编号：毕业设计（论文）说明书题目：直齿轮油泵的设计及仿真学院：专业：学生姓名：学号
：指导教师：职称：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发年月日摘要现
代社会中齿轮泵的应用是极其广泛的，各行业领域对于其的使用都不在少数。齿轮油泵属于容积式泵，通过齿轮旋转啮合间形成的工作容积的变化，
以达到输送流体或使流体增压的效果。有结构简单，经济耐用，工作平稳可靠，安装维护方便，纳污能力强等优点。齿轮泵的设计包括齿轮和轴的设
计，轴承和键的选择，密封件的选用，销和螺钉的选用，卸荷槽的计算，进出油口大小的计算，泵体及前后盖的设计。齿轮泵通过齿轮和轴进行传动
，传动最主要的设计是齿轮和轴，在设计过程中完成齿轮和轴的计算与校核。利用计算的数据通过SolidWorks完成齿轮泵的三维建模和装
配，验证数据数据的可行性。使用CAD软件画二维装配图，以及齿轮和轴的二维零件图，完成齿轮泵的三维建模和装配，并进行运动仿真。关键词
：直齿轮油泵；齿轮传动；结构设计；仿真AbstractInmodernsociety,theapplicationof
gearpumpisveryextensive,andtherearenotafewofthemin
variousindustries.Gearoilpumpbelongstopositivedisplacemen
tpump,throughthechangeofworkingvolumeformedbetweengear
rotationandengagement,toachievetheeffectofconveyingfluid
orboostingfluid.Theutilitymodelhastheadvantagesofsimpl
estructure,economyanddurability,stableandreliablework,co
nvenientinstallationandmaintenance,strongabilitytoreceive
pollution,etc.Thedesignofgearpumpincludesthedesignofgea
randshaft,theselectionofbearingandkey,theselectionofs
eal,theselectionofpinandscrew,thecalculationofunloading
groove,thecalculationofinletandoutletsize,thedesignof
pumpbodyandfrontandrearcover.Gearpumpisdrivenbygeara
ndshaft.Themaindesignoftransmissionisgearandshaft.The
calculationandcheckofgearandshaftarecompletedinthedesi
gnprocess.ThroughSolidWorks,the3Dmodelingandassemblyofg
earpumparecompletedbyusingthecalculateddatatoverifythe
feasibilityofthedata.UsingCADsoftwaretodrawtwo-dimensio
nalassemblydrawingandtwo-dimensionalpartsdrawingofgearan
dshaft,completethree-dimensionalmodelingandassemblyofgear
pump,andcarryoutdynamicsimulation.Keywords:Spurgearoil
pump;Geardrive;Structuraldesign;simulati目录1引言11.1背景意义11.2.发
展现状及方向11.3原理及已有问题21.4研究目的与内容32齿轮泵的参数与设计方案32.1主要参数32.2设计方案33齿轮泵传动设
计43.1齿轮泵的传动43.2齿轮参数设计63.3齿轮强度校核73.4轴的直径计算93.5轴各段的直径及长度103.6轴的校核11
