基于CAD技术的CBNE300齿轮泵.docx
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基于CAD技术的CBNE300齿轮泵
淮阴工学院
毕业设计说明书（论文）
作者:
学号：
学院:
机械工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
题目:
基于CAD技术的CBN-E300齿轮泵
容积效率实验台设计
------总体结构设计
教授
指导者：
（姓名）（专业技术职务）
评阅者：
（姓名）（专业技术职务）
2015
年
6
月
毕业设计说明书（论文）中文摘要
摘要
齿轮泵是机械工业中广泛应用的液压系统元件，其作为整个液压系统的动力，它支配着整个系统的运行，所以深入了解其工作原理以及检测它的合格重要的。
齿轮泵型号众多而且是标准化的，所以对齿轮泵的性能研究是基于现成品的测试。
齿轮泵可以通过液压系统试验台进行测试，然后再反过来分析齿轮泵的结构是否合理性及工艺的合理性，从而判断产品的优劣，然后逐步的改进结构设计、加工方法，提高工艺水平，保证系统的性能的稳定。
本次设计内容是通过CBN-E300双联齿轮泵的参数分析，了解它的测试需求，为了测试它的容积效率，则设计一台容积效率试验平台，通过对其系统中液压油的压力、流量数据变化的分析，判断齿轮泵合格与否。
设计CBN-E300双联齿轮泵实验平台，对相关的参数进行计算，以及对各种标准件的选型，然后绘制齿轮泵试验台的液压系统图、箱体图、各类液压阀、液压试验平台的三维图以及整体的爆炸图。
关键词齿轮泵；容积效率；实验台；液压系统
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Abstract
Gearpumpisahydraulicdeviceusedwidelyinmechanicalindustry.Asthepowerofthewholehydraulicsystem,itisresponsiblefortheoperationofthewholesystem,soathoroughunderstandingoftheworkingprincipleanditsdetectionmethodisveryimportant.Aseveryoneknowsthegearpumpmodelnumberandstandardizationdegreeisveryhigh,sotheresearchofgearpumpisfinishedbasedtesting.Testingbythehydraulictestplatform,andtheninreturntoanalysistherationalityofstructureandprocessofthegearpump,soastoidentifytheproductquality,andimprovingthestructuraldesignoftheprocessingmethod,stepbystep,toimprovetheleveloftechnology,toensurethesystemstability.
ThisdesignisthroughtheparameteranalysisofCBN-E300doublegearpumptestrequirements.Inordertotestitsvolumeefficiency,designavolumeefficiencytestplatform,throughtheanalysisofthepressure,thesystemflux,makingsurethegearpumpisqualified.
DesignofCBN-E300doublegearpumpexperimentalplatform,therelatedparameterswerecalculated,especiallyforallkindsofstandardpartsforthecarefulselection,andbuildtheentiretesthydraulicsystemdiagram,thediagram,allkindsofhydraulicvalve,thewholeplatformthree-dimensionalmapandthemapexplosion.
