1、武汉工程大学本科毕业（设计）论文2010 届毕业（设计）论文题 目 基于 Pro/ENGINEER的齿轮泵虚拟装配与运动仿真 专业班级 06 级机制 2班 学 号 2006500113 学生姓名 李跃 指导教师 刘青山 指导教师职称 副教授 学院名称 武汉工程大学 完成日期： 年 月 日武汉工程大学本科毕业（设计）论文基于 Pro/ENGINEER 的齿轮泵虚拟装配与运动仿真Virtual Assembly and Motion Simulation of the Gear Pump Based on Pro/E学生姓名 李跃 指导教师 刘青山 武汉工程大学本科毕业（设计）论文目 录摘 要Ab
2、stract第一章 绪论1.1 课题背景1.2 齿轮泵概述1.3 基于 Pro/Engineer的虚拟装配与运动仿真1.3.1 Pro/Engineer概述1.3.2 基于 Pro/Engineer的虚拟装配与运动仿真1.4 本文研究的内容1.4.1 本课题要求1.4.2 本文的主要工作第二章 齿轮泵建模2.1 齿轮泵骨架设计2.2 齿轮泵主体设计2.3 齿轮泵主体的设计2.4 齿轮泵右盖设计2.5 齿轮轴的设计2.6 其它零件的设计第三章 齿轮泵虚拟装配与干涉检测3.1 虚拟装配3.1.1 元件放置控制板3.1.2 装配约束类型3.1.3 装配连接类型3.1.4 零件装配与连接3.2 干涉检
3、测3.3 生成爆炸图第四章 机构仿真及工作原理动画4.1 定义齿轮副武汉工程大学本科毕业（设计）论文4.2 添加伺服电动机4.3 运动分析4.4 结果回放及捕捉4.5 结果分析第五章 总结致谢参考文献武汉工程大学本科毕业（设计）论文摘 要本文介绍了利用Pro/E软件，来完成齿轮油泵三维建模设计。齿轮油泵设计主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。利用PoEngineer进行了齿轮泵的虚松装配和动态仿真，并进行复杂运动学分析，利用这种方法能及早发现设计缺陷，降低产品开发成本，缩短设计周期，可以大大提高产品的设计开发效率。关键词：齿轮泵；虚拟装配；运动仿真Abstract
4、This article describes how to use Pro/E to complete the design of three-dimensional modeling of gear pumpsThe design of gear pumps， mainly began from parts modeling, assembly design，simulation of body movement， the work of several aspects of the principle of animationEstablished virtual assembly mod
5、e1 of gear pumps and achieved motion simulation and analysis based on Pro/Engineerin this way，the designer can find the disfigurement earlier，the cost of product development is reduced，and the efficiency of gear pumps design advanced greatlyKey words：gear pump；virtual assembly；motion simulation武汉工程大
6、学本科毕业（设计）论文第一章 绪论1.1课题背景本设计主要围绕齿轮泵设计这个实例展开。液压泵作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大，Pro/E作为一款高效快捷的CAD/CAM软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，齿轮泵因结构简单、制造方便、质量轻和体积小等特点已获得广泛应用。它是依靠密封空间在齿轮转动时容积的变化，实现机械能与工作油液输出压力能的转化，主要由端盖、泵体、传动齿轮轴、螺钉和垫片等零部件组成。随着CAX(CADCAMCAE)技术的发展，3D技术在齿轮采设计过程中发挥着越来越重要的作用。本文将着重就Pro/E的实体建
7、模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。齿轮油泵包含多个零部件，其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。虚拟装配技术是利用计算机工具，而不需产品或者支持过程的物理实现，通过分析、预建模、可视化等进行或者辅助进行装配，根据产品设计的形状特征和精度特性，真实地模拟产品三维装配过程。ProE软件中的机构模块Mechanism，能够对设计进行模拟、仿真、校验，如运动仿真显示、运动干涉检验、运动轨迹、位移、速度和加速度计算等。本文利用ProE进行了齿轮泵机构的虚拟装配和运动仿真，分析了装配中的干涉情况以及机构运动过程中的位移、速度和加速度情况，为齿轮泵的开
