针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题,在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型,分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布,研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行,对减摩增效具有积极作用;综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性,织构结构参数即槽深取7~9μm、高度差取5~6μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

为了提高外啮合齿轮泵高转速时的气穴性能,提出了一种小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法。通过大、小侧隙下膨胀困油的变化区间、困油容积变化率和困油补偿流量及其卸荷面积与困油压力模型的建立,实例比较了常规矩形卸荷槽和新环形卸荷槽下的最小困油压力。结果表明,大侧隙的最大困油膨胀率和膨胀区间的长度均仅为小侧隙下的18.3%;由于卸荷槽间距的设置不同,大侧隙困油的最大卸荷面积仅为小侧隙下的7.9%;因此,大侧隙较小侧隙的气穴现象更严重,困油压力波动幅度为小侧隙下的1.93倍。得出了小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法,能有效缓解高速齿轮泵的气穴现象。

为满足齿轮泵高速下的困油卸荷需要,提出一种新的卸荷面积更大、加工更简单的端楔主环形的新卸荷槽。基于齿轮泵的小侧隙困油卸荷原理,给出该槽的结构与尺寸;由三维模型的面积测量方法,测出一个困油周期内若干啮合位置处的卸荷面积;由所建立且被验证的困油压力模型,计算新槽、矩/圆形旧槽在3 000 r/min常速下及新槽在6 000 r/min高速、9 000 r/min超高速下的困油压力。结果表明:新槽的全程卸荷能力强,其中,主环形段的最大卸荷面积较矩、圆形卸荷槽分别增加31%、165%,端楔段的卸荷面积具有近似的直线特征,符合困油流量的线性卸荷要求;新槽常速、高速、超高速下的困油压力峰值使得出口压力分别增加2%、7.7%、14%,困油冲击小;困油压力谷值分别为0.03、-0.22、-0.61 MPa,高速下能避免气穴现象的发生,超高速下须结合较大的侧隙卸荷,方能满足气穴性能的要求...