KeyWordsgearpump;volumeefficiency;experienceplatform
Hydraulicsystem
目录
第一章绪论………………………………………………………………………………………1
第二章试验台部件的设计……………………………………………………………4
2.1电机的选择……………………………………………………………………4
2.2油箱的设计………………………………………………………………………4
2.2.1概述…………………………………………………………………………4
2.2.2油箱的设计要点………………………………………………………………5
2.2.3油箱外形尺寸确定……………………………………………………………6
2.3管路……………………………………………………………………………7
2.3.1概述……………………………………………………………………………7
2.3.2管道尺寸的确定………………………………………………………………8
2.3.3硬管的选择…………………………………………………………………10
2.3.4软管的选择………………………………………………………………11
2.3.5管道子连接以及管接头的选择………………………………………………11
2.3.6管道、管接头以及螺纹的确定……………………………………………12
2.4油箱辅助元器件的选择……………………………………………………13
2.4.1空气滤清器的选择…………………………………………………………13
2.4.2加热器的选择………………………………………………………14
2.4.3卸油口球阀的选择……………………………………………………15
2.4.4冷却器的选择……………………………………………………15
2.4.5油箱上小部件的确定……………………………………………………15
第三章齿轮泵试验台的结构设计…………………………………………………16
3.1试验台的连接……………………………………………………………16
3.2试验台的结构………………………………………………………………16
3.3试验台的技术要求…………………………………………………………16
3.4总体结构的分布…………………………………………………………16
结论…………………………………………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………………19
参考文献………………………………………………………………………………20
1绪论
1.1齿轮泵
齿轮泵是液压动力源系统中常用的液压元件，它是一种常用的液压泵，它的主要特点是：
结构简单、外形尺寸小、造价低、重量轻、自吸性能好、制造方便、对油的污染不敏感、工作可靠。
在结构上可分为内啮合齿轮泵以及外啮合齿轮泵两大类。
内啮合齿轮泵的结构紧凑、尺寸小、重量轻，并且由于齿轮同向旋转，则轴承的相对滑动小、磨损轻微、使用寿命长。
而内啮合齿轮泵允许使用较高的转速，则可以获得比较高的容积效率。
但内啮合齿轮泵一样存在着径向液压力不平衡这一问题，从而限制了其工作压力的进一步提高。
另外，齿轮泵的排量不可以调节，这说明在一定程度上限制了它们的使用范围。
外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、制造维护方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感等。
缺点是齿轮要承受不平衡的径向液压力，从而导致轴承磨损严重，工作压力的提高受到限制。
1.2齿轮泵其工作原理
齿轮泵主要由一对齿轮、外壳、泵盖、轴及轴承和密封盖板等部件组成。
在泵体内有一对外啮合齿轮，齿轮两端面靠盖板密封。
在泵体，盖板和齿轮的各齿槽就组装一起就形成了多个密封腔，轮齿啮合线将左右两个密封腔隔开从而形成吸及压油腔。
当齿轮按出油方向旋转时，吸油腔内的轮齿进行不断地脱开啮合，使其密封容积腔不断增大从而形成一定空间真空区域，从而在大气压力作用下油液被吸进油箱，随着齿轮的转动，齿槽内的油液被带到压油腔，压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封容积不断减小，从而油液被压出。
就这样随着齿轮不停地旋转，齿轮泵就会不断地重复吸油和排油这一动作。
1.3齿轮泵现存的问题及解决方法
齿轮泵主要存在常见的主要问题有三个：
泄漏、困油以及径向液压力不平衡，这三个问题是影响着齿轮泵的工作性能和使用寿命的主要因素，因此各种齿轮泵都采取了不同的结构措施来解决这些问题有：
（1）泄漏
液压泵是不可避免泄漏这一问题的，齿轮泵的泄漏可以分为轴向泄漏、径向泄漏和啮合线泄漏。
轴向泄漏，端盖和齿轮端面之间的间隙叫做轴向间隙，因轴向间隙而
引起的泄漏称为轴向泄漏。
