[实用新型]一种航天用轻量化渐开线齿轮泵

说明书

本实用新型公开了一种航天用轻量化渐开线齿轮泵，包括主动轮和与其构成啮合运动的完全相同的从动轮，主动轮和从动轮的轮廓为：半齿轮廓通过镜像操作后圆周阵列操作的构造设置，半齿轮廓由齿顶圆弧段（12）、顶过渡圆弧段（23）、渐开线轮廓段（34）、根过渡圆弧（45），组成首尾相连的4段轮廓段本发明在主动轮与从动轮的啮合运动中，顶过渡圆弧段（23）的构造是为了彼此间能完全避让齿基点（4）。本技术旨在满足渐开线齿轮泵性能要求的基础上，采用与现行正向流程相反的逆向流程，以最能体现渐开线齿轮泵性能的重合度和齿数作为齿廓构造的直接参数，并通过形状系数最大化及以其为前提的模数最大化，从而实现航天用泵的轻量化性能要求，方法简单。

技术领域

本实用新型涉及一类齿轮泵，特别涉及到一种航天用轻量化渐开线齿轮泵。

背景技术：

齿轮泵是一种泵送工作介质的液压元件，应用极其广泛，在大型航天器的水处理系统和热控系统中也得到运用，航天高发射成本由此对泵轻量化性能提出了更高要求，由完全相同的一对齿轮所构成的齿轮副是该泵的核心部件，其轮廓参数(简称为齿廓参数)的设计质量直接影响了泵的性能。现有研究表明泵轻量化程度取决于齿轮的齿顶圆半径的最大化程度，齿顶圆半径越大，泵轻量化性能越好。

在各种传动形式中，渐开线齿轮传动的应用最为普遍，为此国内外制定了大量的标准以规范其设计和加工，规范内容一般为模数、齿数、变位系数和齿顶高系数等齿廓构造的基本参数。

泵用齿轮作为齿轮在泵上的特殊应用，设计上目前多延续“规范”齿轮的设计方法，即采用由“额定转速、额定压力、额定流量的工况参数→设计出泵用齿廓的基本参数→泵容积效率、流量脉动、传动、气穴等性能要求的校核”的正向流程。其中，该流程为一反复过程，直到所设计出的基本参数能完全满足泵性能要求为至，因此，设计效率相对低下。

设定基本参数的目的原在于“规范”渐开线齿轮的设计与加工，但它们却不能直接体现泵性能的特殊要求，按照现有的正向流程，反而将最能够体现泵性能要求的重合度、齿顶角、形状系数等归结为齿廓的间接参数。

随着现代制造技术的快速发展，泵用齿轮的少齿数无根切加工等早已不是问题。

航天用渐开线齿轮泵主要涉及到的性能要求为(1)由径向密封所限定的最小齿顶半角σ_min；(2)由平稳传动等所限定的1.05～1.15之间的重合度ε；(3)由脉动质量所要求的最少齿数z；(4)泵气蚀性能所限定的齿顶最大圆周速度v_max；(5)轻量化性能要求齿顶圆半径的最大化程度。

现有研究表明泵轻量化取决于齿轮的齿顶圆半径r_a的最大化，而“齿顶圆半径r_a＝形状系数λ×节圆半径r”，得泵轻量化等价于λ最大化前提下的r最大化；而r＝“0.5m×z×cosα_n/cosα”，在λ最大化和脉动质量所要求的最少齿数z前提下，分度圆压力角α_n＝20°、节圆压力角α和齿数z均为确定值，其中，齿数z即为由脉动质量所要求的最少齿数。则，泵轻量化程度又等价于λ最大化前提下模数m的最大化。

λ最大化程度由齿顶半角σ≥σ_min、z、ε＝1.05～1.15所共同决定，而σ由齿轮副间恰好的避让关系直接计算出；模数m的最大化由齿顶圆周速度v“＝λr×πn/30”小于v_max所确定，n为额定转速，v_max由介质粘度所决定。则，ε、z、σ_min、v_max、n为本发明预先确定的五个独立参量。

发明内容

针对航天用泵的齿轮的特殊应用要求，通过采用与正向流程相反的逆向流程，彻底从泵性能的实际要求出发，以最能体现泵用性能的所谓的“间接参数”作为齿廓的直接构造参数，是航天用泵的轻量化渐开线齿廓构造及逆向设计的重点。