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。     

压力角对齿轮泵整体性能的耦合影响与分析

为挖掘压力角对齿轮泵整体性能的综合影响及分析，以20°标准压力角及25°大压力角和大侧隙齿轮副为例，在分析压力角对齿轮副传动平稳性、泵内密封、输出流量特性、泵轻量化效果等性能的基础上，重点分析大压力角对重迭系数和卸荷面积及其困油压力的综合影响。结果表明：相对于20°的标准压力角，25°时虽然重迭系数下降9.64%,流量脉动系数下降7.33%,单位排量泵体积下降0.37%,最大困油流量下降49.14%,但齿顶压力角增大10.58%,顶齿厚角下降16.36%,卸荷面积大幅下降69.20%,由此虽然明显改善了流量脉动，但是降低了传动平稳性和径向密封效果，且对泵的轻量化效果和困油现象的改善很小；轴向缝隙对困油现象的缓解效果更灵敏更明显；针对齿轮泵整体性能的改善而言，大压力角并非有效方案。     

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。     

直面性能要求的泵用齿轮高效设计方法

为建立一种泵用渐开线齿轮的高效简便设计方法,基于无根切和采用标准齿顶高系数与标准压力角的三限制条件,推导出齿轮泵的相关性能参数,并由此构建出由工况参数到性能参数到齿廓参数到齿轮参数的逆向设计方法.结果 表明:齿数是主要的齿廓参数,最小齿数为6,逆向设计方法简单高效;重合度是影响流量脉动的直接要素,齿数越多,重合度越大,...     

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。     

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。     

空天用泵轻量化的齿廓逆向设计方法及高形技术

为进一步提升空天用齿轮泵的容积效率及其轻量化。在现有渐开线齿廓的基础上,基于少齿数无根切加工方法,采用先极限后高形、先间接参数后基本参数的齿廓逆向设计方法,将高形齿廓分为高形无啮合、双齿啮合、单齿啮合的3大区域,并给出相应的参数化坐标方程;针对齿顶角2°、重合度1.1、齿数8的案例参数,展开极限转子、高形转子的形状系数和容积利用系数的计算与比较;且就高形齿廓的无啮合过渡曲线,给出了相应的改进措施。结果表明:极限齿轮的节圆压力角、齿顶压力角、形状系数、容积利用系数分别为23.37°,40.83°,1.213,0.391;高形齿轮的则为23.37°,44.33°,1.283,0.447,容积利用系数增效14.32%;高形无啮合齿廓、高形点与对偶转子上的基点、过渡曲线均会发生、可能发生干涉,提出避让用过渡圆弧的新方案,既能避免干涉又能简化加工。研究为其它泵类转子的轻量化设计,提供一种逆向的设计方法及进一步的高形技术。     

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。     

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。     

渐开线圆柱外齿轮磨前滚刀加工齿形计算

提出一种对渗碳层一致性有较高要求的齿轮生产工艺思路,综合考虑压力角、齿顶圆弧半径、过渡刀刃齿形角、留磨余量、凸起量、变位系数等生产因素,对磨前滚刀切制渐开线圆柱外齿轮的实现原理进行深入探究,方便精确计算齿廓各点曲率,提供了由磨前滚刀参数计算相应齿廓曲线方程的思路,给出了参数化方程在具体应用中的算例.     

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。     

基于齿顶厚约束条件下的直齿圆柱齿轮变位系数研究

依据齿轮传动原理和泰勒级数展开式,导出了齿顶圆直径与齿顶圆压力角、啮合角、变位系数的近似计算公式,并将得到的近似值代入齿顶圆直径、齿顶圆弧齿厚、变位系数之间的关系表达式,用C语言编程实现齿顶圆直径、变位系数极限精确值的快速计算,为变位系数的数字化实现提供了算法.     

