高性能齿轮泵的一种双压力角齿廓构造方法

为实现齿轮泵的高综合性能，提出了一种工作侧压力角大于非工作压力角的齿廓构造方法。通过对无根切无变位齿廓参数的分析，建立了泵轻量化、流量脉动和困油等性能系数关于工作压力角的解析式；依据齿顶圆弧角的最小许用值，给出了非工作压力角确定的一维迭代方法。结果表明，双压力角无变位的齿廓构造，既消除了根切现象，又可采用标准的加工方法；工作压力角越大，轻量化、困油和齿根抗弯等性能越好，流量脉动质量却越差；工作压力角越大，齿形曲率半径越大，齿面滑动系数和接触应力越小，轮齿磨损越小和寿命越长；齿顶高系数越大，流量脉动质量越好，困油性能越差，且对轻量化性能几乎无影响；由工作压力角和齿顶圆弧角许用下限共同确定非工作压力角，方法简单可靠等。得出无根切无变位双压力角齿轮能够实现泵的高综合性能的结论。     

齿轮泵无困油摆线齿廓的逆向设计与低脉动措施

为解决齿轮泵困油现象和流量脉动大的结构性问题,基于摆线齿轮的传动优势和圆摆线的成形原理,以最能体现齿轮泵性能的齿数和滚圆半径系数为构造参数,以齿顶圆心角、齿顶半径系数和齿顶压力角为功能参数,逆向构建出重合度为1的摆线齿廓,并通过双齿轮副构造和脉动系数最小化的两大措施,解决了原有单一齿轮副流量脉动大的结构性问题。结果表明,摆线齿廓逆向设计方法简单、结果精准,能被一般工程技术人员直接采用;单一齿轮副的重合度为1,可确保齿轮泵的无困油现象;双齿轮副轴向π/齿数的错位装配易于实现,轴向综合重合度为2,可确保摆线齿轮副的传动平稳性;最小齿数为6且不存在根切现象,双齿轮副较单一齿轮副具有75%左右的脉动改善率,基于脉动最小化的最佳摆线齿廓参数可直接应用于生产实践。为摆线齿轮泵无困油低脉动的进一步研究与开发提供了理论基础。     

齿轮泵与齿轮马达的脉动差异性及其轻量化设计

为了明晰齿轮泵/齿轮马达输出量的脉动机理及其差异性,基于由性能到参数的逆向设计方法和渐开线齿廓的无根切特点,以最能反映输出脉动与困油等性能的重合度和轻量化效果的齿数为渐开线齿廓的构造变量,重点推导出无量纲节法线长度等齿廓参数式;据此,重构出齿轮泵输出流量和齿轮马达输出转速的脉动系数式;由许可脉动系数下的轻量化设计方法,确定出相应的最小重合度及其最少齿数。结果表明,重合度是影响脉动系数的关键参数,齿轮马达的转速脉动系数大于齿轮泵的流量脉动系数,重合度越大,脉动系数越小,脉动差异性越小,但困油负荷越大;重合度和齿数是影响轻量化效果的两个关键参数,重合度越大或齿数越少,轻量化效果越好;最小重合度由许可脉动系数唯一确定,最少齿数由最小重合度、许可齿顶压力角和许可齿顶圆心角等共同确定,从而完善了齿轮泵/齿轮马达就脉动系数方面的现有结论。     

航天超低黏度齿轮微泵困油下的流量脉动研究

为实现航天超低黏度齿轮微泵困油下无级调速的高使役性能,依序从齿轮微泵的困油啮合过程、瞬时流量及卸荷流量的3个方面,逐步建立出对应的流量均值和脉动系数式,并就困油压力和齿形参数对流量均值和脉动系数的影响,进行实例分析。结果表明:双卸荷槽对称布置下,单纯通过增加卸荷面积来缓解困油压力,对流量脉动的品质几乎无影响;轴向缝隙是影响困油压力和流量脉动的最大因素;轴向的阶梯缝隙能满足困油卸荷与降低轴向泄漏的不同需求。齿形参数的影响各异,尤其小模数与大齿数的组合能实现均值提高与脉动改善的双重目的。研究成果为高品质齿轮微泵的进一步研究与开发,提供一定的理论依据。     

