CN114320884B - 一种航空航天用高速高温高效燃油泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空航天用高速高温高效燃油泵，传统油泵采用的是直齿齿轮泵，其弊端在于直齿轮的接触线与轴线平行，工作时轮齿是同时进入和分离的，就造成了泵的流量脉动大、振动冲击大，噪声高等问题；同时齿轮泵的困油现象使得轴和轴承要承受巨大的脉动载荷，轴承寿命大大降低，也导致齿轮的接触应力增加，加大齿轮的磨损，并导致齿轮工作时发生振动，产生噪音，液体发热及功率损失加大等问题，本发明通过采用了合适的啮合角、调整卸荷槽、增设延长吸油槽、偏向浮动轴承、齿形修形泵盖等方法有效地控制了噪声问题，解决了困油问题，提高了总体工作效率，也提高了燃油泵使用寿命。

Description

一种航空航天用高速高温高效燃油泵

技术领域

本发明涉及发动机燃油泵的技术领域，特别涉及一种航空航天用高速高温高效燃油泵。

背景技术

传统油泵采用的是直齿齿轮泵，其弊端在于直齿轮的接触线与轴线平行，工作时轮齿是同时进入和分离的，就造成了泵的流量脉动大、振动冲击大，噪声高等问题，在高转速时会更加明显；同时由于在齿轮泵工作的过程中，相啮合的两齿轮间部分液体被困死，而不能排往出口腔，产生困油现象，使得轴和轴承都要承受巨大的脉动载荷，轴承寿命大大降低，同时也导致齿轮的接触应力增加，加大齿轮的磨损，并导致齿轮工作时发生振动，产生噪音，液体发热及功率损失加大等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种航空航天用高速高温高效燃油泵，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种航空航天用高速高温高效燃油泵，包括有泵体，所述泵体内设有主动轴，主动轴通过相互啮合的主动齿轮、被动齿轮与从动轴连接，主动齿轮和被动齿轮为一对外啮合斜齿轮，在两啮合齿轮的同侧端面上同轴连接有浮动轴承，另一侧端面安装有固定轴承，所述浮动轴承的一端设有补偿弹簧，所述泵体还包括有泵盖，所述泵盖上设有轴槽。

优选的，所述外啮合斜齿轮的宽径比范围为0.2～1.5，螺旋临界角取10°～30°，齿向修形量不大于0.05，顶隙系数取0.05～0.25，所述齿根圆弧半径取0.4～0.8倍左右的模数，齿顶沿齿向设有不大于R0.1的倒角。

优选的，所述补偿弹簧设在浮动轴承一端的端面上，所述泵体还设有若干油井孔，所述油井孔分布于泵体内部的一侧端面上，所述补偿弹簧被限制在油井孔内，即所述补偿弹簧通过油井孔被固定设于浮动轴承的一端面和泵体的一侧端面之间。

优选的，所述固定轴承和浮动轴承的工作端面上设有卸荷槽和均压槽，且增设有延长吸油槽，所述浮动轴承端面还开有高压过油孔，其中工作端面指的是与斜齿轮接触处端面。

优选的，所述浮动轴承固定在主从齿轮的两端，且浮动轴承采用偏心安装，即所述主从动齿轮轴安装在所述浮动轴承的中心偏离侧，所述轴承与齿轮的两端面接触处还附有润滑涂层。

优选的，所述泵体上还内嵌有槽芯，泵盖上设有轴槽，所述轴槽周围还设有连通槽，所述连通槽可为“人形”连通槽、“弧形”连通槽和“螺旋”连通槽，所述螺旋连通槽相邻的螺旋槽之间还设有连通槽二，分设于两轴槽的螺旋槽之间还设有连通槽三进行连通。

优选的，所述泵体一端通过螺钉安装有泵盖，所述泵体与泵盖之间还设有密封圈，密封圈将泵体与泵盖之间相紧密结合保障整个泵体的液密性。

优选的，所述主动轴的一端还设有小齿轮，主动轴含小齿轮所在的一端与泵体接触处还依次设有皮碗、垫圈和挡圈。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、考虑到高压齿轮泵强度和精度要求，结构上采用齿轮和轴一体的结构，主动轴含小齿轮所在端与电机配合，齿轮参数选择时减小齿数(10～14)，增大模数，减少宽径比，以减小齿轮的径向不平衡力；齿形结构采用斜齿，降低了每对齿轮的载荷，传动更加平稳，噪声得到有效控制，总效率得到提升；

