變量齒輪泵的設計

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I核準通過，歸檔資料。未經(jīng)允許，請勿外傳！核準通過，歸檔資料。未經(jīng)允許，請勿外傳！變量齒輪泵的設計摘要齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、成本低、自吸能力強、抗油液污染能力強，在液壓系統(tǒng)中常用作動力裝置，特別是在液壓系統(tǒng)中應用更廣泛。變量齒輪泵內(nèi)有一對相互嚙合的外齒9JWKffwvG#tYM*Jg左端用軸端擋圈定位，Id? m按軸端直徑取擋圈直徑 = 22 ，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 = 30Dm1L8，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故軸的長度m應略短一些，先取 =28 。Il?m3.3.2.2 初步選擇滾動軸承 參照工作要求并根據(jù) =22 ，選取軸承型號 329/22，軸承配合為Id?m6，其尺寸 =22 ×40 ×12 ， 故 = =22 ;而DT? VId?Im=12 。VIl?m3.3.2.3 由于齒輪輪轂寬度 =15 ，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸Bm段應略短于輪轂寬度，故取 =13 。IVl?3.3.2.4 取安裝齒輪處的直徑 為了便于裝配安裝且使齒輪與軸配合處有一定的厚度，應取 =26 。齒IVd?m輪的左端與左軸承右端面之間采用套筒定位，套筒長度為 23 ;齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度 (0.07 0.1) ,取 =2.5 ，則軸環(huán)處直徑h?~dhm=31 ，軸環(huán)寬度 ， 取 =5 。IVd?m1.4b?IVl?3.3.2.5 右端軸承的左端面采用軸肩進行軸向定位，定位軸肩高度 =2 ，則hm=27 ，并取長度略長些，取 =32 。VI? VIl?3.3.2.6 左軸承左端面采用軸承端蓋進行定位，取軸承端蓋長度為 12 。軸承端蓋放于左泵蓋中，左泵蓋與另一端面進行定位，這一端面與該軸段的左端面有一定距離，則 =12+26+12+10=60 。Il?m以上就以初步確定了軸的各段直徑和長度。3.3.3 軸上零件的周向定位3.3.3.1 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵聯(lián)接 查機械設計手冊得半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用 A 型平鍵 = 6×6×25 ，bhl?半聯(lián)軸器與軸的配合為 7/6Hk齒輪與軸的聯(lián)接，選用 B 型平鍵 = 8×7×10，l齒輪與軸的配合為 /n3.3.3.2 鍵的強度校核9(1)A 型鍵的材料為鋼，查手冊得許用擠壓應力[ ]=100~120MPa,取[ ]p?p?=110MPa,鍵的工作長度 =25-6=19 ,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度lLb??m=0.5×6=30.5kh?m由式 =73.54MPa[ ],故符合要求。33219.82510pTkld???p鍵的標記為：鍵 6×25 GB1096-79(2)B 型鍵的材料為鋼，查手冊得許用擠壓應力[ ]=100~120MPa,取[ ]p?p?=110MPa,鍵的工作長度 =10 ，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度lL?m=0.5×7=3.50.5kh?由式 =87.52MPa[ ],故符合要求。33219.825106pTkld???p鍵的標記為：鍵 B8×10 GB1096-793.3.4 確定軸上圓角和倒角尺寸兩軸端端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑 R = 1 2~m3.3.5 求作用在齒輪上的力= 2×39.8235/0.051=1561.712tFTd?N= 1561.71×tan20°= 568.41anrt?=1561.71/cos20°= 1661.93cos3.3.6 求軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖如圖中軸上所受的力作受力分析得圖 3-3 軸的受力分析圖 10根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的彎矩和扭矩圖，從中可以看出截面 C 是軸的危險截面。圖 3-4 軸的載荷分析圖由以上圖可以計算：表 3-1 截面 C 載荷值載荷 水平面 H垂直面 V支反力 F=863.53 , =698.181NH2NF=314.30 , =254.111NVF2NF彎矩 =32814.28M.m=11943.30M.m總彎矩 = =34920.192HV?.扭矩 T=39823.5T.N113.3.7 按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 ）的C強度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取 =0.6，軸的計算應力?MPa=24.07MPa????2 22 233490.1.698.5caMTW??????前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 =60MPa。