基于齿轮泵三维造型毕业设计.docx
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基于齿轮泵三维造型毕业设计
基于齿轮泵三维造型毕业设计
一．摘要-----------------------------------------4
1.AutoCAD的发展历程------------------------4
2.PRO/ENGINEER的简介--------------------------------6
二．前言-----------------------------------------8
三．第一章齿轮泵概论----------------------------11
1.1齿轮泵的发展历史及国内外现状--------------11
1.2齿轮泵的作用------------------------------11
1.3齿轮泵的组成及工作原理--------------------11
四．第二章齿轮泵零件的建模-----------------------13
2.1齿轮的建模------------------------------13
13
13
15
2.2轴的建模--------------------------------19
2.3泵体，泵盖的建模------------------------20
2.4其它辅助零件的建模----------------------22
五．第三章齿轮泵的装配及仿真--------------------23
3.1齿轮部件的装配--------------------------23
3.2齿轮传动的装配--------------------------23
3.3齿轮传动的装配--------------------------25
3.4减速器的总装配--------------------------25
26
3.5小结------------------------------------26
六．第四章结束语--------------------------------27
七．第五章参考文献------------------------------28
八．第六章致谢词--------------------------------29
摘要
齿轮油泵是借一对相互啮合的齿轮，将原动机输出的机械能换为液压能的转换装置，在低压液压系统中作为提供一定流量，压力的液压能源。
它结构简单，工作可靠，自吸能力好，在低压液压系统中被广泛采用。
适用于塑料橡胶加工工业,纺织印染工业,涂料工业,木材加工工业,食品工业、造纸印刷等液态热载体加热等各种工业。
1.AutoCAD发展历程
AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。
AutoCAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AutoCAD绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。
AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。
它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。
在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。
AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。
AutoCAD的发展过程可分为初级阶段、发展阶段、高级发展阶段、完善阶段和进一步完善阶段五个阶段。
在初级阶段里AutoCAD更新了五个版本。
1982年11月，首次推出了AutoCAD1.0版本；
1983年4月，推出了AutoCAD1.2版本；
1983年8月，推出了AutoCAD1.3版本；
1983年10月，推出了AutoCAD1.4版本；
1984年10月，推出了AutoCAD2.0版本。
在发展阶段里，AutoCAD更新了以下版本。
1986年6月，推出了AutoCAD2.5版本。
在高级发展阶段里，AutoCAD经历了三个版本，使AutoCAD的高级
在完善阶段中，AutoCAD经历了三个版本，逐步由DOS平台转向Windows平台。
1996年6月，AutoCADR13版本问世；
1998年1月，推出了划时代的AutoCADR14版本；
1999年1月，AutoCAD公司推出了AutoCAD2000版本。
在进一步完善阶段中，AutoCAD经历了两个版本，功能逐渐加强。
2001年9月Autodesk公司向用户发布了AutoCAD2002版本。
2003年5月，Autodesk公司在北京正式宣布推出其AutoCAD软件的划时代版本——AutoCAD2004简体中文版。
在AutoCAD2004的基础上，Autodesk公司还同时发布了针对建筑业、基础设施和机械制造业的10个行业应用解决方案。
AutoCAD2004与它的前一版本AutoCAD2002相比，在速度、数据共享和软件管理方面有显著的改进和提高。
AutoCAD2004的速度比AutoCAD2002提高24%，网络性能提升了28%，DWG文件大小平均减小44%，可将服务器磁盘空间要求减少40%——60%。
在数据共享方面，AutoCAD2004采用改进的DWF文件格式——DWF6，支持在出版和查看中安全地进行共享；并通过参考变更的自动通知、在线内容获取、CAD标准检查、数字签字检查等技术提供了方便、快捷、安全的数据共享环境。
此外，AutoCAD2004与业界标准工具SMS、WindowsAdvertising等兼容，并提供免费的图档查看工具ExpressTools，在许可证管理、安装实施等方面都可以节省大量的时间和成本。
AutoCAD2004拥有轻松的设计环境，它将把用户的注意力从键盘、鼠标和其它输入设备转移到设计上来。
在完成任务的自动化方面，AutoCAD2004还向用户提供实时的信息和数据访问，帮助用户进行设计。
2.PRO/ENGINEER的简介
PRO/ENGINEER是美国PTC公司开发的软件,是目前最先进、最广泛的三维设计软件，它集单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据于一体，利用等全新设计理念彻底改变了传统的MDA（MechanicalDesignAutomation,机械设计自动化）设计观念,并迅速被广大用户所接受,这种全新的理念已成为当今世界MDA领域的新标准。
本论文就是基于AutoCAD和PRO/ENGINEER的对齿轮油泵各零件进行二维和三维建模，充分利用AutoCAD和PRO/ENGINEER的参数、关系式、零件库等知识对各组成零、部件进行建模，再完成各部件装配和总装配，最后对总体机构进行运动仿真。
通过一系列操作的完成，真实再现齿轮油泵的工作，对零部件的设计有很大的帮助。
关键词齿轮油泵；CAD；PRO/E；齿轮；参数化
Abstract
Gearpumpistouseapairofgearsmeshingwitheachother,theoriginalmotivationoftheoutputofmechanicalenergychangeforthehydraulicenergyconversiondevice,thelow-pressurehydraulicsystemforprovidingacertainflowandpressureofhydraulicenergy.Itissimple,reliable,self-primingabilityisgood,inthelow-pressurehydraulicsystemsarewidelyused.Appliestoplasticsandrubberprocessingindustry,textileprintinganddyeingindustry,paintindustry,woodprocessingindustry,foodindustry,paperandprintingandotherliquidheatcarrierheatingindustry.
