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。

为了明晰齿轮泵/齿轮马达输出量的脉动机理及其差异性,基于由性能到参数的逆向设计方法和渐开线齿廓的无根切特点,以最能反映输出脉动与困油等性能的重合度和轻量化效果的齿数为渐开线齿廓的构造变量,重点推导出无量纲节法线长度等齿廓参数式;据此,重构出齿轮泵输出流量和齿轮马达输出转速的脉动系数式;由许可脉动系数下的轻量化设计方法,确定出相应的最小重合度及其最少齿数。结果表明,重合度是影响脉动系数的关键参数,齿轮马达的转速脉动系数大于齿轮泵的流量脉动系数,重合度越大,脉动系数越小,脉动差异性越小,但困油负荷越大;重合度和齿数是影响轻量化效果的两个关键参数,重合度越大或齿数越少,轻量化效果越好;最小重合度由许可脉动系数唯一确定,最少齿数由最小重合度、许可齿顶压力角和许可齿顶圆心角等共同确定,从而完善...

为解决齿轮泵现有另置困油缓冲槽所存在的问题,提出了一种具有两种重合度的轴向两段式齿轮泵,重合度大于1的齿轮段的困油负荷流量,由重合度为1的齿轮段的困油缓冲流量来平衡,从而实现困油现象的充分缓解。重点给出了重合度为1的齿轮段脱开缝隙的3D特征测量方法;由困油负荷流量等于困油缓冲流量,建立了困油压力式。最后,进行了实例演示和PumpLinx软件验证。结果表明,两段式齿宽比的灵活调整,弥补了现有另置缓冲槽不可调缓冲能力的不足,工况适用性强;考虑气穴压力的困油压力式,修正了困油膨胀时的负压情况,适用于任何结构下的困油压力计算。得出了该泵能有效缓解困油现象,而无需另置缓冲槽,且结构简单、加工方便的重要结论。

为简单高效推导出泵用罗茨转子的容积利用系数,基于容积利用系数与平均理论流量间的因果关系,巧妙地提出了一种容积利用系数的反求方法;分析了有无余隙的两种轮廓构造对容积利用系数的不同影响。结果表明,由“果”(即平均理论流量)到“因”(即容积利用系数)的反求方法简单高效,结果准确可靠,通用性普适性强;有余隙的轮廓构造利于实现容积利用系数的最大化;共轭轮廓的曲线类型通过控制轮廓系数的上限取值,对形状系数及其容积利用系数的间接影响较大;容积利用系数可简化为形状系数的单变量函数,轮廓系数给定下的共轭轮廓曲线类型对容积利用系数的影响甚微。研究结果为转子泵诸如容积利用系数及轮廓特征的其他计算提供了一种新思路与新方法。

为兼顾齿轮泵自吸能力、气穴性能和轻量化的性能要求,首先由建立的吸油腔的容积变化率,吸油腔内的介质压力等于介质本身的气穴压力,推导出齿轮泵气穴性能的评价指标;其次,以模数、齿数、齿顶高系数、变位系数、圆形吸口半径作为设计变量,以单位排量体积和最小吸油腔压力为双目标函数,进行优化设计;最后,进行了实例运算及分析。结果表明：优化后的齿顶最大圆周速度放大了37.7%,使得泵在齿形参数、转速上有更大的选取空间;圆形入口半径减小了19.3%,有利于泵总体体积的减小;单位排量体积较优化前减小了38.2%,实现了轻量化的目的等。基于气穴性能的优化设计,为后续的进一步研究,提供了理论依据。

为从设计上充分缓解齿轮泵困油的冲击危害,以新建的困油流量乘以困油作用面积的困油力最小化为设计目标,构建基于困油性能的优化模型。实例的结果表明:泵常规的轻量化设计会带来较大的困油力;虽然常规的流量不均匀系数及径向力最小化设计,总体上都能提高困油性能,但困油力最小化能促使困油性能进一步提高;常规的困油流量最小化设计,会形成较大的齿顶作用面积,整体上反而弱化了困油性能,得出困油力为一种较好的评估困油危害的量化指标。

为进一步提升高速齿轮泵困油的卸荷能力，提出了门形顶隙与牙形槽的新组合结构及各自的形位尺寸，并就传统的直顶隙与矩形槽的旧组合结构，进行卸荷面积和困油压力的实例比对。结果表明：新组合结构下的最大卸荷面积增加了140%，有效克服了最小困油容积附近的卸荷能力不足问题，且新组合的结构简单，加工容易。6000r/min转速下困油压力的峰值增加率仅为4.3%，卸荷能力强，可视为无困油现象；而旧组合结构的峰值增加率高达40.3%，卸荷能力弱。

探讨通过UG 设计平台如何将优化程序、3D模型建立、有限元分析等有机集成于外啮合齿轮泵齿轮3D设计和分析中去.通过UG/Open GRIP二次交互开发或者3D主模型实现齿轮泵齿轮3D设计的真正参数化和一体化也为其他产品的3D集成设计提供有益的尝试.

利用UG软件提供的表达式和优化模块能一次成功地优化出外啮合齿轮泵传动轴和联接花键的基本参数从而避免了传统的'先试算后校核再调整'的做法.进而利用UG软件的主模型功能可以很方便地实现上述设计的完全参数化所得结果与已有结果比较吻合.

控制器通过驱动卡来控制变量柱塞泵比例阀驱动卡输出可调4-20 m A信号为比例阀线圈提供电源推动斜盘油泵向马达输出适当流量液压油推动马达转动。同时将各种保护监控信号采集处理构成整个控制系统。