CN111502986A - 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法 - Google Patents

一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111502986A
CN111502986A CN202010338877.7A CN202010338877A CN111502986A CN 111502986 A CN111502986 A CN 111502986A CN 202010338877 A CN202010338877 A CN 202010338877A CN 111502986 A CN111502986 A CN 111502986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oil
gear
trapped
unloading
trapping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010338877.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111502986B (zh
Inventor
李玉龙
范钧
刘萍
宋安然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suqian College
Original Assignee
Suqian College
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suqian College filed Critical Suqian College
Priority to CN202010338877.7A priority Critical patent/CN111502986B/zh
Publication of CN111502986A publication Critical patent/CN111502986A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111502986B publication Critical patent/CN111502986B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法，所述困油卸荷结构包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，本发明既能满足困油卸荷用大缝隙和泵轴向密封用小缝隙的不同需求，其中，困油卸荷用大缝隙在困油卸荷中占据主导地位，在最小困油容积位置附近尤为明显，这与常规油泵以槽卸荷为主不同，根增强圆槽就卸荷面积的改善非常明显，且加工简单。

Description

一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设 计方法
技术领域
本发明涉及航天齿轮微泵技术领域，具体涉及一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法。
背景技术
在大型航天器水处理和热控系统的泵驱两相流回路中，驱动泵多采用微型磁力齿轮泵，简称为航天齿轮微泵，传热技术一般采用液氨类介质相变潜热，所以航天齿轮微泵只需提供较小流量(一般<5.1L/min)及较低扬程(一般<0.6MPa)即可，额定转速一般小于4000r/min，航天齿轮微泵属于匹配两相流回路的一种高精准流量动力元件，而困油是由齿轮泵结构所决定的一种固有现象，航天齿轮微泵也不另外，困油现象越严重将导致困油压力的波动越大，直接导致困油冲击越大和汽化气蚀现象越严重，从而给泵造成严重的破坏，使其不能胜任高精准流量动力元件的角色，因此，通过相应的困油卸荷措施来充分缓解困油的压力波动非常必要。目前，常规介质下的航天齿轮微泵主要通过改变卸荷槽口的轮廓来增大卸荷面积，并由增大了的卸荷面积来充分缓解困油的压力波动，而航天齿轮微泵所用的液氨类介质为超低粘度，一般为0.00018Pa.s，其轴向缝隙的困油卸荷效果会比常规介质下的齿轮微泵提高近百倍，并由此改变了卸荷槽口与轴向缝隙在困油卸荷中的主辅关系，因此，针对上述问题，本发明设计了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法，目的在于：充分缓解航天齿轮微泵在超低粘度介质下使用时所产生的困油现象，从而降低因困油现象对航天齿轮微泵所造成的危害。
一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，所述两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向 (即轴向)的中间截面完全对称，所述每部分困油卸荷区关于中心对称轴 (即齿轮副的中心连线在所述内侧面上的投影线)和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每部分困油卸荷区是在最常见的对称双矩形卸荷槽结构的基础上，由对称双矩形卸荷槽之间的密封面内陷0.01mm，以及在对称双矩形卸荷槽的四个角点处分别设置4个同直径的圆形槽来实现，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据《GB T 6135.3-2008直柄麻花钻第3部分_直柄长麻花钻的型式和尺寸标准》选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定。
