内啮合齿轮泵啮合特性分析及CAD技术研究

论文摘要

内啮合齿轮泵是液压传动与控制、介质输送、计量等领域中的重要装备,具有体积小,重量轻,噪声低,自吸性好,流量脉动小等优点,广泛应用于石油化工、航空、船舶、能源等国民经济的重要领域。但由于内啮合摆线齿轮泵齿廓形状复杂,加工较为困难,我国内啮合摆线齿轮泵的研究和开发较为落后。随着科学技术的不断发展和应用,一些新的研发技术应运而生,作为设计、开发新产品的重要手段,CAD和CAE技术对内啮合摆线齿轮泵的研发起到了很大的推进作用。本文以内啮合少齿差摆线齿轮泵为研究对象,利用啮合理论、CAD/CAE等技术对内啮合摆线齿轮泵的啮合特性、齿根应力影响因素、轮齿齿廓参数化绘图等方面进行了较系统的研究,而这些工作正是开发内啮合摆线齿轮泵的基础和关键。本文所做的工作主要有:(1)根据内啮合摆线齿轮泵的啮合特点,利用啮合理论推导了摆线轮的齿廓方程,对啮合界限、重合度等啮合特性进行了分析,讨论了齿根过渡曲线的构造方法,并利用数值计算等方法得出理论齿廓各段的有效范围,完善了内啮合摆线泵的设计理论和方法。(2)在对内啮合摆线齿轮的齿廓方程和齿根过渡圆弧分析的基础上,利用Visual Basic语言开发了泵齿轮齿廓的自动生成程序,实现了完整齿廓的参数化绘制,所生成的齿廓坐标点和三维实体图为摆线轮的数控加工和强度分析打下了基础。(3)基于内啮合摆线泵轮齿少齿数、大模数等特点,应用SolidWorks和ZRCAE平台建立了轮齿的CAE分析模型,分析了齿根圆弧类型、圆角半径等因素对轮齿齿根应力的影响。(4)根据摆线泵的啮合特点,对内啮合摆线齿轮泵的流量特性进行了分析,推导了瞬时流量的计算公式,建立了流量脉动率的理论计算模型,提高了设计分析精度。(5)在保证内啮合齿轮泵正常传动、强度、齿形限制等条件下,以泵单位体积的排量最大等为设计目标,建立摆线泵的优化设计模型,并通过VisualBasic编程,实现了内啮合摆线齿轮泵几何参数的优化设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 齿轮泵概述
• 1.2 内齿轮泵的工作原理
• 1.3 内啮合摆线齿轮泵的研究现状
• 1.4 齿轮CAD/CAE研究现状
• 1.4.1 齿轮 CAD技术研究现状及常用软件
• 1.4.2 齿轮 CAE研究现状及常用软件
• 1.5 论文研究的背景和意义
• 1.6 论文的主要研究工作
• 第二章 内啮合摆线齿轮泵齿形分析及自动绘制
• 2.1 齿轮啮合的基本理论
• 2.1.1 共轭齿形的形成及求法
• 2.1.2 平面坐标的变换
• 2.1.3 用齿形法线法求共轭齿形
• 2.2 计算齿形方程
• 2.2.1 圆弧摆线齿轮副啮合原理
• 2.2.2 齿廓方程的建立
• 2.3 基本参数和几何尺寸
• 2.3.1 基本参数
• 2.3.2 几何尺寸计算
• 2.4 齿形设计限制条件
• 2.4.1 啮合角
• 2.4.2 大轮的啮合界限
• 2.4.3 小轮的啮合干涉
• 2.4.4 小轮的齿廓交叉
• 2.4.5 重合度
• 2.5 程序设计及算例分析
• 2.5.1 齿根过渡曲线
• 2.5.2 摆线齿廓的计算机实现
• 2.6 本章小结
• 第三章 内啮合摆线齿轮泵齿轮的有限元分析
• 3.1 有限元分析软件平台
• 3.2 有限元分析模型的建立
• 3.3 有限元分析
• 3.3.1 约束条件的确定
• 3.3.2 载荷的确定
• 3.3.3 有限元网格的生成
• 3.4 有限元计算及结果分析
• 3.4.1 轮齿分析模型对齿根应力的影响
• 3.4.2 不同齿根圆弧半径对分析结果的影响
• 3.4.3 考虑液压力时对计算分析结果的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 内啮合摆线齿轮泵流量特性及间隙选择
• 4.1 流量特性
• 4.1.1 瞬时流量
• 4.1.2 排量的计算
• 4.1.3 平均流量
• 4.1.4 瞬时流量的品质分析
• 4.2 间隙选择
• 4.3 本章小结
• 第五章 内啮合摆线齿轮泵齿轮参数优化设计
• 5.1 优化设计的基本原理
• 5.1.1 机械最优化设计的数学模型
• 5.1.2 机械最优化设计的理论和方法
• 5.2 内啮合摆线泵参数优化模型的建立
• 5.2.1 目标函数
• 5.2.2 设计变量
• 5.2.3 约束条件
• 5.3 优化程序编写
• 5.4 优化结果
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