外啮合余弦齿轮泵的特性研究

论文摘要

齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能强、工作可靠、制造维护方便、价格便宜等优点。随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量脉动、低噪音等方面发展及应用,对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为各国深入研究的课题。本文运用理论分析和数值仿真,探讨了外啮合余弦齿轮泵的主要特性,为齿轮泵理论技术的发展和推广应用奠定了基础。首先利用“扫过面积法”推导了外啮合余弦齿轮泵的瞬时流量表达式,重点研究了余弦齿轮泵的排量、平均流量、流量不均匀系数及流量脉动频率等基本特性,运用余弦齿轮泵困油容积的计算式,分析了困油对流量特性的影响。随后讨论了外啮合余弦齿轮泵的沿齿轮圆周液体压力方向和沿齿轮啮合方向所产生的径向力的受力情况,在此基础上分析了径向力的合成,探讨了减小齿轮泵径向力的几种措施。最后利用两平行圆盘(或平板)间隙流动理论以及牛顿摩擦定律,得出了余弦齿轮泵的几种主要的泄漏及粘性摩擦损失的表达式,确定了齿轮泵损失功率最小时的最佳间隙。运用Pro/E和Matlab软件,重点对余弦齿轮泵的流量及其脉动情况、困油容积的变化等进行了数值仿真。结果表明,与同参数的渐开线齿轮泵相比,余弦齿轮泵的流量脉动要明显优于渐开线齿轮泵,而且具有流量大、困油容积小及困油时间短等特点。通过线切割加工方法,研制出了余弦齿轮泵,并进行了空载压力下初步的跑合、泄漏和吸油试验,为完善余弦齿轮泵的设计和推广应用奠定了良好基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 余弦齿轮传动的数学模型及啮合特性
• 2.1 余弦齿轮传动的数学模型
• 2.1.1 余弦齿轮的形成原理及齿廓方程
• 2.1.2 几何关系
• 2.1.3 共轭齿廓方程
• 2.1.4 啮合线方程
• 2.2 余弦齿轮传动的重合度
• 2.3 余弦齿轮传动的滑动系数
• 2.4 本章小结
• 第三章 外啮合余弦齿轮泵的流量及特性
• 3.1 瞬时流量公式公式推导
• 3.2 排量
• 3.2.1 排量的精确计算
• 3.2.2 排量的近似计算公式
• 3.2.3 排量与齿数、模数的关系
• 3.2.4 平均流量
• 3.3 瞬时流量品质
• 3.3.1 流量不均匀系数
• 3.3.2 流量脉动频率
• 3.4 本章小结
• 第四章 外啮合余弦齿轮泵的困油特性
• 4.1 困油容积的计算
• 4.1.1 有侧隙时困油容积的计算
• 4.1.2 无侧隙时困油容积的计算
• 4.2 困油对流量特性的影响
• 4.2.1 有侧隙时困油对流量特性的影响
• 4.2.2 无侧隙时困油对流量特性的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 外啮合余弦齿轮泵的径向力
• 5.1 沿齿轮圆周液体压力所产生的径向力
• 5.2 齿轮啮合产生的径向力
• 5.3 径向力的合成
• 5.4 减小径向力的措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 外啮合余弦齿轮泵的效率及间隙
• 6.1 齿轮泵的效率
• 6.1.1 容积效率和容积损失
• 6.1.2 机械效率和机械损失
• 6.2 齿轮泵最佳间隙的确定
• 6.2.1 齿轮端面最佳间隙
• 6.2.2 齿轮径向最佳间隙
• 6.3 本章小结
• 第七章 外啮合余弦齿轮泵的数值仿真与研制
• 7.1 流量脉动的数值仿真
• 7.2 困油容积数值仿真
• 7.3 效率对比分析
• 7.4 余弦齿轮泵的研制
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文