车用发动机齿轮泵逆向设计.docx

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车用发动机齿轮泵逆向设计

摘　　要

机油泵是内燃机润滑系统的心脏，它的好坏直接影响内燃机的可靠性和耐久性。

发动机工作时，机油泵将油底壳机油抽出并加压后排向润滑油道，提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环。

本次设计的内容是车用发动机齿轮油泵的逆向设计，主要运用游标卡尺，千分尺等工具进行测量。

在运用Pro/E进行立体建模，对机油泵的机构进行分析和了解，并进行从新的设计。

在Pro/E立体建模后将所建立的模型各个零件即有这些零部件组成的装配模型导入AutoCAD中，进行标注。

在设计中选取的是金杯面包车上发动机的机油泵，该机油泵为齿轮形式。

该种类的机油泵具有机构简单、加工方便、工作可靠、能产生较高压力等优点，因此得到广泛使用。

逆向设计是20世纪90年代才发展起来的，一种以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件等）或影像作为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品技术。

关键词:

发动机齿轮油泵、测量、Pro/E、AutoCAD、逆向设计

Abstract

Oilpumpistheheartoftheinternalcombustionenginelubricationsystem,itwillhaveadirectimpactonthereliabilityoftheinternalcombustionengineanddurability.Enginework,oilpumpoilsumpoilwilldrawnbacktolubricatingoilpressure,improvethewayoilpressure,ensuretheoilinthelubricatingsystemceaselesslyinsideloop.

Thisdesignisthecontentofgearpumpvehicleengineofreversedesign,themainuseverniercaliper,micrometertoolssuchasmeasurements.InusingPro/E,stereomodelingofoilpumpagenciesanalyzeandunderstand,andnewdesignfrom.InPro/EstereomodelingafterthemodelofeachpartiscomposedofthesepartsassemblymodelAutoCAD,introductiontomark.

Inthedesignoftheselectionofgoldencupismyvanengineoilpump,themachineoilpumpforgearform.Thiskindofmachineoilhassimplestructure,convenientprocessing,reliableoperation,canproducesuchadvantagesashighpressure,sowidelyused.

Reverseengineeringisthe1990s,wedevelopedakindofadvancedproducts,equipmentofthephysical,sample,software（includingdrawings,procedures,technicaldocuments,etc.）ortheimageastheresearchobject,theapplicationofthemoderndesignmethodology,productionengineering,materialsscienceandrelevantprofessionalknowledgesystemanalysisandresearch,explorationmasteringkeytechnology,andthendevelopedthesamekindofmoreadvancedproducttechnology.

Keyword:

Enginegearpump,reversedesign,measurement,Pro/E、AutoCAD

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Adstrictx…………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论……………………………………………………………………………1

