弧齿齿轮泵运行特性分析

论文摘要

齿轮泵具有结构简单、使用可靠、寿命长、价格低的优点,广泛应用于机床、汽车、船舶、飞机等机械产品的液压系统中。本文提出的弧齿齿轮泵是一种新型齿轮泵,主要由一对几何参数相同的渐开线弧齿圆柱齿轮、传动轴、泵体、端盖构成。由于弧齿圆柱齿轮传动具有啮合性能好、重叠系数大、噪声低、承载能力强、无轴向分力、使用寿命长等优点,用其构建齿轮泵具有明显的优势。本文分析了弧齿圆柱齿轮副的啮合特性,确定了其几何参数以及正确啮合条件,并且推导了啮合齿廓方程、啮合线方程、齿面方程以及重合度计算公式。根据分析可知一对弧齿圆柱齿轮齿面能够实现线接触,实现封油,因此弧齿圆柱齿轮可以用于构建齿轮泵,并且保证泵的正常运转。本文分析了弧齿齿轮泵的困油特性,推导了其平稳运行的条件,探讨了不发生困油现象时弧齿圆柱齿轮副的几何参数之间的关系,即：通过合理设置齿轮的几何参数,弧齿齿轮泵可以平稳传动且不发生困油现象。通过对直齿齿轮泵、弧齿齿轮泵瞬时流量及流量脉动计算分析得到：在主要几何参数相同的情况下,弧齿齿轮泵的流量脉动小于直齿齿轮泵的流量脉动。最后,本文介绍了计算流体动力学中的相关数学模型以及泵内流场的离散格式和数值计算方法。使用三维造型系统对弧齿齿轮泵进行三维造型,用网格划分软件Gambit进行实体处理与网格划分,应用流场分析软件Fluent对泵内流场进行数值模拟分析,得到其流场压力云图、速度矢量图和瞬时体积流量变化图,并据此分析了流场的流态,所得到的流场内的压力、速度分布与理论分析基本一致。弧齿齿轮泵的动态特性模拟分析结果与直齿齿轮泵的数值模拟分析结果对比表明,弧齿齿轮泵的瞬时流量脉动特性优于直齿齿轮泵。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 齿轮泵的研究现状及发展趋势
• 1.3 论文研究的意义与内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 弧齿齿轮的啮合特性
• 2.1 弧齿齿轮的几何参数以及啮合过程
• 2.2 弧齿齿轮啮合齿廓方程
• 2.3 渐开线方程
• 2.4 弧齿齿轮的啮合线方程
• 2.5 弧齿齿轮的齿面方程
• 2.6 重合度计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 弧齿齿轮泵困油特性研究
• 3.1 齿轮泵的工作原理
• 3.2 困油现象的分析
• 3.3 弧齿齿轮泵困油特性分析
• 3.3.1 弧齿齿轮泵平稳运行的条件
• 3.3.2 弧齿齿轮泵消除困油的条件
• 3.3.3 实例计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 弧齿齿轮泵流量特性研究
• 4.1 瞬时流量的计算
• 4.1.1 直齿齿轮泵的瞬时流量及流量脉动计算
• 4.1.2 弧齿齿轮泵的瞬时流量及流量脉动计算
• 4.2 齿轮泵流量脉动分析
• 4.2.1 流量脉动产生的机理
• 4.2.2 流量脉动对系统性能的影响
• 4.2.3 流量特性仿真
• 4.2.4 弧齿齿轮泵结构参数对瞬时流量的影响
• 4.2.5 弧齿齿轮泵结构参数对流量脉动的影响
• 4.3 流量脉动改善措施
• 4.4 弧齿齿轮泵的构建
• 4.5 本章小结
• 第五章 齿轮泵流场数值模拟
• 5.1 流体动力学基本理论
• 5.1.1 数学模型
• 5.1.2 计算流场的离散化
• 5.2 流场仿真软件Fluent简介与基本构成
• 5.2.1 Fluent简介
• 5.2.2 Fluent基本构成
• 5.3 弧齿齿轮泵的模型建立与仿真分析
• 5.3.1 模型的简化与建立
• 5.3.2 网格划分
• 5.3.3 边界条件的设置
• 5.3.4 动边界运动实现
• 5.3.5 仿真计算过程
• 5.4 直齿齿轮泵仿真
• 5.4.1 模型的简化与网格划分
• 5.4.2 仿真计算过程
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 研究工作总结与主要创新点
• 6.1.1 研究工作总结
• 6.1.2 主要创新点
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录