从谐波齿轮传动性能的角度,通过对目前使用比较多的3种齿廓型式进行比较,选择了圆弧齿廓作为谐波式齿轮泵齿轮啮合的齿廓型式。圆弧齿廓采用了柔轮齿廓为公切线型双圆弧齿廓和刚轮齿廓为外凸齿廓的型式,并且从图形和参数方程两方面来表示柔轮和刚轮的齿廓,为进一步研究谐波式齿轮泵提供了必要的理论参考。

常规方法设计齿轮泵时,齿轮计算工作量大、易出错,建模步骤繁琐且精度差。本文基于Visual Basic和SolidWorks软件平台,开发了一种外波发生器谐波式齿轮泵刚轮、柔轮的参数化设计软件,利用该软件可以方便、高效地对这一新型泵进行交互式、系列化设计。

介绍了谐波齿轮泵的结构原理,分析了泵体内流体的流动特性,从减小径向间隙引起的功率损失的角度出发,以径向间隙值为变量,推导出了径向泄漏引起的总的功率损失的表达式,并利用极值法,求出了刚轮齿顶与月牙板间隙的最优值。在此基础上举例分析,进一步验证了结论的合理性。

传统齿轮泵由于固有的径向力问题,限制了工作压力的提高及其应用范围。将谐波齿轮传动原理引入齿轮泵领域,提出了一种谐波式齿轮泵,叙述了这种新型齿轮泵的结构、特点、工作原理,分析了径向力平衡的机制,为齿轮泵的创新设计提供了新的途径。

谐波式齿轮泵综合了谐波传动与内啮合齿轮泵的优势,吸压油口对称分布,从根本上避免了传统齿轮泵因径向液压力不平衡而引起的轴承磨损严重,工作压力受限制,流量脉动大,噪声高等问题。工作过程中,其轮齿参与排油的部分并非整个齿高,而是不计顶隙的有效齿高部分,根据内啮合齿轮泵的工作原理,假设工作过程中柔轮轮齿形状不变,通过对柔轮轮齿横截面积的计算推导出了既适用于谐波式齿轮泵又适用于普通内啮合齿轮泵的排量计算公式,可为谐波式齿轮泵的研究、开发提供参考。

针对普通齿轮传动和谐波齿轮传动在齿面磨损计算方面的差异。通过对波发生器外置谐波式齿轮泵柔轮所受液压力的分析,推导了柔轮所受液压力矩的近似计算公式,并在此基础上推出了轮齿工作表面耐磨条件公式,为谐波式齿轮泵的设计和进一步研究提供了理论参考。

普通齿轮泵存在径向力不平衡,难以消去的问题。针对齿轮泵轴承寿命低,服役时间短的问题,提出将谐波式齿轮传动和齿轮泵复合的设计,解决了径向力不平衡的关键问题;阐述了谐波式齿轮泵的运行原理,确定了出油口和进油口取在相互对称的位置,从而抵消了径向液压力;分析了齿廓型式的选择,得出修形后的渐开线齿廓型式较为合适;并用简便的方法通过坐标转换分别推导出了刚轮和柔轮的齿廓曲线方程。

将谐波齿轮传动原理引入齿轮泵领域，提出了一种高黏度齿轮泵，分析了高黏度齿轮泵的结构及其径向力平衡的原理，对高黏度齿轮泵的径向液压力进行了分析。结果表明，高黏度齿轮泵有效地消除了齿轮泵的径向力，在下游阻力增加时，不会出现随着泵压力的增加而出现径向力变大的现象，高黏度齿轮泵的两个高压腔在一个转动周期内完成两次排料，提高了泵的输送效率和压力稳定性。

运用轮齿啮合理论几何运动规律对谐波式齿轮泵的流量特性进行研究,推导出了瞬时流量的计算公式,并与内啮合齿轮泵的流量脉动进行对比。

针对谐波式齿轮泵柔轮容易产生疲劳破坏这一问题，通过对柔轮进行疲劳强度及轮齿弯曲强度分析，推导出柔轮疲劳强度校核公式和轮齿弯曲强度校核公式，为新型齿轮泵的设计和开发提供了参考。