2、选择合适的螺旋角以及选用向低压侧偏移的卸荷槽，同时采取减小顶隙等措施，解决困油问题，总效率得到提升；

3、采用齿形修形技术，该修形方法能有效地补偿安装误差和轮齿变形，并能降低啮合传动过程中轮齿侧歪造成的应力集中以及噪音，啮合传动效率得到提高，并且能提高齿轮承载能力和寿命；

4、滑动轴承工作端面设有卸荷槽以解决困油问题，同时有减少容积效率损失和降低噪声的作用，增设延长吸油槽，以满足高转速的油液下的填充问题，在工作端面开有均压槽以减轻径向力，抑制了流量脉动，轴承端面和内孔涂覆新型固体自润滑涂层，从而提高机械效率；

5、通过调整浮动轴承的偏向位置，从而使压紧力的作用线与反推力的作用线重合。

6、通过泵盖端面增设有端面螺旋槽、连通槽，增加了油液流动的伸展性，将油液反复回荡在此轴槽内，减少了油液压力，产生很好的平衡油压的效果，也增加了齿轮轴端面与泵盖之间的润滑，提高了油泵的耐磨型和工作寿命。

附图说明

图1为本发明的爆炸结构示意图；

图2为泵体结构示意图；

图3为“人形”连通槽结构示意图；

图4为“弧形”连通槽结构示意图；

图5为“螺旋”连通槽结构示意图；

图6为轴承组结构示意图；

图7为浮动轴承剖面结构示意图；

图中：1-挡圈；2-垫圈；3-皮碗；4-泵体；41-油井孔；42-槽芯；5-补偿弹簧；6-浮动轴承；6A-主动浮动轴承；6B－从动浮动轴承；61-低压侧卸荷槽；62-延长吸油槽；63-均压槽；64-高压引油孔；7-斜齿轮；7A-主动齿轮；7B-从动齿轮；8-固定轴承；8A-主动固定轴承；8B-从动固定轴承；9-密封圈；10-泵盖；101-轴槽；102-连通槽一；103-螺旋槽；104-连通槽二；105-连通槽三；11-螺钉；12-小齿轮；13-主动轴；14-从动轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种航空航天用高速高温高效燃油泵，包括有泵体4，所述泵体4内设有主动轴13，主动轴13通过相互啮合的主动齿轮7A、被动齿轮7B与从动轴14连接，主动齿轮7A和被动齿轮7B为一对外啮合斜齿轮，对于直齿圆柱齿轮在传动时，齿面上的接触线是一条与轴线平行的直线，轮齿的啮合是沿整个齿宽同时接触或同时分离，所以直齿齿轮传动会极易引起冲击、震动和噪音，而对于斜齿齿轮传动时齿面上的接触线沿啮合平面移动，即从齿顶开始进入啮合，接触线由短变长，然后由长变短，而且上一齿未完全脱离，下一齿已进入啮合，这样每一齿所受载荷由小变大，然后由大变小，使得啮合过程平滑，消除冲击、震动和噪音，而且由于轮齿是螺旋形的，啮合中在啮合区内齿面上的接触线比直齿大，在同等条件下，斜齿轮的啮合过程比直齿轮长，这就降低了每对齿轮的载荷，传动更加平稳，噪声得到有效控制，特别在高速、重载下，产品的机械效率得到了提升。

在两啮合齿轮的同侧端面上同轴连接有浮动轴承6，另一侧端面安装有固定轴承8，所述浮动轴承6的一端设有补偿弹簧5，虽然斜齿轮泵在效率上要优于直齿轮泵，但优于斜齿轮螺旋角的存在，在啮合传达过程中存在着一定的轴向力，故而在选择合适小的螺旋角，还可以调整补偿弹簧5来进行轴向力的抵消，另一方面所述浮动轴承6组件和补偿弹簧5的组合可用于对该泵的轴向间隙的自动补偿，所述泵体4的内部一侧端还设有若干油井孔41，所述补偿弹簧5一端固定在浮动轴承6的侧端上，一端被固定在油井孔41内，更具体地说，齿轮泵在运作过程中，斜齿轮7啮合相对转动所产生的轴向力主要集中在从动浮动轴承6B上，因此，设计调整从动浮动轴承6下面的补偿弹簧可保证了浮动轴承6与齿轮之间所需的预压紧力，亦即可抵消两斜齿轮所产生的轴向力，例如，对于匀速的线性的斜齿轮7啮合，其所产生的轴向力是均匀压向浮动轴承6的端面时，所述补偿弹簧5的设计可为：共计2组24个，每组12个在360°范围内均布与泵体4内的油井孔41内，所述浮动轴承6上还安装有密封圈9，使得在泵工作时，出口油液通过浮动轴承6上的高压引油孔64，将高压油作用于浮动轴承6的另一端面，从而可以实现泵的不同工况达到自动补偿的效果。

