齿轮泵的研究与三维造型设计.doc

第一章 概述 上至翱翔蓝天的飞机和直冲云霄的人造卫星、宇宙飞船下到地下的钻井、矿藏的开采；从地上奔驰的火车、坦克,到海上航行的舰船和海底的潜艇;从茫茫田野作物的灌溉，到城市生活和生产中的给排水,乃至科学实验,凡是要让液体(甚至固体)流动的地方，就有泵在工作。目前,我国制造的水泵最大直径6米,足可吞进一条大船,每小时的工作量可达35万立方米，大有使河水倒流之势。而最小微型泵的流量还不如常用注射剂，每小时只有几十毫升以下，真是大得汹涌澎湃，小似一点一滴。其工作压可以从常压一直升高到l000个大气压以上，随着离心泵的设计和生产技术日益完善，扬程直接迭选3000米以上的高度易如举手之劳，输送液体的温度变化范围更大，可输低到200℃以下的液态氧、氢等低温液体,亦可输高达800℃以上的液态金属和液体，泵输进液体介质种类很多，再把泵仅作抽水的工具来理解,显然已很不全面。当今的泵既可以输送常温清水，也可以输送油液、酸碱液、乳化液和易燃易爆有毒的液体，并已发展到输送带有直径可以大至几百毫米的煤、矿石、鱼、甜菜等固体颗粒的渣体,不产生堵塞,不破坏其本来形状。尽而泵被列为通用机械，它是发展现代化工业、农业、国防技术必不可少的机器之一。 1.1 泵的发展历史 泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。 水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。 公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。1840～1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。 回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。 利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。 尽管早在1754年，瑞士数学家就提出了叶轮式水力机械的基本方式奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。 (1)齿轮参数及泵体结构的优化设计；(2)补偿面及齿间油膜的计算机辘助分折；(3)困油冲击及卸荷措施，齿轮泵的困油现象对齿轮泵乃至整个液压系统都产生了很大的危害。困油冲击与齿轮啮合的重叠系数及卸荷是否完全等有很大关系(包括卸荷槽的位置、形状及面积等)；(4)齿轮泵噪声的控制技术；(5)降低齿轮泵的流量脉动的方法，由于齿轮泵的流量脉动较大，在一些要求较高的液压系统中，很少采用齿轮泵。关于降低齿轮泵流量脉动的方法已有很多，如合理选择齿轮的参数；采用剖分式齿轮；采用多齿轮等；(6)轮齿表面涂覆技术及其特点；(7)轮齿弯曲应力及接触疲劳强度的计算，齿轮泵的轮齿弯曲应力及接触疲劳强度计算与一般齿轮转动的弯曲应力及接触疲劳强度计算是有区别的；(8)齿轮泵的变量方法研究 ；(9)齿轮泵的寿命及其影响因素；(10)齿轮泵高压化的途径，而提高工作压力所带来的问题是：轴承寿命大大缩短；泵泄漏加剧，容积效率下降。产生这两个问题的根本原因在于齿轮上作用了不平衡的径向液压力，且工作压力越高，径向液压力越大。 目前国内外学者针对以上两个问题所进行的研究是