UG在外啮合齿轮泵壳体分析中的应用

　　0　引言

　　齿轮泵作为液压传动和控制系统的基本元件,被广泛应用于机械各行业,它是目前液压泵发展的主要方向;同时对其性能要求也越来越高。传统的设计和分析是分开,这种方法已经越来越不能满足现代设计要求;目前, CAD/CAM/CAE技术已经达到了相当高的水平,如果在齿轮泵设计中的导入CAD/CAE技术,在齿轮泵设计的同时,直接进行强度效验CAE分析,可以缩短产品的研发周期和试制费用。

　　外啮合齿轮泵由壳体和内装的一对啮合齿轮及其两侧的轴承套组成。壳体内表面、轴承套端面和啮合齿轮齿间槽组成了许多密封腔,齿轮泵正是依靠这些密封工作腔在齿轮转动时容积的变化,实现将原动件的机械能转化为工作油液的输出压力能。

　　UGS就是一个很好的CAD/CAM/CAE功能集成软件,在齿轮泵壳体的CAD模型建立好之后,可以直接利用其内镶的STRUCTURES分析模块,来检测齿轮泵壳体的强度特性。它涉及到静态负载分析和动态冲击负载分析,本文只考虑到静态负载分析。

　　1　3D模型建立

　　目前,国内所采用的齿轮泵基本结构多以有带转向装置和不带转向装置的两种基本结构。在建立其壳体CAD/UGS模型时,均可简化为图1所示。

　　2　材料特性

　　泵壳体的材料为铸造铝合金(ZAlSi7Mg),密度ρ=2·65g/cm³、重力加速度g=9·8m/s²、弹性模量E= 71MPa、泊松比μ= 0·30、抗拉强度σb=230MPa、剪切模量G= 27MPa、抗拉强度στ=85MPa、屈服点σS=120MPa。

　　3　约束条件

　　图2中“A”-两孔Y、Z向固定;“B”-X向固定。

　　4　载荷情况

　　外啮合齿轮泵壳体内侧所受载荷来源于体内压力油的作用,影响壳体内表面压力分布的主要有三种:

　　第一,将进油腔扩大到接近出油腔,工作中只有1到2齿起密封作用;

　　第二,将出油腔扩大到接近进油腔,工作中只有1到2齿起密封作用;

　　第三,从出油腔到进油腔,工作中全齿密封。

　　为等效简化分析,在此需考虑图3的三种压力的情况:

　　(1)p(β)= p_i+(p_o-p_i)(β-β₁)/(β₂-β₁)对壳体产生的分布压力

　　(2)出油腔的压力po对壳体产生的压力;

　　(3)进油腔的压力pi对壳体产生的压力。

　　5　UG实例分析

　　采用现有从美国引进的24系列基型泵,作为实例分析的原型,采用UG中的STRUCTURES分析模块进行壳体的有限元分析。主要参数为:

　　pi=1大气压=0·1013MPa;[σb]=230MPa;