1.1机油泵总成的作用及分类………………………………………………………1

1.2齿轮式机油泵总成工作原理的结构特点………………………………………1

1.3逆向工程技术发展、现状与应用…………………………………………………2

1.3.1逆向工程的发展……………………………………………………………2

1.3.2逆向创新设计的概念………………………………………………………2

1.3.3逆向工程技术在汽车产品设计中的应用…………………………………3

1.4设计的主要内容…………………………………………………………………4

第2章机油泵零件尺寸的测量……………………………………………………5

2.1零件的测量即测量工具的介绍…………………………………………………5

2.2齿轮的参数………………………………………………………………………5

2.3主动轴即从动轴的参数…………………………………………………………6

2.4限压阀各部件的参数……………………………………………………………6

2.5机油泵壳体参数…………………………………………………………………7

2.6本章小结……………………………………………………………………………7

第3章Pro/E建模和CAD图纸绘制………………………………………………10

3.1Pro/E软件介绍……………………………………………………………10

3.1.1Pro/ENGINEER的优点……………………………………………………10

3.1.2参数化定义……………………………………………………………11

3.2Pro/E参数化建模运用…………………………………………………………11

3.3按测量建立3D模型………………………………………………………………15

3.3.1Pro/E齿轮模型建立过程………………………………………………15

3.3.2Pro/E主动轴从动轴的模型建立………………………………………30

3.3.3限压阀个零部件的模型建立……………………………………………31

3.3.4壳体各零部件的模型建立………………………………………………32

3.4AutoCAD软件的介绍……………………………………………………………33

3.5Pro/e输出二维图并在AutoCAD下规范标注…………………………………33

3.6本章小结……………………………………………………………………33

第4章Pro/E模型的模拟仿真机油泵…………………………………………33

4.1Pro/E模型的模拟仿真…………………………………………………………34

4.1.1基本物理方程……………………………………………………………34

4.1.2湍流模型…………………………………………………………………34

4.2仿真模型的建立…………………………………………………………………34

4.3内部流场的数值模拟计算………………………………………………………35

4.3.1网格划分…………………………………………………………………35

4.3.2边界条件…………………………………………………………………35

4.3.3多参考系模型（MRF）……………………………………………………35

4.3.4求解方法…………………………………………………………………36

4.4计算结果及其分析……………………………………………………………36

4.5本章小结…………………………………………………………………………37

第5章机油泵流量与校核计算……………………………………………………38

5.1机油泵的流量计算………………………………………………………………39

5.1.1齿轮油泵平均流量的计算………………………………………………39

5.1.2齿轮油泵转数……………………………………………………………39

5.1.3理论流量…………………………………………………………………40

5.2半圆键的强度校核………………………………………………………………40

5.3本章小结…………………………………………………………………………40

结论………………………………………………………………………………………41

参考文献…………………………………………………………………………………42

致谢………………………………………………………………………………………43

附录A…………………………………………………………………………………44

附录B…………………………………………………………………………………46

第1章

绪论

1.1机油泵总成的作用及分类

机油泵的主要作用是对润滑表面提供润滑剂降低发动机运动时产生的摩擦；同时在润滑的过程中对发动机的缸体、活塞、连杆和曲柄等机构起到机油散热的作用。

机油泵的功能是将一定压力和数量的润滑油供到润滑表面。

机油泵有齿轮形式的、转子形式、叶片式和柱塞式等多种形式，常采用的为齿轮式和转子式机油泵。

1.2齿轮式机油泵总成工作原理的结构特点

齿轮形式机油泵工作原理如图1-1所示。

齿轮式机油泵由装在油壳体内的两个齿数和模数相同的主动齿轮、从动齿轮、进出油腔和限压阀等组成。

齿轮与壳体的顶间隙、端面间隙均很小（一般为1/20~1/10mm），以减少机油漏损，提高机油泵的容积效率。

图1.1机油泵原理示意图

因油泵壳体内壁的间隙很小，当发动机工作时，主动齿轮带动被动齿轮，二者转向相反。

齿轮将润滑油从进油腔带到出油腔，将机油泵的机械能变为机油的压力能，增大出油腔油压，润滑油便经出油口被压送到发动机有道中。

同时，进油口因部分机油被带走而形成真空，机油便从进油口被吸入进油腔。

机油泵不断工作，保证机油在润滑油路中不断循环。

齿轮机油泵具有机构简单、加工方便、工作可靠、能产生较高压力等优点，因此得到广泛使用。

汽油机的机油泵多利用配气机构凸轮轴的螺旋齿轮直接或间接的通过传动轴驱动，同时，驱动分电器，它与凸轮轴的传动比为1:

1。

齿轮泵由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖，壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。

当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到左侧压油腔内。

在压油区一侧，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压力管路中去。

在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油腔的位置也就确定不变。

这里啮合点处的齿面接触线一直分隔高、低压两腔起着配油作用，因此在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构，这是它和其它类型容积式液压泵的不同之处。

齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。

来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

1.3逆向工程技术发展、现状与应用

1.3.1逆向工程的发展

逆向工程ReverseEngineering,RE是近年在计算机技术、数控测量技术和CAD/CAM技术发展基础上产生的新技术。

逆向工程是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件实物、利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原型CAD模型,然后将此模型用于产品的分析、制造和加工生产的技术。

反求工程大致可分为数据采集、数处理、曲面重构建模和模型检验修正等个步骤。

目前,随着科技的日新月异和市场全球化,世界范围内的市场竞争越来越激烈,要求在提高产品的品质和性能的同时缩短产品的生产周期,因此,逆向工程在飞机、汽车、家电等模具相关行业越来越受到重视。

