液压齿轮泵虚拟样机的开发研究(附件)
摘 要齿轮液压泵是目前广泛用于液压传动装置的动力元件,具有重量轻,体积小,结构简单制造、性能良好、价格低等优点。齿轮泵开发设计的传统方法需要经过图纸设计、样机制造、性能测试等繁杂过程，存在研发周期长、成本高、转型慢等问题。本课题采用现代化数字设计技术，无需制造物理样机，全部设计及工作方针用计算机完成。设计中，我以液压齿轮泵的理论分析和参数计算为基础，以集成了 CAD、CAE 和 CAM 综合功能为特色的UG NX 7.5软件为开发工具，对液压齿轮泵的开发过程进行了系统性探索，完成了液压齿轮泵所有零件的三维实体设计与建模，研究了零部件的虚拟装配方法，进行了整机运行仿真，最后利用UG NX 7.5的有限元分析模块，对液压齿轮泵的主要结构件进行了应力和变形分析，形成了基于现代数字化设计技术的齿轮泵开发研究的系统方法。通过液压齿轮泵的设计开发，不仅加强了对机械设计理论的理解，更重要的是提升了工程应用能力，缩短了从大学生到工程师的距离。
目录
第一章 绪论 1
1.1齿轮泵概述 1
1.2齿轮泵发展状况 1
1.3课题主要任务 2
第二章 齿轮泵的设计 3
2.1外啮合齿轮泵的工作原理 3
2.2齿轮泵的几何参数确定 3
2.2.1流量与转速 3
2.2.2齿轮参数 5
2.2.3主传动轴计算 6
2.2.4连接键 7
第三章 齿轮泵的三维实体建模 8
3.1齿轮泵主轴的建模 8
3.1.1新建零件的文档 8
3.1.2草绘实体框架与创建实体 8
3.1.3创建键槽 9
3.2齿轮的建模 9
3.2.1新建零件的文档 10
3.2.2创建啮合齿轮 11
3.2.3创建键槽 12
3.3齿轮泵泵体的建模 13
3.3.1新建文件 13
3.3.2创建草图 14
3.3.3创建凸台特征 17
3.3.4创建拉伸特征孔 19
3.3.5创建螺纹特征 23
3.3.6创建边到圆角特征 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.4齿轮泵泵盖三维设计 24
3.4.1创建草图 25
3.4.2创建拉伸特征 25
3.4.3创建倒圆角特征 30
3.5齿轮泵其他部件的建模 31
3.5.1螺钉三维实体建模 31
3.5.2填料压盖三维实体建模 32
3.5.3轴套三维实体建模 36
3.5.4垫片三维实体建模 38
第四章 齿轮泵的虚拟装配 40
4.1装配设计的准备工作 40
4.2组件装配 40
4.3总装配图 44
第五章 齿轮泵的运动仿真 45
5.1齿轮泵的运动仿真 45
第六章 齿轮泵的优化 48
6.1齿轮的校核 48
6.2轴的校核 51
6.3键的校核 52
6.4卸荷槽 53
6.5主传动轴的有限元分析 54
结束语 56
致谢 57
参考文献 58
第一章 绪论
1.1 齿轮泵概述
齿轮泵是液压系统中较常用的液压元件，有外啮合和内啮合之分,它是利用啮合的一对齿轮旋转来输送液体。齿轮泵具有体积小、抗油液污染能力强、质量轻、结构简单、价格低廉等优点，在生产中得到广泛的应用。
齿轮泵广泛应用在各种液压机械上，因齿轮是对称的旋转体，故允许高速旋转，最大工作压力可达到315bar。目前泵的流量范围为q=2.5～750L/min；压力范围为p=10～315bar；转速范围为n=1300～4000r/min，高速时（如应用在飞机上）可达8000r/min；容积效率ηv=0.88～0.96；总效率η=0.78～0.92。
齿轮泵也存在着较明显的不足，如：流量和压力脉动大，内部泄露比较大，噪声大，且轴承所承受的载荷与齿轮所承受的径向力也较大。在设计外啮合齿轮泵之前，首先要对其工作原理以及结构要有定性的分析。外啮合齿轮泵中的一对齿轮是泵的心脏，是齿轮泵中最关键的元件，其参数选择合理与否，将直接影响着泵的性能，噪声和寿命。
