外啮合齿轮泵设计及流场仿真.docx

本科毕业论文（设计）论文题目：外啮合齿轮泵设计及流场仿真摘要齿轮泵是一种在工业生产中应用特别广泛的传动装置,它的结构比较简单，工作的可靠性也比较高。本论文以CB-B20型齿轮为设计模型，对齿轮泵的核心零件进行设计，Solidworks软件建立出各零件模型，利用ANSYS软件对齿轮泵内部流场仿真分析，直观的了解压力分布和速度分布。关键词：CB-B20型齿轮泵；仿真；空穴论文类型：工程设计AbstractGearpumpisakindoftransmissiondevicethatisparticularlywidelyusedinindustrialproduction,itsstructureisrelativelysimple,andthereliabilityofworkisrelativelyhigh.ThispapertakestheCB-B20typegearasthedesignmodel,designsthecorepartsofthegearpump,Solidworkssoftwareestablishesthemodelofeachpart,usesANSYSsoftwaretosimulatetheinternalflowfieldofthegearpump,andexploresthecausesoftheholephenomenonaccordingtothepressuresimulationclouddiagramandvelocityvectordiagram.Keywords:CB-B20gearpump;Simulation;holeThesisType:EngineeringDesign摘要IIAbStraCtTll目录III1 -Ms11. 1研究意义1L2齿轮泵的研究现状1L3本课题的主要研究内容32齿轮泵的设计42. 1齿泵的工作原理42.2设计参数52.3齿轮的模数、齿数和齿宽的确定52.3.1排量的计算52.3.2齿轮模数的确定52.3.3齿轮齿数的确定52.3.4齿轮齿宽的确定62.3.5分度圆压力角的选取62.3.6齿顶高系数和顶隙系数62.3.7齿轮参数的计算62.4困油现象的产生及危害72.5消除困油的方法72.6外啮合齿轮泵的径向力及减小径向力的措施82.6.1外啮合齿轮泵的径向力82.6.2减小径向力的措施82.6.3选择齿轮传动类型、材料82.7轴承负荷（径向力）的计算82.7.1沿齿轮圆周液压力产生的径向力FP82.7.2齿轮的径向力FT92.8齿轮泵轴承的确定102.9轴的尺寸确定102. 10齿轮泵的进出口流速的确定和计算113齿轮模型的建立123. 1齿轮的建模123. 2齿轮泵的其他零部件建模124流场仿分析164.1 流场模型的建立164.2 .1网格划分164.2.2参数设定174.2.3仿真分析17总结19致谢201绪论1.1 研究意义齿轮泵是一种广泛用于工业生产的机械，特别是在液压驱动方面，它的特点有构成简单、工作可靠性高、抗污染能力强、工作时间长、制造成本低廉、易于维护、易于生产、重量轻等。但是，齿轮泵存在优点的同时也有着一些缺点，目前常见的一些缺点如齿轮泵运作过程中容易产生困油、轴承受到的径向力存在差异、密封不好容易泄漏、运作过程中噪音较大、易形成空穴等。这些特性与缺点是齿轮泵的工作性能的决定性因素。随着科技的进步，齿轮泵自身存在的一些问题，对工业生产产生了一定的影响。因此，提高齿轮泵的安全和效率以及对齿轮泵的特性的研究对未来生产应用的意义是特别重要的。1.2 齿轮泵的研究现状由于齿轮泵在动力系统中应用十分广泛，因此引起了很多学者的关注。目前，有关齿轮泵的研究主要集中在以下几个方面：(1)改变齿轮参数和优化泵体的结构；(2)改变齿轮泵的间隙和补偿技术；(3)困油产生的原因和解决方法；(4)如何控制齿轮泵的噪音；(5)齿轮齿面涂覆工艺；(6)齿轮泵变量方法的研究；(7)齿轮泵寿命长短所受到的影响；(8)齿轮泵的液体力分析和高压化的方法；(9)基本原理研究，水介质齿轮泵。提高齿轮泵的工作压力是目前齿轮泵发展的趋势，但是在过程中也会产生以下问题:(1)极大地减少了轴承的使用寿命；(2)泵体渗漏增加，容积效率降低。造成上述两个问题的根源是由于齿面上的径向液压力不均衡，而且随着工作压力的增大，径向液压力也随之增大。目前，国内外学者对上述两个问题的研究主要有：(1)补偿齿轮泵的径向间隙；(2)减少齿轮泵的径向液压力，例如齿轮参数的优化、排液孔的缩小等；(3)改进轴承的承载力，例如使用复合材料的滑动轴承，而不是滚动轴承。目前国内所生产的齿轮泵,如沈阳恒盛泵业有限公司所生产的CB-B齿轮泵如图1.1所示：图LICB-B型齿轮泵该泵为一种无侧板型，三段式低负载齿轮泵，它具有结构简单、耐高压、耐高速等特点，在机床润滑、农用机车、汽车、内燃机、轻工机械、陶瓷、玻璃等行业中使用。