离心增压级齿轮泵的参数化设计与装配及仿真分析

熊登奎 李庆

摘要： 在液压系统当中，齿轮泵可以说是其中最为常用的一种，而离心增压齿轮泵则是抛弃了内部齿轮传动的机构，同时具有体积小巧的特点。因此本文将应用pro engineer软件来对离心增压级齿轮泵进行参数化设计以及装配仿真分析，通过此方法也可以使设计者能够更加深入了解离心增压级齿轮泵在设计过程中所存在的优缺点，如此也能更好的将该项产品进行开发，同时也能更大程度提升设计人员的工作效率。

Abstract： In the hydraulic system， the gear pump can be said to be one of the most commonly used， and centrifugal booster gear pump is to abandon the internal gear transmission mechanism， at the same time with small size characteristics. Therefore， this paper applies pro engineer software to parametric design and assembly simulation analysis of Centrifugal supercharged gear pump， through this method， the designer can understand more deeply the advantages and disadvantages of centrifugal supercharged gear pump in the design process， so that the product can be better developed， at the same time， it can also improve the efficiency of designers to a greater extent.

關键词： 离心增压;齿轮泵;参数化设计;装配仿真;分析讨论

Key words： centrifugal booster;gear pump;parametric design;assembly simulation;analysis and discussion

中图分类号：TH325                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0056-02

0  引言

离心增压即指离心式机械增压，该类增压方式与涡轮增压较为相似，但同时也存在不同之处。首先不同之处是离心式机械增压主要是以发动机的皮带来将其进行带动，而涡轮增压却是以发动机的废气来进行驱动。相同之处是此二者之间的增压原理相同，均是通过吸入空气来以离心力给空气进行加压，从而达到将空气压缩的目的。对于离心增压级齿轮泵，通过pro engineer软件来对其进行参数化设计，同时还可以运用其来设计虚拟装配与仿真动画，从而更加生动形象的将离心增压级涡轮泵的运动形式进行体现。

1  参数化实体建模

在对离心增压级齿轮泵进行建模之前，首先需要了解齿轮泵的结构分析以及自身特征，只有对其拥有充分的认知，才能更好地通过pro engineer来建模生成。

1.1 齿轮泵介绍  齿轮泵也被称作为回转泵，是两个封闭式空间模式，具体构造为两个齿轮、泵的主体以及前盖和后盖，在齿轮进行转动之时，通过依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积来进行变化和移动，从而将液体进行输送或使其增压。当齿轮开始转动之时，齿轮脱开侧的空间体积先由最初的小范围开始逐渐变大，直至形成一个真空状态来吸入液体，而齿轮啮合侧的空间体积则是与之相反，其是先从最初的大体积开始逐渐变小，之后再将液体吸入管路当中（如图1所示）。

除此之外，齿轮泵的吸入腔与排出腔也有所不同，是由两个齿轮的啮合线来将其进行分隔，齿轮泵的排出口压力则完全是由泵出口处阻力的大小来进行控制。简而言之，其主要运作形式便是通过两个相同尺寸的齿轮（如图2所示），在同一个壳体内进行双向转动，通过图中也能清楚看到，在壳体中间的两个齿轮类似数字8的形状，通过吸入口将挤出机物料进入到两个齿轮中间，伴随着齿轮的转动，最后在两个齿轮紧密结合时将其排出。

1.2 齿轮泵特征分解  通过pro engineer软件的基本实体特征、工程特征等可以将离心增压级齿轮泵的端盖以及泵体等基本特征来进行建模设计。由于齿轮零件的建模与之相比较为复杂，所以本次实体建模将选择运用参数化的建模方式来将齿轮的创建进行完成。

1.3 关系式  基于离心增压级齿轮泵其尺寸具有较多参数，所以可以通过pro engineer软件来对其展开研究，同时由于其参数之间具有相互性，所以需要运用以下4个公式来进行。

①分度圆直径：d=mz;②基圆直径：db=zmcosα;③齿顶圆直径：da=zm+2m;④齿根圆直径：df=zm-2.5m。

其中：m为模数;z为齿数;α为压力角。

1.4 约束条件

1.4.1 设计变量边界约束  基于齿轮自身结构与啮合理论，在进行离心增压级齿轮泵参数化设计时，则需要将其相对应的约束函数设置为：g1（X）=8-x1≤0，g2（X）=x1-20≤0，g3（X）=-x2≤0，g4（X）=x2-1≤0，g5（X）=10-x3≤0， g6（X）=x3-30≤0，g7（X）=1.0-x4≤0，g8（X）=x4-1.2≤0，g9（X）=15-x5≤0，g10（X）=x10-30≤0。

1.4.2 保障齿轮可以顺利进行啮合  在齿轮进行啮合时，通常情况下会由于相关人员对于参数的疏忽，而造成其出现报废等现象，所以为了能够有效将此类风险降低，工作人员定当严格限制有关参数。与此同时，为了能够使困油现象进一步改善，同时起到降低流量脉动的作用，所以也需要在设计过程中做到以下这3点：