一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤，步骤一、确定航天齿轮微泵的困油过程，步骤二、构建齿轮微泵的困油压力模型，步骤三、航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，步骤四、航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，步骤五、航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，步骤六、航天齿轮微泵的困油压力仿真运算。
所述设计方法中步骤一，确定航天齿轮微泵的困油过程，设航天齿轮微泵的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮的圆心为o1、o2，并以o1、o2分别代表主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，在齿轮副的旋转过程中，因齿轮副重合度大于1的传动需要，所以有一个双啮合点共存的旋转子过程，此时由o1、 o2的齿面、双啮合点及前泵盖、后泵盖后的内侧面，构成了一个与泵介质吸入腔、排出腔完全相隔离的密闭困油腔，其内的介质称之为困油介质；注：侧隙点处的较大侧隙值将其两侧的密闭腔连成一个整体的困油腔；设齿轮副在泵排出端、吸入端的啮合点分别为n、n'，啮合点n处的齿廓曲率半径为s，其中，当啮合点n为o1上的齿顶点时的s以s1表示，设L为理论啮合线的长度，齿轮的顶圆半径为ra，基圆半径为rb，基圆节距为pb，由此确定出困油腔的一个变化区间(即困油区间)为s∈[s1,s3]，其中
Figure BDA0002467775120000031
在s1和s3的两位置处，困油介质的容积(即困油容积)具有相等的最大值，为此记s1为介质排出端的最大困油容积位置，s3为介质吸入端的最大困油容积位置；
在齿轮副的旋转过程中，s逐渐由s1变化到s3，其中，当侧隙点位于齿轮副中心线上时，困油介质具有最小的困油容积，称之为最小困油容积位置s2，且
Figure BDA0002467775120000032
在s∈[s1,s2]的困油区间内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最大困油容积逐步压缩到最小困油容积，则s∈[s1,s2]为困油的压缩过程，在s∈[s2,s3] 内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最小困油容积逐步膨胀到最大困油容积，则s∈[s2,s3]为困油的膨胀过程；
设s∈[s1,s3]区间内的困油容积、困油容积的变化率、困油压力分别为V、DV、p，压缩、膨胀过程中的困油压力又分别设为pg、pd；则
Figure BDA0002467775120000041
式中，ω为齿轮旋转的角速度，b为齿宽。显然，DV(s)关于DV(s2)对称分布。注：“(*)”前如没有“×”，均表示“*”为变量，下同，例如DV(s)表示s为 DV的变量。
所述设计方法中步骤二，构建齿轮微泵的困油压力模型，设QR、QZ为困油介质通过卸荷槽口、困油腔两端的轴向缝隙(即困油轴向缝隙)与吸入端、排出端介质的交换流量，称之为槽卸荷流量、端卸荷流量，则，由困油腔内各流量的瞬时平衡，得
DV(s)+QR(s)+QZ(s)＝0 (4)
困油轴向缝隙可近似为矩形平行平板缝隙，由经典的矩形平行平板的缝隙流量计算，得
Figure BDA0002467775120000042
式(5)中，“(r'-rf)”和“(0.5pbcosα')”为双矩形卸荷槽之间密封面的宽度和长度，cz为困油轴向缝隙值，r'、rf为齿轮的节圆、根圆半径，μ为介质粘度，α'为齿轮副的啮合角，pi、po为泵的吸入端、排出端的介质压力，显然，QZ也关于QZ(s2)对称分布；
依据式(3)中DV(s)的困油容积V膨胀、压缩时的正、负定义，QR、QZ应以流出困油腔为正，流进困油腔为负。则，[s1,s2]压缩过程内困油压力的求解模型为
Figure BDA0002467775120000043
式(6)中，QR(s)采用经典的薄壁孔口流量公式加以计算，当pg>po时，取“+”号，否则取“-”号；C为流量系数，ρ为介质密度，AR为卸荷面积，如AR(s) 一旦确定，则可求出pg(s)；
在求解模型(6)中，DV(s)、QZ(s)、AR(s)、QR(s)均关于最小困油容积位置对称，则pg和pd也应如此，即
pg(s)+pg(2s2-s)＝pi+po (7)
成立，则
Figure BDA0002467775120000051
所述设计方法中步骤三，航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，航天齿轮微泵的困油卸荷槽是在最常见的对称双矩形卸荷槽(称之为普通槽)的基础上，在其4个角点处分别增设4个同直径的圆形槽来实现(称之为增强槽)来实现；其中，双矩形卸荷槽对称分布在中心对称轴的两侧，每个矩形卸荷槽均以流向对称轴为对称中心线，在最小困油容积位置处，普通槽与中心对称轴平行的轮廓边(称之为槽中心轮廓)分别过困油腔的两个啮合点，普通槽与流向对称轴平行的轮廓(称之为槽流向轮廓)与槽中心轮廓相交于根圆上，称其交点为普通槽的角点，由双普通槽的4个角点围成的矩形区域构成了困油的轴向密封区域；
每个圆形槽的直径和位置，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据《GB T6135.3-2008直柄麻花钻第3部分_直柄长麻花钻的型式和尺寸标准》选取相应的标准化圆槽直径，其次由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定出圆形槽的位置。
