为利于后续困油现象的定量分析，基于泵齿轮传动的几何关系及它与卸荷槽的空间位置关系的解析和过渡曲线的适当简化，以啮合点与节点之间的距离为变量，建立了困油面积的计算公式和卸荷面积的拟合公式。并对计算结果与由精确的虚拟模型获得的测量结果进行了对比。研究表明：困油面积和卸荷面积均可采用不同指数的抛物线线型表示，过渡曲线的简化是可行的，提供的拟合常数可直接使用。得出的两面积计算公式正确可靠，可直接用于后续困油压力的预测。

为研究困油压力及异、同齿数对外啮合齿轮泵转矩影响,从分析直齿轮传动与卸荷槽的几何关系入手,将啮合齿面分成八点、三区、七过程。以主动齿轮的啮合半径为变量,建立出一个啮合周期内转矩的静态和动态计算式,并以实例加以分析比较。结果表明：转矩的波动及其最大峰值随困油压力的增加而加大,但最小峰值基本保持不变,同齿数的转矩品质要优于异齿数,以及转矩的静态计算误差较大等;困油压力对转矩的影响很大,设计上应尽量克服之,异齿数对泵各项性能的影响是相异的,不能一概而论。

为了解工况参数和设计参数对困油压力的定量影响,根据直齿无侧隙齿轮传动的几何关系及与卸荷槽的位置关系,由困油容积及其变化率、困油区内外的交换流量和动态侧隙的计算,建立了有困油压力方程和齿轮副动力学方程相耦合的动态困油模型,由此仿真出一个困油周期内的困油压力。与已有资料对比的结果表明：动态模型下的仿真结果要大于静态模型下的仿真结果,两困油区内的困油压力存在p2〉p1;相关参数对困油的影响是矛盾的,存在优化问题。表明所建模型正确可靠,能够用于困油压力预测、振动分析与评估以及泵整体设计的最优化。

为探讨外啮合齿轮泵的齿轮副振动对两困油区内困油压力仿真结果的影响,由困油的体积弹性模量定义建立出有关困油压力的仿真模型,并就有、无振动的两种情况,通过两困油区内来自困油的各种泄漏量的量值比较,分别对2个困油区内困油压力值的大小进行了理论分析,且佐以仿真运算和试验验证。结果表明,第2困油区内的压力峰值大于第1困油区内的压力峰值,振动下的峰值差距较无振动时为小;出口压力越高,峰值差距越大;振动下的仿真结果较无振动时精度更高,例第6组的仿真误差由16.7%改善到7.8%;在困油压力的仿真中,有必要考虑齿轮副的振动因素等,动态困油模型可为泵后续的进一步设计提供理论支持。

应用动网格和气穴模型，对某外啮合齿轮泵进行三维数值模拟研究，分析齿轮泵的总体性能和内部流场特性，得出齿轮泵流量随进口压力减小的变化规律，模拟其内部气穴的产生、运输以及破灭过程。计算结果表明，在齿轮泵的工作过程中啮合处会产生气穴。若泵进口腔的压力较高，气穴就会随着工作液的填充而迅速消失，齿谷输送的工作液中不会包含气穴，齿轮泵的流量只会随进口压力的降低略微下降；若泵进口腔的压力过低，气穴不但难以消失，而且还会被齿谷输送走，导致齿轮泵质量流量迅速下降。齿轮泵进口压力越低，则输送的工作液中气体所占的比体积越高，质量流量下降越明显。

为探求建立齿轮泵最小困油压力解析式以克服试验和仿真上的局限性,分大、小侧隙2种情况,针对困油的膨胀阶段,采用细长孔的流量公式计算侧隙内的压差流量,在对困油的轴向泄漏路径做适当简化后,由困油区内的"困油容积的膨胀率=泄漏量",即困油压力变化率为零的瞬态位置,计算出最小的困油压力,并与现有文献的试验结果做比对分析.结果表明,最小困油压力发生在卸荷槽开口附近,处于内侧时一般会出现负值的最小困油压力,处于外侧时可近似为进口压力;最小困油压力由出口压力和转速2部分的线性贡献所得,出口压力的影响为正,转速的影响为负;泵卸荷槽整体向进油侧偏置比较合理.所建解析式可快速求出最小困油压力及其发生位置,从而节省大量的过程计算,减少过程仿真的累积误差,结果更精确.

为计算出精确的侧隙流量以克服现有方法上的局限性,通过齿侧轮廓精确分析给出不同啮合位置和不同偏移量下的侧隙高度,然后由齿侧全间隙的等效齿廓和真实齿廓分多种方法计算出侧隙流量,并加以对比分析.结果表明,不同啮合位置处的侧隙流量变化很大,进入困油啮合时侧隙流量最小,退出啮合时侧隙流量最大;在困油压缩区域中,侧隙流量可采用等效齿廓法来计算,但不适用于膨胀区域;孔口流量理论不适宜于侧隙流量的计算,尤其在困油即将终止时以及侧隙值、压差较大时更不可取;任一位置处的齿侧全间隙长度基本保持不变,对于任一偏移量下的间隙值随位置变量的影响很小.同时,得出目前通行的等效齿廓法以及薄壁孔理论不适宜于侧隙流量的计算等重要结论.

为提高航天器用超低黏度齿轮泵的容积率和减轻泵的质量,基于泵周向和径向的两类主要泄漏,给出容积率的计算公式;以泵体积最小和容积率最大构建出双目标优化模型;针对只考虑内泄漏最小、综合考虑体积和内泄漏最小、只考虑泵体积最小的3种优化方案,分别进行优化计算并对相关参数的影响进行分析。结果表明,为适应介质的超低黏度,泵齿轮副的齿顶圆直径以及齿顶厚度应尽可能大,轴孔直径尽可能小;轴向间隙对泵容积率影响极大,为控制内泄漏之关键;过渡区采用无减少径向力措施的全齿密封,为提高容积率之最佳选择;较大的进油口和较小的出油口直径,利于提高泵容积率及避免因自吸力不足而造成泵的气穴现象。

为了获得更加精确的外啮合齿轮泵内泄漏数学模型,将不确定性理论引入齿轮泵传统内泄漏模型中进行研究。将齿轮泵的轴向间隙、径向间隙、液压油温度、工作压力和输入转速作为随机变量,运用随机因子法和代数综合法建立齿轮泵随机内泄漏模型,进而获得在不确定性下的齿轮泵容积效率。将随机内泄漏模型研究结果和传统模型的计算结果分别与实验结果进行比较,证明随机内泄漏模型的正确性和优越性。

目前,有关资料对外啮合齿轮泵工作原理的表述是不全面和较模糊的。通过吸油、输油、排油三个过程对完整的外啮合齿轮泵工作原理进行详尽分析,总结出吸、排油腔的容积变化规律,并说明了这种容积变化不会影响到吸、排油腔的油压变化。