基于齿顶厚约束条件下的直齿圆柱齿轮变位系数研究

依据齿轮传动原理和泰勒级数展开式,导出了齿顶圆直径与齿顶圆压力角、啮合角、变位系数的近似计算公式,并将得到的近似值代入齿顶圆直径、齿顶圆弧齿厚、变位系数之间的关系表达式,用C语言编程实现齿项圆直径、变位系数极限精确值的快速计算,为变位系数的数字化实现提供了算法。     

微型渐开线齿形链齿形研究及其加工

通过对微型齿形链链轮齿廓形状的研究,得出其链轮齿形特点实际上是一种齿顶成整圆弧的负变位渐开线圆柱齿轮。利用渐开线齿轮啮合原理对渐开线链轮进行参数设计,并采用变压力角滚刀进行全切式加工,在保证齿形精度的基础上,实现了链轮齿顶圆弧过渡加工,结果表明:微型齿形链链轮可以通过特殊刀具实现高精度、低成本的滚齿加工。     

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。     

考虑中心距误差的圆弧齿轮泵流量脉动特性研究

新型圆弧齿轮泵有效地解决了传统齿轮泵存在的困油和流量脉动问题,然而,齿轮泵加工过程与装配安装相关的中心距误差对圆弧齿轮泵出口流量脉动特性有重要影响。推导了圆弧齿轮齿廓方程,并建立了圆弧齿轮泵内部齿腔压力模型,齿腔容积模型及流量脉动模型。在不同中心距误差下,分别在轻负荷工况(600 r/min,2 MPa)和中等负荷工况下(1480 r/min,8 MPa)进行流量脉动仿真。结果表明:当中心距误差在0.01 mm以内时,圆弧齿轮泵的出口流量逐渐增大,具有良好的动态特性;随着中心距误差增大到0.02 mm,圆弧齿轮泵的出口流量大幅度减小,该泵的动态特性变差。因此,需将中心距误差控制在一定范围内。中心距误差为0 mm及0.01 mm时,主从动齿轮的齿腔容积未发生较大变化;当中心距误差为0.02 mm 时,主、从动齿轮齿腔提前进入啮合,预示啮合位置发生变化。     

顶旋泵轻量化转子的型线构造及性能分析

为进一步阐述顶旋泵的轻量化性能及转子的型线构造。基于非接触式转子副间的的共轭原理和泵轻量化要求,依序对转子叶的型线构造、型线方程、参数化模型及其最大形状系数进行研究,并就"闭气现象"给出简化的改造方案。结果表明:顶旋转子的过渡曲线段分布在节圆的两近侧,共轭工作型线段位于两圆侧,具有零流量脉动、小径向泄漏优点;泵轻量化程度取决于转子顶径的最大化,顶径最大化取决于形状系数最大化,所建立的形状系数最大化公式依据叶数及根圆弧强度条件可直接采用;叶数越多,最大形状系数越小,但容积利用系数却越大,后者与常规转子的容积利用系数越小正好相反;所建立的容积利用系数拟合公式可直接采用;过渡曲线的2段简化圆弧,利于消除"闭气现象"和简化加工。     

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。     

温度对双圆弧斜齿齿轮泵性能的数值模拟研究

双圆弧斜齿齿轮泵在高速工况下，其内部流场温度升高现象明显，对齿轮泵的性能产生不利影响。为了探究温度对齿轮泵性能的影响，建立了双圆弧斜齿齿轮泵容积效率与温度的数学模型。利用动网格技术，通过PumpLinx设定不同入口温度，模拟不同工况下齿轮泵内部流场的变化情况。结果表明：入口油液的温度不同，其内部流场温度变化明显，入口温度越高，其温升现象越明显；温升严重区域为存在压差区域，且压差越大温升越明显；温度升高，内部流场空化现象明显减弱；相对于常温油液情况下，入口油液温度为60℃时，齿轮泵流量脉动和流量脉动率明显增大，泵的出口脉动率增加了4.74%,泵出口平均流量降低了1.52 L/min,泵的容积效率降低了3.04%,温度的升高对齿轮泵性能产生了不利影响，验证了温度与容积效率数学模型的正确性。     

齿轮参数对滚齿齿根沉切量的影响

采用多因素试验法,选取齿轮参数中的模数、压力角、螺旋角、齿顶高系数、齿根高系数、变位系数和配对齿轮齿顶高系数来设计正交试验,研究齿轮参数对渐开线起始圆沉切量的影响。结果表明,对滚齿齿根沉切量影响较为明显的齿轮参数是齿根系数、配对齿轮齿顶高系数、模数和压力角。通过优化后的齿轮参数实际验证了该结论,产品设计初期为提高齿轮可制造性提供理论依据。