苏州托普信息职业技术学院
毕业论文
论文题目齿轮泵的设计
指导教师吴小花
专业机械制造与自动化班级机械1201 姓名张杰学号 1205300125
摘要：在当今社会泵的应用是很广泛的,在国民经济的许多部门要用到它。在供给系统中几乎是不可缺少的一种设备。在泵的实际应用中损耗严重，特别是化工用泵在实际应用中损耗，主要是轴封部分，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。轴封有填料密封和机械密封。填料密封使用周期短，损耗高，效率低。本设计中设计的齿轮泵排量较小安全性较高，轴封设计合理，精度较高，齿轮泵使用寿命较高。
关键词：泵填料密封机械密封
一、课程设计任务书………………………………………( 4 )
二、齿轮的设计与校核……………………………………( 5 )
三、卸荷槽的计算…………………………………………( 12 )
四、泵体的校核……………………………………………( 13 )
五、滑动轴承的计算………………………………………( 14 )
六、联轴器的选择及校核计算……………………………( 17 )
七、连接螺栓的选择与校核………………………………( 18 )
八、连接螺栓的选择与校核………………………………( 20 )
九、齿轮泵进出口大小确定………………………………( 21 )
十、齿轮泵的密封…………………………………………( 22 ) 十一、法兰的选择…………………………………………( 23 ) 十二、键的选择……………………………………………( 24 ) 十三、键的选择……………………………………………( 25 ) 设计小结……………………………………………………( 27 ) 参考文献……………………………………………………( 29 )
一、课程设计任务书
题目：齿轮泵设计
工作条件：使用年限10年(每年工作300天)，工作为二班工作制。
原始数据：理论排量：125ml/r；额定压力：6.3MPa；工作介质轴承油：220s
mm/2
注意事项：
课程设计任务书：
1）测绘一套相近部件或产品，完成测绘图；
2）根据给定要求设计齿轮泵，完成一套齿轮泵装配图和全部非标零件图；
3）完成全部零件三维实体造型，并进行数字装配；
4）完成齿轮泵标准件的计算选型
5）完成齿轮泵非标零件精度设计
第一章引言
1.1 本课题研究意义
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、价格便宜等特点〔L一”。但同时齿轮泵也还存在一些不足，如困油现象比较严重、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、低噪音等方面发展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为国内外深入研究的课题。
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，并采用平槽以减小齿轮( 轴承) 的径向不平衡力。目前，这种齿轮泵的额定压力可达25 MPa。但是, 由于这种齿轮泵的齿数较少，导致其流量脉动较大由于齿轮泵在液压传动系统中应用广泛，因此，吸引了大量学者对其进行研究。目前，国内外学者关于齿轮泵的研究主要集中在以下方面：齿轮参数及泵体结构的优化设计；齿轮泵间隙优化及补偿技术；困油冲击及卸荷措施；齿轮泵流量品质研究；齿轮泵的噪声控制技术；轮齿表面涂覆技术；齿轮泵的变量方法研究；齿轮泵的寿命及其影响因素研究；齿轮泵液压力分析及其高压化的途径；水介质齿轮泵基础理论研究。综上所知，对齿轮泵的自主研发和设计对我国尤为重要。特别是在提高其效力和降低噪音和振动方面。
本次毕业设计的主要任务书是设计：设计外啮合容积式齿轮泵，适用于输送不含
mm/2
固体颗粒和纤维，工作介质轴承油：220s
在输油系统中可用作传输、增压泵、润滑油泵。
1.2 齿轮泵的发展研究现状
早在二千多年前，人类就发明了齿轮传动装置。早期的齿轮采用木料或金属铸造成形，只能传递两轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，承载能力也很小。随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。
江苏工业学院祝海林教授等人针对现有高粘度齿轮泵结构单一、径向力不平衡、轴承受力大造成磨损严重、流量及压力脉动大等问题，综合行星传动及齿轮泵原理，提出了将外啮合与内啮合两种结构相结合构成高粘度复合齿轮泵的设想，阐述了新型齿轮泵的结构及性能特点，得出了理论排量的计算公式。研究表明:新型齿轮泵的高低压腔对称、齿轮与轴受力平衡。它具有内泄漏小、轴承及泵的寿命长、输出排量成倍增加而流量脉动小等显著优点，具有良好的产业化前景。
齿轮泵可分为外啮合和内啮合两大类，国外某些工业发达国家齿轮泵的产量在液压泵中占有很大比重与外啮合齿轮泵相比内啮合齿轮泵以其体积小，重量轻、噪声低、自吸性能好、流量脉动小等优点而倍受重视，其产量在齿轮泵的总产量中占有很大比例。一些发达国家内啮合与外啮合齿轮泵的产量比接近于1:1。齿轮泵是我国最早生产的液压元件之一，压力从0.5MPa至25Mpa(最高压力达到31.SMpa)，流量从3Umin至4OOL/min的齿轮泵均有生产;我国的内啮合齿轮泵产量不大，特别是内啮合摆线齿轮泵和其它非渐开线齿廓啮合齿轮泵，基本还处于初级阶段。目前，我国的齿轮泵产品性能还比较低，与国外同类产品相比，还有不小的差距。
