齿轮泵毕业设计

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。本设计使用机械密封。主要以自己设计的离心泵为基础，对泵的密封进行改进，以减少损耗，提高离心泵寿命。关键词：泵填料密封机械密封第一章引言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25MPa。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，适用于输送不含固体颗粒和纤维，无腐蚀性，温度10℃～80℃，粘度为1º～8º的润滑油。在输油系统中可用作传输、增压泵、润滑油泵。技术参数(1)排量：40L/min(2)压力：2.5MPa(3)容积效率：≥94％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。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律;1765年瑞士数学家LEuler建议采用渐开线作齿廓曲线。渐开线圆柱齿轮自L.Euler提出后，特别是19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了渐开线齿轮的大量生产和精度问题，使渐开线齿轮取得了在工业界的绝对优势地位。在科学技术飞速发展的今天，齿轮传动作为机械传动的重要组成部分，由于其传动功率大、效率高、结构紧凑、传动比精确、传动平稳等优点而被广泛应用在化工、汽车、船舶、航空、能源等国民经济的重要领域中。齿轮泵作为齿轮在工业中应用的一种重要装置，在液压传动与控制技术中占有很大比重，其主要特点是结构简单、体积小、重量轻、自吸性好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜。但渐开线型齿轮泵也有不少缺点，主要是流量和困油引起的压力脉动较大、噪声较大、排量不可变、高温效率低等。这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上己得到了很大的改善。近年来，齿轮泵的工作压力有了很大提高，额定压力可达到25MPa，最高压力可达31.SMPa。另外，产品结构也有不少改进，特别是三联、四联齿轮泵的问世，部分地弥补了齿轮泵不能变量的缺点。而复合齿轮泵的出现使齿轮泵的流量均匀性得到了很大的改善。其使用领域也在不断扩大，许多过去使用柱塞泵的液压设备也已改用齿轮泵(如工程起重机等)。外观上，2003年，由美国哥伦比亚大学学者sureshBabuKasaragaddat7]在研究一种结构相同而啮合齿轮齿数不等的外啮合齿轮泵流量脉动的情况下，通过数学手段分析，当增加泵的自然谐波时，能设计出一种主动齿轮齿数多、从动齿轮齿数少的齿轮泵，该齿轮泵的排量及流量脉动振幅没减少但在结构设计方面与传统齿轮泵相比具有外形简单，体积更小的特点。不过，齿轮泵也有不少缺点，主要是流量和困油引起的压力脉动较大，噪声较大，排量不可变，高温效率较低。这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上，己得到很大的改善。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3.1电机的选取设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使尺寸小、重量轻、制造容易、成本低，以求技术上先进，经济上合理。由已知条件：(1)排量：40L/min(2)压力：2.5MPa(3)容积效率：≥94％由上述条件设定该齿轮泵的为：排量q=400ml/r，选用Y2-112M-4电动机作为原动机带动油泵的正常工作。Y2-112M-4电机的基本参数如下：额定电流：8.8A额定功率：4KW功率因数：0.82效率：84%转速1440r/min3.2齿数的确定本次设计中选用的圆柱直齿轮，其中压力角；齿顶高系数；顶隙系数。设计中排量与齿数，查资料《液压文件》中查得存在如下关系：考虑到实际上齿间的容积比轮齿的有效体积稍大，所以齿轮泵的理论排量应比按上式计算的值大一些，并且齿数越少差值越大。考虑到这一因素，就在上式中乘以系数K以补偿其误差，则齿轮泵的排量为：通常K=1.06～1.115，即：齿数少时取最小值（当Z=6时，可取K=1.115,而当Z=20时，可取K=1.06）反映齿轮泵结构大小的尺寸---齿轮分度圆直径()。若要增大排量，增大模数的办法比增加齿数更为有利。若要保持排量不变，要使泵的体积很小，则应增大模数并减少齿数.减少齿数可减小泵的外形尺寸，但齿数也不能太小，否则不仅会使流量脉动严重,甚至会使齿轮啮合的重迭系数1，这是不允许的。一般齿轮泵的齿数。用于机床或其它对流量的均匀性要求较高的低压齿轮泵，一般取；用于工程机械及矿上极限的中高压和高压齿轮泵，对流量的均匀性要求不高．但要求结构尺寸小，作用在齿轮上的径向力小，从而延长轴承的寿命，就采用较少的齿数而近来新设计中高压齿轮泵时，都十分注意降低齿轮泵的噪声，因此所选齿数有增大的趋势（取）．只有对流量均匀性要求不高，压力有很低的齿轮泵（如润滑油泵）才选用。所以根据上述条件本次设计初选齿数为：。由于设计中齿轮泵所选用的的两个齿轮等大，即固传动比：所以有：3.3齿轮的模数的确定由齿宽与齿顶圆的比值：可以得到：即：设计中对于标准齿轮，对于“增一齿修正法”修正的齿轮将B的表达式代入排量近似公式得:所以:式中Ｋ=1.06～1.115齿数少时取大值，齿数多时取小值。查《机械设计手册》可知道有表3-1所示结论：表3-1357010514016010.80.60.40.35设计中选用，则得模数，经查《机械设计手册》中齿轮模数的标准和推荐模数表，结合我们应选取与该值接近的标准模数值。有齿轮传动真确啮合条件有：3.4齿宽的确定确定齿宽根据如下公式：所以：有上述计算参数课求得：又有齿轮泵的设计特点，选用则有：3.5齿轮其它参数的确定根据本次设计中选用的圆柱直齿轮，其中压力角；齿顶高系数；顶隙系数。1）1）分度圆直径d2）齿顶高3）齿根高4）齿全高5）齿顶圆直径我们选用一般的齿轮材料，软齿面的闭式传动，《机械设计手册》选用45钢，正火处理齿面硬度HBS230。齿轮油泵为一般机械中的齿轮传动，我们处选7级精度。3.6额定转速的确定1.选定工作油液我们所用的工作油液为矿物