车辆工程毕业设计（论文）车用发动机齿轮泵逆向设计【全套图纸三维】

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1、 I 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。全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 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

2、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。 II关键词: 发动机齿轮油泵、测量、Pro/E、AutoCAD、逆向设计 IIIABSTRACTOil pump is the heart of the internal combustion engine lubrication system, it wil

3、l have a direct impact on the reliability of the internal combustion engine and durability. Engine work, oil pump oil sump oil will drawn back to lubricating oil pressure, improve the way oil pressure, ensure the oil in the lubricating system ceaselessly inside loop.This design is the content of gea

4、r pump vehicle engine of reverse design, the main use vernier caliper, micrometer tools such as measurements. In using Pro/E, stereo modeling of oil pump agencies analyze and understand, and new design from. In Pro/E stereo modeling after the model of each part is composed of these parts assembly mo

5、del AutoCAD, introduction to mark.In the design of the selection of golden cup is my van engine oil pump, the machine oil pump for gear form. This kind of machine oil has simple structure, convenient processing, reliable operation, can produce such advantages as high pressure, so widely used.Reverse

6、 engineering is the 1990 s, we developed a kind of advanced products, equipment of the physical, sample, software (including drawings, procedures, technical documents, etc.) or the image as the research object, the application of the modern design methodology, production engineering, materials scien

7、ce and relevant professional knowledge system analysis and research, exploration mastering key technology, and then developed the same kind of more advanced product technology.Keyword: Engine gear pump, reverse design, measurement, Pro/E、AutoCAD 目 录摘要Adstrictx第 1 章 绪论 11.1 机油泵总成的作用及分类11.2 齿轮式机油泵总成工作

8、原理的结构特点11.3 逆向工程技术发展、现状与应用21.3.1 逆向工程的发展21.3.2 逆向创新设计的概念21.3.3 逆向工程技术在汽车产品设计中的应用31.4 设计的主要内容4第 2 章机油泵零件尺寸的测量 52.1 零件的测量即测量工具的介绍52.2 齿轮的参数 52.3 主动轴即从动轴的参数62.4 限压阀各部件的参数62.5 机油泵壳体参数72.6 本章小结7第 3 章 Pro/E 建模和 CAD 图纸绘制103.1Pro/E 软件介绍103.1.1 Pro/ENGINEER 的优点103.1.2 参数化定义113.2 Pro/E 参数化建模运用113.3 按测量建立 3D 模

9、型153.3.1 Pro/E 齿轮模型建立过程153.3.2 Pro/E 主动轴从动轴的模型建立303.3.3 限压阀个零部件的模型建立313.3.4 壳体各零部件的模型建立323. 4AutoCAD 软件的介绍33 3. 5Pro/e 输出二维图并在 AutoCAD 下规范标注333.6 本章小结33第 4 章 Pro/E 模型的模拟仿真机油泵334.1 Pro/E 模型的模拟仿真344.1.1 基本物理方程344.1.2 湍流模型344.2 仿真模型的建立344.3 内部流场的数值模拟计算354.3.1 网格划分354.3.2 边界条件354.3.3 多参考系模型（MRF）354.3.4

10、求解方法364.4 计算结果及其分析364.5 本章小结37第 5 章机油泵流量与校核计算385.1 机油泵的流量计算395.1.1 齿轮油泵平均流量的计算395.1.2 齿轮油泵转数395.1.3 理论流量405.2 半圆键的强度校核405.3 本章小结40结论41参考文献42致谢43附录A44附录B46 1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

11、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 1/201/10mm） ，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

12、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， 2

13、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

14、.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,

15、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

16、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。 3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

17、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

18、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

19、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。 42.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

20、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，

21、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

22、油泵进口、出口压力进行计算；（4）完成设计说明书。 5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

23、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=mz各主要参数见表 2.1表 2.1 齿轮各参数一览表齿宽 s3.96mm齿槽宽 e6.22mm齿距 p