第二章齿轮泵简介
2.1 齿轮泵的工作原理
外啮合齿轮泵的工作原理图如图2-1所示：
图2-1齿轮泵工作原理图
由图可见，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿轮。由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。
齿轮泵是容积式回转泵的一种，其工作原理是：齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，齿轮（主动轮）固定在主动轴上，齿轮泵的轴一端伸出壳外由原动机驱动，齿轮泵的另一个齿轮（从动轮）装在另一个轴上，齿轮泵的齿轮旋转时，液体沿
吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合（齿与齿啮合前），然后进入压油管排出。
齿轮泵的主要特点是结构紧凑、体积小、重量轻、造价低。但与其他类型泵比较，有效率低、振动大、噪音大和易磨损的缺点。齿轮泵适合于输送黏稠液体。
2.2 齿轮泵的结构特点
齿轮采用具有国际九十年人先进水平的新技术--双圆弧正弦曲线齿型圆弧。它与渐开线齿轮相比，最突出的优点是齿轮啮合过程中齿廓面没有相对滑动，所以齿面无磨损、运转平衡、无困液现象，噪声低、寿命长、效率高。该泵摆脱传统设计的束缚，使得齿轮泵在设计、生产和使用上进入了一个新的领域。
泵设有差压式安全阀作为超载保护，安全阀全回流压力为泵额定排出压力1.5倍。也可在允许排出压力范围内根据实际需要另行调整。但是此安全阀不能作减压阀长期工作，需要时可在管路上另行安装。
该泵轴端密封设计为两种形式，一种是机械密封，另一种是填料密封，可根据具体使用情况和用户要求确定。
2.3 困油现象及卸荷
困油现象
齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重合度必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所围成的封闭容腔之间。这个封闭的容腔开始随着齿轮的转动逐渐减小，以后又逐渐加大。封闭腔容积的减小会使被困油液受挤压而产生很高的压力，并且从缝隙中挤出，导致油液发热，并致使机件受到额外的负载；而封闭腔容积的增大又造成局部真空，使油液中溶解的气体分离，产生气穴现象。这些都将产生强烈的振动和噪声，这就是齿轮泵的困油现象。
危害
径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。
消除困油现象方法
消除困油的方法，通常是在两侧盖板上开卸荷槽，使封闭腔容积减小时通过左边的卸荷槽与压油腔相通，容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。
第三章 齿轮泵总体设计
一、主要技术参数
根据任务要求，此型齿轮油泵的主要技术参数确定为：
理论排量：125ml/r
额定压力：6.3MPa
额定转速:552r/min
容积效率:≥90%
二、设计计算的内容
1.齿轮参数的确定及几何要素的计算
由于本设计所给的工作介质的粘度为220s mm /2，由表一进行插补可得此设
计最大节圆线速度为2.6s m /。
节圆线速度V ：
601000V ???=n
D π
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的粘度关系
流量与排量关系式为： n 00P Q =
0Q ——流量
0P ——理论排量（ml/r ）
齿数Z 的确定，应根据液压泵的设计要求从流量、压力脉动、机械效率等各方面综合考虑。从泵的流量方面来看，在齿轮分度圆不变的情况下，齿数越少，模数越大，泵的流量就越大。从泵的性能看，齿数减少后，对改善困油及提高机械效率有利，但使泵的流量及压力脉动增加。
目前齿轮泵的齿数Z 一般为6-19。对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，要求流量脉动小，因此低压齿轮泵齿数Z 一般为13-19。齿数14-17的低压齿轮泵，由于根切较小，一般不进行修正。
3.确定齿宽。齿轮泵的流量与齿宽成正比。增加齿宽可以相应地增加流量。而齿轮与泵体及盖板间的摩擦损失及容积损失的总和与齿宽并不成比例地增加，因此，齿宽较大时，液压泵的总效率较高.一般来说，齿宽与齿顶圆尺寸之比的选取范围为0.2～0.8，即：
）（8.0~2.0B =a D
20
m 66.6q 1000Z B =
Da ——齿顶圆尺寸（mm ）
对于低压齿轮泵来说，确定模数主要不是从强度方面着眼，而是从泵的流量、压力脉动、噪声以及结构尺寸大小等方面。
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3=m
（2）齿数14=Z
（3）齿宽42=b
因为齿轮的齿数为18，不会发生根切现象，所以在这里不考虑修正，以下关于齿轮参数的计算均按标准齿轮参数经行。
（4）理论中心距mm mz D A f 721430=?===
（5）实际中心距mm mz D A f 72===
（6）齿顶圆直径()()mm Z m D e 4821432=+?=+=
（7）基圆直径j D
mm mz D n j 8.2820cos 143cos =???==α
（8）基圆节距
42.420cos 5.1cos =???==παπn j m t （9）齿侧间隙n c