基于solidworks的cb-b125齿轮泵仿真研究

蒲海丰，王晓寅 ，王关平，张 彬

（1.甘肃广播电视大学 理工农医学院 甘肃 兰州 730030 ；2.甘肃农业大学 甘肃 兰州730070 ；3.白银有色金属公司 甘肃 白银 730090）

齿轮泵是一种广泛应用在航空航天、纺织机械、建筑机械、矿山冶金机械、农业机械、机床等机械领域中的液压动力元件。与柱塞泵、叶片泵相比其主要优点是结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、维护方便、工作可靠，等等。当前随着计算机技术的蓬勃发展，计算机辅助设计制造技术已经达到了相当高的水平，如果在齿轮泵产品设计开发中使用这种技术，那么凭借其强大的有限元分析及参数化设计能力[1]，就可以进行应力、应变分析及强度校核，同时可以根据产品使用设计要求，不断修改设计方案和零部件结构尺寸，直到达到设计要求。这样就可以尽最大的可能缩短新产品开发周期、降低新产品研发成本，促使产品快速、高效地投向市场。

利用机械领域优秀的设计软件solidorks2012就可以实现这个目标。现以某企业使用的cbb125 齿轮泵为例，建立齿轮泵的三维实体模型并在此基础上利用solidorks2012 软件所带插件solidworks motoion 、solidworks simulation 对齿轮泵进行运动学和动力学仿真。目前这个插件在航空航天、工程机械、模具设计制造、电子通讯、医疗器械、石油化工机械等领域有广泛的应用。

一、建立cb-b125 齿轮泵的三维实体模型

首先运用solidorks2012软件绘制cb-b125齿轮泵每一个零件，然后在装配模式下进行零部件的组装，其中要注意运用约束配合关系，如平行、同轴、垂直、相切、重合、对称等，通过这些约束配合关系的限定使得整个装配过程犹如在实际生产现场中进行零件组装一样[2]，最终得到的cb-b125齿轮泵虚拟样机模型，如图1所示。

图1 齿轮泵的虚拟样机

solidorks2012 软件可以实现尺寸驱动，改变装配体零件的某些尺寸。在对装配体进行模型重建时，其它零件会根据约束关系做出相应的变化，例如零件尺寸、位置关系随之改变，装配体并不需要拆卸后重新装配。此外solidorks2012软件能够模拟装配体在运动过程中，零件与零件之间是否会产生干涉现象[3]，这种功能可以优化生产设计，节约材料成本，避免资源浪费，及早发现问题及时对零部件进行修改，避免真正实物安装时，产生干涉碰撞而无法安装。

二、运动学仿真分析

建立好cb-b125 齿轮泵的装配图后，可以通过solidworks motoion 进行运动学仿真，进而对其进行运动学分析。图2表示齿轮泵仿真过程，由图3可以看出，齿轮轴运动的角速度曲线是一条直线，这与理论值完全吻合。

图2 齿轮泵运动仿真过程图

三、动力学仿真分析

齿轮泵的三维模型建立以后，可以通过Solidworks simulation 进行动力学仿真,进而对cb-b125齿轮泵的应力、应变和位移等方面进行动力学分析，其过程主要有以下几步。

第一，点击simulation 下拉菜单中的算例，算例类型菜单下有静态、频率、疲劳、线性动力等。选择确定分析类型。

第二，点击材料选择设置，从材料库或用户自定义的材料库中选出材料。并选定弹性模量、屈服强度等参数。

第三，点击载荷/夹具下拉菜单，夹具下拉菜单下有固定几何体、固定铰链、滚珠等形式，载荷可以施加力和力矩等。

第四，网格划分。如果零件网格划分过细，就会使仿真运算量过大、时间过长，甚至导致计算机死机，而无法求解；网格的划分过粗又会导致计算机的计算结果误差太大。所以用户可以多尝试几次网格划分形式，选择比较恰当的网格划分形式，也可以使用电脑推荐的网格划分形式。

第五，运行动力学仿真分析。

第六，查看仿真分析结果。仿真分析结果中可以显示正应力、剪应力、各个方向上的应变、各个方向上的位移以及合位移等。

图4所示为上述仿真分析结果中其剪应力结果图。由仿真图4可知齿轮泵上平键处的剪应力为32.849MN/M2。

第七，计算误差，验证仿真精度。

图4 齿轮泵的仿真剪应力结果图

图5 齿轮泵键受力图

如图5所示,设平键上的剪切力为Q，剪应力为τ，则

对轴心取矩，由平衡条件

由式（3）得：

所以绝对误差=32.849-32.42=0.429

相对误差=0.429/32.42≈0.01≤1%

这充分说明仿真的精度是完全足够的。

四、结论

仿真分析结果为齿轮泵的结构设计和优化提供了参考。采用虚拟样机对齿轮泵进行仿真，能够快速建立实体装配模型，可以迅速而准确地得 到齿轮泵的各种参数图，如图6所示。从而大大缩短设计时间，实现了快速化设计。

图6 齿轮泵的位移、应变、应力比较结果图