本文介绍了具体的测量实例以及在Pro/E三维设计软件环境中实现产品逆向的过程。

1.3.2逆向创新设计的概念

设计是一项目标明确、思维创新、难点攻关的脑力劳动。

设计与知诅l有着很强的关联性：

知识不等同于设计，但在实践过程中，知识在相当大的程度上也被认为是设计。

新技术新设备的出现，以及产品市场的全球化，使得创造性得到了极致的发挥。

当今市场的典型特点是：

进入市场更加迅速，对个性分明的新产品需求更加旺盛。

面对如此强烈的市场挑战，涌现出对先进的设计方法学的更多思考，以减少在设计过程中知识获取的时间，从而促进创新的思维发展。

CAD软件大多基于参数化定义的特征。

这些特征方便的表达了设计意图及设计信息。

设计师可以得到高层的形体定义参数，例如半径、长度、角度、厚度等，以及能指定几何体之间的约束，如强制相等、平行、垂直、共线、同心等。

通过改变这些直观的参数及约束，可以在同一个模型上派生出多个配置，从而获取一个产品系列。

通常，采用特征树的形式来记录设计过程的历史，使得设计过程可以重现。

然而在RE软件中，我们生成的是曲面（通常为自由曲面）。

自由曲面主要体现在对尺寸及约束的强烈弱化，而在概念设计中我们正需要自由曲面编辑的灵活性，无需把握设计意图或知识。

尽管在自由曲面中采用了诸如权重、节点、控制顶剧¨41、控制曲线等底层形体参数作为调节手段，但这些参数对设计师而言是很不直观的，而且也很难预估变形后的结果。

过去十多年发展了很多提高变形直观性的方法，这也在一定程度上提升了设计师通过网格或曲面变形来控制形体改变的能力。

产品逆向设计的过程及其关键问题产品的逆向设计是指设计师对产品实物样件表面进行数字化处理（数据采集、数据处理），并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的模型（曲面模型重构），并进一步用系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的

过程。

在逆向设计中数据采集、数据处理、模型重构是产品造型设计逆向设计的三大关键环节。

数据采集（样件的表面数字化）是进行产品逆向设计的第一步。

一般而言，数据采集可由接触式与非接触式两种来实现。

接触式方法由于对物体的表面的颜色和光照没有要求，因此物体边界的测量相对精确，但对软质材料适应差且速度慢；而非接触式方式（以激光为媒介的非接触三维表面数据采集法在采集实物模型的表面资料时，采集速度快，可形成“点云”资料，缺点是精度较低而且对样件表面和光照有较高的要求。

数据处理的结果将影响模型重构的质量。

在此阶段一般应进行数据预处理、数据分块、数据光顺三角化、数据优化、多视拼合、噪声滤波、拓扑建立

特征提取等工作。

模型重构方案目前主要有三种：

1.B-spline或NURBS曲面为基础的曲面构造法；

2.以三角Bezi-er曲面片为基础的曲面构造法；

3.以多面体面片为基础的曲面构造法。

1.3.3逆向工程技术在汽车产品设计中的应用

逆向工程是汽车产品最具实用价值的一种高科技技术咖啡形式，其发展前景是无法估量的。

在20世纪90年代，国家汽车界兴起一种逆向工程的汽车产品开发方式。

经过几年的发展，积累了很多经验，取得巨大进步，可以说已经成为现代汽车产品开发的主流形式。

逆向工程技术在汽车产品设计中的世纪应用中主要有以下几个内容：

1.汽车新零件的设计。

主要用于汽车产品的改型或仿形设计。

2.现成零件测量及复制，再现原产品的设计意图及重构三维数字化模型。

3.对汽车产品损坏或磨损零件的原还原，以便修复或重制。

4.对于汽车产品的检测，列如检测产品的变性分析、焊接量等。

以及加工产品与三维数字化模型之间的误差分析。

逆向工程可以对已有汽车产品进行数据测量拟合、分析、改进设计和实现新产品的开发，它有效地支持了新产品影响市场的速度，可以输出快速原型制作及模具加工的多种数据格式，支持不同用途。

逆向工程主要是依靠高度集成化、可视化、开放式的计算机技术和网络技术，构筑汽车产品，从概念构思、产品设计、工程分析、工艺制造、应用工程、市场服务，全过程实现无纸化、高精度、系统化得操作手段，最终将会为取消这一过程。

就这样思维的方式而言，是思维先于实体、实体用于反证思维的你想逻辑形式，国际汽车界称之为逆向工程。

实施逆向工程的目的是为了更好地实现汽车产品设计的并行工程，是产品设计及其相关过程实行同步作业，并使之优化，大大提高产品设计的一次成功率，从而缩短周期，降低成本，减少风险，提高质量，增强企业竞争力。

