【摘要】：齒輪泵是一種常見的流體傳遞和輸送的元件,由于其結(jié)構(gòu)簡單,效率高,不易被油污染,而被廣泛應(yīng)用于航空,航天,船舶和汽車等領(lǐng)域。隨著科技的進步和發(fā)展,對齒輪泵性能的要求也就越來越高,主要體現(xiàn)在要實現(xiàn)齒輪泵高速化、小型化以及高壓化。為了獲得高性能的齒輪泵,則需要對齒輪泵高壓高速和小型化后所出現(xiàn)新的問題進行研究和分析,并針對發(fā)現(xiàn)的問題做出相應(yīng)改進和設(shè)計,為今后高性能齒輪泵的研究提供一種基本模型和方法。齒輪泵轉(zhuǎn)子是齒輪泵最核心的部件,也是本論文研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵點。為了解決壓力升高和轉(zhuǎn)速加大后困油現(xiàn)象加劇以及流量脈動增大的問題,本文首先建立了齒輪泵轉(zhuǎn)子齒形的基本數(shù)學模型,即齒形是由“圓弧-漸開線-圓弧”三段曲線共同拼接而成。根據(jù)齒形參數(shù)對齒輪泵的性能進行分析,通過對螺旋角、模數(shù)和齒寬之間的設(shè)置,在理論上消除困油現(xiàn)象以及由困油導(dǎo)致的一部分流量脈動,實現(xiàn)齒輪泵理論上的無困油現(xiàn)象,為本論文的后續(xù)的研究提供一個最基本的模型。齒輪泵高壓高速小型化后內(nèi)部流體流動狀態(tài)會發(fā)生變化。為了研究這種變化,本文通過建立幾何模型,使用Fluent軟件對本文中齒輪泵模型進行關(guān)于流體的數(shù)值仿真。通過設(shè)置不同的工作條件,獲得齒輪泵在不同壓力和轉(zhuǎn)速下的內(nèi)部流體運動狀態(tài)。通過流體仿真,獲得最高壓力的出現(xiàn)的區(qū)域,氣穴的集中區(qū)域和對流量的影響,進出油口處流量的波動大小,為后續(xù)高速高壓小型化齒輪泵整體和關(guān)鍵零部件的設(shè)計提供一個參考。齒輪泵的高壓高速小型化會造成齒輪泵的內(nèi)泄加劇,零件的磨損。齒輪泵的內(nèi)泄是衡量齒輪泵整體性能的重要指標,泄漏的大小影響著容積效率的高低。為了解決內(nèi)泄加劇的問題,本文通過建立圓弧齒輪泵的徑向泄漏和端面泄漏模型,對圓弧齒輪泵的泄漏進行研究和分析,并針對泄漏問題進行相應(yīng)零部件的設(shè)計,通過對齒輪泵徑向間隙與端面間隙的優(yōu)化,使齒輪泵在運行過程中能量損失最小。針對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高壓力增對滑動軸承造成破壞和磨損問題,設(shè)計了靜壓滑動軸承,通過把高壓區(qū)的液壓油引入到滑動軸承內(nèi),產(chǎn)生與徑向力方向相反的支撐力,達到抵消部分徑向力和潤滑的目的。本文中齒形為非標準齒形,需要進行專門的設(shè)計。為了得到本文中齒形,本文給出了使用盤銑刀、滾刀和球頭銑刀三種加工方式。通過齒輪嚙合原理對盤銑刀的軸截面形狀,滾刀的前刀面齒形和基本蝸桿進行設(shè)計。同時給出數(shù)控機床配合球頭銑刀的加工方法。為了選擇合適的球頭銑刀,對球頭銑刀進行干涉半徑判斷和運動軌跡進行仿真,求出允許的最大球頭半徑。為了提高加工效率和降低加工成本,本文采用圓弧等效的方式,對原齒形漸開線段進行雙圓弧等效。為了提高不同尺寸下齒輪泵的計算效率,編寫集齒形設(shè)計、性能分析、齒形檢測和刀具設(shè)計為一體的設(shè)計系統(tǒng)。基于本文所設(shè)計的圓弧齒輪泵,搭建高壓高速圓弧齒輪泵測試平臺。通過Labview軟件對齒輪泵的壓力,流量和轉(zhuǎn)速信號進行采集和處理。為得到不同狀況下的容積效率,對圓弧齒輪泵進行加載和空載測試。為了驗證本文設(shè)計的用于抵消徑向力的滑動軸承是否有效,進行滑動軸承與靜壓滑動軸承的對比實驗。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH325

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