因此1[]??，故安全。1[]ca??3.3.8 精確校核軸的疲勞強度3.3.8.1 判斷危險截面截面 , , , 只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應AIBI力集中均削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面 , , , 均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 IV 和 V 處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面 上的應力最大。截面 IV 的應力集中C的影響和截面 III 的相近，但截面 IV 不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面 生雖然應力最大，但應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起C的應力集中均在兩端） ，而且這里中軸的直徑最大，故截面 也不必校核。截面CV 和 VI 顯然更不必校核。由第三章附錄可知，鍵槽的應力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面 III 左右兩側(cè)即可。3.3.8.2 截面 III 左側(cè)抗彎截面系數(shù) 3330.1.21064.8Wdm???抗扭截面系數(shù) 29T截面 III 左側(cè)的彎矩 為M8.5349. 7.3Nm?截面 III 上的扭矩 為= 39823.5T.m截面上的彎曲應力289472.19106.bMPaMW???截面上的扭轉(zhuǎn)切應力123982.51.706TMPaW???軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1 查得=640MPa， =275MPa， =155MPa。B?1?1??截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) 及 按附表 3-2 查取。因???=0.068， ，經(jīng)插值后可查得.52rd?26Dd?=1.859, =1.418???又由附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為=0.78， =0.80q?故有效應力集中系數(shù)按式（附表 3-4）為????110.78.591.670k??????????434???由附圖 3-2 的尺寸系數(shù) ；由附圖 3-3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。.85? .92??軸按磨削加工，由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 .???軸未經(jīng)表面強化處理，即 =1，則按式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為q?` 1.67012.0585.9kK????????.34.372.??又由§3-1 及§3-2 得碳鋼的特性系數(shù)，取 =0.10.1~?????，取 =0.055??于是，計算安全系數(shù) 值，按式（15-6）~（15-8）則得caS12754.92.0.190amK???? ????1 10.68.83.22aS????.24910645ca S???????故可知其安全。3.3.8.3 截面 III 右側(cè)13抗彎截面系數(shù) W 按表 15-4 中的公式計算。 3330.1.26175.6dm???抗扭截面系數(shù) 2T彎矩 及彎曲應力為M38.4920.18947.76.5.bNmMPaW?????扭矩 及扭轉(zhuǎn)切應力為T398251.3TNmPa???過盈配合處的 ，由附表 3-8 用插值法求出，并取 ，于是得k?? 0.8k????=2.624 ?0.8264.92k????軸按磨削加工，由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92???故得綜合系數(shù)為 112.642.70.9kK?????????86.??所以軸在截面 III 右側(cè)的安全系數(shù)為 12756.159.16.40amSK?????????1 2.37.38.2a???2.6591.75.01.5.caSS????????故該軸在截面 III 右側(cè)的強度也是足夠的。因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此，主動軸的設計計算結(jié)束。143.4 從動軸的計算3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設計圖 3-5 軸的結(jié)構(gòu)與裝配3.4.1.1 由于齒輪寬度為 22 ，為滿足從動軸不轉(zhuǎn)動，可在齒輪里加上滾動m軸承，為使所用軸承寬度小于齒輪寬度和軸承外徑小于齒輪齒根圓直徑，選用軸承型號 ，軸承配合為 ，其尺寸 =12 ×28 ×8710C7/6HdDB?m。則 =12 ；同時為使其在左泵蓋內(nèi)部，取其長度 =62 。mId? Il?3.4.1.2 II-III 軸段在其內(nèi)部腔體內(nèi)，而腔體直徑為 57 ，故 =57 ,取Id其長度 =5 .Il3.4.1.3 由一較大軸肩，取 =25 ，而其長度為 =70 ；同時在軸IVd?mIVl?段 I-II 處也有一軸套其直徑 =25 。