8、发设计提供参考。Pro/E系统是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，武汉工程大学本科毕业（设计）论文简称 PTC)的产品。本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械 CADCAECAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CADCAECAM 领域的新标准。1.2 齿轮泵概述齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去
9、。吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出处阻力的大小，如图 1.1。图 1.1外啮合双齿轮泵的结构。一对相互啮合的齿轮和泵缸把吸入腔和排出腔隔开。齿轮转动时，吸入腔侧轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大，压力降低，液体在压差作用下进入齿间。随着齿轮的转动，一个个齿间的液体被带至排出腔。这时排出腔侧轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小，而将液体排出。齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘 度 范围较大的润滑性液体。泵的流 量 可至 300米 3/时，压力可达 3107帕。它通常用作液 压 泵 和输送各类油品。齿轮泵结构简单紧凑,制造容易,维护方便，有自 吸 能力，
10、但流量、压力脉动较大且噪 声 大。齿轮泵必须配带 安 全 阀 ，以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原 动 机 。 武汉工程大学本科毕业（设计）论文1.2.1齿轮泵工作原理齿 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
11、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 。 在 术 语 上 讲 ， 齿 轮 泵 也 叫 正 排 量 装 置 ， 即 像 一 个 缸 筒 内 的 活 塞 ， 当 一个 齿 进 入 另 一 个 齿 的 流 体 空 间 时 ， 液 体 就 被 机 械 性 地 挤 排 出 来 。 因 为 液 体 是不 可 压 缩 的 ， 所 以 液 体 和 齿 就 不 能 在 同 一 时 间 占 据 同 一 空 间 ， 这 样 ， 液 体 就被 排 除 了 。 由 于 齿 的 不 断 啮 合 ， 这 一 现
12、象 就 连 续 在 发 生 ， 因 而 也 就 在 泵 的 出口 提 供 了 一 个 连 续 排 除 量 ， 泵 每 转 一 转 ， 排 出 的 量 是 一 样 的 。 随 着 驱 动 轴 的不 间 断 地 旋 转 ， 泵 也 就 不 间 断 地 排 出 流 体 。 泵 的 流 量 直 接 与 泵 的 转 速 有 关 。 实 际 上 ， 在 泵 内 有 很 少 量 的 流 体 损 失 ， 这 使 泵 的 运 行 效 率 不 能 达 到100 ， 因 为 这 些 流 体 被 用 来 润 滑 轴 承 及 齿 轮 两 侧 ， 而 泵 体 也 绝 不 可 能 无 间隙 配 合 ， 故 不 能 使 流
13、体 100 地 从 出 口 排 出 ， 所 以 少 量 的 流 体 损 失 是 必 然 的 。然 而 泵 还 是 可 以 良 好 地 运 行 ， 对 大 多 数 挤 出 物 料 来 说 ， 仍 可 以 达 到93 98 的 效 率 。 对 于 粘 度 或 密 度 在 工 艺 中 有 变 化 的 流 体 ， 这 种 泵 不 会 受 到 太 多 影 响 。 如果 有 一 个 阻 尼 器 ， 比 如 在 排 出 口 侧 放 一 个 滤 网 或 一 个 限 制 器 ， 泵 则 会 推 动 流体 通 过 它 们 。 如 果 这 个 阻 尼 器 在 工 作 中 变 化 ， 亦 即 如 果 滤 网 变 脏
14、、 堵 塞 了 ，或 限 制 器 的 背 压 升 高 了 ， 则 泵 仍 将 保 持 恒 定 的 流 量 ， 直 至 达 到 装 置 中 最 弱 的部 件 的 机 械 极 限 (通 常 装 有 一 个 扭 矩 限 制 器 )。 对 于 一 台 泵 的 转 速 ， 实 际 上 是 有 限 制 的 ， 这 主 要 取 决 于 工 艺 流 体 ， 如 果传 送 的 是 油 类 ， 泵 则 能 以 很 高 的 速 度 转 动 ， 但 当 流 体 是 一 种 高 粘 度 的 聚 合 物熔 体 时 ， 这 种 限 制 就 会 大 幅 度 降 低 。 推 动 高 粘 流 体 进 入 吸 入 口 一 侧 的