24、10.18mm齿轮模数 m3.59齿数 z10齿顶高系数 ha*1齿隙系数 c*0.25分度圆直径 d30mm压力角 20 6齿顶圆 da43.14mm齿根圆 df27.88mm基圆齿距 pb9.57mm基圆 db28.69mm齿顶高 ha3.00mm齿根高 hf3.75mm齿全高 h6.75mm2.3 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=13.04mm L1=95.40mmR2=12.16mm L2=59.62mmR3=15mm L3=20.00mmR4=5.00mm L4=9.20mm倒角=0.5.mm 倒圆角

25、 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 0.5mm2.4 限压阀各部件的参数1. 阀体 7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=0.50mm2. 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=31.32mm3. 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 R

26、1=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=1.08mm2.5 机油泵壳体参数图 2.7 机油泵壳体下底面示意图 8长=95.40mm 宽 69.40mm 59.64mm 58.90mm 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=42.83mm L2=35.33mm R4=6.14mm R5=R6=6.18mm图 2.8 机油泵壳体示意图h1=

27、9.60mm h2=84.44mm h3=20.70mm h4=11.12mm h5=16.08mm h6=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=11.55mm R4=7.99mm R5=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=6.72mm r3=9.30mm r4=15.05mm r5=10.00mm r6=8.56mmr7=4.40mm r8=8.64mm L3=21.69mm L4=29.16mm 9螺栓孔直径 R7=2.79mm机

28、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。 10第 3 章 Pro/E 建模和 CAD 图纸绘制3.1Pro/E 软件介绍Pro/ENGINEER 是 3D 产品设计领域的标准。它包含了最先进的生产效率工具，可以促使用户采用最佳设计做法，同时确保遵守业界和公司的标准。集成的参数化 3D CAD/CAM/CAE 解决方案可让您的设计速度比以前都要快，同时最大限度地增强创新力度并提高质量，最终创造出不同凡响的产品。Pro/Engin

29、eer 系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation简称 PTC)的产品，它刚一面世(1988 年)，就以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎.Pro/ENGINEER 是美国参数技术公司 1988 首家推出的使用参数化特征造型技术的大型 CAD/CAM/CAE 集成软件，具有造型设计、零件设计、装配设计、二维工程图制作、结构分析、运动仿真、模具设计、钣金设计、管路设计、数控加工、数据库管理等功能。广泛的应用于机械设计,电子产品设计,模具设计,外观设计等领域.Pro /ENGINEER 是一个全方位的三维产品设计和开发软件，它

30、集零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机2 构仿真、应力分析、电路布线、装配管路设计等功能模块和专有模块于一体，可以实现面向制造的设计(Design For Manufacturing，DFM)、面向装配的设计(Design For Assembly，DFA)、逆向设计(Inverse Design，ID)、并行工程(Concurrent Engineering，CE)等先进的设计方法和模式。 3.1.1 Pro/ENGINEER 的优点：Pro/ENGINEER 的综合 3D CAD/CAM/CAE 系列解决方案为工程师和设计师提供了独

31、特的优势，因为 Pro/ENGINEER 是完全关联的。这意味着对设计所做的任何变更会自动在所有下游可交付件中反映出来 无需进行任何数据转换。因此，您不仅节省了时间，还能避免在设计中出现转换错误的可能性。同时，Pro/ENGINEER 是 PTC 产品开发系统 (PDS) 密不可分的一部分。您可以通过添加 Mathcad、Windchill、ProductView 或 Arbortext 解决方案无缝地扩展您的 PDS 解决方案，并通过 Web 用户界面轻松地访问信息和人员。它在单一、完全可扩展的平台上提供的强大功能和速度是任何其他产品开发软件包都无法匹敌的。适用于产品设计过程中任何角色的解决

32、方案除了这些 Pro/ENGINEER 软件包中包含的产品外，PTC 还提供了可以扩展 Pro/ENGINEER 功能的其他精密工具，其中包括： 111.Pro/ENGINEER 制造解决方案提供的强大工具可以满足加工、棱柱和多曲面铣削、工具设计、模具基体设计、NC 钣金、已加工零件计算机辅助校验、注塑过程仿真等等各方各面的要求2.Pro/ENGINEER Advanced Mechanica，用于扩展仿真和分析，比如高级材料和非线性行为 3.1.2 参数化定义:参数化设计（Parametric）设计（也叫尺寸驱动 Dimension-Driven）是 CAD 技术在实际应用中提出的课题，它不