对于斜齿轮的设计，斜齿轮泵的齿轮参数的设计上应尽量减少齿的数目，加大模数，减小宽径比，本发明所选取的宽径比范围为0.1～0.9，这样不仅增加了齿轮强度、减少了径向力，也能加大齿轮与轴承接触的密封带；为将低齿轮啮合冲击产生的噪音，提高啮合传动效率，从而提升泵的效率，降低能耗损失，需对斜齿轮的齿形进一步优化处理，采取齿向修形的方式来降噪，其修形量不大于0.025；在斜齿轮在不断啮合的过程中，为满足齿轮泵的进口啮合的齿轮逐渐脱开，齿谷空腔体积变大，密封的工作容积不断变大，形成局部真空，工作液被吸入泵内，完成吸油过程，同时在齿轮泵的出口，轮齿逐渐进入啮合，齿谷内腔体积变小，密封的工作腔容积不断变小，齿谷中的工作液被挤向出口，齿谷中排不出来的那部分液体所占的容积，也影响产品的容积效率，如果液体中混入了气体，则这部分液体从进口腔被带到出口腔以后将受到压缩，因此一部分液体要被用来补充无效容积中液体的压缩，泵的供油量减少，而当这部分液体又从出口腔回到进口腔时，由于压力降低，体积又要膨胀，同样降低了泵的进口腔的吸入量，故而为了改善这种情况，应尽量减小这部分容积，即啮合时齿谷处的困油体积，即顶隙系数取0.05～0.25；齿根圆弧半径取0.2～0.8倍左右的模数，在齿顶沿齿向上还设有不大于R0.1的倒角，可进一步减少径向泄漏；此外为使啮合腔内更好程度的不困油也不串油，需要前一对齿刚离开啮合区，后一对齿马上就能进入全齿宽啮合区，还需要考虑减小轴向力，故而所选取的螺旋角为5°～25°，降低了啮合齿轮传动过程中轮齿侧歪所造成的应力集中以及噪音问题，啮合传动的效率得以提高，提高了齿轮承载能力和寿命，总效率也得以提高。

根据本燃油泵高速相对轻载的要求，轴承采用了固定轴承8，固定轴承8具有结构简单、外形尺寸小、耐冲击能力强、噪音小等特点，如图2所示，固定轴承8和浮动轴承6工作端面设有低压侧卸荷槽61以解决困油问题，同时有减少容积效率损失和降低噪声的作用，增设延长吸油槽62以满足高转速的油液下的填充问题，在工作端面开有均压槽63以减轻径向力，从而提高机械效率，浮动轴承端面开有高压引油孔64，轴承与斜齿轮两端面接触处涂覆减磨耐磨涂层，提高了自润滑性。

所述泵盖上还设有轴槽101，所述从动轴14和主动轴13的一端分别被装载到此轴槽101中用于支撑和固定，该轴槽101被通过相接连的两条路径被连通起来，泵内被油液充满或半浸润，在主从轴与轴槽101连接的槽面上，会产生极高的油压和冲击，故而此处设有连通槽一102，如图3所述的“人形”连通方式和图4所述的“弧形”连通方式，将主从动轴14所在的轴槽101连通起来，使得轴槽101处轴端旋转时所产生的高压油液回流交合，有利于平衡轴端的油压和增加轴端与轴槽101之间的润滑，所述泵体4内部还设有槽芯42，该槽芯42与泵体4的连通槽一102相对应配合，所述槽芯42于泵体4连通槽一102形状相对应，减小了油泵运转过程中内部油液震荡所产生的回流，减小了内部油液的冲击和磨损，平衡了泵盖10端面的处的油压，更提高了轴槽101处的润滑效果。