4其他零件的设计134.1组成部分134.2卸荷槽的设计144.3进出油口的计算154.4滑动轴承164.5联轴器174.6平键的
尺寸184.7密封件的选用184.8泵体结构194.9螺钉的选用204.10圆柱销的选取205仿真部分216总结217展望22参考
文献241引言1.1背景意义齿轮泵是现代工业系统中重要元件，应用领域广泛。和叶片泵、柱塞泵并列为液压元件中的三大件。是重要的
液压元件，在液压传动与控制当中占很大比重。外啮合齿轮泵因其工作特性与价格经济而应用广泛,其设计使用和发展较早。发展至现代其开发设计
和生产水平也最为成熟。外啮合齿轮泵属于定量泵，不能改变流量。它可以用来输送有一定粘度的介质，比如柴油、石油、润滑油、液压油等液体。
适用于工程机械、石油化工、工业机床、航空器械等众多领域。外啮合齿轮泵的运转是通过两齿轮互相啮合运动完成吸油和压油，实现流体输送或使
之增压的，是液压系统中常用的液压泵。外啮合齿轮泵，有价格便宜性价比良好、安装维护容易、工作平稳、纳油污能力强、尺寸小重量轻等优点。
在工业机床中需要齿轮泵进行工业生产，液压系统中起输送和增压的作用，机床中的润滑和冷却，都少不了齿轮泵的使用。石油化工部门其石油产品
及衍生物多为液态，需要其输送液态原料和成品。航空方面，也有泵的使用比如航空燃油泵，且对泵有高压高转速高精度的要求。工程机械中，如叉
车、装载机、推土机、挖掘机等需要用齿轮泵作液压动力源。齿轮泵在液压传动系统和工业应用中有良好的用途，在其他领域的应用范围也十分广泛
，吸引了大量研究人员的目光。至现代，因齿轮泵在高压、高速、低流量脉动、低噪音等方面不断发展和应用，对齿轮泵的缺点改良和提高齿轮泵工
作压力及效率早已成为国内外深入研究的课题。多年来伴随着国家经济的发展，和科学进步的日新月异。我国对工业的发展依然有大量的需求，工业
发展实现科技兴国、加快科技的发展及建设。毋庸置疑，我国对工业机器工业零件的设计与发展依然有极大需求。熟悉常用的工业零件，对实现工业
零件的创新与发展有着极大的意义。1.2.发展现状及方向齿轮泵作为一种性能稳定的液压泵，可以为液压系统提供稳定的油液传输，对液压系统
的运作有不可替代的作用。近几年，齿轮泵的研究工作取得了重大进展。部分中高压、高压的齿轮泵已在研究和使用了，齿轮泵的压力有了很大的提
升，已有压力可达32MPa的齿轮泵。低压、中低压的齿轮泵也有改良和进步。可运用到更多不同的场合和环境中去，其使用需求仍有增加的趋
势。产品结构也不断更新。同时，一些新型的齿轮泵如圆弧齿轮泵、复合式齿轮泵、螺旋齿轮泵等被设计出来，其结构有所复杂化。工业的持续发展
，也带动了工业用件的发展更新。产品的工业化程度越来越高，需要到达的功能要求也越来越高，同时也更注重其品质要求。现阶段的国内外学者
对齿轮泵的研究有以下的方向:零泄漏、困油冲击和卸荷措施、径向力不平衡、高压化设计、高速化、高精度、噪音控制、结构参数的设计优化、间
隙优化、使用寿命的影响因素。当前高压、高效的齿轮泵已成为液压行业的发展趋势。随着工业技术的发展提高，社会对产品的质量效率也有了更高
的追求。为了适应现代工业技术的发展，齿轮泵也在往高转速、高效率、高压力、低噪音的方向发展。科技水平的不断提升，工业生产技术的不断发
展，人们对更高性能的齿轮泵的表现出了更强烈的需求，同时也更加重视工业环保和控制。总的来说,齿轮泵的研发创造和设计优化对我国工业工艺
方面有重要的意义。特别是在提高齿轮泵的工作压力、工作效率和降低噪音及其振动方面。1.3原理及已有问题齿轮泵的运转通过腔体和两个尺寸
相同的齿轮啮合间形成的工作容积的变化，来达到流体输送或使其增压的效果。油泵主要工作即为油液的输送。主动齿轮和从动齿轮啮合转动，齿轮
两个端面靠前后盖密封，齿轮的啮合线将齿轮泵内部隔为吸油腔和压油腔。吸油腔内，齿轮旋转脱开啮合，腔容积由小变大，形成局部真空。在大气
压力作用下，油液进入腔体，旋转的齿轮将油液带到压油腔。压油腔内，齿轮旋转进入啮合，腔容积由大变小，齿间的油液受到挤压被排出，此为吸
油和压油的过程。当齿轮连续平稳的转动时，不断地有齿轮在脱离和进入啮合，腔容积呈周期性变化，齿轮泵就可以连续地吸油和排油。齿轮泵存在
三个已有问题：泄露、困油、和径向力不平衡。对齿轮泵的使用性能和工作寿命有严重的影响，也是齿轮泵发展中需要解决的问题。（1）齿轮油泵
