液压传动齿轮泵齿轮的设计与校核Word文件下载.docx
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1.25
流量与排量关系式为：
—流量
—理论排量（ml/r）
2.齿数Z的确定，应根据液压泵的设计要求从流量、压力脉动、机械效率等各方面综合考虑。
从泵的流量方面来看，在齿轮分度圆不变的情况下，齿数越少，模数越大，泵的流量就越大。
从泵的性能看，齿数减少后，对改善困油及提高机械效率有利，但使泵的流量及压力脉动增加。
目前齿轮泵的齿数Z一般为6-19。
对于低压齿轮泵，由于应用在机床方面较多，要求流量脉动小，因此低压齿轮泵齿数Z一般为13-19。
齿数14-17的低压齿轮泵，由于根切较小，一般不进行修正。
3.确定齿宽。
齿轮泵的流量与齿宽成正比。
增加齿宽可以相应地增加流量。
而齿轮与泵体及盖板间的摩擦损失及容积损失的总和与齿宽并不成比例地增加，因此，齿宽较大时，液压泵的总效率较高.一般来说，齿宽与齿顶圆尺寸之比的选取范围为0.2～0.8，即：
Da——齿顶圆尺寸（mm）
4.确定齿轮模数。
对于低压齿轮泵来说，确定模数主要不是从强度方面着眼，而是从泵的流量、压力脉动、噪声以及结构尺寸大小等方面。
表2.齿轮对比表
V
Z
m
B
转速n
齿顶圆直径
比值
500
13
8
90.23
477.46
120
0.7519
14
83.79
443.36
128
0.6546
15
78.20
413.80
136
0.5750
16
73.31
387.94
144
0.5091
17
60.00
365.12
0.4539
18
65.17
344.84
160
0.4072
通过对不同模数、不同齿数的齿轮油泵进行方案分析、比较结果，由表2.确定此型齿轮油泵的齿轮参数如下：
（1）模数
（2）齿数
（3）齿宽
（4）理论中心距:
（5）实际中心距:
（6）齿顶圆直径
（7）基圆直径：
（8）基圆节距：
（9）齿侧间隙：
（10）啮合角：
（11）齿顶高：
（12）齿根高：
（13）全齿高
（14）齿根圆直径：
（15）径向间隙：
（16）齿顶压力角：
（17）分度圆弧齿厚：
（18）齿厚：
（19）齿轮啮合的重叠系数：
（20）公法线跨齿数：
（n按四舍五入圆整为整数）
（21）公法线长度（此处按侧隙计算）：
图一.齿轮
5.油泵输入功率：
式中：
N-驱动功率（kw）
p-工作压力（MPa）
q-理论排量（mL/r）
n-转速（r/min）
-机械效率，计算时可取0.9。
（三）、校核
此设计中齿轮材料选为40，调质后表面淬火。
1.使用系数表示齿轮的工作环境（主要是振动情况）对造成的影响，使用系数的确定：
表3.使用系数
原动机工作特性
工作机工作特性
均匀平稳
轻微振动
中等振动
强烈振动
1.00
1.50
1.75
1.10
1.35
1.60
1.85
2.0
2.25
液压装置一般属于轻微振动的机械系统所以按上表中可查得可取为1.35。
2.齿轮精度的确定
齿轮精度此处取7。
表4.各种机器所用齿轮传动的精度等级范围
机器名称
精度等级
汽轮机
3~6
拖拉机
6~10
金属切削机床
3~8
通用减速器
6~9
航空发动机
4~8
锻压机床
轻型汽车
5~8
起重机
7~10
载重汽车
7~9
农业机械
8~11
3.动载系数表示由于齿轮制造及装配误差造成的不定常传动引起的动载荷或冲击造成的影响。
动载系数的实用值应按实践要求确定，考虑到以上确定的精度和轮齿速度，偏于安全考虑，此设计中取为1.1。
4.齿向载荷分布系数是由于齿轮作不对称配置而添加的系数，此设计齿轮对称配置，故取1.26。
5.一对相互啮合的齿轮当在啮合区有两对或以上齿同时工作时，载荷应分配在这两对或多对齿上。
但载荷的分配并不平均，因此引进齿间载荷分配系数以解决齿间载荷分配不均的问题。
对直齿轮及修形齿轮，取=1
6.弹性系数单位——
表5.弹性模量
齿轮材料弹性模量
配对齿轮材料
灰铸铁
球墨铸铁
铸钢
锻钢
夹布塑料
118000
173000
202000
20600
7850
162.0
181.4
188.9
189.8
161.4
180.5
188
156.6
173.9
143.7
此设计中齿轮材料选为40，调质后表面淬火，由表5.可取：
图二.弯曲疲劳寿命系数
弯曲疲劳寿命系数
7.选取载荷系数K=1.3
8.齿宽系数的选择：
齿面接触疲劳强度校核
对一般的齿轮传动，因绝对尺寸,齿面粗糙度，圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限影响不大，通常不予以考虑，故只需考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。
齿轮的许用应力按下式计算：
S—疲劳强度安全系数。
对解除疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取。
但对于弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取。
——寿命系数。
弯曲疲劳寿命系数查图一。
循环次数N的计算方法是：
设n为齿轮的转速（单位是r/min）；
j为齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数；
为齿轮的工作寿命（单位为h），则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算：
（1）设齿轮泵功率为，流量为Q，工作压力为P，则
（2）计算齿轮传递的转矩
（3）
（4）
（5）按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限
（6）计算循环应力次数
（7）由机设图P209图10-21（d）取接触疲劳寿命系数
（8）计算接触疲劳许用应力，取失效概率为0.1，安全系数S=1
（9）计算接触疲劳强度：
齿数比
齿根弯曲强度校核
（1）由机械设计P208图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限
（2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数
（3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数则：
（4）载荷系数
（5）查取齿形系数应力校正系数
（6）计算齿根危险截面弯曲强度
<
所以，所选齿轮参数符合要求。
二、卸荷槽的计算
此处按“有侧隙时的对称双矩形卸荷槽”计算。
（1）两卸荷槽的间距a:
（2）卸荷槽最佳长度c的确定:
（3）卸荷槽深度:
三、泵体的校核
泵体材料选择球墨铸铁（QT600-02）。
由机械手册查得其屈服应力为300420MPa。
因为铸铁是脆性材料，因此其许用拉伸应力的值应该取为屈服极限应力即的值应为300420MPa
泵体的强度计算可按厚薄壁圆筒粗略计算拉伸应力
计算公式为
式中—泵体的外半径（mm）
—齿顶圆半径（mm）
—泵体的试验压力（MPa）
一般取试验压力为齿轮泵最大压力的两倍。
即：
因为
代数得
考虑加工设计等其他因素，所以泵体的外半径取为。
四、滑动轴承的计算
选择轴承的类型：
选整体式液体静压轴承，因为此种类类型的轴承用于低速轻载，且难以形成稳定油膜。
轴承材料选择及性能
计算轴承宽度
表6.轴承材料
材料类别
牌号
（名称）
[p]
/MPa
[v]
/m/s
[pv]
/MPa.