所述设计方法中步骤四，航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，首先由齿轮副和卸荷槽的3D模型生成卸荷槽口面域的3D特征，然后通过3D特征的面域测量工具，分别得到普通槽和增强槽的卸荷面积；其中，s∈[s1,s3] 内若干等分的不同困油位置，可由3D齿轮副模型的旋转带动卸荷槽口面域的变化来实现。
所述设计方法中步骤五，航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，由齿轮副端面的原有轴向缝隙(称之为齿轮副轴向缝隙)+困油的轴向密封面域内陷0.01mm来实现，则，困油轴向缝隙等于齿轮副轴向缝隙+内陷的0.01mm，这样的阶梯式轴向缝隙既满足了抑制泵轴向泄漏用的齿轮副小轴向缝隙和卸荷用的大困油轴向缝隙的不同需求。
所述设计方法中步骤六，航天齿轮微泵的困油压力仿真运算，仿真运算采用a、b、c的三种方案，其中，a采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01mm，b采用增强槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01 mm，c采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙+0.01mm＝0.02mm；
将[s1,s3]区间若干等分，得若干个不同的困油位置s及其相应的普通槽、增强槽的不同卸荷面积，再采用excel软件下的规划求解模块，就这若干个不同困油位置下的不同DV(s)和不同的卸荷面积，分别对式(6)进行0值求解，得三种方案下的困油压力p(s)，并加以评判a、b、c三种方案的优劣。
本发明的有益效果：
本发明既能满足困油卸荷用大缝隙和泵轴向密封用小缝隙的不同需求，其中，困油卸荷用大缝隙在困油卸荷中占据主导地位，在最小困油容积位置附近尤为明显，这与常规油泵以槽卸荷为主不同，根增强圆槽就卸荷面积的改善非常明显，且加工简单。困油轴向缝隙和增强圆形槽的组合卸荷，能满足航天微泵抗困油的高性能要求。
附图说明
图1为航天齿轮微泵的困油卸荷结构的组成示意图。
图2为航天齿轮微泵介质排出端一侧的最大困油容积位置示意图。
图3为航天齿轮微泵介质吸入端一侧的最大困油容积位置示意图。
图4为航天齿轮微泵侧隙点位于节点时的最小困油容积位置示意图。
图5为航天齿轮微泵困油卸荷的结构示意图。
图6为通过增强圆形槽形位尺寸的具体确定示意图。
图7为普通槽与增强槽下的卸荷面积对比示意图。
图8为普通槽与增强槽下的困油压力对比示意图。
具体实施方式
实施例
设航天齿轮微泵的实例参数取5.1L/min的最大流量，4000rpm的最高转速，pi＝1.1MPa，po＝1.6MPa，齿轮的模数为1，齿轮为10，齿顶高系数为1.1，顶隙系数为0.15，压力角为20°，啮合角为α'为29.5°，介质密度为ρ为870Kg/m3，孔口流量系数C为0.62，困油轴向缝隙cz采用0.01、0.02mm 的两种情况，介质的超低粘度为μ＝0.00018Pa.s。
如图1至图8所示，一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，在所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、在所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，其特征在于：所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，所述两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向(即轴向)的中间截面完全对称，所述每部分困油卸荷区关于中心对称轴(即齿轮副的中心连线在所述内侧面上的投影线)和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每部分困油卸荷区是在最常见的对称双矩形卸荷槽结构的基础上，由对称双矩形卸荷槽之间的密封面内陷0.01mm，以及在对称双矩形卸荷槽的四个角点处分别设置4个同直径的圆形槽来实现，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据《GB T6135.3-2008 直柄麻花钻第3部分_直柄长麻花钻的型式和尺寸标准》选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定；所述一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，所述设计方法包括如下步骤，步骤一、确定航天齿轮微泵的困油过程，步骤二、构建齿轮微泵的困油压力模型，步骤三、航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，步骤四、航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，步骤五、航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，步骤六、航天齿轮微泵的困油压力仿真运算，所述设计方法中步骤一，确定航天齿轮微泵的困油过程，设航天齿轮微泵的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮的圆心为o1、o2，并以o1、 o2分别代表主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，在齿轮副的旋转过程中，因齿轮副重合度大于1的传动需要，所以有一个双啮合点共存的旋转子过程，此时由o1、o2的齿面、双啮合点及前泵盖、后泵盖后的内侧面，构成了一个与泵介质吸入腔、排出腔完全相隔离的密闭困油腔，其内的介质称之为困油介质；注：侧隙点处的较大侧隙值将其两侧的密闭腔连成一个整体的困油腔(如图2所示)；设齿轮副在泵排出端、吸入端的啮合点分别为n、 n'，啮合点n处的齿廓曲率半径为s，其中，当啮合点n为o1上的齿顶点时的s以s1表示，设L为理论啮合线的长度，齿轮的顶圆半径为ra，基圆半径为rb，基圆节距为pb，由此确定出困油腔的一个变化区间(即困油区间) 为s∈[s1,s3]，其中