1.2 齿轮泵发展状况
齿轮泵是容积式回转泵的一种。在科学技术水平日益发展的今天齿轮泵也在与时俱进，经过不断努力齿轮泵在向多极化方向发展，种类在逐步的丰富，技术也在不断地改善。目前的研究方向主要集中在：泵体间隙补偿及优化技术；对齿轮的参数化设计和泵体机构的优化设计上；改善困油现象和改进卸荷措施；泵的噪声控制；齿面的防护处理技术；泵的寿命以及影响其寿命的因素；变量的研究；泵液的压力分析以及将其高压化的方法等。
经过二十几年的发展与研究，我国的泵类工业有了迅速的进步，拥有了许多自主品牌。进入”十二五”规划以来全国泵业协会紧跟世界泵业发展趋势和我国泵业的实际发展状况指定未来五年的发展规划，这些规划为我国泵业的发展注入了新的活力。
就齿轮液压泵的设计与开发看，目前存在两个问题：一是内容单一，体现在利用某种技术对单一问题进行研究，如：导入优化技术、有限元分析、运动仿真等，尚未构成系统性研究。二是方法传统，一般需要经历图纸设计——实物制造——现场实验——不断修改的过程，周期长、成本高，无法适应液压元件发展的高质量、快响应、低成本的要求。
随着计算机和数字设计技术的发展，虚拟样机技术的出现为解决以上问题提供有效方法，它通过Ug 、Pro/E等三维设计软件、ADAMS等动力学仿真软件、ANSYS等有限元分析软件的结合，构建数字化虚拟产品并进行仿真测试、研究、优化，给机械设计制造带来了革命性影响，大大提高了设计效率，缩短了设计与制造周期。
1.3 课题主要任务
本课题要求以应用最为广泛的外啮合液压齿轮泵为对象，主要研究以下几个问题：
（1）液压齿轮泵的结构及性能分析。从外啮合齿轮泵的结构分析入手，研究影响其工作性能的因素与原因。
（2）液压齿轮泵的结构参数及受力计算。研究外啮合齿轮泵的主要结构参数的计算方法，形成三维实体设计的主要依据。
（3）液压齿轮泵虚拟样机开发平台的构建方法。研究机械产品虚拟样机平台的构建方法、相关软件的优缺点分析，选择最为适当的三维设计、动力学仿真、有限元分析软件，研究不同软件之间图形数据传输的方法。
（4）液压齿轮泵的三维实体建模。研究液压齿轮泵零件的三维实体设计方法、部件的组装方法，构建液压齿轮泵的三维实体模型。
（5）液压齿轮泵的虚拟样机仿真。研究三维实体模型导入仿真环境的方法并构成真正的虚拟样机。研究虚拟样机的加载方法并进行运动学、动力学等工作性能仿真研究与优化。
目录
第一章 绪论 1
1.1齿轮泵概述 1
1.2齿轮泵发展状况 1
1.3课题主要任务 2
第二章 齿轮泵的设计 3
2.1外啮合齿轮泵的工作原理 3
2.2齿轮泵的几何参数确定 3
2.2.1流量与转速 3
2.2.2齿轮参数 5
2.2.3主传动轴计算 6
2.2.4连接键 7
第三章 齿轮泵的三维实体建模 8
3.1齿轮泵主轴的建模 8
3.1.1新建零件的文档 8
3.1.2草绘实体框架与创建实体 8
3.1.3创建键槽 9
3.2齿轮的建模 9
3.2.1新建零件的文档 10
3.2.2创建啮合齿轮 11
3.2.3创建键槽 12
3.3齿轮泵泵体的建模 13
3.3.1新建文件 13
3.3.2创建草图 14
3.3.3创建凸台特征 17
3.3.4创建拉伸特征孔 19
3.3.5创建螺纹特征 23
3.3.6创建边到圆角特征 23
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3.4齿轮泵泵盖三维设计 24
3.4.1创建草图 25
3.4.2创建拉伸特征 25
3.4.3创建倒圆角特征 30
3.5齿轮泵其他部件的建模 31
3.5.1螺钉三维实体建模 31
3.5.2填料压盖三维实体建模 32
3.5.3轴套三维实体建模 36
3.5.4垫片三维实体建模 38
第四章 齿轮泵的虚拟装配 40
4.1装配设计的准备工作 40
4.2组件装配 40