低脉动齿轮泵的主动设计及特性分析

针对现有齿轮泵流量脉动大的问题,提出一种低脉动齿轮泵齿轮齿廓的主动设计方法,即通过控制齿轮泵的流量脉动系数,主动控制齿廓形状。根据齿轮啮合原理,在引入极距和压力角函数的基础上,推导齿轮泵的瞬时流量和脉动系数的数学表达式,建立低脉动齿轮泵主动设计的数学模型,推导流量脉动系数的临界条件,给出了其设计流程。并通过具体实例,详细说明了低脉动齿轮泵的主动设计过程,分析了低脉动齿轮泵的特性,并与相同参数的渐开线齿轮泵进行了对比,研究成果可为降低齿轮泵的流量脉动、提高齿轮泵的工作平稳性和寿命,提供一种新的思路。     

参数化直线共轭内啮合泵齿廓设计方法

针对直线共轭内啮合泵齿廓设计,建立通用齿廓法线反转法求解共轭齿廓点数学模型,给出由啮合线求滑动率、啮合角、压力角的方法,揭示距离参数l对传动性能的影响规律;形成以齿厚系数k为参数的整体齿廓构成方法,提出重叠干涉的判定条件及齿根、齿顶干涉的解决方案。建立流量脉动及困油特性模型,通过对直线共轭内啮合泵性能仿真分析,结果表明该类泵具有流量脉动小、不易困油等优势,为系统性解决直线共轭内啮合泵齿廓设计提供方法。     

变排量外齿轮泵的内流场仿真分析及卸荷槽优化

建立了变排量外啮合齿轮式机油泵的CFD模型,采用定量分析方法分析变量泵的内流场特性,通过流量仿真结果与实验结果的对比,验证了模型的正确性。研究得出变排量外齿轮泵的啮合齿宽公式,分析机油泵困油区域的压力波动规律,提出了在泵从动齿轮活塞上端开楔形卸荷槽的优化方案,有效减小了困油区域的压力波动。结果表明,通过卸荷槽优化,在保持流量不变的前提下,使吸油腔和排油腔压力波动分别降低了12.3%和8%。所做工作可为变排量外齿轮泵的设计开发提供技术支持。     

基于流量脉动系数的齿轮泵齿廓的主动设计及特性分析

为了降低齿轮泵的流量脉动，提出了基于流量脉动系数的齿轮齿廓的主动设计方法。分析了基于极距和压力角函数的齿廓方程的数学描述方法，建立了基于流量脉动系数的齿轮泵中齿廓的主动设计的数学模型，给出了避免齿顶变尖和齿廓交叉的约束条件。以流量脉动系数为10%的齿轮泵为例，设计了齿轮泵的主体结构，分析了齿轮泵的基本特性，并与相同参数的渐开线齿轮泵进行了对比分析。研究结果对于缓解齿轮泵的流量脉动具有重要的理论和实践意义。     

外啮合齿轮泵的瞬时流量及脉动特性研究

采用控制体积方法,依据齿轮啮合原理将退出齿轮泵控制区域的容积分为两部分,一部分为齿轮渐开线所对应的容积,另一部分是由齿轮副啮合点沿啮合线运动所形成的容积,推导出外啮合齿轮泵的瞬时流量公式。并通过实例计算证明了卸荷槽对减少齿轮泵流量脉动的必要作用。最后讨论了齿轮模数、齿数、压力角及齿顶高系数等设计参数对齿轮泵的流量特性的影响。     

大侧隙外啮合齿轮泵的困油特性和流量特性

以对称双矩形卸荷槽为例,基于泵排油区域封闭容积变化的精确计算和困油压力的仿真结果,给出了理想状态和实际状态下瞬时流量的计算公式,并就流量品质进行分析。结果表明:理想状态下,卸荷槽能有效改善泵的流量品质,平均流量提高了1.6%;流量不均匀系数降低了65.3%;实际状态下,卸荷槽同样能有效改善泵的流量品质,不过改善效果将有所下降;大侧隙时两困油区互为一体仅为一种粗略的近似;单齿啮合区间也会发生明显的困油现象等。得出困油现象仅限于双齿啮合的传统定义应予以修正,以及在流量计算中考虑困油压力很有必要的结论。     