PRO/ENGINEERisPTC'ssoftwareundertheUnitedStates,isthemostadvancedandextensivethree-dimensionaldesignsoftware,itsetasingledatabase,parametric,feature-based,allrelatedandengineeringdatainone,utilizationofnewdesigncompletelychangedthetraditionalMDA（MechanicalDesignAutomation,MechanicalDesignAutomation）designconcept,andwasquicklyacceptedbythemajorityofusers,thisnewconcepthasbecomethenewstandardinthefieldoftheworld'sMDA.
ThisthesisisbasedonPRO/ENGINEERforallpartsofthegearpumpthree-dimensionalmodeling,makefulluseofPRO/ENGINEERparameters,relations,partslibraryandotherknowledgeofthecomponentpartsandcomponentstomodel,andthencompletetheassemblyofpartsandthetotalassembly,thefinalsimulationexerciseontheoverallorganization.Throughaseriesofoperationstocomplete,truereproductionoftheworkgearpump,thedesignofthecomponentsofgreathelp.
Keywordsgearpump;CAD;PRO/E;gear;parameter
前言
CAD/CAM发展的历史至今已有30余年，从1965年Lockheed飞机公司研制CAD/CAM系统开始，CAD/CAM技术得到了迅猛地发展。
随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完善，CAD/CAM技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到了广泛的应用。
CAD/CAM技术使产品的设计制造和组织生产的传统模式产生了深刻的变革，成为产品更新换代的关键技术，被人们称为产业革命的发动机。
在工业发达国家，CAD/CAM己经形成了一个推动各行业技术进步的、具有相当规模的新兴产业部门。
因此,CAD/CAM技术作为反映一个国家工业水平的标志。
目前流行的CAD技术基础理论主要有Pro/E为代表的参数化造型理论和以I-DEAS为代表的变量化造型理论两大流派，它们都属于基于约束的实体造型技术。
而某些CAD/CAM系统宣称自己采用的是混合数据模型，实际上是由于它们受原系统内核的限制，在不愿意重写系统的前提下，只能将面模型与实体模型结合起来，各自发挥自己的优点。
实际上这种混合模型的CAD/CAM系统由于其数据表达的不一致性，其发展空间是受限制的。
因此，CAD/CAM技术发展到现在，目前在国际市场上最有影响的机械CAD/CAM软件有：
Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、AutoCAD。
这四大软件约占全世界CAD软件市场的60%以上。
PRO/ENGINEER是美国PTC公司开发的软件,该软件能够完整地展现某一产品从设计、加工到生产样品的全部工作流程,让所有的拥护同时进行同一产品的设计制造工作.因此,自1988年问世以来,即引起CAD（计算机辅助设计）/CAE（计算机辅助教育）/CAM（计算机辅助制造）界的极大震动.它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等全新设计理念彻底改变了传统的MDA（MechanicalDesignAutomation,机械设计自动化）设计观念,并迅速被广大用户所接受,这种全新的理念已成为当今世界MDA领域的新标准。
Pro/E的参数化技术特点如下：
1.基于特征：
将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造。
2b.全尺寸约束：
将形状和尺寸结合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。
造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。
3.尺寸驱动设计修改：
通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。
4.全数据相关：
尺寸参数的修改导致其它相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。