D3.4.1.4 軸段 IV-V 與軸段 III-IV 有一軸肩，去軸肩高度為 2.5 ，則m=20 。因為在軸段 IV-V 與軸段 III-IV 后接有變量機構(gòu)，為是其滿足變IVd?m量特性軸段 IV-V 要稍長些，取 =40 ，并取一橫截面，其寬度為 10IVl?這樣就確定了從動軸各段的直徑和長度。3.4.2 求軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖如圖中軸上所受的力作受力分析得圖 3-6 軸的受力分析圖15根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的彎矩和扭矩圖，從中可以看出截面 C 是軸的危險截面。圖 3-7 軸的載荷分析圖由以上圖可以計算：表 3-2 截面 C 的載荷值載荷 水平面 H垂直面 V支反力 F=780.85512NHF?N=284.20512NVF?N彎矩 =3357.6765M.m=1222.0815M.m總彎矩 = =3573.16032HV?.3.4.3 精確校核軸的強度3.4.3.1 進行校核時，由于軸不受扭矩作用，則只需要計算軸上危險截面 的C?彎曲應力即可。截面 的抗彎截面系數(shù) C3330.1.217.8Wdm???16截面 的彎曲應力 C357.1602.6828bMPaMW???軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表查得[ ]= 60MPa?則 [ ] , 故安全。b?1?3.4.3.2 求強度安全系數(shù) n?過盈配合處的 的值, 由附表 3-8 用插入法求出k?? 2.83k???軸按磨削加工,由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 = 0.92?故得綜合系數(shù)為 112.832.370.9kK?????????軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 = 275MPa 1?所以截面 的安全系數(shù)為C1275.61.5.30.68amn SK???????????,故安全3.4.4 從動軸的剛度計算由于從動軸上沒有扭矩作用，所以只計算它的彎曲剛度（撓度）在采用滾動軸承的場合下，軸的撓度使局部單位壓力劇增并使?jié)櫥湍ぴ獾狡茐?，造成軸承的燒傷。為了防止這種破壞，首先必須盡可能減少軸的撓度，其受力簡圖所圖 3-8 軸的剛度分析圖撓曲線方程 ，其中 =8.62234.,08FxllylxEI???????????????lm式中 E-----彈性模量，對于鋼 E = 2.1× 512NI----截面 C 的軸慣性力矩， I = /64（ ）?4d417F----作用在從動齒輪上的徑向力（ ）N則232max2.34.88lFlFlylEIEI???????????????代入數(shù)據(jù)得 ??35max52446.11048.06Nmy m??????對于安裝齒輪的軸而言，允許的撓度 ?????0.~~.3ny ??39則 ，故安全。??maxy?3.5 齒輪強度的計算3.5.1 齒輪的材料及齒數(shù)的選取選取齒輪的材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 220 240HBs~齒輪的齒數(shù)為 = 17Z3.5.2 齒面接觸疲勞強度的計算齒面接觸疲勞強度的校核公式 ??321HHEdKTuZ??????式中： ----區(qū)域系數(shù)（標準直齒輪 a = 20°時， = 2.5）HZ H-----載荷系數(shù)K-----齒輪轉(zhuǎn)遞的轉(zhuǎn)矩T----齒寬系數(shù)d?12uZ?選載荷系數(shù) = 1.3t選取齒寬系數(shù) = 1d由《機械設計》中表 10-6 查得材料查的彈性系數(shù) =189.8MPa?HZ由圖 10-21 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限 = 550MPaLim?由圖 10-9 查得接觸疲勞壽命系數(shù) = 0.95HNK計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1%，安全系數(shù) = 1，由式 10-12 得S??lim.50.92.5HNMPa????18計算圓周速度 V 3.14502.67606dnv ms????計算載荷系數(shù)根據(jù) V = 3.29 ，7 級精度，由圖 10-8 查得動載荷系數(shù) = 1.1ms VK由表 10-3 查得 = =1.2HaKFa由表 10-2 查得使用系數(shù) = 1A由表 10-4 查得 7 級精度齒輪相對支承非對稱布置 ??230.8.60.1Hvdb???????23.015??=1.391故載荷系數(shù)= KAVHaK?= 1×1.1×1.2×1.391= 1.836則 3 32121.869.251 .89.HHEdTuZ??????????.8MPa??故合格3.5.3 齒根彎曲疲勞強度計算彎曲強度的校核公式 ??321FaSFFdKTYmZ?????由機械設計中圖 查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 = 380MPa102c?E由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命 = 0.88FN計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù) = 1.4 由式(10-12)得S??.0.832.8614FNEKMPa????