不同侧隙卸荷槽时齿轮泵理论流量的创新计算

为克服齿轮泵理论流量、排量及脉动系数计算方法的局限性与复杂性,从一个完整啮合齿面所产生的理论齿面流量入手,提出双卸荷槽间距内的理论齿面流量即为泵理论输出流量的新方法。以1.0和0.5代表侧隙的有和无,双卸荷槽对称线相对于齿轮副中心线的无量纲不对称宽度为变量,构建出理论输出流量特性的相关简洁式。结果表明：同等侧隙类型下无卸荷槽与单侧卸荷槽下的理论排量相同,有侧隙、单侧卸荷槽下的类型系数经典式确实有误;无侧隙、对称卸荷槽类型下的理论排量更大,流量脉动更小,但困油现象更严重;尤其单侧卸荷槽下的流量脉动很大和困油现象很严重,不建议采用等。本文提出的新方法原理更清晰,公式更简洁,结果更可靠,通用性更强。     

双圆弧斜齿齿轮泵脉动特性分析及齿形设计

针对普通渐开线齿轮泵流量脉动大、噪声大以及困油现象等问题,设计出一种以双圆弧斜齿轮为运动副的齿轮泵。对比分析啮合特性,得出双圆弧斜齿轮传动的优越性。以正弦曲线为过渡曲线,利用啮合共轭原理求解出双圆弧斜齿轮端面齿廓方程。采用等面积法求解了双圆弧斜齿齿轮泵的最大和最小瞬时排量,得出理论脉动趋于零的结论。利用FLUENT三维动网格技术,对比分析齿轮参数相同的双圆弧斜齿轮泵和渐开线斜齿轮泵的流量脉动,得出前者的流量脉动远小于后者的结论。     

高速齿轮泵无气穴现象的综合补偿方法

为了提高外啮合齿轮泵高转速时的气穴性能，提出了一种小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法。通过大、小侧隙下膨胀困油的变化区间、困油容积变化率和困油补偿流量及其卸荷面积与困油压力模型的建立，实例比较了常规矩形卸荷槽和新环形卸荷槽下的最小困油压力。结果表明，大侧隙的最大困油膨胀率和膨胀区间的长度均仅为小侧隙下的18.3%；由于卸荷槽间距的设置不同，大侧隙困油的最大卸荷面积仅为小侧隙下的7.9%；因此，大侧隙较小侧隙的气穴现象更严重，困油压力波动幅度为小侧隙下的1.93倍。得出了小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法，能有效缓解高速齿轮泵的气穴现象。     

基于改进粒子群算法的内啮合齿轮泵优化设计

为减小内啮合齿轮泵的流量脉动,以PGH型渐开线内啮合齿轮泵为研究对象,建立流量脉动率和齿形参数的数学模型,分析了齿轮泵在外齿圈和小齿轮满足不同啮合关系时的瞬时流量,并据此建立齿轮泵的优化数学模型;将遗传算法中的遗传和变异操作引入到粒子群算法中得到改进粒子群算法,通过此算法对齿轮分度圆压力角、变位系数、齿顶高系数和齿数等参数进行优化,得到了齿轮泵流量脉动率最低时的齿形参数;通过Matlab仿真验证,结果表明:齿轮泵的流量脉动率和齿形参数呈非线性变化关系;在满足结构要求和合理传动等条件下,经过该方法优化以后,齿轮泵的流量脉动率降低了7. 27%,实现了内啮合齿轮泵流量脉动的降低。     

基于高困油性能的齿轮泵多目标优化设计

研究了解决齿轮泵高速化下困油压力缓解的优化设计。以模数、齿数和变位系数为优化变量,通过对最大困油流量和最大卸荷面积的分析,建立困油缓解的两大目标函数;结合泵现有针对流量脉动率和单位排量体积与径向力方面的要求,采用SUMT技术构建优化模型;就优化前后的不同结果,分别进行困油压力的仿真分析与验证。结果表明,模数越大,齿数和变位系数越小,最大卸荷面积越大,有利于困油现象的缓解;但齿数和变位系数越小,最大困油流量却越大,不利困油现象的缓解,存在一个优化的问题;案例优化前的仿真结果与测试结果比较吻合,误差控制在4.9%左右,说明了困油模型的可靠性;最大困油压力优化前后降低了65.41%,缓解效果明显。     

