提出一种高性能双圆弧斜齿齿轮泵,为解决泵高速化带来的转动副共振问题,对转动副进行模态分析。建立转动副三维模型,利用有限元进行无预应力与有预应力模态分析,取前8阶模态对比分析,结果表明添加预应力后,转动副各阶振型没有变化,仅每一阶固有频率与振幅有较小变化,转动副工作转速远离临界转速,不会发生共振。优化减小转轴直径后,各阶固有频率降低,仍满足设计要求。分析结果进一步表明转动副不会与泵体产生共振。分析方法对高速液压泵稳定性设计有借鉴意义。

针对理论计算难以获得精确的双圆弧斜齿齿轮泵转子疲劳破坏和塑性变形问题,利用ANSYS Workbench实时数据传递建立双圆弧斜齿齿轮泵单向流固耦合模型,得到流场压力特性和压力载荷作用下双圆弧斜齿齿轮泵力学性能。通过对比分析流固耦合前后不同负载下的力学特性变化,研究流固耦合作用对双圆弧斜齿齿轮泵转子的变形与应力分布的影响。研究结果表明,流固耦合作用对转子结构影响较大,最大变形量都发生在两转子近轮缘位置,且变形量相差0.016063mm;最大等效应力都发生在转子啮合位置,且等效应力相差187.72MPa。转子啮合处相比其他位置更易发生疲劳破坏,为双圆弧斜齿齿轮泵转子的稳定性和结构优化提供了参考依据。

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。

双圆弧斜齿齿轮泵在高速高压工况下其内部流场空化现象严重,对齿轮泵的性能产生不利影响。为抑制齿轮泵的空化,建立了双圆弧斜齿齿轮泵吸油腔近啮合区域压力数学模型,以该区域压力值最大为目标函数,利用遗传算法对其各个影响因素求最优解,重新建立齿轮泵三维模型并设定模拟工况,利用动网格技术,通过PUMPLINX对齿轮泵内部流场的空化现象进行数值模拟,并分析了抑制空化后对齿轮泵的影响。结果表明:抑制空化后齿轮泵内部流场空化现象明显减小