因泄漏路径短，泄漏面积比较大，所以轴向泄漏的泄漏量是最大的，大概可以占总泄漏量的75%-80%。
如果轴向间隙比较大，泄漏量就会变大，容积效率就会降低，如果轴向间隙过小，虽然泄漏量比较小，但是会使机械摩擦损失量加大，从而使液压泵的机械效率降低。
所以齿轮泵必须严格控制轴的轴向问隙，从而保证总的机械效率不是很低。
径向泄漏，泵体与齿轮齿顶圆面之间的间隙称为径向间隙，因径向间隙而引起的泄漏称为径向泄漏。
由于径向间隙泄漏路径长，所以泄漏量比较小，大约占总泄漏量的15%-20%。
啮合线泄漏，两个齿轮的轮齿啮合缝隙为啮合间隙，啮合间隙会引起啮合线泄漏这一泄漏现象。
啮合线泄漏泄漏量最小，约占总泄漏量的4%-5%。
（2）困油
齿轮泵要能够平稳地运转，不但要保证齿轮啮合的重叠系数必须大于1，即前一对轮齿在没有脱离啮合，而后一对轮齿则必须进入啮合，这样的两对轮齿同时啮合时，则会形成一个密封空间。
此密封空间既不和吸油腔相通，也不和排油腔相通，所以被称为闭死容积。
（3）径向液压力不平衡
齿轮泵工作时，因为吸油压力小于排油压力，因为从排油腔到吸油腔，齿轮顶圆的圆周径向压力是呈线性阶梯形变化的，从而产生了径向力不平衡。
在这种情况下会对于中、高压齿轮泵轴承负载非常大的力。
因为，齿轮泵的使用寿命几乎取决于轴承的使用寿命，要延长齿轮泵的使用寿命,则必须减少机械磨损，减小径向力不平衡。
同时，径向力不平衡也会引起轴弯曲变形和齿轮的严童磨损。
尤其是从动轮，其在啮合力作用下，总的受力会更大，因此从动轮比主动轮的轴承磨损更快。
1.4容积效率
容积效率=载荷时的油流量/空载时的油流量x100%
容积效率的意义：
齿轮泵在能量的转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率，两者之差即为功率损失。
率损失和容积有关，因摩擦而产生的损失是机械损失，因泄露而产生的损失是容积损失，功率损失用效率来描述。
而增加容积效率对于齿轮泵而言就是增大供油量与内泄的比例。
方法有增大流量，减小内泄两方面。
具体是增大模数、减少齿数、增加转速、使卸荷槽适当偏向排油一侧；而压力较高时用间隙补偿结构就是加浮动侧板、提高加工精度主要是减小齿轮端面跳动。
增加容积效率对于齿轮泵而言就是增大供油量与内泄的比例。
方法有两方面：
一是增大流量二是减小内泄。
具体方法有：
增大模数、减少齿数、增加转速、使卸荷槽适当偏向排油一侧；压力较高时用间隙补偿结构就是加浮动侧板、提高加工精度主要是减小齿轮端面跳动。
2试验台部件的设计
2.1电机的选择
测试的齿轮泵为CBN-E300。
其各个代号含义为：
CB-----齿轮泵；
N-----为结构代号；
E-----额定压力为16Mpa；
3-----齿轮模数；
00-----公称排量，00也就是指一系列的齿轮泵；
驱动功率
Nr=p*q*n/（61200*nv）（kw）；
P：
工作压力（MPa）；
q：
理论排量（ml/r）；
n：
转速（r/min）；
nv：
容积效率，一般取0.9；
设本次设计的齿轮泵的公称排量为16ml/r，则计算出Nr=9.3kw，然后再根据机械设计手册查电动机的型号，在保证满足最大要求的条件的情况下，选择的电动机为Y160mz-4、15kw、29.4A的电动机。
2.2油箱的设计
2.2.1概述
油箱在液压系统中除了储油之外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。
油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器、及液位计等。
油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。
开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱上盖装有空气过滤器。
开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。
闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。
如果按照油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。
矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。
2.2.2油箱的设计要点
图2-1为油箱简图（参考来源于机械设计手册）。
图2-1油箱简图
1—液位计；2—吸油管；3—空气过滤器；4—回油管；5—侧板；6—入孔盖；7—放油塞；8—地脚；9—隔板；10—底板；11—吸油过滤器；12—盖板；
设计油箱时应考虑如下几点：
1）油箱必须有足够大的容积。
一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保证适当的液位。