梯形卸荷槽对外啮合齿轮泵困油压力与流量脉动影响的研究

为减小"困油"所引起的压力冲击与流量脉动,基于双斜型卸荷槽、根据齿轮的啮合特点以及啮合过程中困油腔容积的变化规律,对原耳形卸荷槽进行优化,设计了一种具有更大卸荷面积、结构更加紧凑且易加工的梯形卸荷槽.在数值模拟过程中,分别监测耳形、梯形卸荷槽所在的齿轮泵流场困油区压力与出油口流量变化情况.结果表明:当转速在1000～4...     

齿轮泵卸荷槽设计的新方法

当代齿轮泵设计中,通过开设卸荷槽来缓解困油现象是设计工作者的常用手段。而困油面积的变化对卸荷槽的开设起着决定作用。以两个齿轮的压力角为变量,推导出了无侧隙齿轮泵单、双齿困油时的困油面积计算式,结合CAXA软件的使用,计算出了困油面积值;并通过Pro/E 5.0对齿轮泵困油面积进行虚拟测量,两者得到的数值进行比对,验证了计算式的可靠性。通过困油面积计算式可以找到双齿困油时,困油面积的最小位置,这是传统卸荷槽的开设位置。同时,提出了一种只在排油腔开设卸荷槽并配合轮齿卸荷降压槽使用的设计新方案,该方案将卸荷槽开设在单、双齿困油的临界位置,这个位置可以通过CAXA软件找到;通过Fluent12对泵内流场仿真,验证了该方案的可行性。     

齿轮泵基于困油力的高困油性能优化设计

为从设计上充分缓解齿轮泵困油的冲击危害，以新建的困油流量乘以困油作用面积的困油力最小化为设计目标，构建基于困油性能的优化模型。实例的结果表明：泵常规的轻量化设计会带来较大的困油力；虽然常规的流量不均匀系数及径向力最小化设计，总体上都能提高困油性能，但困油力最小化能促使困油性能进一步提高；常规的困油流量最小化设计，会形成较大的齿顶作用面积，整体上反而弱化了困油性能，得出困油力为一种较好的评估困油危害的量化指标。     

自动变速箱内置式齿轮泵齿圈断裂的解决方法

为了解决无卸荷槽的内置式齿轮泵的齿圈断裂的问题,利用三维建模软件建立齿轮泵模型,通过FLUENT进行内部流场仿真,得到分别开设无卸荷槽、对称式卸荷槽和偏置式卸荷槽齿轮泵的最高困油压力值,并计算出3种泵的容积效率,验证了采用偏置式卸荷槽的泵能很好地解决困油问题且能提高泵的容积效率。通过计算设计出偏置卸荷槽的偏移位置,并进行样机试验验证。经比较试验结果与仿真结果相近,这为设计内置式齿轮泵提供了参考。     

无另置困油缓冲槽的轴向两段式齿轮泵

为解决齿轮泵现有另置困油缓冲槽所存在的问题，提出了一种具有两种重合度的轴向两段式齿轮泵，重合度大于1的齿轮段的困油负荷流量，由重合度为1的齿轮段的困油缓冲流量来平衡，从而实现困油现象的充分缓解。重点给出了重合度为1的齿轮段脱开缝隙的3D特征测量方法；由困油负荷流量等于困油缓冲流量，建立了困油压力式。最后，进行了实例演示和PumpLinx软件验证。结果表明，两段式齿宽比的灵活调整，弥补了现有另置缓冲槽不可调缓冲能力的不足，工况适用性强；考虑气穴压力的困油压力式，修正了困油膨胀时的负压情况，适用于任何结构下的困油压力计算。得出了该泵能有效缓解困油现象，而无需另置缓冲槽，且结构简单、加工方便的重要结论。