33、仅可使 CAD 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是 CAD 技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。3.2 Pro/E 参数化建模运用步骤一:齿轮建模前须知：关于渐开线圆柱座标方程的推导，请看这里：Pro/E 齿轮渐开线方程的推导，标准化的齿轮齿形是以齿数、模数、压力角来定义的。在已知齿数 N、模数 M、压力角 A 的前提下，其与分度圆半径 Rp、齿顶圆半径Ra、齿根圆半径 Rd、基圆半径 Rb 有以下关系:Rp=N*M/2Ra=R

34、p+1*MRd=Rp-1 *M-0.25*M - 0.25 为 GB 修正系数Rb=Rp*COS(A) - A 为十进制角度步骤二:1.新建 Part 文件名为 Spur_Gear。Program = Edit Design 在 INPUT 与 END INPUT 之间插入如下语句： INPUTTOOTH_NUMBER NUMBER - 加入齿数参数Enter the number of teeth: - 提示输入齿数MODULE NUMBER - 加入模数参数Enter the module: - 提示输入模数 12PRESSURE_ANGLE NUMBER - 加入压力角参数Enter t

35、he pressure angle: - 提示输入压力角FACE_WIDTH NUMBER - 加入齿厚参数Enter the face width: - 提示输入齿厚END INPUT在 RELATIONS 与 END RELATIONS 之间插入如下语句： RELATIONSPITCH_RAD = TOOTH_NUMBER*MODULE/2 - 即 Rp=N*M/2ADDENDUM_RAD = PITCH_RAD+1*MODULE - 即 Ra=Rp+1*MDEDENDUM_RAD = PITCH_RAD-1.25*MODULE - 即 Rd=Rp-1 *M-0.25*MBASE_RAD

36、= PITCH_RAD*COS(PRESSURE_ANGLE) - 即 Rb=Rp*COS(A)END RELATIONS保存退出，系统提问：是否要将所做的修改体现到模型中？回答 YES；Enter = Select All / Done Sel输入齿数：20输入模数：3.59输入压力角：20步骤三:Frature = Creat = Surface = New =Exturde/Done = Both Side/Cappend Ends/Done 绘图平面选 Front 基准，Top 参考面选 Top 基准，进入草绘画一圆，标注直径加入关系 sd#= ADDENDUM_RAD*2 其中 sd

37、#为标注半径尺寸号，示图而定。拉伸深度为 Build，输入任意数值。OK = Modify =选择该拉伸特征，修改深度尺寸为 FACE_WIDTH，Regenerate = Current ValsFrature = Creat = Surface = New = Exturde/Done = Both Side/Open Ends/Done 绘图平面选 Front 基准，Top 参考面选 Top 基准，进入草绘画一圆，标注直径加入关系 sd#= PITCH_RAD *2 两个方向深度为 Up To Surface，分别选择步骤三的两个端面。Frature = Creat = Surface

38、= New = Exturde/Done = Both Side/Open Ends/Done 绘图平面选 Front 基准，Top 参考面选 Top 基准，进入草绘画一圆，标注直径加入关系 sd#= DEDENDUM_RAD *2 两个方向深度为 Up To Surface，分别选择步 13骤三 1 的两个端面。为方便直观，本人将特征重命名了 步骤四:Insert = Datum = Curve = From Equation/Done =选择 PRT_CSYS_DEF 座标 = Cylindrical 在弹出的记事本中写入以下红色内容： A=t*sqrt(ADDENDUM_RAD2-BAS

39、E_RAD2)/BASE_RAD/pi*180r=BASE_RAD*sqrt(1+(A*pi/180)2)theta=A-atan(A*pi/180)-(sqrt(PITCH_RAD2-BASE_RAD2)/BASE_RAD/pi*180-PRESSURE_ANGLE)+270/TOOTH_NUMBERz=0保存退出即可建出一标准渐开线。此方程的推导请看：Pro/E 齿轮渐开线方程的推导。步骤五:1通过渐开线的起点，垂直于渐开线创建基准平面； 2Frature = Creat = Surface = Transfrom = Mirror/Copy/Done 以步骤 （五）的基准平面镜像步骤（四

