中高压外啮合齿轮泵设计
行了外啮合齿轮泵的结构设计，通过建立外啮合齿轮泵齿轮的优化数学模型，优化计算出使输出流量脉动最小的齿轮参数。这对于促进机械装备的技术进步、降低机械装备的制造成本具有十分重要的意义，其应用前景将十分广阔.
1.2齿轮泵的工作原理
外啮合齿轮泵的工作原理图如图1.2所示：
图1-2齿轮泵工作原理图
由图可见，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿轮。由于齿轮端面与壳体 端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成 左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这 一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油 口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到 了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油 液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油 和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。
齿轮泵是容积式回转泵的一种，其工作原理是：齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，齿轮（主动轮）固定在主动轴上，齿轮泵的轴一端伸出壳外由原动机驱动，齿轮泵的另一个齿轮（从动轮）装在另一个轴上，齿轮泵的齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合（齿与齿啮合前），然后进入压油管排出。
齿轮泵的主要特点是结构紧凑、体积小、重量轻、造价低。但与其他类型泵比较，有效率低、振动大、噪音大和易磨损的缺点。齿轮泵适合于输送黏稠液体。
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1.3 齿轮泵的结构特点
齿轮采用具有国际九十年人先进水平的新技术--双圆弧正弦曲线齿型圆弧。它
与渐开线齿轮相比，最突出的优点是齿轮啮合过程中齿廓面没有相对滑动，所以齿面无磨损、运转平衡、无困液现象，噪声低、寿命长、效率高。该泵摆脱传统设计的束缚，使得齿轮泵在设计、生产和使用上进入了一个新的领域。 泵设有差压式安全阀作为超载保护，安全阀全回流压力为泵额定排出压力1.5倍。也可在允许排出压力范围内根据实际需要另行调整。但是此安全阀不能作减压阀长期工作，需要时可在管路上另行安装。
该泵轴端密封设计为两种形式，一种是机械密封，另一种是填料密封，可根据具体使用情况和用户要求确定。
1.4外啮合齿轮泵基本设计思路及关键技术
外啮合泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。泵体内相互啮
合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将两腔隔开，形成了吸、压油腔，吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入压油腔。压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油程。在齿轮泵的啮合过程中，啮合点沿啮合线，把吸油区和压油区分开。根据外啮合齿轮泵的工作原理及外啮合齿轮泵设计方面的资料，我们可总结出外啮合齿轮泵的基本设计思路如下：
1.根据使用场合选择齿数。均匀性要求高的一般取14到,20齿。要求低的取6到14齿。
2.根据需要的排量计算模数。m=q/KZ(B/m)开三次根号。m是模数Z是齿数q是排量。K=6.66，B是齿宽(B/m)根据压力查表低压较大，高压较小
3.齿轮变位。齿轮泵齿轮匀许根切但要保证根切的情况下不漏油。所以一般要保证啮合线始终在根切部分以外。具体要查齿轮手册。根据以往经验14齿以上可以不变位。变位会使排量变小，所以需要变位时得把齿数再减小然后变位来凑出需要的排量。齿轮是核心部件，至此主要工作结束。
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4. 轴的设计与校核。
5.开泄荷槽。一般都是开那种矩形对称的。并根据《液压元件》上的公试计算其尺寸。
6.计算吸油和排油口齿寸。 7.选密封件、轴承、键等标准件。 8.选择泵体壁厚画外壳。
其中关键技术为齿轮的设计与轴向间隙补偿装置的设计。
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2 外啮合齿轮泵设计
2.1 齿轮的设计计算
（1）因为此外啮合齿轮泵是中高压齿轮泵所以材料强度要求较高，根据资料文献选
择齿轮材料为40Cr。
（2）确定参数 根据齿轮泵的排量公式
V?2?zm3(B/m)?10?3?2?zm2B?10?3
由于齿间容积比轮齿间的体积稍大，考虑这一因素，将2π用6，66代替比较符合实际情况。
因此
m?3V?1036.66z(B/m)
式中 B—齿宽（mm） V—公称排量（ml/r） z—齿轮齿数 m—模数（mm） 根据额定压力P=10MPa
齿数选择原则：目前齿轮泵的齿数一般为z=6-20.由于低压齿轮泵多应用在机床上，故要求流量均匀，因此低压齿轮泵的齿数多取为13-20。对于高压齿轮泵，要求有较大的齿根强度。为了减小轴承的受力，要减小齿顶圆直径，这样势必要增大模数、减少齿数，因此高压齿轮泵的齿数较少，一般取z=6-14。为了防止根切削弱齿根强度，齿形要求进行修正。
齿宽选择原则：齿轮泵的流量成正比，增加齿宽可以相应的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的增加，因此，齿宽较大时液压泵的总效率较高，但对于高压齿轮泵，齿宽不宜过大，否则将使齿轮轴及轴承上的载荷过大使轴及轴承设计困难。一般对于高压齿轮泵B=(3-6)m，对于低压齿轮泵B=(6-10)m。泵的工作压力越高，上述系数应取得越小。 根据以上原则选择齿数z=14，B/m=5.4，代入数据得
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m?363?1036.66?14?5.4?4.97
取整得m=5mm，齿轮的其他参数：压力角??20?
变位系数
xmin?h(zza*minmin?z)?1?(17?14)3?1717
齿宽B?5?5.4?27mm （3）校核： 齿轮泵排量校核
6.66?14?52?27?10?3???100%?99.9c
误差小于5 %，合格。
按齿根弯曲疲劳强度校核齿轮：因从动轮受力大所以只需校核从动轮。 根据校核公式
2KT?F?YY???F?23FaSa?dzm
确定式中各参数：D=mz=5x14=70mm
n＝（V×60×1000）／（π·D）＝1287r／min
Pt??pqt?10Mpa?(63ml/r?1287r/min)?13.5KW60s/min
T?9549
P13.5?9549??100N?m?1.0?105N?mm n1287?d?B/d?27/70?0.386
K?KAKVK?K??1.1?1.15?1?1.08?1.366YFa?3.2YSa?1.49查手册得:
??F??220Mpa
将其代入得：
2?1.366?1.0?105?3.2?1.49?137.7Mpa???F? ?F?230.386?14?5所以齿轮合格。
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