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基于 Pro/M 对齿轮泵齿轮轴的精确建模和模态分析
蒲志新,崔科飞
辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁阜新(123000)
E-mail:puzhixin@126.com
摘 要:以 Pro/E 为平台,依据方程精确建立齿轮泵的齿轮轴三维实体模型,并以振动力学
和有限元理论为基础,建立齿轮轴的有限元模型,利用 Pro/E 集成环境 Pro/MECHANICA 对
其进行模态分析,计算出其前 4 阶固有阵型和固有频率,为齿轮泵的齿轮轴优化设计提供理
论依据;为其动力响应的计算奠定了基础;为改善齿轮泵的的动态特性,避免共振的发生提
高其工作的可靠性进行设计提供了一种方法。
关键词:齿轮泵;有限元;模态分析
中图分类号:TH391 文献标识码:A
1 前言
齿轮泵是一种常用的液压泵,它的主要特点是结构简单,制造方便,价格低廉,体积小,
重量轻,自吸性好,对油液污染不敏感,工作可靠;其主要缺点是流量和压力脉动大,噪声
大,排量不可调。齿轮泵被广泛地应用于采矿设备,冶金设备,建筑机械,工程机械,农林
机械等各个行业。
齿轮泵在使用过程中因为啮合的原因容易形成“困油”现象,这样会使齿轮泵产生强烈的
噪声,并引起振动和汽蚀,同时降低泵的容积效率,影响工作的平稳性和使用寿命,一般人
们都是通过增加某种装置而进行自动补偿来消除这种现象的,但是齿轮泵的两个齿轮固有特
性对因困油而产生的振动也有一定的影响,因齿轮轴的固有频率一旦和脉动频率接近将会导
致更严重的振动,因此了解齿轮轴的固有特性对减轻或避免这种振动有积极的意义。本文利
用美国 PTC(Parametric Technology Corporation 参数技术公司)有限元分析软件,先对齿轮
轴进行精确建模,之后直接利用 Pro/MECHANICA 集成模块对前生成的几何模型进行有限
元模态分析,确定其固有频率和固有振型,避免系统工作时发生共振和出现有害振动,为齿
轮泵的优化设计奠定基础
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。
2 建立齿轮泵有限元模型
(1)在 Pro/E 中利用“旋转”创建齿轮轴坯实体特征如下:
尺寸参数:齿顶圆直径 33mm
齿宽 24mm
轴颈 12mm
退刀槽宽度 2mm
退刀槽高度 1mm
之后草绘齿根圆和分度圆参考线特征,
根据计算齿根圆和分度圆直径分别为
20.625mm、27.50mm
图 1 齿轮轴坯