40、）的渐开线；3Insert = Datum = Curve = Composite/Done = Approximate/Done 用逼近合并步骤 4 和步骤五 2 两条曲线。步骤六:Frature = Creat = Surface = New = Exturde/Done = Both Side/Open Ends/Done 绘图平面选 Front 基准，Top 参考面选 Top 基准，进入草绘使用步骤五 3曲线的边。两个方向深度为 Up To Surface，分别选择步骤三 1 的两个端面。步骤七：1.Insert = Datum = Plane 通过轴 A1 与 Top 基准平面成一夹

41、角创建齿形对称基准 平面，角度值暂为任意。2.Modify =选择步骤七 1 的基准特征，修改角度尺寸为180/TOOTH_NUMBER，Regenerate = Current Vals； 3.Frature = Creat = Surface = Transfrom = Mirror/Copy/Done 以步骤七 1的基准平面镜像步骤六的齿面；4Frature = Creat = Surface = Merge 将两个齿面(步骤六、步骤七 3)与齿根圆步骤三 3 合并成一个 Quilt Sufrace； 145.Frature = Creat = Surface = New = Fille

42、t/Done = Simple/Done 倒出圆角 R，很多公司习惯该 R 值：R = PI*MODULE/8，本人无法查证，暂且照搬该值。与之前步骤一样修改 R 尺寸为 PI*MODULE/8。 步骤八：1Frature = Creat = Surface = Transfrom = Move/Copy/Done = Rotate = Crv/Edg/Axis =选择 A1 轴为旋转轴，在旋转角度值内写入 360/TOOTH_NUMBER，系统提示是否加入关系，回答 YES。2Feature = Pattern = Varying/Done 选择步骤 8.a 的曲面，点选角度尺寸为阵列驱动尺

43、寸，在增量值内暂写入 30 = Done = 阵列数量暂写为 5 = Done3Relations 加入以下关系式(#为尺寸号，视图而定) :D# = 360/TOOTH_NUMBER P# = TOOTH_NUMBER-1OK 退出 4Regenerate = Current Vals 即可生成所有齿形5Frature = Creat = Surface = Merge 将齿顶圆与第一个齿面合并，接着与阵列的第一个齿面合并。结果如图： 6模型树中选中上一步的 Merge 特征，右键单击，选择 Pattern，即可用参考阵列合并所有的齿面。 步骤九:Feature = Creat = Prot

44、rusion Use = Quilt/Solid/Done 生成整个齿轮实体。十修改齿轮参数时：Regenerate = Select All = Done Sel 根据提示输入各值即可。 其实用此曲面做出的齿轮夹 Part 文件比直接用实体做出的小得多。原因是直接用实体生成的每一个齿形都会有大量参照的。3.3 按测量建立 3D 模型3.3.1 Pro/E 齿轮模型建立过程1.加入参数输入 m、z、a 的值！ 15图 3.1 齿轮基本参数输入2.输入关系式：/* 参数字母含义如下:/* m-模数/* z-齿数/* a-压力角/* p-齿距/* pb-基圆齿距/* d-分度圆直径/* da-齿顶

45、圆直径/* df-齿根圆直径/* e-分度圆齿槽宽/*-/*特征尺寸赋值/*-/*定义齿轮常数(ha*&c*)/*定义齿高系数(ha*)ha=1/*定义齿顶系数(c*)c=0.25/*定义渐开线展角B=(tan(a)-(PI/180*a)/(PI/180)/*定义分度圆直径d=m*z/*定义齿顶圆直径da=(z+2*ha)*m 16/*定义齿根圆直径df=(z-2*(ha+c)*m/*定义基圆直径db=m*z*cos(a)/*定义齿距p=PI*m/*定义基圆齿距pb=p*cos(a)/*定义分度圆齿槽宽e=(PI*m)/2/*计算齿槽宽的夹角Angle=(e/(d/2)*(180/pi)/2/