4.3总装配图 44
第五章 齿轮泵的运动仿真 45
5.1齿轮泵的运动仿真 45
第六章 齿轮泵的优化 48
6.1齿轮的校核 48
6.2轴的校核 51
6.3键的校核 52
6.4卸荷槽 53
6.5主传动轴的有限元分析 54
结束语 56
致谢 57
参考文献 58
第一章 绪论
1.1 齿轮泵概述
齿轮泵是液压系统中较常用的液压元件，有外啮合和内啮合之分,它是利用啮合的一对齿轮旋转来输送液体。齿轮泵具有体积小、抗油液污染能力强、质量轻、结构简单、价格低廉等优点，在生产中得到广泛的应用。
齿轮泵广泛应用在各种液压机械上，因齿轮是对称的旋转体，故允许高速旋转，最大工作压力可达到315bar。目前泵的流量范围为q=2.5～750L/min；压力范围为p=10～315bar；转速范围为n=1300～4000r/min，高速时（如应用在飞机上）可达8000r/min；容积效率ηv=0.88～0.96；总效率η=0.78～0.92。
齿轮泵也存在着较明显的不足，如：流量和压力脉动大，内部泄露比较大，噪声大，且轴承所承受的载荷与齿轮所承受的径向力也较大。在设计外啮合齿轮泵之前，首先要对其工作原理以及结构要有定性的分析。外啮合齿轮泵中的一对齿轮是泵的心脏，是齿轮泵中最关键的元件，其参数选择合理与否，将直接影响着泵的性能，噪声和寿命。
1.2 齿轮泵发展状况
齿轮泵是容积式回转泵的一种。在科学技术水平日益发展的今天齿轮泵也在与时俱进，经过不断努力齿轮泵在向多极化方向发展，种类在逐步的丰富，技术也在不断地改善。目前的研究方向主要集中在：泵体间隙补偿及优化技术；对齿轮的参数化设计和泵体机构的优化设计上；改善困油现象和改进卸荷措施；泵的噪声控制；齿面的防护处理技术；泵的寿命以及影响其寿命的因素；变量的研究；泵液的压力分析以及将其高压化的方法等。
经过二十几年的发展与研究，我国的泵类工业有了迅速的进步，拥有了许多自主品牌。进入”十二五”规划以来全国泵业协会紧跟世界泵业发展趋势和我国泵业的实际发展状况指定未来五年的发展规划，这些规划为我国泵业的发展注入了新的活力。
就齿轮液压泵的设计与开发看，目前存在两个问题：一是内容单一，体现在利用某种技术对单一问题进行研究，如：导入优化技术、有限元分析、运动仿真等，尚未构成系统性研究。二是方法传统，一般需要经历图纸设计——实物制造——现场实验——不断修改的过程，周期长、成本高，无法适应液压元件发展的高质量、快响应、低成本的要求。
随着计算机和数字设计技术的发展，虚拟样机技术的出现为解决以上问题提供有效方法，它通过Ug 、Pro/E等三维设计软件、ADAMS等动力学仿真软件、ANSYS等有限元分析软件的结合，构建数字化虚拟产品并进行仿真测试、研究、优化，给机械设计制造带来了革命性影响，大大提高了设计效率，缩短了设计与制造周期。
1.3 课题主要任务
本课题要求以应用最为广泛的外啮合液压齿轮泵为对象，主要研究以下几个问题：
（1）液压齿轮泵的结构及性能分析。从外啮合齿轮泵的结构分析入手，研究影响其工作性能的因素与原因。
（2）液压齿轮泵的结构参数及受力计算。研究外啮合齿轮泵的主要结构参数的计算方法，形成三维实体设计的主要依据。
（3）液压齿轮泵虚拟样机开发平台的构建方法。研究机械产品虚拟样机平台的构建方法、相关软件的优缺点分析，选择最为适当的三维设计、动力学仿真、有限元分析软件，研究不同软件之间图形数据传输的方法。
（4）液压齿轮泵的三维实体建模。研究液压齿轮泵零件的三维实体设计方法、部件的组装方法，构建液压齿轮泵的三维实体模型。
（5）液压齿轮泵的虚拟样机仿真。研究三维实体模型导入仿真环境的方法并构成真正的虚拟样机。研究虚拟样机的加载方法并进行运动学、动力学等工作性能仿真研究与优化。
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