1.4.2.1 齿轮顶部厚度限制  对于齿轮顶部厚度限制情况，在离心增压级齿轮泵齿数数量不多的情况下，应当选择正变位齿轮，一般情况下可通过公式g2（X）=x1-20≤0来计算齿顶厚度。

1.4.2.2 齿轮顶部啮合重合系数限制  除了对齿轮顶部厚度限制以外，也需要将其啮合重合系数进行有效限制，与此同时，随着齿轮在啮合过程中，重合系数的不断降低，所以对此需要满足g12（X）=1.05-ε≤0、g13（X）=ε-1.08≤0，设计人员也可以通过公式g4（X）=x2-1≤0来将齿轮啮合重合系数进行计算，从而得出准确结果。

1.4.2.3 齿轮啮合时降低过渡曲线干预情况  对于离

心增压级齿轮泵，在齿轮行啮合时，相关人员在设计过程中需要满足g14（X）=tanx5-2tanα′+tanαa-4（x4-x2）x1sin2x3≤0公式，如此可以有效降低过渡曲线干预情况。

2  离心增压级齿轮泵的装配

对于离心增压级齿轮泵的装配，并不能直接选用pro engineer所提供的装配模块，因为其是专门用来组装零部件所使用的，如果选用pro engineer软件本身来进行装配时，最好的方式是将各个零件按照顺序一一进行装配。对此，具体也包括两种方式，一种是直接形成一个完整的组件，其次也可以先将不同种类零件统一组装成一个电子组件，之后再将各个子组件与之汇合，从而形成完整的形态。对于离心增压级齿轮泵的装配，可以选择第二种装配方式，通过两个步骤来将其制作成一个完整的齿轮泵。

3  离心增压级齿轮泵的运动仿真

3.1 运动仿真的实现方法

运动仿真的优势在于能够更好的检查装配模型的运动方式是否满足于现实要求，所以对此可以运用pro engineer软件中专门用于该模式的一个模块来进行，如此也能够及时检查在装配体中是否具有干预情况存在，并且还能对其运动特征进行准确分析。除此之外，在对离心增压级齿轮泵进行运动仿真时，也需要相关技术人员不断将装配模型进行完善，对于运动环境也要随时更换，只有这样才能得到最准确的仿真结果。

3.2 离心增压级齿轮泵的运动仿真

3.2.1 对两个相啮合的齿轮组成的基本机构进行确切说明  对于离心增压级齿轮泵在进行运动仿真设计时，首先需要装配完善，并且在装配过程中所用到的零件或是组件，都需要围绕其中一个视线方向来进行圆周运动。除此之外，在设置仿真运动参数值之前，还需要对两个相啮合的齿轮所组成的基本机构进行确切说明，简单来讲，这也意味着离心增压级齿轮泵的运动仿真实际上是两个齿轮之间的啮合。与此同时，设计人员也不能忽视对于连接轴的定义，对此可以将节圆直径设置为42，如此才能使两个齿轮能够在运动仿真时更加准确无误。

3.2.2 对伺服电机做出确切说明

在离心增压级齿轮泵中仿真运动设计中，对于伺服电机也要做出确切说明，其是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，主要功能是可以将速度进行控制，定义伺服电机也是为了能够对机构施加力，如此可以使机构按照所规定的速度来进行运动。在此次运用pro engineer软件来进行离心增压级齿轮泵的仿真运动设计时，对于齿轮泵系统中的伺服电机还应当将其“连接轴”定义明确，不仅需要选取主动齿轮的连接轴，同时还应当着重注意是否将运动函数定义准确。对此，可以将pro engineer中的“模”选项设定为常数，并在相应的编辑框中输入10，这也意味主动齿轮在进行转动时轴的转动速度为10，在对伺服电机定义完成之后，便能从机构中看到关于电动机的标识。

3.2.3 创建运动分析并进行运动  在以上步骤均完成之后，便可以对离心增压级齿轮泵进行仿真运动。对此设计人员可以点击pro engineer软件中的“分析”选项，之后便会出现一个名为“定义分析”的表框，可以将其结束时长设定为30s，再点击“运行”选项便能详细观看到离心增压级齿轮泵的运动情况，同时也方便工作人员能够及时检查其两个齿轮之间的啮合状况，并观察是否存在干涉情况。除此之外，在30s结束之后，如果还想重复观看其仿真运动过程，那么只需要点击“动画”选项，便能对其进行回访，如果想要将其制作成动画形式，那么只需要点击“捕捉”选项即可完成。

4  结束语

基于上述内容，通过pro engineer软件能够很好的给出关于离心增压级齿轮泵的参数化设计，并且在设计过程中也能深入了解需要注意的各类事项。与此同时，通过虚拟装配与仿真设计，能够以动画的形式来更加生动形象的展示离心增压级齿轮泵的运动方式，并将最终结果进行输出，从而给设计者带来一个准确的结果。除此之外，还可以有效简化设计过程，如此也便于相关设计人员在后期能够更好的进行设计，如此在提升工作效率的同时，也为增强离心增压级齿轮泵的全方位质量奠定良好基础。

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