46、*定义 PATTERN 的数量/*定义 PATTERN 的增量/*-/*结束/*- 3.创建齿坯选取 front 基准面为绘图平面！图 3.3 草绘界面选择将齿顶圆的直径赋予草绘尺寸，sd0=da。如下图所示。图 3.2 建模关系截屏 17图 3.4 草绘中关系输入接受草图，返回4、创建渐开线插入基准曲线图 3.5 拉伸建模选择“从方程” ，然后单击完成图 3.6 曲线方程的选取选取坐标系，如下： 18图 3.7 坐标选取然后选择笛卡尔，如下：图 3.8 坐标系的选取输入关系式：alphak=40*tThetak=(tan(alphak)-alphak*(pi/180)*(180/pi)Rk=

47、(db/2)/cos(alphak)X=rk*cos(thetak)Y=rk*sin(thetak)Z=0 19图 3.9 坐标系建立公式截屏得到渐开线，如下图所示：图 3.10 所得渐开线示意图旋转复制刚得到的渐开线。图 3.11 渐开线的旋转一选择复制 20图 3.12 渐开线的旋转二单击完成图 3.13 渐开线的旋转三选取刚刚生成的渐开线，单击完成。图 3.14 旋转菜单选择中心轴，单击正向。 21图 3.15 旋转菜单输入旋转角度。图 3.16 移动菜单单击完成移动，图 3.17 再生动作定义单击确定 22图 3.18 特征菜单关了器单击完成，完成旋转。然后修改旋转角度。图 3.19

48、从关系中修改旋转角在关系中输入：d5=angel/2如下图所示 23图 3.20 修改关系式截屏单击确定，再生模型图 3.21 曲线再生镜像旋转后的渐开线，如下： 24图 3.22 曲线再生5.拉伸裁减草绘如下的截面：并将齿根圆的半径赋予草绘尺寸 sd5，sd5=df/2。图 3.223 草绘齿槽单击确定，系统自动更新草绘尺寸，接受草绘，返回完成裁减。 25图 3.24 草绘齿槽图 3.25 齿槽的拉伸复制该拉伸裁减，单击菜单栏中的“编辑” “特征操作” 。图 3.26 特征编辑 26单击完成图 3.27 特征的选取选择刚刚生成的拉伸裁减特征，单击完成。图 3.28 特征的剪裁选择中心轴。图

49、3.29 特征旋转 27单击正向，输入角度 20（随便输） ，然后完成复制。右击刚刚复制的特征，选择阵列。图 3.30 体征旋转截屏一单击旋转角度 20。图 3.31 体征旋转截屏二 28接受阵列。图 3.32 为阵列加入关系式图 3.33 加入阵列关关系式 29图 3.34 修改前面复制特征的旋转角度图 3.35 确定模型再生 30单击确定，再生模型，如下图所示。图 3.36 齿轮 Pro/E 模型3.3.2 Pro/E 主动轴从动轴的模型建立图 3.37 主动轴 Pro/E 建模 图 3.38 从动轴 Pro/E 建模主动轴和从动轴为圆柱形原件，圆柱形原件的建模比较简单，主要是选择草绘基准

50、面按测量数据进行草绘然后进行模型的拉伸. 313.3.3 限压阀个零部件的模型建立图 3.39 限压阀垫片图 3.40 限压阀 Pro/E 建模限压阀和两个限压阀垫片都为圆柱形原件，圆柱形原件的建模比较简单，主要是选择草绘基准面按测量数据进行草绘然后进行模型的拉伸。图 3.41 限压阀的 Pro/E 建模限压阀的建模运用的是螺旋伸出，运用测量的数据设置弹簧的高度、螺旋数、弹簧的直径和弹簧的轴径。 323.3.4 壳体各零部件的模型建立图 3.42 机油泵壳体的 Pro/E 建模 壳体的形状较为复杂，但多由规则的形状，主要运用草绘和拉伸。在壳体上的螺栓口、限压阀回油口等在拉伸时要选择删除多余项的