采用参数化技术的好处在于它彻底改等了自由建模的无约束状态,几何形状均以尺寸的形式而被有效控制。
如打算修改零件形状时，只需修改一下尺寸即可实现形状的改变。
I-DEAS的变量化技术特点如下：
1.尺寸变量直接对应实际模型：
采用三维变量化技术，在不必重新生成几何模型的前提下，能够任意改变三维尺寸标注方式。
2.将直接描述和历史树描述相结合：
使设计人员可以针对零件上的任意特征直接进行图形化的编辑、修改。
从而使用户对其三维产品的设计更为直观和实用。
经过十几年的发展,PRO/ENGINEER已成为一个全方位的3D产品开发软件,集合了众多的完全的解决方案.由于其强大的功能,PRO/ENGINEER很快得到业内人士的普遍欢迎,并迅速成为当今世界最为流行的CAD/CAE/CAM软件之一。
PRO/ENGINEER于1993年正式进入我国,并在相关领域迅速普及.发展至今,已拥有相当大的用户,目前许多大型企业开始选用PRO/ENGNEER。
同时，国内许多大学也纷纷选用PRO/ENINEER作为其研究开发的基础软件平台。
可以说，PRO/ENGINEER为专业认识提供了一个理想的设计环境，有力地推动了企业的技术进步。
为进一步推动MDA的发展，PTC公司于20世纪末又成功推动了PRO/ENGINEER2001系列产品。
在该系列产品中，PTC公司因如了新的建模技术，此技术现在已成为PRO/ENGINEER的核心技术。
另外，由于其个人电脑版本的推出和操作界面完全视窗化，使初学着学习更为便利。
现在PRO/ENGINEER已经发展到2004、2005、2006功能越来越强大，现在正在向人性化的方向发展。
现在越来越多的大学生和在岗职工认识的PRO/E在指导现代机械生产中的重要性，紧湖南工学院每年就有大批的学生自发的去学习PRO/E软件，现在其爱学习这个软件的队伍在不断的壮大，学校为了适应这个形式也组织了有工作经验的老师（如杨老师）和在一线有工作经验的工人师傅来学校组织个种形式的讲座，指导学生的软件学习。
轴几乎是任何一种机械零件中不可缺少的重要零件之一,一切作回转用动的传动零件（例如齿轮、蜗轮），都必须安装在轴上才能够进行运动及动力的传动。
因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。
轴的设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。
轴的结构不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。
因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。
这样既能保证设备的正常使用，提高工厂的经济效益，有很高的实用价值，而且为轴失效问题的分析可提供有效的参考资料。
轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性方面的计算。
多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。
这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。
而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。
对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。
轴在选材上也有一定的要求，材料主要是碳钢和合金钢。
现在的PRO/ENGINEER里面具有相应的功能，它能够真实的演示每个零件的材料，在装配零件中所要承受的各项载荷，它还能帮助人们进行模拟仿真，来增加设计者的感性认识，使设计者更合理，经济的设计出所需要的零件。
第一章齿轮泵概论
1.1齿轮泵的发展历史及国内外现状
1892年狄赛尔发明了柴油机，柴油机用燃料装置源于1893年鲁道夫，狄赛尔发明的煤粉喷射装置。
为了获得更好的燃油经济性、操纵性和乘坐舒适性，柴油机对喷射装置提出了更高的要求。
为此，人们正在研究引入电控喷油油泵。
80年代出现了电子控制喷油装置的柴油机。
现在我国的油泵油嘴虽然有了较大的发展，但整体产品水平与国外同类产品相比存在较大的差异。
主要表现在产品的可靠性，使用寿命低，制造工艺落后，装备精度低，自动化程度低等。
正是出于产品的可靠性差，因此经常发现某些零件出现早期失效导致整个油泵无法正常工作。
本论文是针对这一问题进行研究，其目的是找出齿轮轮轴断裂的原因并采取相应的措施，最终解决齿轮轮轴断裂的问题。
由于齿轮轴的受力情况比较复杂，国内外对齿轮轴的失效分析甚少，且分析的不全面。
本文将对齿轮轴的受力情况及断裂情况运用失效分析学作一全面的分析，以找齿轮轴的断裂原因，从而提高产品质量，保证柴油机的正常运转。
1.2油泵的作用
油泵系统通常由油泵、喷油器和高压油管组成。
油泵的作用是根柴油机的工况,将适量的燃油在适当的时间内以适当的形式喷入燃烧室,形成适合与燃烧的混合空气,满足柴油机的性能要求。