Figure 1
在s1和s3的两位置处，困油介质的容积(即困油容积)具有相等的最大值，为此记s1为介质排出端的最大困油容积位置(如图3所示)，s3为介质吸入端的最大困油容积位置(如图4所示)；
在齿轮副的旋转过程中，s逐渐由s1变化到s3，其中，当侧隙点位于齿轮副中心线上时，困油介质具有最小的困油容积，称之为最小困油容积位置s2，且
Figure BDA0002467775120000091
在s∈[s1,s2]的困油区间内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最大困油容积逐步压缩到最小困油容积，则s∈[s1,s2]为困油的压缩过程，在s∈[s2,s3] 内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最小困油容积逐步膨胀到最大困油容积，则s∈[s2,s3]为困油的膨胀过程；
设s∈[s1,s3]区间内的困油容积、困油容积的变化率、困油压力分别为V、 DV、p，压缩、膨胀过程中的困油压力又分别设为pg、pd，则
Figure BDA0002467775120000092
式中，ω为齿轮旋转的角速度，b为齿宽，显然，DV(s)关于DV(s2)对称分布。注：“(*)”前如没有“×”，均表示“*”为变量，下同，例如DV(s)表示s为DV的变量；所述设计方法中步骤二，构建齿轮微泵的困油压力模型，设 QR、QZ为困油介质通过卸荷槽口、困油腔两端的轴向缝隙(即困油轴向缝隙)与吸入端、排出端介质的交换流量，称之为槽卸荷流量、端卸荷流量，则，由困油腔内各流量的瞬时平衡，得
DV(s)+QR(s)+QZ(s)＝0 (4)
困油轴向缝隙可近似为矩形平行平板缝隙，由经典的矩形平行平板的缝隙流量计算，得
Figure BDA0002467775120000093
式(5)中，“(r'-rf)”和“(0.5pbcosα')”为双矩形卸荷槽之间密封面的宽度和长度，cz为困油轴向缝隙值，r'、rf为齿轮的节圆、根圆半径，μ为介质粘度，α'为齿轮副的啮合角，pi、po为泵的吸入端、排出端的介质压力，显然，QZ也关于QZ(s2)对称分布；
依据式(3)中DV(s)的困油容积V膨胀、压缩时的正、负定义，QR、QZ应以流出困油腔为正，流进困油腔为负。则，[s1,s2]压缩过程内困油压力的求解模型为
Figure BDA0002467775120000101
式(6)中，QR(s)采用经典的薄壁孔口流量公式加以计算，当pg>po时，取“+”号，否则取“-”号；C为流量系数，ρ为介质密度，AR为卸荷面积，如AR(s) 一旦确定，则可求出pg(s)；
在求解模型(6)中，DV(s)、QZ(s)、AR(s)、QR(s)均关于最小困油容积位置对称，则pg和pd也应如此，即
pg(s)+pg(2s2-s)＝pi+po (7)
成立，则
Figure BDA0002467775120000102
所述设计方法中步骤三，航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，航天齿轮微泵的困油卸荷槽是在最常见的对称双矩形卸荷槽(称之为普通槽)的基础上，在其4个角点处分别增设4个同直径的圆形槽来实现(称之为增强槽)如图5所示；其中，双矩形卸荷槽对称分布在中心对称轴的两侧，每个矩形卸荷槽均以流向对称轴为对称中心线，在最小困油容积位置处，普通槽与中心对称轴平行的轮廓边(称之为槽中心轮廓)分别过困油腔的两个啮合点，普通槽与流向对称轴平行的轮廓(称之为槽流向轮廓)与槽中心轮廓相交于根圆上，称其交点为普通槽的角点，由双普通槽的4个角点围成的矩形区域构成了困油的轴向密封区域；每个圆形槽的直径和位置，如图6所示，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据《GB T6135.3-2008直柄麻花钻第3部分_直柄长麻花钻的型式和尺寸标准》选取相应的标准化圆槽直径，其次由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定出圆形槽的位置，所述设计方法中步骤四，航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，首先由齿轮副和卸荷槽的3D 模型生成卸荷槽口面域的3D特征，然后通过3D特征的面域测量工具，分别得到普通槽和增强槽的卸荷面积。其中，s∈[s1,s3]内10等分的不同困油位置下相应的普通槽、增强卸荷面积，如图7所示，可见卸荷面积增强的绝对效果非常明显，尤其在卸荷槽关闭位置附近(即s2位置)的相对效果最为明显，所述设计方法中步骤五，航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，由齿轮副端面的原有轴向缝隙(称之为齿轮副轴向缝隙)+困油的轴向密封面域内陷0.01mm来实现，则，困油轴向缝隙等于齿轮副轴向缝隙+内陷的 