51、选项。图 3.43 机油泵下端盖的 Pro/E 建模下端盖的主主题是运用拉伸的方法，而进油油管的建模运用轨迹扫描伸出的方法，在一个选定平面内进行轨迹的草绘，再在系统自动选择的平面内草绘进油管的界面图 33形，之后进行扫描。3.4AutoCAD 软件的介绍计算机辅助设计（Computer Aided Design ,CAD）是指利用计算机软硬件系统来辅助进行产品或工程设计、开发、分析、研究的一门综合性应用技术。随着计算机技术的不断进步，CAD 技术的功能也日趋强大，目前已经在机械、建筑、水利、电子、化工、服装等行业得到了广泛的应用，并不断的应用到其他新的领域中。Autodesk 公司在 1982

52、 年推出了 AutoCAD 的第一个版本 V1.0，随后又相继推出了V2.6、R9、R10、R12、R13、R14、R2000、AutoCAD 2004 等典型版本，目前已发展到AutoCAD 2008。但是，目前最常用的仍然是 AutoCAD 2004 版。在这 20 多年的时间里，AutoCAD 产品在不断适应计算机软硬件发展的同时，自身功能也日益增强且趋于完善。早期的版本只是绘制二维图的简单工具，画图过程也非常慢，但现在它已经集平面作图、三维造型、数据库管理、渲染着色、互联网等功能于一体，并提供了丰富的工具集。所有这些使用户能够轻松快捷地进行设计工作，还能方便地复用各种已有的数据，从而极

53、大地提高了设计效率。3.5 Pro/e 输出二维图并在 AutoCAD 下规范标注建模的时候单位选 mm_N_s，把 Proe 里面的完成的二维工程图保存为 dwg 格式的文件。在 CONFIG 文件中设置 ：drawing_units = mm default_draw_scale =1:1解决比例问题。在 AutoCAD 里面先把绘图的比例设置好之后。然后以导入“块”的形式将保存的dwg 文件导入，最后将导入的块“包札”。再在 AutoCAD 中进行标注，尺寸就一致了。要注意使工程图输出 dwg 或 dxf 文件不出现乱码，必需设置dxf_out_stroke_text 为 yes，以期解

54、决中文名不显示的问题。有时处理乱码问题的另一做法是，在 Autocad 命令行：style 之后设置那些陌生字体为您熟悉的汉字字体就好了。PROE 中字体改为仿宋体若没有仿宋体，去 winC:WINDOWSFonts 中，将仿宋体拷贝到 proe 安装字体目录。在 PROE 工程图中使用 T Fang Song-GB2312 字体，转 CAD 是要转到 R12 版本的*.dxf 格式文件。在 CAD 打开时，文字样式设为 T 仿宋 GB2312，再打开就可以了。3.6 本章小结 34 运用测量说得出来的数据在 Pro/E 中建立各部件的模型，并进行总装成为机油泵整体模型，使模型能够体现出机油泵

55、的结构特点及工作原理。再将 Por/E 的 3D 图形转入 AutoCAD 输出成为二维图并按规范进行尺寸、偏差即配合间隙的标注，并生成图纸。 35第 4 章 Pro/E 模型的模拟油压的仿真4.1 Pro/E 模型的模拟仿真润滑油在内燃机机油泵内部的流动可以近似为三维定常不可压缩流动，连续性方程 动量方程和湍流模型构成封闭控制方程组。4.1.1 基本物理方程连续性方程：式中，为流体密度，为流体速度，为流体各向同性压强，为体积力，为与流体粘性有关的剪应力4.1.2 湍流模型内燃机机油泵内部流场以湍流为主，根据计算要求，采用 FLUENT 软件中的标准 k- 模型，其中 Cu=0.09，C1=1

56、.44，C2= 1.92， k=1.0，=1.3。4.2 仿真模型的建立逆向设计的油泵其主要结构参数是模数为 3.595 mm，齿数为 9，齿宽为6.24mm，压力角 20 ,齿顶高系数为 1，顶隙系数为 0.25；其主要的一些性能参数如下：1.机油泵安全阀的开启压力为 800 50 kPa；（41）（42）（43） 362.采用常温下运动粘度为 19 0.6 的试验用油，当机油泵转速为 1 600 r/min，机油压力为 400 kPa 时，油量不小于 44 L/min；当机油泵转速为 300 r/min，机油压力为 150 kPa 时，油量不小于 8 L/min3.当机油泵以转速为 300