在吸油和压油的过程中，存在油液的泄漏。分别是啮合间隙泄漏，径向间隙泄漏，轴向间隙泄漏。轴向间隙泄漏，此泄漏途径短，泄漏量最大，是最
为严重的泄漏。泄漏现象会降低齿轮泵的容积效率，影响齿轮泵的工作。低压齿轮泵，能通过提高加工精度的方法减少泄漏现象的发生。高压齿轮泵
，可采用加浮动轴套或弹性侧板的方法进行解决。（2）困油是齿轮泵不可避免的技术问题，困油现象会产生局部的高压和气穴，引起流量不均匀，
振动和噪声还会减少外啮合齿轮泵的正常使用寿命。2004年，臧克江对齿轮泵困油现象进行研究，通过用卸荷槽降压法来解决困油问题，此方
法被后来者广泛使用。通过在泵两端的盖板上开卸荷槽的方法可以解决困油现象。（3）径向力不平衡是齿轮泵的一大问题。运转时，压油腔的压力
比吸油腔的压力要大，存在压力差，使齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。造成磨损和泄漏，使得齿轮泵寿命下降。常采用缩小出油口的方式减小径
向力的不平衡，使压油腔压力只作用到一个齿到两个齿的范围，减小压力对齿轮的作用面积，从而减小齿轮上的径向力。1.4研究目的与内容论
文就齿轮油泵进行设计，采用直齿轮可传动一定粘度的油液，并就减少困油现象、降低径向力不平衡以及噪声振动方面，采取卸荷槽和缩小出油口的
对应措施，在确保齿轮泵结构和工艺的前提下，使其仍然具备外啮合齿轮泵简单可靠、抗油染能力强、良好的使用寿命、自吸性能好等优点。论文的
设计过程中参考了我国CBB型齿轮泵的结构。在已有的对齿轮泵的研究的基础之上，经过数据设计计算，由齿轮泵工作的压力环境、流量、效率考
虑进行内容设计。（1）通过选用参数的优化计算出适合的齿轮泵参数，进行齿轮泵的结构设计，完成齿轮泵的直齿轮，阶梯轴，滑动轴承，外壳模
型等零件的设计，完成论文设计。（2）对普通齿轮泵存在的困油现象和径向力不平衡问题，采取了开设卸荷槽和缩小出油口的方法，进行齿轮参数
及泵体结构的优化设计。（3）借助软件CAD和SolidWorks对齿轮泵进行了绘图与建模。完成选定论文研究主题内容的使用，做出选定
研究内容的作品。2齿轮泵的参数与设计方案2.1主要参数理论排量：52ml/r?额定压力：6MPa?额定转速：1000r/min?齿
轮泵的理论流量：（2-1）齿轮泵齿宽系数：对于低压齿轮泵=610,对于高压齿轮泵=36，则取齿轮泵的齿宽系数=7。2.2
设计方案图2-1齿轮泵方案简图齿轮泵主要由前盖，后盖，泵体，一对相同尺寸的直齿轮，从动轴，主动轴组成，主动轴通过联轴器与外部电机相
连。（1）设计方向为外啮合齿轮油泵。（2）选定主动齿轮和从动齿轮为两个尺寸相同的直齿轮。（3）根据轴上零件的定位、装拆的需要，同时
考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。（4）采取缩小出油口的方法减小径向力不平衡。（5）在前后盖处开卸荷槽减少困油现象。
（6）选择工作介质为45mm2/s粘度的工业油。预设计的齿轮油泵，可用于低压环境工作，理论流量为52L/mm。预使用年限10年(
每年工作300天)，工作时间为一天一班工作制，每班8小时。3齿轮泵传动设计3.1齿轮泵的传动齿轮泵的传动主要零件即为齿轮和轴，主动
轴与外部电机相连，两个齿轮装载在主动轴和从动轴上旋转运作。油泵的齿轮选择直齿轮，是生产和运用中极为常见的齿轮类型。齿轮油泵通过两个
尺寸相同的直齿轮间的啮合与脱离，完成吸油和压油。齿轮泵的应用范围广泛，我国把泵列为通用机械，了解齿轮泵的开发设计过程，对每一个身处
这个专业行业的人都有普遍的意义。油泵设计为外啮合齿轮泵，采用两个尺寸相同的直齿轮，是生产和运用中极为常见的齿轮类型，有加工方便，简
单可靠的优点。3.1.1选取齿数低压轮泵，一般齿数不多。并且由分度圆直径公式D=mz可知，齿数的具体数量影响齿轮泵的流量。由工作性
能方面来看，齿数减少后对改善困油现象及提高机械效率有利，其流量及压力的脉动增加。考虑齿轮的范成法加工及运转时，齿数较少时，会产生根
切现象。对于标准齿轮，不产生根切的最少齿数如下：表3-1压力角与不产生根切的最少齿轮的关系压力角1.45152022.52325