0.01mm，这样的阶梯式轴向缝隙既满足了抑制泵轴向泄漏用的齿轮副小轴向缝隙和卸荷用的大困油轴向缝隙的不同需求，所述设计方法中步骤六，航天齿轮微泵的困油压力仿真运算，仿真运算采用a、b、c的三种方案，其中，a采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01mm，b采用增强槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01mm，c采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙+0.01mm＝0.02mm；将[s1,s3]区间若干等分，得若干个不同的困油位置s及其相应的普通槽、增强槽的不同卸荷面积，再采用excel 软件下的规划求解模块，就这若干个不同困油位置下的不同DV(s)和不同的卸荷面积，分别对式(6)进行0值求解，得三种方案下的困油压力p(s)如图8 所示，方案b虽然采用了增强槽，比方案a的卸荷面积也有了很大的提高，但仍不能有效缓解困油压力，即困油压力超出吸入端和排出端介质压力线仍很多；而方案c仅仅通过区域面A内陷0.01mm，即可将困油压力近似控制在吸入端和排出端介质压力线之间。由此说明在航天齿轮微泵超低粘度介质下的困油卸荷中，困油轴向缝隙起决定的主要作用，而卸荷槽口仅起辅助的次要作用。

Claims (8)

1.一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，其特征在于：所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向的中间截面完全对称，每部分困油卸荷区关于中心对称轴和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定。
2.一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤，步骤一、确定航天齿轮微泵的困油过程，步骤二、构建齿轮微泵的困油压力模型，步骤三、航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，步骤四、航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，步骤五、航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，步骤六、航天齿轮微泵的困油压力仿真运算。
3.根据权利要求2所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤一，确定航天齿轮微泵的困油过程，设航天齿轮微泵的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮的圆心为o1、o2，并以o1、o2分别代表主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，在齿轮副的旋转过程中，因齿轮副重合度大于1的传动需要，所以有一个双啮合点共存的旋转子过程，此时由o1、o2的齿面、双啮合点及前泵盖、后泵盖后的内侧面，构成了一个与泵介质吸入腔、排出腔完全相隔离的密闭困油腔，其内的介质称之为困油介质；侧隙点处的较大侧隙值将其两侧的密闭腔连成一个整体的困油腔；设齿轮副在泵排出端、吸入端的啮合点分别为n、n'，啮合点n处的齿廓曲率半径为s，其中，当啮合点n为o1上的齿顶点时的s以s1表示，设L为理论啮合线的长度，齿轮的顶圆半径为ra，基圆半径为rb，基圆节距为pb，由此确定出困油腔的一个变化区间为s∈[s1,s3]，其中
Figure FDA0002467775110000021
在s1和s3的两位置处，困油介质的容积具有相等的最大值，为此记s1为介质排出端的最大困油容积位置，s3为介质吸入端的最大困油容积位置；
在齿轮副的旋转过程中，s逐渐由s1变化到s3，其中，当侧隙点位于齿轮副中心线上时，困油介质具有最小的困油容积，称之为最小困油容积位置s2，且
Figure FDA0002467775110000022
在s∈[s1,s2]的困油区间内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最大困油容积逐步压缩到最小困油容积，则s∈[s1,s2]为困油的压缩过程，在s∈[s2,s3]内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最小困油容积逐步膨胀到最大困油容积，则s∈[s2,s3]为困油的膨胀过程；
设s∈[s1,s3]区间内的困油容积、困油容积的变化率、困油压力分别为V、DV、p，压缩、膨胀过程中的困油压力又分别设为pg、pd；则
Figure FDA0002467775110000031
4.根据权利要求2或3所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤二，构建齿轮微泵的困油压力模型，设QR、QZ为困油介质通过卸荷槽口、困油腔两端的轴向缝隙与吸入端、排出端介质的交换流量，称之为槽卸荷流量、端卸荷流量，则，由困油腔内各流量的瞬时平衡，得
DV(s)+QR(s)+QZ(s)＝0 (4)
困油轴向缝隙可近似为矩形平行平板缝隙，由经典的矩形平行平板的缝隙流量计算，得
Figure FDA0002467775110000032
依据式(3)中DV(s)的困油容积V膨胀、压缩时的正、负定义，QR、QZ应以流出困油腔为正，流进困油腔为负。则，[s1,s2]压缩过程内困油压力的求解模型为
Figure FDA0002467775110000033
在求解模型(6)中，DV(s)、QZ(s)、AR(s)、QR(s)均关于最小困油容积位置对称，则pg和pd也应如此，即
pg(s)+pg(2s2-s)＝pi+po (7)
成立，则
Figure FDA0002467775110000041