更进一步来说，所述连通槽一102除了如图3所述的“人形”连通方式和图4所述的“弧形”连通方式，还可以是如图5所示的“螺旋”形方式，更具体的说，所述泵盖10上设有轴槽101，通过在轴槽101上还增设有正(反)向扇叶式延长螺旋槽103，所述螺旋槽103的旋向还应与斜齿轮轴的旋向有关，并且两螺旋槽103应当处于“啮合”状态，所述螺旋连通槽相邻的螺旋槽103之间还设有连通槽二104，分设于两轴槽101的螺旋槽103之间还设有连通槽三105进行连通，详细的说，两螺旋槽103旋向应当与斜齿轮主、从动轴的旋向相关，有助于在主、从动轴旋转时所产生的旋向力进行延长抵消，所述螺旋槽103周侧还设有此外轴槽101呈外放射状螺旋扇叶式的形状向外延展，增加了油液流动的伸展性，将部分油液反复回荡在此轴槽101内，减少了油液压力，可产生很好的平衡油压的效果，所述连通槽二104、连通槽三105和螺旋槽103将两轴槽101端面相互连通，内部油液可以相互贯通不会出现局部困油，此三槽的设计也极大地增加了泵盖10与固定轴承8之间的润滑性，提高了轴槽101处的耐磨性，也提高了油泵的使用寿命。

轴承在运转中会因为磨损而导致游隙的增加，这种情况可以通过预紧来补偿。压紧力过大有可能完成轴瓦自卫不良，过小或产生间隙易导致轴瓦跳动，，可以调整浮动轴承6偏心位置(X0，Y0)，如图3所示，X0的取值范围为0.1～5mm，Y0的取值范围为0.5～10mm。通过改变浮动轴承6偏心位置来调整压紧力，从而使压紧力的作用线与反推力的作用线重合，减小磨损，也提高了整体寿命。

本发明还包括其他的一些附件，泵盖10通过螺钉11安装到泵体4上，所述泵体4与泵盖10之间还设有密封圈9进行液密封，保证了良好的液密性，所述主动轴13的一端部还设有小齿轮，并且该端侧与泵体4接触的地方还依次安装有皮碗3、垫圈2和挡圈1，将轴颈处密封良好，保证了液密性，保障了整体结构的紧凑性。

上述内容描述了本发明的使用原理、特征和有益效果。本领域的相关人员根据上述内容可以了解，上述内容并未限制本发明，上述的实施例和说明书描述的是本发明的基本原理和特征，在符合本发明构思的前提之下，本发明还可进行各种变化改进，这些改进都应落入本发明要求保护的范围之内。

Claims (1)

1.一种航空航天用高速高温高效燃油泵，包括泵体（4），其特征在于，所述泵体（4）内设有主动轴（13），主动轴（13）通过相互啮合的主动齿轮（7A）、被动齿轮（7B）与从动轴（14）连接，主动齿轮（7A）和被动齿轮（7B）为一对外啮合斜齿轮，在两啮合齿轮的同侧端面上同轴连接有浮动轴承（6），另一侧端面安装有固定轴承（8），所述浮动轴承（6）的一端还设有补偿弹簧（5），所述泵体（4）还包括有泵盖（10），所述泵盖（10）上设有轴槽（101）；所述外啮合斜齿轮的宽径比范围为0.2～1.5，螺旋临界角取10°～30°，齿向修形量不大于0.05，顶隙系数取0.05～0.25，齿根圆弧半径取0.4～0.8倍的模数，齿顶沿齿向设有不大于R0.1的倒角；所述补偿弹簧（5）设在浮动轴承（6）一端的端面上，所述泵体（4）还设有若干油井孔（41），所述油井孔（41）分布于泵体（4）内部的一侧端面上，所述补偿弹簧（5）被限制在油井孔（41）内；所述固定轴承（8）和浮动轴承（6）的工作端面上设有卸荷槽（61）和均压槽（63），且增设有延长吸油槽（62），所述浮动轴承（6）端面还开有高压过油孔（64）；所述浮动轴承（6）采用偏心安装；所述泵体（4）上还内嵌有槽芯（42），所述轴槽（101）之间还设有连通槽一（102），所述槽芯（42）与该连通槽一（102）相对应；所述轴槽（101）周围还设有螺旋槽（103）；相邻螺旋槽（103）之间还设有连通槽二（104），所述轴槽（101）分设的螺旋槽（103）之间还设有连通槽三（105）；所述泵体（4）一端通过螺钉（11）安装有泵盖（10），所述泵体（4）与泵盖（10）之间还设有密封圈（9）；所述主动轴（13）的一端还设有小齿轮（12），主动轴（13）含小齿轮（12）所在的一端与泵体（4）接触处还依次设有皮碗（3）、垫圈（2）和挡圈（1）。