2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸油和回油飞溅产生气泡。
管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的三倍。
吸油管可安装100um左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。
回油管口要倾斜45度角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。
3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液体流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。
隔板高度为液面高度的2/3-3/4。
4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都是由一个空气过滤器来完成，并在最底部设置放油阀。
对于不易于开盖的油箱，要设置清洗控，以便于油箱内部的清理。
5）油箱底部应距离地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热，在油箱的适当位置要设有吊耳，以便于吊运，还要设置液位计，以监视液位。
6）对油箱内表面的防腐处理要给与充分的注意。
常用的方法有：
（1）酸洗后磷化。
使用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。
（2）喷丸后直接热涂防锈漆。
适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。
因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。
（3）喷砂后热涂氧化铝。
适用于除水-乙二醇外的所有介质。
（4）喷砂后进行喷塑。
适用于所有介质，但受烘干设备限制，油箱不能过大。
考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造到投入适用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。
2.2.3油箱外形尺寸确定
油箱的有效容积
按照经验公式确定油箱的容量，如下：
V=aq
式中q——液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）;
a——液压经验系数。
表2-1液压经验系数a
系统类型
行走机械
低压系统
中压系统
锻压机械
冶金
a
1～2
2～4
5～7
6～12
10
本系统为中压，a取5，由压力16Mpa,最高20Mpa，额定转速2000r/min,最高2500r/min,计算排量为：
q=16X2500=40L/min
V=6x40=240L
油箱的外形尺寸,根据油箱所需的容积，定油箱的尺寸为高1m，长1.6m,宽为0.8m。
油箱的工艺性
1）油箱的材料的选择
对于此次所设计的油箱来说，由于对油箱的设计精度要求不高，一般情况下只需要把内外表面抛光之后涂上油漆就可以了，所以可以采用普通的钢板焊接而成就行，根据常用钢板的厚度的规格选用厚度为12mm的钢板。
2）油箱的焊接方法
油箱的焊接种类有很多，而其焊接的方法由其经济性和实用性而考虑。
对于此次所设计的油箱来说，由于对油箱的设计精度要求不高，密封性相对较好的情况下可以选择用普通的电弧焊接方法。
3）油箱的防锈处理
由于此次油箱所在环境多样而必须采用防锈处理，基于经济性和实用性的考虑可采用外表面喷油漆的处理方法。
对于油箱的内部则只需要抛光之后清理完杂质就行了，因为油箱内部是和油接触的，而油又有防锈功能。
如果油箱内部也采用表面喷油漆的方法，则不是很好的方法的，因为随着时间的推移油漆会有脱落，从而引起油内混入油漆杂质，这样是不怎么好的一个方法。
4）油箱的密封性处理
为了保证油箱的内部与外部的压力的统一，以及防止灰尘进入油箱内部，可以在油箱上盖加上空气过滤器，并且选用注油及空气过滤一体的，这样油箱的上盖的结构会比较简单一些。
5）油箱的内部的处理
设计时候应设计成一边高些的设计方法，其设计依据是对于换油时候放油考虑的。
油流经齿轮泵及长时间的使用会使油内混有许多杂质，当达到一定程度的时候就需要换油，为了保证换油的时候能吧沉积的在油箱底部的杂质的排除，需要设计成放油孔一侧的比较低，这样就能很好的排出油箱底部沉淀的杂质了。
2.3管路
2.3.1概述
液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。
经外径及流量推荐见表2-2
受较高的压力，价格低廉，但在安装时弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。
