为齿轮构建了适用于任意齿廓类型的轮端面积统一计算模型。首先,基于完全相同的两齿轮间的共轭关系,分析出轮端面积由节圆面积加上共轭面积减去最小顶隙面积三方面的计算组成;其次,依据共轭齿廓的几何关系,重点给出共轭面积最简单的无误差计算式和最小顶隙面积采用部分滚刀面积的简化计算方法;最后,对渐开线直齿轮进行实例计算与分析。结果表明,节圆面积远大于共轭面积和最小顶隙面积,但最小顶隙面积的计算方法决定了轮端面积的计算精度;计算误差仅为0.24%,可用于渐开线齿轮端面积的高精度计算;得出共轭面积公式可无误差地适用于任何类型的啮合齿廓和泵容积利用系数精确计算的重要结论。

为满足齿轮泵高速下的困油卸荷需要,提出一种新的卸荷面积更大、加工更简单的端楔主环形的新卸荷槽。基于齿轮泵的小侧隙困油卸荷原理,给出该槽的结构与尺寸;由三维模型的面积测量方法,测出一个困油周期内若干啮合位置处的卸荷面积;由所建立且被验证的困油压力模型,计算新槽、矩/圆形旧槽在3 000 r/min常速下及新槽在6 000 r/min高速、9 000 r/min超高速下的困油压力。结果表明:新槽的全程卸荷能力强,其中,主环形段的最大卸荷面积较矩、圆形卸荷槽分别增加31%、165%,端楔段的卸荷面积具有近似的直线特征,符合困油流量的线性卸荷要求;新槽常速、高速、超高速下的困油压力峰值使得出口压力分别增加2%、7.7%、14%,困油冲击小;困油压力谷值分别为0.03、-0.22、-0.61 MPa,高速下能避免气穴现象的发生,超高速下须结合较大的侧隙卸荷,方能满足气穴性能的要求...

为提高航天器用齿轮微泵的高调速协同性能和降低自身重量的发射成本目的,提出一种基于流量品质的轻量化设计方法,并由所推导出的流量脉动系数公式,构建单一与混合的轻量化模型,最后实例运算与结果分析。结果表明:脉动单一最小化下的齿轮具有0.4044的小宽径比构造,流量品质最好,轻量化程度最差;体积单一最小化下的齿轮具有1.0978的大宽径比构造,轻量化程度最好,流量品质最差;统一最小化下的齿轮具有1.1649更大的宽径比构造,流量品质好,轻量化程度好,抗困油性能好。研究结果对高质量航天器用微泵进一步的研究与开发,具有重要的理论和实践意义。

为实现航天超低黏度齿轮微泵困油下无级调速的高使役性能,依序从齿轮微泵的困油啮合过程、瞬时流量及卸荷流量的3个方面,逐步建立出对应的流量均值和脉动系数式,并就困油压力和齿形参数对流量均值和脉动系数的影响,进行实例分析。结果表明:双卸荷槽对称布置下,单纯通过增加卸荷面积来缓解困油压力,对流量脉动的品质几乎无影响;轴向缝隙是影响困油压力和流量脉动的最大因素;轴向的阶梯缝隙能满足困油卸荷与降低轴向泄漏的不同需求。齿形参数的影响各异,尤其小模数与大齿数的组合能实现均值提高与脉动改善的双重目的。研究成果为高品质齿轮微泵的进一步研究与开发,提供一定的理论依据。

为实现渐开线转子的高性能设计,基于4种可能的顶结构,从型线参数化、形状系数上限、容积利用系数、尺寸优化等7个方面,构建转子的高性能型线。然后,以转子轻量化为目标,构建优化模型。最后就闭气现象,给出型线上的创新方法。结果表明,顶宽兼顾了容积利用系数和圆弧密封长度最大化的高性能需求;谷避让圆弧能有效消除闭气现象,降低加工成本;形状系数和容积利用系数与顶半角具有近似的负线形相关等。为其他类型线的顶宽结构,提供一种优化设计与全参数造型的方法。