15、两 齿 空 间 是 非 常 重 要 的 ， 如 果 这 一 空 间没 有 填 充 满 ， 则 泵 就 不 能 排 出 准 确 的 流 量 ， 所 以 PV 值 (压 力 流 速 )也 是 另外 一 个 限 制 因 素 ， 而 且 是 一 个 工 艺 变 量 。 由 于 这 些 限 制 ， 齿 轮 泵 制 造 商 将 提武汉工程大学本科毕业（设计）论文供 一 系 列 产 品 ， 即 不 同 的 规 格 及 排 量 (每 转 一 周 所 排 出 的 量 )。 这 些 泵 将 与具 体 的 应 用 工 艺 相 配 合 ， 以 使 系 统 能 力 及 价 格 达 到 最 优 。 PEP II 泵 的
16、齿 轮 与 轴 共 为 一 体 ， 采 用 通 体 淬 硬 工 艺 ， 可 获 得 更 长 的工 作 寿 命 。 “D”型 轴 承 结 合 了 强 制 润 滑 机 理 ， 使 聚 合 物 经 轴 承 表 面 ， 并 返 回到 泵 的 进 口 侧 ， 以 确 保 旋 转 轴 的 有 效 润 滑 。 这 一 特 性 减 少 了 聚 合 物 滞 留 并 降解 的 可 能 性 。 精 密 加 工 的 泵 体 可 使 “D”型 轴 承 与 齿 轮 轴 精 确 配 合 ， 确 保 齿轮 轴 不 偏 心 ， 以 防 齿 轮 磨 损 。 Parkool 密 封 结 构 与 聚 四 氟 唇 型 密 封 共 同
17、构 成水 冷 密 封 。 这 种 密 封 实 际 上 并 不 接 触 轴 的 表 面 ， 它 的 密 封 原 理 是 将 聚 合 物 冷却 到 半 熔 融 状 态 而 形 成 自 密 封 。 也 可 以 采 用 Rheoseal 密 封 ， 它 在 轴 封 内 表上 加 工 有 反 向 螺 旋 槽 ， 可 使 聚 合 物 被 反 压 回 到 进 口 。 为 便 于 安 装 ， 制 造 商 设计 了 一 个 环 形 螺 栓 安 装 面 ， 以 使 与 其 它 设 备 的 法 兰 安 装 相 配 合 ， 这 使 得 筒形 法 兰 的 制 造 更 容 易 。 PEP II 齿 轮 泵 带 有 与 泵
18、 的 规 格 相 匹 配 的 加 热 元 件 ， 可 供 用 户 选 配 ， 这可 保 证 快 速 加 温 和 热 量 控 制 。 与 泵 体 内 加 热 方 式 不 同 ， 这 些 元 件 的 损 坏 只 限于 一 个 板 子 上 ， 与 整 个 泵 无 关 。 齿轮泵由一个独立的电 机 驱 动 ，可有效地阻断上游的压力脉动及流量波动。在齿轮泵出口处的压力脉动可以控制在 1以内。在挤出生产线上采用一台齿轮泵，可以提高流量输出速度，减少物料在挤出机内的剪切及驻留时间，降低挤塑温度及压力脉动以提高生产率及产品质量。1.3基于 Pro/Engineer的虚拟装配与运动仿真1.31 Pro/Engi
19、neer 概述Pro/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E 能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。其中 PRO/E V2000I更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。武汉工程大学本科毕业（设计）论文1985年，PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0 的 Pro/ENGINEER诞生了。经过 10余年的发展，Pro/Engineer 已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了 Pro/Engineer
20、2000i2。PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。Pro/E共有六大主模块：1.工业设计(CAID)模块工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用 3DS可以生成实体模型，但用 3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用 PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，PRO/E 后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数
21、据。包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。2机械设计(CAD)模块机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图 1中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/E 生成曲面仅需 2步3 步*作。PRO/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此 PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。