2730不产生根切的最少齿数323017141311108选用标准齿轮压力角＝20，齿数＝17时不会产生根切现象。3.1.2模数齿
轮模数。齿轮模数是有国家标准的，优先选用模数标准系列。基于齿轮泵的功能要求，从流量，效率等方面综合考虑。由《机械设计手册》可知齿轮
泵每转理论流量的近似计算公式为：（l/min）（3-1）式中：m——齿轮模数（mm）??z——齿轮齿数??n——齿轮转速(r/m
in)?B——齿宽(mm)齿宽由齿轮泵的齿宽系数可得代入得（3-2）取圆整为m=43.1.3齿宽齿轮泵的轮齿在轴向上的长度，称为齿
宽。齿宽的增大会相应的增加齿轮泵的流量，两者成正比。齿宽较小，齿轮容易折断。齿宽较大，齿轮泵流量会增加，泵的总效率也会提高.齿宽应
按需求取适当值。齿宽由齿轮泵的齿宽系数计算得（3-3）3.1.4校验齿轮泵的流量（3-4）此公式原为,k=1.06-1.11
5。低压齿轮泵常取=6.66，计算流量为近似值，该流量和理论流量相差5%以内为合格。（3-5）故所选参数合适。3.1.5校验齿
轮泵线速度齿轮泵与电机直接相接,所以其转速n应与电机的转速一致.从可知，流量q与转速n成正比，转速越高，流量越大。但齿轮泵转速
不能太高，转速太高时，会导致油液无法充满吸油腔的工作容积，且对吸油也存在阻力。高速运转时易产生气蚀，使泵的容积效率降低。因此就有最
高转速的限制。允许的最高转速与工作油液的粘度有关，粘度越大，允许的最高转速就越低。一般用限制齿轮节圆线速度的办法来确定最高转速，以
保证在工作中不产生气蚀。表3-2液体粘度与线速度液体粘度v(mm2/s)12457615230052076
0线速度umax(m/s)543.732.21.61.25则有（3-6）d--分度圆直径根据设计
条件选用45mm2/s的工业油，其油液的粘度。此油液允许的最大节圆线速度，故所选参数校核合格3.2齿轮参数设计表3是基于确定模
数,齿数,齿宽后关于齿轮设计的参数计算。齿轮泵由两个尺寸相同的直齿轮啮合工作，齿数相同,设计参数也相同。按标准齿轮参数计算，取齿顶
高系数为，齿根高系数为。表3-3两个尺寸相同的直齿轮的参数压力角齿顶高齿根高全齿高分度圆直径m齿顶圆直径齿顶根直径基圆直径齿距齿厚
mm顶隙标准中心距节圆直径齿顶压力角齿轮啮合重叠系数图3-1齿轮示意图3.3齿轮强度校核齿轮是齿轮泵中的关键部件，为了保证零件的工
作性能和寿命应对其校核。采用标准直齿圆柱齿轮，压力角，轻载工作齿轮精度选为7级，两个直齿轮齿数相等，齿数比u=1。校核中齿轮材料选
定为40Cr，调质处理。?（1）各基本计算值的确定设齿轮泵的功率为：（3-7）每个齿轮传递的功率：（3-8）齿轮传递的扭矩：
（3-9）一般锻钢可取弹性系数节点区域系数为（标准直齿轮时，）（2）载荷系数的选取1）齿轮泵在中低压的压力环境运行平稳，属于轻微振
动的机械系统，所以取情况系数。2）齿轮精度一般为6-9,此齿轮精度取7。圆周速度V=3.554，7级精度，由此取动载荷系数
。3）齿向载荷分布系数，是因齿轮不对称配置添加的系数，本论文设计中齿轮对称配置，故取齿向载荷分布系数取。4）齿轮泵工作时，载荷应
平均分配。但在运转过程中，载荷的分配实际上并不均匀。对于经表面硬化的直齿轮，齿间载荷分配系数?。5）动载系数1.782（3-1
0）（3）计算接触疲劳许用应力按齿面硬度查取，取齿轮的接触疲劳强度极限为应力循环次数N的计算方法为：设n为齿轮的转速（单位是r/m
in）；j为齿轮每转一周，同一齿面啮合次数；为齿轮的工作寿命（单位为h）。应力循环次数：（3-11）由《机械设计手册》取寿命系数因
点蚀破坏发生后会引起噪声及振动的增大，但齿轮不会立即不能继续运转，故可取。取失效概率为0.1，安全系数S=1，齿数比u=1，其许
用应力为：（3-12）端面重合度（3-13）重合度系数（3-14）通过齿面接触疲劳强度校核公式（3-15）故齿面接触疲劳强
度满足要求。（4）计算齿根弯曲疲劳强度1）各基本参数值的确定由《机械设计手册》取，齿根弯曲疲劳强度极限650MPa，弯曲疲劳寿命
系数。2）计算弯曲疲劳许用应力?就弯曲疲劳强度来说，齿轮一旦发生断齿，就会引发严重事故。所以，在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取。取