常用的钢管是无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可以用焊接钢管。
在低压系统,塑料管一般只用于回油管或卸油管。
连接两个相对运动的部件之间的管道。
胶管分高低压两种。
高压胶管是钢丝编织为骨架或钢丝绕体为骨架的胶管，可用于压力油路。
低压胶管是麻线或棉线编制体为骨架的胶管，多用于压力较低的回油路。
表2-2钢管公称通径、外径、壁厚、联接螺纹和推荐流量表
公称通径
DN
钢管
外径
/mm
管接头联接螺纹
/mm
公称压力pn/Mpa
推荐管路通过流量
≤2.5
≤8
≤16
≤25
≤31.5
/cm3·s-1
L·min-1
/mm
管子壁厚/mm
3
6
M10×1
M14×1.5
M18×1.5
M22×1.5
M27×2
M33×2
M42×2
M48×2
M60×2
1
1
1
1
1.4
10.5
0.63
4
8
1
1
1
1.4
1.4
41.7
2.5
5;6
10
1
1
1
1.6
1.6
105
6.3
8
14
1
1
1.6
2
2
417
25
10;12
18
1
1.6
1.6
2
2.5
668
40
15
22
1.6
1.6
2
2.5
3
1050
63
20
28
1.6
2
2.5
3.5
4
1670
100
25
34
2
2
3
4.5
5
2670
160
32
42
2
2.5
4
5
6
4170
250
40
50
2.5
3
4.5
5.5
7
6680
400
50
63
3
3.5
5
6.5
8.5
10500
630
65
75
3.5
4
6
8
10
16700
1000
80
90
4
5
7
10
12
20880
1250
100
120
5
6
8.5
41700
2500
注：
压力管道推荐用15、20号冷拔无缝钢和，在pn=8~31.5Mpa时，选用15号钢；
对卡套式管接头用管，采用高级精度冷拔钢管；焊接式管接头用管，采用普通级精度的钢管。
2.3.2管道尺寸的确定
由机械设计手册-液压传动与控制，查得
管道内径计算公式为：
（1）
壁厚计算公式
（2）
P──管道内最高工作压力（Pa）；
d──管道内径（m）；
[σ]──管道材料的许用应力（MPa），
；
σb──管道材料的抗拉强度（MPa），σb=520MPa；
n──安全系数，对钢管来说，P＜7MPa时，取n=8；P＜17.5MPa时，取n=6；P＞17.5MPa时，取n=4；这里取n=6。
则
管道内液体的流动速度如表2-3所示
表2-3允许流速推荐值
管道
推荐流速/（m/s）
液压泵吸油管道
0.5~1.5,一般常取1以下
液压系统压油管道
3~6，压力高，管道短，粘度小取大值
液压系统回油管道
1.5~2.6
取吸油管路油液流速为1m/s，压油管路流速为6m/s，回油管路为2m/s。
液压泵吸油管道内径：
d=18.43mm
圆整取标准值20mm。
液压泵吸油管道壁厚：
δ=2.88mm，
圆整取标准值3mm。
液压泵压油管道内径：
D=7.5mm，
圆整取标准值10mm。
液压泵压油管道壁厚：
δ=1.44mm
圆整取标准值2mm。
液压泵回油管道内径：
D=13.03，
圆整取标准值15mm。
液压泵压油管道壁厚：
δ=0.28，
圆整取标准值2mm。
注：
公式
（1）
（2）来源于，机械设计手册单行本-液压传动与控制P583
2.3.3硬管的选择
对于具有不同管路长度的刚性联接一般使用硬管。
在硬管和软管之间做出选择时，应选择硬管，因为硬管成本低、阻力小、安全。
多选用无缝钢管，无缝钢管耐压高，变形小，耐油，抗腐蚀，虽装配时不易弯曲，但装配后能长久保持原状，用于中压系统。
硬管可分为两大类，一类是通经定尺寸，另一类是外径定尺寸的。
布管的基本要求是：
1.为了减少摩擦损失，管子长度应尽可能最短。
2.固定点之间的直管段至少要有一个松弯以适应热胀冷缩。
应不惜任何代价的避免紧死的直管。
这种直管能在管路中造成严重的拉压应力，并使得管子从接头体后退才能装卸的管接头难以联接。
3.弯管应减至与布管的几何形状一致的最少数量，并采用尽可能大的弯管半径，否则难以与管接头找正。
管子总应该有一段直管接近管接头，而把任何近处的弯管调整到远处。
4.所有管路，尤其是高压管路均应适当支撑，尤其在高压系统中弯管前后及与软管连接之前必须支撑。
流量的任何突然扰动都将在弯管处产生使弯管伸直的倾向，如果管子未加支撑则导致“甩动”。
不过管夹不应将管子卡死，而应为热胀冷缩留出足够的窜动自由度。
5.弯管的半径R应根据管子中心和外径d来规定。
最小弯管半径为外径的2.5倍。
2.3.4软管的选择
软管用于连接相互运动的液压元件之间的挠性联接，或者用于有关元件的布置很不利，致使软管连接
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