基于SolidWorks 軟件的高級(jí)建模裝配和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真等功能，實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)用外嚙合圓柱形齒輪泵的各零部件結(jié)構(gòu)特征造型和關(guān)鍵部件的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真，有利于齒輪泵快速優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程;同時(shí)應(yīng)用Simulation 仿真模塊對(duì)齒輪泵齒輪進(jìn)行模態(tài)分析，得到了齒輪泵用齒輪的固有振動(dòng)頻率和振型特征，為進(jìn)一步研究齒輪泵的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)分析提供了依據(jù)。

　　齒輪泵因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、質(zhì)量輕、自吸性能好、便于維護(hù)修理、成本低等特點(diǎn)廣泛運(yùn)用于石油、化工、礦山、農(nóng)業(yè)機(jī)械等行業(yè)，為油類介質(zhì)的傳輸、增壓、燃油噴射等提供動(dòng)力輸出。拖拉機(jī)作為重要的農(nóng)業(yè)耕作動(dòng)力輸出機(jī)械，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用;而齒輪泵作為為拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)提供加壓液體的裝置，其工作狀態(tài)和性能直接影響著拖拉機(jī)動(dòng)力輸出的穩(wěn)定性，是影響拖拉機(jī)作業(yè)性能的主要因素。

　　為此，基于SolidWorks 軟件對(duì)齒輪泵體零件結(jié)構(gòu)特征造型進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的零件結(jié)構(gòu)分解成SolidWorks 所能建立的基本特征要素， 選用合理的順序進(jìn)行建模， 通過(guò)SolidWorks 軟件的Simulation模塊對(duì)齒輪泵用齒輪進(jìn)行了模態(tài)分析，計(jì)算得出其固有振動(dòng)頻率和振型，為進(jìn)一步研究齒輪的動(dòng)力學(xué)仿真和結(jié)構(gòu)分析提供了依據(jù)。

1、齒輪泵的結(jié)構(gòu)特征造型

　　在進(jìn)行齒輪泵整體設(shè)計(jì)過(guò)程中，齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，為了獲得完整的齒輪輪齒及獲得給定齒數(shù)的齒輪，需解決的關(guān)鍵問題就是如何精確繪制齒輪輪廓線，通過(guò)漸開線方程創(chuàng)建齒形，通過(guò)拉伸、陣列等操作實(shí)現(xiàn)齒輪的創(chuàng)建，具體實(shí)施過(guò)程如下。

　　1.1、齒輪泵齒輪參數(shù)的確定

　　1)工作參數(shù)。以現(xiàn)有拖拉機(jī)外嚙合圓柱形齒輪泵為例，其基本參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)速(1 450～1 650)r /min，配套動(dòng)力8.7 kW，額定工作壓力10 MPa;

　　2)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用硬齒面，45 鋼，齒數(shù)Z1=Z2=19，壓力角α=20°，齒頂高系數(shù)ha=1，齒頂間距系數(shù)C*=0.25，齒寬b=24 mm，變位系數(shù)X1=X2=0.33，中心距a=45 mm。

　　1.2、齒輪泵體零部件三維實(shí)體建模

　　利用SolidWorks 的參數(shù)化特征建立齒輪嚙合的實(shí)體模型，為了便于計(jì)算和施加邊界條件，將實(shí)體模型簡(jiǎn)化，其中常用標(biāo)準(zhǔn)件是通過(guò)SolidWorks 的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)“Tool box”按照相關(guān)尺寸參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)化其建模過(guò)程，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等操作完成。

2、基于SolidWorks 的齒輪泵虛擬裝配

　　在SolidWorks 軟件的基礎(chǔ)上，在裝備環(huán)境下對(duì)齒輪泵各部分零部件進(jìn)行約束提取、裝配路徑定義、裝配序列規(guī)劃模塊、裝配過(guò)程仿真模塊坐標(biāo)系定義和干涉等過(guò)程，其建模系統(tǒng)裝配方框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖

　　對(duì)齒輪泵零部件或組件通過(guò)一定的約束方式集合在一起，通過(guò)插入零部件、對(duì)齊、相切、同心等約束方法進(jìn)行裝配，生成的總裝配模型如圖2。

圖2 齒輪泵裝配體模型

6、小結(jié)

　　應(yīng)用SolidWorks 軟件可以方便、高效地建立齒輪泵的三維模型及虛擬裝配，并通過(guò)添加驅(qū)動(dòng)裝置、運(yùn)動(dòng)副、約束自由度實(shí)現(xiàn)了齒輪泵的運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)齒輪泵進(jìn)行干涉檢測(cè)，提高了工作效率，降低了產(chǎn)品成本，為齒輪泵的設(shè)計(jì)提供了一種高效途徑。

　　通過(guò)SolidWorks Simulation 仿真模塊對(duì)齒輪進(jìn)行分析計(jì)算，得到齒輪的固有諧振頻率且利用動(dòng)態(tài)顯示可以觀察齒輪的振型、變形、位移分布狀態(tài)，結(jié)果非常直觀，在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮齒輪固有頻率和振型，避免齒輪系統(tǒng)發(fā)生共振，影響傳動(dòng)效率。

　　試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，固有頻率只取決于振動(dòng)系統(tǒng)本身的參數(shù)，敲擊力度的大小決定了振幅的大小，齒輪在不同振型的頻率有限元仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本一致。