油泵的作用可以概括为:
（1）调节喷油量
（2）调节喷油始点（3）形成喷舞。
1.3油泵的组成及工作原理
油泵的基本工作原理及过程为:
首先输油泵从油箱中吸取燃油，经燃油滤清器送入喷油泵的进油腔,进入油腔后的油通过进油孔被吸入柱塞腔,由凸轮轴推动塞上升，压缩柱塞腔的燃油使出油阀开启,将燃油压入高压油管,柱塞的上升速度很快,所以油的压力很快上升,压力以音速从油泵端传向喷油嘴。
喷油嘴是个自动阀,针阀被调压弹簧的预紧力压紧在座面上，当压力上升大于调压弹簧的预紧力时，针阀开启，开始喷油。
油泵是油泵系统组成的重要部分，而齿轮轴是油泵的关键部件。
整个油泵的结构图如图1-1所示。
该齿轮油泵其结构大体为：
在泵体内装有二个齿轮，一个是主动齿轮轴，另一个是从动齿轮轴（均由泵体、泵盖支承），动力通过主动齿轮轴上的齿轮，传递給主动齿轮轴，并带动从动齿轮轴旋转，使右边吸油腔形成部分真空，润滑油被吸入并充满齿槽，由于齿轮旋转，润滑油沿着壳壁被带到左边压油腔内，由于齿轮啮合使齿槽内润滑油被挤压，从而产生高压油输出。
齿轮轴的断裂是机械失效模式的一种，因此有必要对失效分析的一些机理及方法作一介绍。
图1-1
第二章齿轮泵零件的建模
齿轮油泵主要由泵体、前后泵盖、齿轮、主被动轴、轴承、安全阀和轴端密封等零件组成,装配图如附图2-1所示。
齿轮油泵造型设计步骤如下。
1.箱体主体
2.生成凸缘和底座特征
3.构建轴承座特征
4.构建加强肋等附属特征
5.建立螺纹孔、倒圆角等特征
6.分割箱体主体
7.轴的造型设计
8.齿轮的造型设计
下面是各零件的建模过程。
2.1齿轮的建模
齿轮是齿轮油泵的传动零件，也是机械设备中最常用的传动零件。
它的创建是采用参数化、关系式设计的。
Pro/Program是Pro/Engineer软件提供的一种程序化的二次开发工具。
利用Pro/Engineer造型的同时，Pro/Program会产生特征的program，它是一个记录文件，由类似BASIC的高级语言构成，记录着模型树（modeltree）中每个特征的详细信息，包括各个特征的建立过程、参数设置、尺寸以及关系式等，我们可以通过修改和添加特征的program来生成基本参数相同的一系列模型。
利用Pro/Program对Pro/Engineer软件进行二次开发时不需要重新撰写设计步骤，只需加入几个相关的语法指令就可以让整个零件或组件变得弹性化与多样化，其主要思想是利用Pro/Program模块的功能来接收、换算和传递用户输入的有关参数，通过改变特征的尺寸及特征之间的关系来达到参数化设计的目的。
这里需要注意的是，开发工作的关键在于确定独立可变参数，应尽量以最少的参数来确定整个零件的可变尺寸，并通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。
1.分析零件，提取其关键参数，然后设置参数，并确定驱动参数
因为在参数化设计时不仅要实现尺寸的驱动变化，还要实现结构形状的局部变化，所以要在对零件进行分析以后才能确定怎样建立零件特征才能有利于以后的程序开发。
2.创建零件库样板零件模型
利用各种建模方法生成零件库样板零件模型。
此时应该注意参数的关联性。
3.编制程序
Pro/Program程序包括五部分：
程序标题（VERSION）、参数输入（INPUT→ENDINPUT）、关系定义（RELATION→ENDRELATION）、添加特征（ADDFEATURE→ENDADD）和质量程序（MASSPRO→ENDMASSPROP），其中程序标题部分和添加特征部分由系统自动生成，其他部分可以由设计人员自己添加或修改，以实现对模型的各种操作和控制。
4.运行程序
打开零件样板模型，执行“Edit/Regenerate”命令，系统就会自动编译并执行程序，当有新的参数输入时就派生出新的模型。
其实现过程如图2-2所示：
图2-2Pro/program建库流程图
1.基于Pro/Engineer的标准渐开线直齿圆柱齿轮三维模型的建立
（1）基本参数设置
标准齿轮的几何尺寸决定于齿轮的五个基本参数，而齿轮的宽度则取决于齿轮的齿宽系数。
因此，在齿轮建模之前，应首先用“Edit/Parameters”命令设置齿轮五个基本参数和齿宽系数，并赋予初值（如图2.2所示）。
图2.3赋值表
（2）齿轮几何尺寸关系的建立
执行“Edit/Relations”命令，在弹出的对话框中输入以下关系：
D=MS*ZS
DB=MS*ZS*COS（ALFA）
DA=MS*（ZS+2*HA）
DF=MS*ZS-2*MS*（HA+C）
B=K*D
（3）齿轮基本实体创建
执行“Insert/Revolve”命今创建齿轮基本实体。
（4）齿轮基本曲线和齿廓曲线创建
执行“Insert/ModelDatum/SketchedDatumCurveTool”命令绘制齿轮基本曲线（包括分度圆、基圆、齿根圆）。
执行“Insert/ModelDatum/In
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