57、 r/min 启动时，出油时间不大于 5 s。另外，数值模拟的工作介质为润滑油，牌号为 CD15W/40，机油密度为 857 kg/m3，分析过程中忽略温度对润滑油的密度影响，动力粘度 与油温 的关系可以用下面公式表示：=2.714610-8T4-8.081310-6T3+9.019410-4T2-4.570810-2T+0.93226 (5)机油泵内部流场几何模型的建立：机油泵的工作容腔是由三个几何实体组合形成，这三个实体是：腔体内表面与两侧盖板内表面围成的几何实体 主动齿轮和从动齿轮 只要三个部件的空间位置定位准确，就能得到正确的机油泵工作容腔的几何模型。首先在 Pro/e 环境下实现齿轮

58、的几何建模，然后由 Pro/e 环境下的布尔减运算，以腔体为目标体，分别以主动齿轮和从动齿轮为工具体进行操作，得到机油泵工作容腔的几何模型 图 1 所示为内燃机机油泵内部流场几何模型。图 4.1 模型示意图4.3 内部流场的数值模拟计算4.3.1 网格划分机油泵内部流场几何模型建好以后，使用面向 CFD 的前处理器软件 Gambit 对机油泵内部流场几何模型进行网格划分，其内部流场几何模型是复杂的不规则区域，因此采用非结构网格对其进行网格划分。4.3.2 边界条件进出口边界条件均设为压力边界条件，进口压力设置为标准大气压 0.1 MPa；出口边界条件根据具体情况设置为所需的压力；固壁边界条件采

59、用无滑移边界条件，对近壁面的流动按标准壁面函数法处理；齿轮廓为动边界，转速大小根据具体工作条件 37调。4.3.3 多参考系模型（MRF）可动区域中瞬态流动问题，因此采用多参考系模型，建立三个参考系：两个齿轮廓区域以外的静止坐标系和分别建立在两个齿轮廓上的独立旋转参考系，区域间的流场信息通过共享的交界面传递及耦合计算。4.3.4 求解方法机油泵内部流动近似为不可压缩流动，笔者采用 SIMPLE 算法， SIMPLE 算法是求解不可压缩流动应用最广泛的一种方法，以实现压力速度耦合，方程压力项采用Standard 差分格式，其他项采用一阶迎风差分格式 在迭代计算时，应用亚松弛迭代，松弛系数分别取：

60、压力项 0.3，速度项 0.7，湍流动能 0.8，湍流能耗散项 0.8。4.4 计算结果及其分析设置完成后求解，对油温 85 出口压力 0.6MPa 转速 1 400 r/min 工况下机油泵内部流场进行可视化仿真，并分析其内部流场压力和速度变化。可视化仿真分析：齿轮顺时针旋转，右边齿轮逆时针旋转，由于齿轮转动，进油区和压油区的容积发生变化 从的压力云图中可知，进油区的压力降低，压油区的压力升高，这是因为进油区的容积由于齿轮脱离啮合以及机油不断被带到出油区而增大，区内产生一定的真空，使油底壳内的机油在大气压作用下进入进油区，而压油区的容积由于齿轮进入啮合和机油不断被带入而减小，油压升高，机油便

61、由出油口排出。图 4.2 压力云图下图为下的速度矢量图，从图 的速度矢量图中可以看出，左边齿轮齿槽间的机油顺时针旋转流进出油区，右边齿轮齿槽间的机油逆时针旋转流进出油区；低速区和高速区在两齿轮间交替分布，对齿轮产生强烈的冲击，影响齿轮使用寿命图 所示为右边齿轮齿顶与泵体之间的径向间隙处局部放大时的速度矢量图。 38图 4.3 速度矢量图从图四可知，充满在齿轮齿槽间的机油是逆时针旋转，而齿轮齿顶与泵体之间的径向间隙处的机油速度方向是顺时针方向即由压油区流向进油区，即径向间隙的泄漏，流速能达到 13m/s。图 3.4 所示为机油泵困油区局部放大时的压力云图图 3.5 所示为机油泵困油区局部放大时的