5.根据权利要求4所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤三，航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，航天齿轮微泵的困油卸荷槽是在最常见的对称双矩形卸荷槽的基础上，在其4个角点处分别增设4个同直径的圆形槽来实现来实现；其中，双矩形卸荷槽对称分布在中心对称轴的两侧，每个矩形卸荷槽均以流向对称轴为对称中心线，在最小困油容积位置处，普通槽与中心对称轴平行的轮廓边分别过困油腔的两个啮合点，普通槽与流向对称轴平行的轮廓与槽中心轮廓相交于根圆上，称其交点为普通槽的角点，由双普通槽的4个角点围成的矩形区域构成了困油的轴向密封区域；每个圆形槽的直径和位置，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据选取相应的标准化圆槽直径，其次由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定出圆形槽的位置。
6.根据权利要求5所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤四，航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，首先由齿轮副和卸荷槽的3D模型生成卸荷槽口面域的3D特征，然后通过3D特征的面域测量工具，分别得到普通槽和增强槽的卸荷面积；其中，s∈[s1,s3]内若干等分的不同困油位置，可由3D齿轮副模型的旋转带动卸荷槽口面域的变化来实现。
7.根据权利要求6所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤五，航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，由齿轮副端面的原有轴向缝隙+困油的轴向密封面域内陷0.01mm来实现，则，困油轴向缝隙等于齿轮副轴向缝隙+内陷的0.01mm，这样的阶梯式轴向缝隙既满足了抑制泵轴向泄漏用的齿轮副小轴向缝隙和卸荷用的大困油轴向缝隙的不同需求。
8.根据权利要求7所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤六，航天齿轮微泵的困油压力仿真运算，仿真运算采用a、b、c的三种方案，其中，a采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01mm，b采用增强槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙＝0.01mm，c采用普通槽和困油轴向缝隙＝齿轮副轴向缝隙+0.01mm＝0.02mm；将[s1,s3]区间若干等分，得若干个不同的困油位置s及其相应的普通槽、增强槽的不同卸荷面积，再采用excel软件下的规划求解模块，就这若干个不同困油位置下的不同DV(s)和不同的卸荷面积，分别对式(6)进行0值求解，得三种方案下的困油压力p(s)，并加以评判a、b、c三种方案的优劣。
CN202010338877.7A 2020-04-26 2020-04-26 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法 Active CN111502986B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010338877.7A CN111502986B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010338877.7A CN111502986B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111502986A true CN111502986A (zh) 2020-08-07
CN111502986B CN111502986B (zh) 2022-03-15

Family

ID=71867756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010338877.7A Active CN111502986B (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111502986B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114704460A (zh) * 2022-04-13 2022-07-05 宿迁学院 一种外啮合齿轮泵困油用卸荷槽对称设置的微连通结构
CN116127639A (zh) * 2023-02-01 2023-05-16 宿迁学院 建立不同侧隙和卸荷槽下齿轮泵理论排量的统一模型方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1514633A (en) * 1975-03-11 1978-06-14 Bosch Gmbh Robert Gear pump or motor
US6312241B1 (en) * 1999-09-06 2001-11-06 Koyo Seiko Co., Ltd. Gear pump
CN202441595U (zh) * 2012-01-19 2012-09-19 浙江双飞无油轴承股份有限公司 齿轮泵浮动轴套组合件
CN202579177U (zh) * 2012-04-18 2012-12-05 合肥皖液液压元件有限公司 齿轮啮合困油区降噪音结构
CN103527470A (zh) * 2013-10-15 2014-01-22 成都大学 一种具有耳形卸荷槽的外啮合齿轮泵
CN204402878U (zh) * 2014-12-22 2015-06-17 无锡市锡达摩擦材料厂 一种用于齿轮泵的侧板