m/s
最高工作温度
轴颈硬度、BHS
铝青铜
ZCuAll0Fe3
（10-3铝青铜）
280
一般轴承的宽径比B/d范围在0.3-1.5，宽径比小，有利于提高运转稳定性，提高端卸量以降低温度。
但轴承宽度越小，轴承承载能力也随之降低。
综合考虑宽经比取0.5
所以轴承宽度
计轴颈圆周速度
（1）按从动齿轮所受径向力计算，两滑动轴承所受径向力之和为
△p的单位为，和的单位为。
每个轴承所受径向力为
（2）轴承PV值
（3）齿轮轴颈线速度
（4）轴承单位平均压力（比压）
（5）选择轴瓦材料
查机械设计中表12-2，在保证的条件下，选定轴承材料为ZCuAll0Fe3
（6）换算出润滑油的动力粘度
已知选用的润滑油的运动粘度v=220cSt
取润滑油密度
润滑油的动力粘度：
（7）计算相对间隙
由式
，取为0.00125
（8）计算直径间隙
（9）计算承载量系数
由式
（10）计算轴承偏心率
根据的值查《机械设计》中表12-6，经过查算求出偏心率
（11）计算最小油膜厚度
（12）确定轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度
按照加工加工精度要求取轴颈表面粗糙度为0.8，轴承孔表面粗糙度为1.6，查机《械械设计》书中表7-6得轴颈，轴承孔。
（13）计算许用油膜厚度
取安全系数S=2,由式
因，故满足工作可靠性要求。
（14）计算轴承与轴颈的摩擦系数
因轴承的宽径比B/d=0.5,取随宽径比变化的系数，计算摩擦系数
（15）查出润滑油流量系数
由宽径比B/d=0.5及偏心率查《机械设计》书中图12-16，得润滑油流量系数
（16）计算润滑油温升
按润滑油密度，取比热容，表面传热系数，由式
（17）计算润滑油入口温度
因一般取故上述入口温度适合。
（18）选择配合
根据直径间隙，按GB/T1800.3-1998选配合,查得轴承孔尺寸公差为mm，轴颈尺寸公差mm。
（19）求最大、最小间隙
因，在，估算配合合用
五、轴的强度计算
轴的强度计算一般可以分为三种：
1.按扭转强度或刚度计算；
2.按弯矩合成刚度计算；
3.精确强度校核计算。
根据任务要求我们选择第一种，此法用于计算传递扭矩，不受或受较小弯矩的轴。
材料选用40Cr，，
d-轴端直径，mm
T-轴所传递的扭矩，N.m
P-轴所传递的功率，Kw
n-轴的工作转速,r/min
-许用扭转剪应力，Mpa
又为，考虑有两个键槽，将直径增大，则：
，
考虑加工安全等其他因素，则取。
轴在载荷作用下会发生弯曲和扭转变形，故要进行刚度校核。
轴的刚度分为扭转刚度和弯曲刚度两种，前者用扭转角衡量，后者以挠度和偏转角来衡量。
轴的扭转刚度
轴的扭转刚度校核是计算轴的在工作时的扭转变形量，是用每米轴长的扭转角度量的。
轴的扭转变形要影响机器的性能和工作精度。
轴的扭转角
查《机械设计手册》表5-1-20可知满足要求。
2、轴的弯曲刚度
轴在受载的情况下会产生弯曲变形，过大的弯曲变形也会影啊轴上零件的正常工作，因此，本泵的轴也必须进行弯曲刚度校核。
轴的径向受到力与齿轮沿齿轮圆周液压产生的径向力和由齿轮啮合产生的径向力和相等。
在实际设计计算时用近似计算作用在从动齿轮上的径向力，即轴在径向受到的力为
查《机械设计手册》可得
故可得轴满足要求。
主动轴轴伸依据GB/T2353.2-93选择67mm
图三.从动轴受力分析
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