弯曲疲劳安全系数s=1.4，其许用应力为:（3-16）3)计算齿根弯曲应力按标准齿轮，查《机械设计手册》取齿形系数，应力修正系
数（3-17）故齿根弯曲疲劳强度满足要求。通过校核计算结果可知，选取的齿轮强度满足要求。3.4轴的直径计算轴在齿轮泵中起到支
撑齿轮部件的作用，并与齿轮部件一起旋转以传递运动、扭矩、弯矩，是齿轮泵工作传动中非常重要的部分。根据轴上零件的定位、装拆方便的需要
，同时考虑到强度的原则，主动轴和从动轴均设计为阶梯轴。设计中主动轴，从动轴，分别与齿轮配合传动。轴材料选用45钢,由《机械设计手
册》取极限扭转应力取,。按扭转强度估算轴直径,对主动轴的最小直径d进行估算：（3-18）键槽对轴强度有削弱，键槽直径增加5%，
取圆整。主动轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径D1，为了使所选的轴的直径D1与联轴器的孔径相适应，故需要同时选联轴器型号。按每天
一班制工作8小时，轻载取联轴器工作情况系数,联轴器的计算转矩为：（3-19）按计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，且转速符合
要求，查取手册选用HL1型弹性柱销联轴器。半联轴器的孔径d=12-24mm，考虑后续装配定位取D1=18mm，半联轴器长度L=4
2mm，半联轴器与轴的配合的毂孔长度。3.5轴各段的直径及长度图3-2主动轴(1)主动轴最小直径D1为联轴器安装处取18mm,考虑
到为了满足半联轴器的轴向定位要求，便于联轴器的装配，L1-L2段可设一处轴肩。D2=18+18（0.07-0.1）=19.8mm,
取圆整为20mm。半联轴器选择与轴配合的毂孔长度(2)初步选定滑动轴承，参照工作要求并根据D2=20mm，选取轴承型号SF1-2
020，其尺。故D2=D4=20mm。齿轮的两端与轴承端面定位，轴承长度为20mm。所以，L4=20mm。(3)L3处装配齿轮，由
于齿轮宽度B=28mm，故取L3=28mm。为了便于装配定位齿轮D3=20+20(0.07-0.1)mm，取D3=22mm。（4）
主动轴为长轴，L2轴段右端面处装配有轴承长度20mm，由D2=20mm取得密封件d=20mm,查表得取密封件L为10mm。泵盖内轴
承到油封的有一定距离，取其为10mm。主动轴延伸出泵体外与电机相接。综合考虑取L2=70mm。(5)从动轴，L2处装配和主动轴相
同的直齿轮。则有D2=22mm,L2=28mm。L1和L3上装配轴承，由轴承取L1=L3=20mm,D1=D3=20mm。图3-2
从动轴图3-3从动轴到此，就以确定了主动轴和从动轴的各段直径和长度3.6轴的校核轴是齿轮泵传动中的关键部件，为了保证零件的工作性能
和寿命应对其校核。轴的校核有四种方法：1按扭矩估算；2按弯矩估算；3按弯扭合成力矩近似计算；4按安全系数精准计算。齿轮泵中的轴为转
轴，可用弯扭合成力矩的方法校核。（1）各基本参数的确定齿轮上的作用力圆周力：（3-20）径向力:（3-21）（2）主动轴的受力分
析图图3-4主动轴的受力分析=28/2+20/2+（10+10）/2=34mm,=28/2+10=24mm，=30/2+30+20
=65m。图3-5主动轴弯矩，扭矩图根据主动轴的受力分析图做出其弯矩图和扭矩图，从中可以看出截面C是主动轴的危险截面。水平面支反力
（3-22）（3-23）垂直面支反力（3-24）（3-25）（3）弯矩截面C的水平弯矩（3-26）截面C的垂直弯矩（3-27）截面
C的合成弯矩（3-28）（4）按弯扭组合强度条件校核轴的强度通过弯矩和扭矩的合成应力校核轴上承受弯矩和转矩的截面强度。进行强度校
核。轴的材料为45钢，调质处理，取，由表查得[]=60MPa。危险截面计算应力为：（3-29）W为抗弯截面系数,d为截面C处直
径。故设计的主动轴的强度满足设计要求。（4）从动轴的校核从动轴的受力分析图图3-6从动轴的受力分析图=24mm,=24mm，=，
根据从动轴的受力分析图做出从动轴的弯矩图，从中可以看出截面c是从动轴的危险截面图3-7从动轴的弯矩图水平面支反力：（3-30）垂直
面支反力：（3-31）（5）弯矩截面c的水平弯矩（3-32）截面c的垂直弯矩（3-33）截面c的合成弯矩（3-34）（6）按弯