CN105782024A (zh) * 2014-12-22 2016-07-20 无锡市锡达摩擦材料厂 齿轮泵侧板结构
CN111005865A (zh) * 2019-11-23 2020-04-14 重庆大学 一种外啮合直齿轮泵困油面积精确测量方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1514633A (en) * 1975-03-11 1978-06-14 Bosch Gmbh Robert Gear pump or motor
US6312241B1 (en) * 1999-09-06 2001-11-06 Koyo Seiko Co., Ltd. Gear pump
CN202441595U (zh) * 2012-01-19 2012-09-19 浙江双飞无油轴承股份有限公司 齿轮泵浮动轴套组合件
CN202579177U (zh) * 2012-04-18 2012-12-05 合肥皖液液压元件有限公司 齿轮啮合困油区降噪音结构
CN103527470A (zh) * 2013-10-15 2014-01-22 成都大学 一种具有耳形卸荷槽的外啮合齿轮泵
CN204402878U (zh) * 2014-12-22 2015-06-17 无锡市锡达摩擦材料厂 一种用于齿轮泵的侧板
CN105782024A (zh) * 2014-12-22 2016-07-20 无锡市锡达摩擦材料厂 齿轮泵侧板结构
CN111005865A (zh) * 2019-11-23 2020-04-14 重庆大学 一种外啮合直齿轮泵困油面积精确测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
文昌明 等: "齿轮泵高速困油研究及卸荷槽创新", 《机械传动》 *
李玉龙 等: "大侧隙外啮合齿轮泵的困油特性和流量特性", 《机械科学与技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114704460A (zh) * 2022-04-13 2022-07-05 宿迁学院 一种外啮合齿轮泵困油用卸荷槽对称设置的微连通结构
CN116127639A (zh) * 2023-02-01 2023-05-16 宿迁学院 建立不同侧隙和卸荷槽下齿轮泵理论排量的统一模型方法
CN116127639B (zh) * 2023-02-01 2024-02-13 宿迁学院 建立不同侧隙和卸荷槽下齿轮泵理论排量的统一模型方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111502986B (zh) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111502986B (zh) 一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法
Stosic et al. Geometry of screw compressor rotors and their tools
Stosic et al. Review of mathematical models in performance calculation of screw compressors
CN103244428B (zh) 一种高效的双螺杆压缩机转子型线
JPS58113595A (ja) ロ−タリスクリユ−機械の噛合いロ−タ
CN102828954B (zh) 一种新型双螺杆压缩机转子齿型
CN203321827U (zh) 一种高效的双螺杆压缩机转子型线
CN103527470B (zh) 一种具有耳形卸荷槽的外啮合齿轮泵
CN202900668U (zh) 一种新型双螺杆压缩机转子
CN101545488A (zh) 一种新型螺杆压缩机端面齿形
CN108799100A (zh) 可实现消除液压脉动的设计方法及装置
CN108757438B (zh) 一种小封闭容积的全光滑螺杆转子及其设计方法
CN216691451U (zh) 一对阴阳转子的齿廓曲线及其阴阳转子、螺杆压缩机
CN114704460A (zh) 一种外啮合齿轮泵困油用卸荷槽对称设置的微连通结构
CN204941937U (zh) 一种双螺杆压缩机转子齿型
CN210218109U (zh) 一种复合轮齿压缩机的全啮合转子
CN203867895U (zh) 一种干式双螺杆压缩机转子的齿型
Ren et al. Dynamic Characteristic and Performance Analysis of Claw Vacuum Pumps with Multi-Claw Rotors
CN113374747A (zh) 一种斜盘柱塞式液压变压器缓冲结构设计方法
CN110005609B (zh) 一种双螺杆真空泵光滑转子型线及其设计方法
CN102338091A (zh) 一种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面
CN103089963A (zh) 内啮合齿廓副
CN114607603B (zh) 一种螺杆真空干泵转子的设计方法
Ma The structure optimisation of hydraulic mechanical screw pump
Wu et al. A symmetric Gears Design and Performance Analysis for External Gear Pumps

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant