙型螺纹的端面做“重合〞配合；如图4.15所示；完成压紧螺母的装配。图4.15压紧螺母装配图〔9〕装配圆锥齿轮。分别添加传动轴轴肩和圆锥齿轮底面的“重合〞配合，传动轴和圆锥齿轮内孔的“同轴心〞配合，平键顶面和键槽底面的“重合〞配合，如图4.16所示；完成圆锥齿轮的装配。〔10〕通过调用设计库里的垫片和螺母，完成固定圆锥齿轮的装配；如图4.17所示：图4.17螺母垫片装配图〔11〕插入螺栓。分别添加螺栓圆柱外表与螺纹孔“同轴心〞配合，螺栓帽端面与螺栓通孔的台阶面“重合〞配合，如图4.18所示：图4.18螺栓装配图〔12〕重复步骤〔11〕插入剩余螺栓；然后通过调用设计库中的销钉标准件与销钉孔装配，完成整个模型的装配过程。最终结果如图4.19所示：图4.19齿轮泵三视图〔13〕装配体的工程图如图4.20所示：图4.20装配体的工程图现在，完成了装配体的所有装配过程，有关进一步的研究和分析，下一小节再做介绍。4.4制作爆炸图及仿真动画想必你在日常生活中购置的各种各样的日常生活用品的使用说明书中都有个装配示意图吧！都有图解说明各构件的。可以说这个具有立体感的分解说明图就是个最为简单的爆炸图吧！具体点说应是轴测装配示意图。因为工程图样除了工程技术人员外就很少有人看得懂了。同时国家标准也作了相应规定，要求工业产品的使用说明书中的产品结构优先采用立体图示.可以说爆炸图就是立体装配图。有了爆炸图，相信绝大多数人都能够看懂装配体的装配过程了。下面就装配体的爆炸图制作过程做出介绍。首先单击“爆炸视图〞按钮，然后按照装配过程的逆过程一步步将装配体拆分开来，在制作爆炸的过程中，可以拖动步骤的顺序改变其先后顺序。在所有零部件拆分完之后，单击底部“动画向导〞按钮，在弹出的对话框里选择“爆炸〞选项，然后单击下一部，设置“开始时间〞和“动画时长〞。完成之后单击“计算〞按钮，系统会自动生成键码，自己还可以调节键码位置，以改变动画运动情况。计算完毕之后，单击“保存动画〞按钮，保存动画。另外还可以动画解除爆炸，单击“动画向导〞按钮，在弹出的对话框里选择“解除爆炸〞选项，然后单击下一部，设置“开始时间〞和“动画时长〞。开始时间设置为爆炸动画的时长，动画时长设置同爆炸动画时长相等。之后单击“计算〞按钮，计算完毕之后，单击“保存动画〞按钮，保存动画。这时，一个从动画爆炸到动画解除爆炸的动画就制作成功了。齿轮泵的爆炸视图如图4.21所示：图4.21齿轮泵的爆炸视图此外，还可以通过添加“马达〞模拟仿真齿轮泵运动情况，下面就齿轮泵的齿轮旋转过程的模拟仿真运动制作过程做出介绍：首先隐藏齿轮泵前盖，调整视图视角选择“前视基准面〞正视于；调整齿轮位置，使两齿轮轮齿相切；单击“马达〞按钮，弹