矩强度条件校核轴的强度：通过弯矩的合成应力强度校核轴上承受弯矩的截面强度。轴的材料为45钢，调质处理，由表查得[]=60MPa。
危险截面计算应力为：（3-35）故设计的从动轴的强度满足设计要求。通过校核计算结果可知，选取的主动轴和从动轴的强度满足要求。4其
他零件的设计4.1组成部分齿轮泵的齿轮和轴是其主要的传动部件。本设计中齿轮泵的构成包括齿轮、轴、泵体、泵盖、卸荷槽、进出油口、轴承
、键、密封件、螺钉、销、以及外部联轴器4.2卸荷槽的设计?要保证齿轮泵连续平稳地运转，就要使齿轮啮合的重叠系数大于1，当齿轮泵运转
时总有两对轮齿处于同时啮合的状态。即工作时前一对轮齿还未完全脱开啮合，后一对轮齿就开始互相啮合的状态。这就导致了两个啮合的轮齿与前
后盖之间，存在着与吸油腔。排油腔二者皆不相通的闭死空间，部分油液被困在其中，这部分空间为困油区域。随着齿轮不断旋转，困油区域容积的
大小会发生变化，但始终会有油液被困在轮齿间，此即为困油现象。困油现象是齿轮泵不可避免的技术问题，会产生局部的高压或孔穴，引起流量不
均匀，产生噪声。大多数齿轮泵在工作过程中都会出现困油现象，产生局部的高压和气穴，引起流量不均匀，振动和噪声还会减少外啮合齿轮泵的正
常使用寿命。困油现象可以采取措施解决。常用的措施为在泵盖侧开卸荷槽减少困油现象。开设卸荷槽总的原则有：在吸油腔与压油腔不相通的前提
下，困油容积减小时卸荷槽与压油腔相通，困油容积增大时卸荷槽吸油腔相通。卸荷槽的结构一般有矩形和圆形两种。在实际的生产运用当中，不对
称布置的双圆形卸荷槽运用更多。卸荷槽的结构形式，可分为三类：1)对称布置的双矩形卸荷槽。2)对称布置的双圆形卸荷槽。3)不对称布置
的双卸荷槽。对比双圆形卸荷槽，双矩形卸荷槽的设计与加工更为方便。本设计中采用对称布置的双卸荷槽，卸荷槽的位置开在两个直齿轮中心连线
的中点两侧，齿轮使用标准安装距，即两齿轮的中心连线等于分度圆直径。并保证如下条件：困油容积逐渐变小时，卸荷槽与压油腔相通。困油容积
逐渐变大时，卸荷槽与吸油腔相通。困油容积为最小时，压油腔与吸油腔隔开，两卸荷槽不互通。图4-1卸荷槽示图(1)对称布置的双矩形
卸荷槽两卸荷槽的间距a：（4-1）圆整后取为12mm。（2）卸荷槽宽度c卸荷槽宽度的最小值应等于实际啮合线长度在中心线上的投影
，即：（4-2）（3）为了保证卸荷槽畅通，应使卸荷槽宽度。且考虑到齿根圆以内不宜开孔挖槽，否则会减弱齿轮的密封，使得齿轮泵的轴向泄
露增大，导致容积效率降低。所以取最佳c值的原则是：卸荷槽宽度取最佳c值时与两个齿根圆相接。卸荷槽宽度c的确定:（4-3）式中
：分度圆半径齿根圆半径圆整后取为13mm。卸荷槽深度h：取圆整为3mm。4.3进出油口的计算齿轮泵运转时，内部吸油腔与压油腔的
压力并不相同，压油腔的压力比吸油腔的压力要大。存在压力差，使内部零件受到不平衡的径向力。因压力产生的径向力度不一致，造成齿轮泵径向
力不平衡。且齿轮与泵体间存在间隙，运转时存在压力的损失，也会产生不平衡的径向力。径向力不平衡严重时会导致齿轮泵传动零部件的变形，零
件与泵体接触造成磨损，对零件本身和齿轮泵都产生很大的影响。径向力不平衡，影响着齿轮泵的高压化。外啮合齿轮泵的工作压力越高，受到的径
向不平衡力也越大，加速零部件的磨损和变形。减小齿轮泵的径向力不平衡。可通过减小排油口大小的方法，使压油腔的压力只作用到一个齿到两个
齿的范围，减小压力对齿轮的作用面积，从而减小齿轮上的径向力。齿轮泵的进出口流速计算公式：（4-4）式中：Q——泵的流量（L/mi
n）??q——泵的排量（ml/r）??n——泵的转速（r/min）??S——进油口油的面积因齿轮泵的进油口流速一般为2—4m
/s,出油口流速一般推荐为3—6m/s.?此设计中选进油口流速为3m/s,出油口流速为5m/s?。经计算得出进油口面积为，出油口面
积为。由：，得进出油口半径：取圆整为4.4滑动轴承滑动轴承用于支撑并与回转零件一同旋转，降低零件在旋转过程当中的摩擦，减少零件
的磨损。在齿轮泵中与轴，齿轮装配，起到保护轴和齿轮的作用。设计采用SF1无油润滑轴承，具有摩擦系数小，无油自润滑等优点。相对一般的
滑动轴承使用前需添加润滑液才能有效运转，其在使用前或使用过程中不加润滑液即能运转，有良好的降低磨损效果。滑动轴承的选取，由轴直径为