計算載荷系數(shù) K= AVFa?=1×1.1×1.2×1.25 19= 1.65查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 = 2.97FaY查取應力校正系數(shù)由表 10-5 查得 = 1.52Sa選取齒寬系數(shù) = 1d?計算 323219.851.697.5FaSFdKTYmZ???????76.0FMP??故合格3.6. 軸承的受力分析及壽命計算3.6.1 主動軸上的軸承受力分析及壽命計算主動軸上的軸承為單列圓錐滾子軸承，其型號為 329/22，其基本參數(shù)如下：表 3-3 單列圓錐滾子軸承 329/22 基本參數(shù)基本尺寸/mm 其他尺寸/mm 基本額定載荷/KNdDTBCa?rC0r22 40 12 12 9 8.5 15 20因為主動軸上的齒輪為標準直齒圓柱齒輪，齒輪不受軸向力，所以所選單列圓錐滾子軸承只承受徑向載荷 ，則軸承的受力分析：rF圖 3-9 單列圓錐滾子軸承受力分析圖如圖所示，201247.568.413.0382.rrrrFN????查機械設計表 13-5 可得， ，則 Y=0,因此軸承的派生軸向力不存在，are?軸承的當量動載荷應為： 112234.07.165932prPfFN???由上表 3-3 可知 =15N, =20NrC0r驗算壽命： 因為 , 驗算軸承 1 即可。12P?10663005.7hLn???????????????3578.h滿足壽命，故合格。3.6.2 從動軸上的軸承受力分析及壽命計算從動軸上選用的軸承為角接觸球軸承，其型號為 ，其基本參數(shù)如下：710C表 3-4 角接觸球軸承 7100C 基本參數(shù)基本尺寸/mm 安裝尺寸/mm 基本額定載荷/KNdDBadaDr0rC12 28 8 14.4 25.6 6.7 5.42 2.65從動軸上安裝的齒輪與主動軸上的一樣也為標準直齒圓柱齒輪，齒輪不受軸向力，同理所選角接觸球軸承也只承受徑向載荷 ，則軸承的受力分析：rF圖 3-10 角接觸球軸承受力分析圖如圖所示，21342568.412.05rrFN??由機械設計表 13-7 可得 drFe由機械設計表 13-5 可知由插值法計算 e=0.3586 ，則兩軸承的派生軸向力340.398dre?由 可得， X=1,Y=0, ，則軸承的當量動載荷應為：arFe?4598a?????3431.2.05.341.06prPfF N????由上表 3-4 可知 =5.42N, =2.65NC0r驗算壽命： 366115.4206hLnP???????????????897.3h滿足壽命，故合格。3.7 泵體的設計計算和強度校核3.7.1 泵體的設計計算選取泵體的長度為 158 ，其厚度即為齒輪的齒寬 15 ，因此選擇相互對稱mm的管螺紋 作為齒輪泵的進出油口。18G3.7.2 泵體的強度校核泵體的材料選擇球墨鑄鐵 ,由機械手冊查得其屈服應力 為??602QT?S?。因為鑄鐵是脆性材料，所以其許用拉伸應力 的值應取屈服30~4MPa ??極限應力，即此處 。??35sa??泵體的強度計算可按厚薄壁圓筒粗略計算拉伸應力 ，計算公式為???220.41.3eysyRPMa????式中： ——泵體的外半徑y(tǒng)R??m——齒頂圓半徑e——泵體的試驗壓力sPa一般取試驗壓力為齒輪泵最大壓力的兩倍，即 21530sPMPa???代入數(shù)據(jù)可得 2 220.41.30.48.5eysyR??????MP2259.21MPa???350sPa???因此所選泵體的材料及其尺寸滿足要求。第 4 章 齒輪泵其它部件的分析計算4.1 軸承端蓋的設計計算在主動軸上的左軸承采用軸承端蓋進行定位，軸承端蓋選取凸緣式端蓋，選取軸承端蓋螺釘直徑 =6 ，則其結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示：3dm圖 4-1 凸緣式軸承端蓋結(jié)構(gòu)圖0217dm??，取.8.4e?8e?025.65D?1.9.3202.70d??3 m??23由結(jié)構(gòu)可得 4m?其中 由密封尺寸確定，因為 ，則在軸承端蓋上螺釘個數(shù) ，1,bd10D?4n?均勻分布， 。1123,.b?4.2 密封圈的設計計算4.2.1 主動軸軸承端蓋處的氈封油圈氈封油圈如下圖所示：圖 4-2 氈封油圈結(jié)構(gòu)圖表 4-1 氈封油圈和溝槽尺寸軸徑 d/m/1dD/mb/ /0dm/0D/1bm/222 21 32 3.5 1?3.5 4.3根據(jù)上表可得,0123??03?另外 B=8 。4.2.2 從動軸上通用 O 型密封圈通用 O 型密封圈圖形如下所示：24圖 4-3 通用 O 型圈結(jié)構(gòu)圖表 4-2 通用 O 型圈（代號 G）尺寸項目 /1dm極限偏差/ m/2d極限偏差/ m軸徑 d 12 11.8 0.17?2.65 0.09?軸徑 d 57 53.0 0.44 2.65 0.09軸徑 d 25 25.0 0.22 1.80 0.08活塞 d 57 53.0 0.44 2.65 0.094.3 小圓螺母的設計計算從動軸上的小圓螺母如下圖所示：標記示例：螺紋規(guī)格 = ，材料 45 鋼，槽或全部熱處理后硬度為DP?12.5M,表面氧化的小圓螺母的標記：34~5HRC螺母 81021.5GBM??注: ①槽數(shù) ：n0,4;,6nDn?????②材料：45 鋼25圖 4-4 小圓螺母結(jié)構(gòu)圖表 4-3 小圓螺母相關(guān)尺寸 mht螺紋規(guī)格 DP?kdaxinaxminC112.5M22 6 4.3 4 2.6 2 0.5 0.5