高性能圆弧齿轮泵关键技术研究

发布时间：2018-10-25 11:52

【摘要】：齿轮泵是一种常见的流体传递和输送的元件,由于其结构简单,效率高,不易被油污染,而被广泛应用于航空,航天,船舶和汽车等领域。随着科技的进步和发展,对齿轮泵性能的要求也就越来越高,主要体现在要实现齿轮泵高速化、小型化以及高压化。为了获得高性能的齿轮泵,则需要对齿轮泵高压高速和小型化后所出现新的问题进行研究和分析,并针对发现的问题做出相应改进和设计,为今后高性能齿轮泵的研究提供一种基本模型和方法。齿轮泵转子是齿轮泵最核心的部件,也是本论文研究的基础和关键点。为了解决压力升高和转速加大后困油现象加剧以及流量脉动增大的问题,本文首先建立了齿轮泵转子齿形的基本数学模型,即齿形是由“圆弧-渐开线-圆弧”三段曲线共同拼接而成。根据齿形参数对齿轮泵的性能进行分析,通过对螺旋角、模数和齿宽之间的设置,在理论上消除困油现象以及由困油导致的一部分流量脉动,实现齿轮泵理论上的无困油现象,为本论文的后续的研究提供一个最基本的模型。齿轮泵高压高速小型化后内部流体流动状态会发生变化。为了研究这种变化,本文通过建立几何模型,使用Fluent软件对本文中齿轮泵模型进行关于流体的数值仿真。通过设置不同的工作条件,获得齿轮泵在不同压力和转速下的内部流体运动状态。通过流体仿真,获得最高压力的出现的区域,气穴的集中区域和对流量的影响,进出油口处流量的波动大小,为后续高速高压小型化齿轮泵整体和关键零部件的设计提供一个参考。齿轮泵的高压高速小型化会造成齿轮泵的内泄加剧,零件的磨损。齿轮泵的内泄是衡量齿轮泵整体性能的重要指标,泄漏的大小影响着容积效率的高低。为了解决内泄加剧的问题,本文通过建立圆弧齿轮泵的径向泄漏和端面泄漏模型,对圆弧齿轮泵的泄漏进行研究和分析,并针对泄漏问题进行相应零部件的设计,通过对齿轮泵径向间隙与端面间隙的优化,使齿轮泵在运行过程中能量损失最小。针对转子转速升高压力增对滑动轴承造成破坏和磨损问题,设计了静压滑动轴承,通过把高压区的液压油引入到滑动轴承内,产生与径向力方向相反的支撑力,达到抵消部分径向力和润滑的目的。本文中齿形为非标准齿形,需要进行专门的设计。为了得到本文中齿形,本文给出了使用盘铣刀、滚刀和球头铣刀三种加工方式。通过齿轮啮合原理对盘铣刀的轴截面形状,滚刀的前刀面齿形和基本蜗杆进行设计。同时给出数控机床配合球头铣刀的加工方法。为了选择合适的球头铣刀,对球头铣刀进行干涉半径判断和运动轨迹进行仿真,求出允许的最大球头半径。为了提高加工效率和降低加工成本,本文采用圆弧等效的方式,对原齿形渐开线段进行双圆弧等效。为了提高不同尺寸下齿轮泵的计算效率,编写集齿形设计、性能分析、齿形检测和刀具设计为一体的设计系统。基于本文所设计的圆弧齿轮泵,搭建高压高速圆弧齿轮泵测试平台。通过Labview软件对齿轮泵的压力,流量和转速信号进行采集和处理。为得到不同状况下的容积效率,对圆弧齿轮泵进行加载和空载测试。为了验证本文设计的用于抵消径向力的滑动轴承是否有效,进行滑动轴承与静压滑动轴承的对比实验。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH325

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