20mm,齿根圆为54mm，综合考虑选取SF1-2020滑动轴承，内径为20mm，轴承外径为23mm,宽度20mm。表4-1SF
1-2020滑动轴承内径d外径D轴孔座孔长度L20mm23mm20mm23mm20mm两轴上的齿轮为标准直齿圆柱齿轮，齿轮不受轴向
力，轴承只承受径向载荷。表4-2无油润滑轴承参数表性能指标数据最大承载P静载250N/动载140N/最高线速度V干摩擦2.5m/s
油润滑5.0m/s最高PV值干摩擦3.6N/油润滑50N/摩擦系数干摩擦0.04-0.20油润滑0.02-0.07轴承单位平均
压力(比压)（4-5）轴承PV值（4-6）故轴承符合要求。4.5联轴器联轴器是指连接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回
转的部件。在齿轮泵中主动轴通过联轴器与外部电机连接。低压齿轮泵，轻载取，联轴器的计算转矩为：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩
的条件，且转速符合要求，查手册选用HL1型弹性柱销联轴器。其公称转矩为160，半联轴器的孔径d=18mm，半联轴器长度L=4
2mm，半联轴器与轴的配合的毂孔长度。表4-2HL1联轴器公称转矩T许用转速n轴孔直径d轴孔长度L整体宽度D160Nmm7100r
/mm18mm30mm90mm图4-2联轴器示意简图4.6平键的尺寸齿轮与轴做成分离式通过平键连接。平键主要用作轴和齿轮之间位置的
固定。在齿轮泵中用于主动齿轮与主动轴的连接固定。其定心性能好，装拆方便。键的截面宽度b和深度h，可按轴的直径d由标准来选定，键的长
度L与轮毂的长度有关，键长可取等于或略短于轮毂的长度。选定键为普通圆头平键，直齿轮中轮毂的长度为28mm，根据轴直径范围，由《机械
设计手册》选择键，其规格为b=6mm，h=6mm，L=24mm。4.7密封件的选用密封件用于防止泵内油液的轴向泄漏，以及防止灰尘或
空气进入到内部的装置。密封件可用于密封多种介质，如油液，粉尘。齿轮泵的密封件可分为两大类：分别是静密封和动密封。静密封通常有垫片密
封、O型圈密封、螺纹密封等。动密封主要有填料密封、油封密封、迷宫密封、螺旋密封、动力密封和机械密封等。油封有材料便宜，结构简单，性
价比良好，安装维护方便，阻转矩较小的优点。油封可以防止内部油液泄漏，也能防止外界粉尘，空气等物质进入，对运转时产生的磨损有所补偿。
但因材质和价格的影响，一般的油封不耐高压，常使用用在低压场合，本设计齿轮油泵工作环境为低压故可采用油封密封。采用骨架油封，抵在器件
的内孔壁上起密封作用，防止油液的泄漏和灰尘的进入，用于密封齿轮泵。在主动轴延伸出泵体的位置上装油封，防止泄露用于密封齿轮泵。由轴径
20mm,取油封内径为20mm,外径为35mm,宽度为10mm。表4-3油封尺寸内径d外径D高度H公称尺寸允差公称尺寸允差20mm
35mm+0.30+0.1510mm+0.4-0.34.8泵体结构齿轮泵的外壳由前泵盖、泵体、后泵盖组成。泵盖用于防尘、密封、固定
、连接支撑。泵体和前后盖为内部零件的运行提供密封环境。三片式的结构制造简单，方便安装维护，便于机械加工。图4-3泵体选取泵体的长
度为188mm，泵体宽度即为齿轮的齿宽28mm。泵体的材料选择球墨铸铁,由《机械设计手册》查得其屈服应力为300-400MPa。因
为铸铁是脆性材料，所以其许用拉伸应力的值应取屈服极限应力，即此处。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（4-
5）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
：代入数据可得因此所选泵体的材料及其尺寸满足要求。由泵体的数据完成前后盖的设计。图4-3前盖，后盖示意图4.9螺钉的选用螺钉，也称
为螺丝，在常见于家电电器、文具、机械设备等方面，是常见的紧固件。其材料常用金属或塑胶，表面刻有螺纹，用于物体的固定。本齿轮泵采用内
六角圆柱螺钉，其螺钉头部开有内六角头的槽，便于安装使用。在安装时将齿轮泵前后盖及泵体连接在一起，起紧固的作用。基于泵盖厚度，齿宽2