结构上主要由泵体、前盖、后盖、主、从动齿轮组成。以下是CB-B型齿轮泵的主要性能指标：表1.1CB-B系列齿轮泵型号流量1./min压力Mpa转速r/min压力振摆Mpa容积效率%驱动功率KwCB-B442.51450±0.152800.37CB-BlO100.75CB-B16162901.1CB-B20201.1CB-B25251.5CB-B32322.2CB-B40402942.2CB-B5050±0.253.0CB-B63634.0CB-B80802955.5CB-BlOO1005.5CB-B1251257.51.3本课题的主要研究内容(1)在确定好相关参数的基础上利用Solidworks建模软件进行设计建模，绘制各个零件图，并将各个零件加以装配组合成完整的外啮合齿轮泵模型以待仿真分析。(2)将用Solidworks建立好的模型导入AnsysWorkbench运用其中的CFX仿真模块对齿轮泵内部做流场仿真。2齿轮泵的设计2.1 齿轮泵的工作原理图2.1齿轮工作原理图图2.1所示为一种外啮合齿轮泵，它的内部有两个相互啮合的齿轮，其两端各有一端盖（图中未示出），由壳体、端盖、齿间沟槽三部分组成了许多密封工作腔。当主动齿轮逆时针旋转时，通过两齿轮轮齿的不断啮合，带动从动齿轮顺时针旋转，使得齿轮右侧的密封工作腔容积不断增大的同时压强逐渐减小，油箱中所储存的油液在大气压力的作用下通过吸油管道通过吸油口不断的填充到右侧的吸油腔内。然后随着齿轮不断地啮合，油液进入齿轮啮合产生的空隙中，然后进入左侧的压油腔内。在啮合点左边的压油腔一侧，齿轮进入啮合状态的同时，压油腔的容积不断减小，油液通过出油口流入压力管。两齿轮啮合点处的齿面接触线会把两个工作腔分为高、低压两腔，使它们独立工作，相互不受影响。2.2 设计参数本文的研究对象为CB-B20型齿轮泵，其参数为：理论排量：20Lmin额定压力：2.5MPa额定转速：14507min2.3 齿轮的模数、齿数和齿宽的确定1.1.2 3.1排量的计算根据理论排量的公式可得，Z、M、b之间的关系：V=2m2zB(2.1)式中V-齿轮泵排量m-齿轮模数Z-齿轮齿数B-齿宽通常取V=6.66zm2B(2.2)1.1.3 3.2齿轮模数的确定在中等压力、高压的情况下，齿轮模数不宜太大。齿轮泵的齿数和模数按照下表选取。表2.1排量与模数的选取关系排量q(mlr)模数m(mm)416310-40432100580-1406125-2007理论排量q=20Lm换算q=200001450(mlr)=17.24mlr,应选取模数m=4。2.3.3齿轮齿数的确定齿轮泵排量的大小与齿轮的轮齿数量是离不开的，泵的齿轮能够连续啮合的前提是啮合系数齿数£要大于1。一般齿轮齿数是8-14齿，本次设计选用齿数为10齿。1.1.4 齿轮齿宽的确定要使泵的排量和齿面宽度成正比，前提是要确定齿轮的模数和齿数。通常，齿面宽度与齿顶圆直径之比选择在0.20.8之间，本文所选择的齿宽是33o1.1.5 分度圆压力角的选取齿廓的形状通常取决于压力角的大小，国家标准(GB/T1356-2001)规定，在分度圆上的压力角是标准值，=20I3o1.1.6 齿顶高系数和顶隙系数齿轮的齿顶高度与其模数之比称为齿顶高度系数，以h；表示，而顶距与模数之比为顶间隙系数，用c*表示。GBT135620001标准中h；=l,c*=0.25。1.1.7 齿轮参数的计算表2.2主要参数的计算名称代号计算公式计算结果模数mm=4分度圆直径dd=mz140齿顶高haha=ha2=m4齿根高hfhfl=hf2=(hj+c*)m5齿全高hh1=h2=(2ha+c*)m9齿顶圆直径dada=(z+3)m52齿根圆直径dfdf=m(Z-2.5)+2Cm35.16基圆直径dbdb=dcos37.6齿距Pp=m12.56法相齿距Pbpb=pcos11.8齿厚Ss-m15.7齿槽宽ee-me/2.15.7顶隙Cc=c*m1标准中心距aa=m(z1+z2)/240节圆直径d,(当中心距为标准中心距a时)d=d40传动比i/fi12=1/1=z2z1=d2d1=d2d112.4 困油现象的产生及危害根据以上所述齿轮齿数选用原则可知，齿轮要平稳的运转，齿轮啮合的重合度£要大于1(e=1.051.3),由此表明，就是当两个齿轮在啮合的时候，有两对齿能同时啮合，这就导致一小部分的油液被卡在两排轮齿之间。在闭合区域中，容积随着齿轮的旋转而先减小后增大。当密封体积减小时，被困的液体会被挤压，在压力范围内形成压力区，从而使流体温度升高，使轴承和其他部件产生不均衡的压力。密封区域的体积增加，会造成局部的真空，导致油液中的气体被排出，齿轮泵的噪音也会产生，困油的原因就是这样。齿轮泵困油的危害：当被困的油液随着齿轮的啮合不断压缩时，剩余的油液会被挤压，液体压力会迅速增加，导致齿轮、轴和轴承承受较大的径向力，这时油液就会从密封表面的裂缝中被挤出来，从而使机油温度升高，加速变质。在困油膨胀时，由于