有關齒輪泵的運動學於虛擬裝配研究
理論研究
作者：寧海靜 劉學山
摘要 齒輪泵的裝配合理性和科學性直接影響其運動和動力性能。對齒輪泵進行虛擬裝配並實施仿真運動，可以對齒輪泵的設計和裝配中的問題及時發現並改正，從而提高齒輪泵的工作性能。本文對齒輪泵在三維環境下的虛擬裝配和運動學仿真進行了研究討論，旨在為齒輪泵的性能研究提供可參考的意見。
關鍵詞 齒輪泵；虛擬裝配；運動學
中圖分類號TH325 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）85-0084-02
0 引言
齒輪泵作為轉換能量的一種液壓裝置，在多種行業中被應用，在社會經濟發展中發揮巨大作用。齒輪泵具有成本低、性能強、效率高的優勢，受到各個經濟部門的廣泛認可和使用。齒輪泵的設計比較複雜，設計的合理性直接影響後期裝配的效率。在以往的工作中發現，前期對齒輪的設計，因為影響因素的複雜性，通常設計完成的產品看似趨於完美，但是在進行實際裝配的時候會顯示出設計的缺陷性，影響了裝配的質量和速度。針對此類問題，本文主要闡述了齒輪泵的三維模型進行虛擬的裝配和檢驗，加以仿真運動學的試驗等一係列的工作，可對齒輪設計中存在的問題做到及時發現，有針對性的修改，並得出齒輪的動力性能參考數據。
1 齒輪泵三維實體模型的虛擬裝配和幹涉檢驗
1.1 齒輪泵三維實體模型的虛擬裝配
建立產品的三維化實體模型，在此基礎上，對其進行虛擬環境下的裝配，利用計算機對產品的裝配進行係統化的分析和性能上的驗證，可使產品在實際的裝配中的可操作性大大提高，減少設計的誤差和缺陷的產生。現代虛擬技術的發展，可以將產品的整個過程的裝配進行仿真的同時還可對裝配的性能進行分析驗證，提高產品設計的科學性和合理性。此種技術的低成本、高效率受到社會的認可，被越來越廣泛的應用在開發機械產品的領域。
Pro/E環境的係統組件具有虛擬裝配的應用功能。針對已經建立完成的三維模型，要注意連接類型和約束的科學合理的設定，以使零件的相對運動得到良好的實現。三維建模工作完成後，即可在組件模塊中進行實體裝配的添加操作。在進行虛擬裝配的過程中，首先要選擇一個固定狀態下的實體模型，在此基礎上在進行其他實體模型的逐步添加。質量最大的泵體優先進行裝配，以作為其他模塊裝配的基體。接下來的底座螺栓的裝配，連接形式要選擇“剛性”，約束條件選擇“插入”。將各個實體模型進行陸續裝配，注意針對零件特性選擇合適的連接類型和約束條件。
1.2 齒輪泵三維實體模型的幹涉檢驗
對於齒輪泵的運動構件在運行過程中同周圍的其它零部件是否存在碰撞的現象，要對部件間的幹涉進行檢驗。檢驗零件在完成最後的裝配時是否有幹涉存在於各自的位置關係。在虛擬裝配中每裝配一個零件，都要對其進行幹涉檢驗，確定不存在幹涉的狀況才能進行接下來的零件的裝配。如果幹涉檢驗結果發現幹涉的存在，則要修改此零件的設計，以滿足裝配要求為標準。
在實際的幹涉檢驗中發現有兩種幹涉存在：一種幹涉是存在於裝配主動齒輪與主動齒輪鍵的時候。通過實踐操作發現，主傳動軸、主動齒輪鍵二者在進行裝配的時候，不存在幹涉，隻有在主傳動齒輪裝配完成後，在主傳動齒輪於主動齒輪鍵二者間存在了重疊幹涉。分析原因，是因為主動齒輪鍵過厚，與鍵槽的深度不匹配而產生了幹涉，可通過對齒輪鍵厚度削減的方法進行修改，以消除幹涉。另一種幹涉是存在於主傳動齒輪與從動齒輪軸的時候。分析原因，雖然在進行裝配的過程中已經對約束條件加以滿足，但是對此二者的齒輪輪齒的齧合位置的正確性加以重視和考慮，使兩齒輪間出現了重疊幹涉，影響了裝配的進程。齒輪間的齒廓不間斷的接觸相切來實現兩個齒輪間的運動傳遞，這是齒輪間運行的基本定律。針對此種情況，可將兩個齒廓的位置進行調整，使其實現正確的相切狀態，得以消除幹涉。