8mm,取螺纹规格d=M10,长度L=50mm,螺钉数为6，8.8级的内六角圆柱螺钉。4.10圆柱销的选取销固定于销孔中，是用
于连接、锁定零件或作定位用的零件。在机械当中起固定零件，传递动力，作连接或作定位件的作用。圆柱销设计简单，加工方便，是最基本的定位
元件。本设计采用圆柱销，用于固定零件间的相对位置，方便固定和装配。圆柱销在齿轮泵中用于前后盖及泵体间的固定，是组合装配时候的重要辅
助零件。考虑到泵体和前后盖的厚度，取销直径为8mm，长度68mm。5仿真部分使用solidworks进行齿轮泵内相啮合直齿轮造型设
计，齿轮泵壳体的造型，前后盖的造型设计，阶梯轴的各直径与长度的建模。完成滑动轴承，普通圆头平键，前后盖，泵体，内六角螺钉，定位销的
三维建模。完成齿轮泵的零件装配并进行仿真分析。齿轮和轴通过平键连接，卸荷槽在两齿轮连线中心的两侧对称布置，进油口半径10mm,出油
口半径7mm。齿轮泵中两个齿轮的安装使用标准安装距，即两齿轮的中心连线等于分度圆直径，两齿轮可正常啮合旋转完成齿轮泵的吸油和压油过
程。图2-1齿轮泵三维外观图6总结外啮合齿轮泵的基本结构是很简单的，这也是其优点之一。其最基本的结构为通过两齿轮旋转啮合在腔体内部
完成吸油和排油。齿轮泵运作时油液由进油口进入腔体，随齿轮的旋转运动一周，在两个齿轮啮合时经出油口排出，完成整个工作过程。开始设计时
，通过大量资料的查询比对才确定了齿轮泵的设计步骤，参考了我国CBB系列齿轮泵，所选择的研究对象为普遍的中低压齿轮泵，其在种类上是外
啮合齿轮泵。齿轮选用直齿轮，对直齿轮、轴、卸荷槽、进出油口大小等进行分析计算确定具体参数。经过计算的尺寸，采取数值分析对传动部件齿
轮和轴进行校核，并通过建模模拟齿轮和轴的传动。对齿轮泵困油现象和径向力问题进行研究，采用双矩形卸荷槽减少困油现象，缩小出油口大小减
少径向力不平衡。利用AutoCAD完成绘图，利用SolidWorks进行齿轮泵零件的建模和装配。使用SolidWorks完成齿轮啮
合传动的仿真分析。外啮合齿轮泵也是容积式泵，具有结构轻便，工作可靠，价格较低性价比良好的优点，可用于输送黏性较大的液体。随着工业发
展，齿轮泵不断地朝着高转速、低流量脉动、高压力、低噪音的方向发展。工业用件的发展会促进行业本身的发展，研究齿轮泵对工业的发展有重要
意义。7展望本文以直齿轮油泵为研究对象，选用圆柱直齿轮设计外啮合齿轮泵，使用计算的参数进行设计。针对困油现象和径向力不平衡的问题，
采用卸荷槽和缩小出油口的解决措施。使用AutoCAD绘画装配图和零件图，通过solidworks完成零件的建模和齿轮泵的装配，并进
行运动仿真。基于以上工作完成齿轮泵的设计，但存在部分的工作内容还需要进一步完善。（1）间隙方面的研究，如齿顶间隙，齿间间隙，轴向间
隙的控制。齿轮泵的间隙泄漏，影响其工作效率。进一步对齿轮泵的间隙问题展开研究，可为齿轮泵高压化的发展提供一定的理论依据。（2）部分
外啮合齿轮泵是带有浮动侧板的，但目前国外有的齿轮泵取消了浮动侧板，靠螺杆施加给泵体的预应力来保证轴向间隙，取消了浮动侧板。对于各类
齿轮泵泄漏解决方法的研究，可为齿轮泵的设计提供一定的帮助。（3）针对齿轮泵的参数优化，综合考虑齿轮齿数、压力角、重合系数、变位系数
、齿顶高系数和模数等条件。齿轮泵中，随着齿轮齿数、压力角的增加，齿轮泵流量脉动率逐渐减小，而随着齿轮重合度的增加，齿轮泵流量脉动率
逐渐变大。低压齿轮泵的脉动流量大，对此有待进一步的综合研究。（4）齿轮泵的工作压力方面，中低压的齿轮泵运用普遍，其经济耐用，工作平
稳可靠，对应问题的解决措施完善。但更高压高性能的齿轮泵，是未来的发展方向。外啮合齿轮泵不断地朝着高转速、低流量脉动、高压力、低噪音
的方向发展。为满足工业需求与机械液压的高效运行，人们不断研究出新型的齿轮泵。但并不代表旧型的齿轮泵没有了用途，不同的齿轮泵依旧有不
同用途和市场。齿轮泵的研究，对工业的运用有着不一般的意义。随着现代科技的发展，在未来将会有更多新技术、新材料、新器械、新理论的出现
。齿轮泵的高压化、高效化、低噪音化在未来并不是一种奢望。齿轮泵在未来会有更多的用途，在机械设备上的应用也将更广泛。参考文献胡华荣
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