62、压力云图从图 中可以看出，最大压力出现在齿轮进入啮合处能达到 0.62MPa 区容积减小导致油压升高。图 5 中还可以发现有负压产生且发生在齿轮脱离啮合处，这是由于进油区容积增大导致油压降低，最小压力能达到-0.146MPa 气泡破灭时，在瞬时产生极大的冲击力，齿轮表面经受这种冲击力的多次反复作用，易造成其表面损伤和破坏，即气蚀现象。 39图 3.6 所示为机油泵困油区局部放大时的速度矢量图从图六可以看出最大流速发生在齿轮啮合处，最大值能达到 31.1m/s 齿轮啮合处，机油要不断承受两齿轮的挤压，两齿轮间容积要在短时间内变化，所以速度变得很大。另外从图六中还可看出困油区泄漏机油流速方向是从压

63、油区流向进油区，且与齿轮转动方向一致，即齿面接触处泄漏。这是因为齿轮啮合时接触不好，压油区与进油区之间有间隙且压油区比进油区油压等因素影响作用的结果。4.5 本章小结按照前面设置的参数，对温度 85出口压力 0.6 MPa 转速 1 400 r/min 工况下进行了模拟，可以模拟得到瞬时出口质量流量，其结果是 0.587 452 73 kg/s 通过实验得知，在上述工况下，出口体积流量为 43.2 L/min，相对误差是 4.79%从相对误差中可以看出，尽管两者之间存在误差，但是还是能够基本反应机油泵内部流场的流动情况，可以为内燃机润滑系统机油泵的开发和选型设计提供新的研究方法和技术支持。 4

64、0第 5 章机油泵流量与校核计算5.1 机油泵的流量计算5.1.1 齿轮油泵平均流量的计算齿轮泵的平均流量公式为： Q= 2zbmn（5.1） 式中,流量；Q齿数；z端面模数；m齿宽；b转速。n根据资料金杯面包车的发动机转速为 1400r/min齿轮的模数 m=3.59齿数 z=10Q=2103.963.59140012.5L/min当其他参数一定时，增大齿宽，可增大流量，减少漏油，提高效率，同时为了保证齿轮的连续传动条件， 取齿宽为10 倍的模数，为同一齿面上凸齿bqTAbqTA面接触点与凹齿面接触点的轴向距离。5.1.2 齿轮油泵转数在设计齿轮泵时，一般都是先给定流量Q，压力P和油的物理特

65、性。必须先确定转速。转速愈高齿轮泵的轮廓尺寸越小，但是转速不能过高因为受到产生气蚀的限制。 (5.2)12 Nd 13.3 P+0.55 式中,黏度；每分钟转数；N节圆直径；d 41入口压力；P齿轮的节圆 d=30mm设入油孔的进油压力设为大气压力 P=0.1MPa发动机运用的机油牌号为 CD15W/40，机油密度为 857 kg/m3，黏度=190.6N13.8130/13.3（0.10.55）=47.91r/min5.1.3 理论流量在根据气蚀设计发生界限而确定出转速后，从所要求的单位时间流量Q，即可算出每一转的理论流量： thV (5.3) thv60QV = NZ的计算公式具有下列一般

66、形式：thV (5.4)2222222th22001bV = b R -Ri R-R-1i l -1i tg 1212式中,b齿宽；一般情况下，由于齿轮泵两个齿轮相同所以（4）改写为： （5.5）22222th20vb11V =-A -t -b tg 233式中,中心距离；A齿轮外径2D 若忽略不计间隙的影响： (5.6)2D = m Z+2 ;A= mZ;0nt = mcos所以（5）可以改写为12： （5.7）22thn2V1= Z+1- cos 2bm12 Vth=2bm（Z+1-1/12costh） 42 =23.14153.963.59（10+1-3.1415/12cos20） =3293.22ml/min =3.29L/min一般齿轮泵的计算流量与实测值不太吻合。但如果用测面积仪来测量出齿搪面积和封闭面积以决定流量时再注意对待像上面讲到的齿侧隙处理方法，那么理论公式与实测量值是相当符合的。5.2 半圆键的强度校核半圆键联接受额定转距T0作用时，键的侧面受挤压，主截面受剪切力，可能的失效形式是工作面压溃或键剪断。对于实际采用的材料和按标准选用的半圆键来说，压溃是主要的失效形式