发展汽车产品开发能力，是当代汽车工业竞争的核心问题，逆向工程是一种具有实用价值的新型开发方式，而且还在不断发展中。

他的意义在于揭示了汽车产品开发的本质与属性，并且构成了21世纪汽车产品开发的大思路、大战略。

1.4设计的主要内容

（1）分析机油泵的结构特点，技术参数。

游标卡尺等测量并确定机油泵的基本尺寸数据；

（2）在Pro/e下建立三维立体模型，转化成二维CAD图形后在AUTOCAD环境下完成标注输出正式装配图、零件图。

（3）对机油泵泵油量、机油泵进口、出口压力进行计算；

（4）完成设计说明书。

第2章机油泵零件尺寸的测量

2.1零件的测量即测量工具的介绍

在测量之前，需要初步了解机械设备的结构性能、工作原理和使用情况。

对被测绘的每一个零件，要，并且还要大体了解被测绘零件的加工方法。

把零件从总成上拆卸下来零件包括机油泵的主动齿轮、从动齿轮、主动轴、机油泵盖、机油泵壳体、限压阀等。

测量主要是采用游标卡尺进行测量。

游标卡尺，是一种测量长度、内外径、深度的量具。

游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。

若从背面看，游标是一个整体。

游标与尺身之间有一弹簧片，利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。

游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。

主尺一般以毫米为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等。

游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量内径，外测量爪通常用来测量长度和外径。

深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度。

2.2齿轮的参数

齿顶圆直径da=43.19mm齿根圆直径df=27.08

齿高h=15.26mm齿轮轴孔直径12.92mm

齿数10

主要计算公式：

d=m×z

各主要参数见表2.1

表2.1齿轮各参数一览表

齿宽s

3.96mm

齿槽宽e

6.22mm

齿距p

10.18mm

齿轮模数m

3.59

齿数z

10

齿顶高系数ha*

1

齿隙系数c*

0.25

分度圆直径d

30mm

压力角α

20°

齿顶圆da

43.14mm

齿根圆df

27.88mm

基圆齿距pb

9.57mm

基圆db

28.69mm

齿顶高ha

3.00mm

齿根高hf

3.75mm

齿全高h

6.75mm

2.3主动轴即从动轴的参数

主动轴的测量参数：

油泵的主动轴为一个阶梯轴

图2.1机油泵主动轴示意图

轴的各断直径分别为

R1=13.04mmL1=95.40mm

R2=12.16mmL2=59.62mm

R3=15mmL3=20.00mm

R4=5.00mmL4=9.20mm

倒角=0.5.mm倒圆角r=2.50mm

从动轴的测量参数：

图2.2机油泵从动轴示意图

直径R=13.04mm轴长45.00mm倒角为0.5mm

2.4限压阀各部件的参数

1.阀体

图2.3机油泵限压阀示意图

直径R1=15.98mm内孔直径R2=12.74mm顶直径R3=15.02mm

倒角1=1.00mm倒角2=0.50mm

2.阀弹簧

图2.4机油泵限压阀弹簧示意图

螺旋数13弹簧直径R1=9.92mm弹簧截面直径R2=2.14mm弹簧高度L=31.32mm

3.垫片

图2.5机油泵限压阀垫片1示意图

图2.6机油泵限压阀垫片2示意图

垫片1：

外圆直径R1=15.82mm内圆直径R2=5.50mm

垫片厚度h=1.02mm

垫片2：

外圆直径R1=14.90mm内圆直径R2=5.22mm

垫片厚度h=1.08mm

2.5机油泵壳体参数

图2.7机油泵壳体下底面示意图

长=95.40mm宽69.40mm59.64mm58.90mm厚度10.48mm

主动轴轴孔R1=6.52mm

从动轴轴孔R2=6.52mm

出油腔直径R3=6.14mm

轴距A=36.62mm

内壁圆弧半径r123.59

内壁尺寸：

L1=42.83mmL2=35.33mmR4=6.14mmR5=R6=6.18mm

图2.8机油泵壳体示意图

h1=9.60mmh2=84.44mmh3=20.70mmh4=11.12mmh5=16.08mmh6=22.96mm

减压阀腔的圆心到底座的距离h=31.21mm

减压阀排油孔直径R1=10.00mm

销控直径R2=4.50mm

排油阀腔尺寸：

R3=11.55mmR4=7.99mmR5=6.00mm

主动轴腔外圆直径R6=10.98mm

图2.10机油泵壳体俯视示意图

r2=6.72mmr3=9.30mmr4=15.05mmr5=10.00mmr6=8.56mm

r7=4.40mmr8=8.64mm

L3=21.69mmL4=29.16mm

螺栓孔直径R7=2.79mm

机油盖：

图2.11机油泵下端盖示意图

2.6本章小结

通过对机油泵的测量，的出各个零部件的尺寸，了解每一个工作原件的工作原理，清楚它在整机或某个部件中的地位和作用、受理分状太和接触介质，以及与其他零件的关系。

第3章Pro/E建模和CAD图纸绘制

3.1Pro/E软件介绍

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