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。

为满足齿侧间隙在外啮合齿轮泵传动性能和困油性能上的不同需要,提出了一种位于从动齿轮非工作面上的"大-小-大"H型侧隙结构。首先,通过对齿轮泵困油过程的分析,从双齿啮合区内两困油区的连通和单齿啮合区内困油性能的完善两方面出发,建立了连通用和卸荷用侧隙的面积计算公式;然后,根据所确定的最小侧隙面积,计算出H型侧隙结构的几何尺寸;最后,提出一种双微圆贯通型卸荷槽,实现双齿啮合区的困油卸荷。实例分析结果表明无论侧隙大小如何变化,都不存在绝对连通和绝对卸荷,只有在一定许可压差下的相对连通和相对卸荷;即使侧隙连通区实现了真正的连通,该区内的困油问题仍没有得到解决,需辅以额外的卸荷槽加以卸荷;"大-小-大"H型侧隙结构,既满足了齿轮传动的性能要求,也极大地提高了泵的困油性能;齿轮齿槽根部的两端面圆形除料和双微...

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。

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。