一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法，所述困油卸荷结构包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，本发明专利技术既能满足困油卸荷用大缝隙和泵轴向密封用小缝隙的不同需求，其中，困油卸荷用大缝隙在困油卸荷中占据主导地位，在最小困油容积位置附近尤为明显，这与常规油泵以槽卸荷为主不同，根增强圆槽就卸荷面积的改善非常明显，且加工简单。

【技术实现步骤摘要】
一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法
本专利技术涉及航天齿轮微泵
，具体涉及一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法。
技术介绍
在大型航天器水处理和热控系统的泵驱两相流回路中，驱动泵多采用微型磁力齿轮泵，简称为航天齿轮微泵，传热技术一般采用液氨类介质相变潜热，所以航天齿轮微泵只需提供较小流量(一般<5.1L/min)及较低扬程(一般<0.6MPa)即可，额定转速一般小于4000r/min，航天齿轮微泵属于匹配两相流回路的一种高精准流量动力元件，而困油是由齿轮泵结构所决定的一种固有现象，航天齿轮微泵也不另外，困油现象越严重将导致困油压力的波动越大，直接导致困油冲击越大和汽化气蚀现象越严重，从而给泵造成严重的破坏，使其不能胜任高精准流量动力元件的角色，因此，通过相应的困油卸荷措施来充分缓解困油的压力波动非常必要。目前，常规介质下的航天齿轮微泵主要通过改变卸荷槽口的轮廓来增大卸荷面积，并由增大了的卸荷面积来充分缓解困油的压力波动，而航天齿轮微泵所用的液氨类介质为超低粘度，一般为0.00018Pa.s，其轴向缝隙的困油卸荷效果会比常规介质下的齿轮微泵提高近百倍，并由此改变了卸荷槽口与轴向缝隙在困油卸荷中的主辅关系，因此，针对上述问题，本专利技术设计了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中的不足，提供了一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构及其设计方法，目的在于：充分缓解航天齿轮微泵在超低粘度介质下使用时所产生的困油现象，从而降低因困油现象对航天齿轮微泵所造成的危害。一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，所述两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向(即轴向)的中间截面完全对称，所述每部分困油卸荷区关于中心对称轴(即齿轮副的中心连线在所述内侧面上的投影线)和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每部分困油卸荷区是在最常见的对称双矩形卸荷槽结构的基础上，由对称双矩形卸荷槽之间的密封面内陷0.01mm，以及在对称双矩形卸荷槽的四个角点处分别设置4个同直径的圆形槽来实现，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据《GBT6135.3-2008直柄麻花钻第3部分_直柄长麻花钻的型式和尺寸标准》选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定。一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤，步骤一、确定航天齿轮微泵的困油过程，步骤二、构建齿轮微泵的困油压力模型，步骤三、航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，步骤四、航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，步骤五、航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，步骤六、航天齿轮微泵的困油压力仿真运算。所述设计方法中步骤一，确定航天齿轮微泵的困油过程，设航天齿轮微泵的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮的圆心为o1、o2，并以o1、o2分别代表主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，在齿轮副的旋转过程中，因齿轮副重合度大于1的传动需要，所以有一个双啮合点共存的旋转子过程，此时由o1、o2的齿面、双啮合点及前泵盖、后泵盖后的内侧面，构成了一个与泵介质吸入腔、排出腔完全相隔离的密闭困油腔，其内的介质称之为困油介质；注：侧隙点处的较大侧隙值将其两侧的密闭腔连成一个整体的困油腔；设齿轮副在泵排出端、吸入端的啮合点分别为n、n'，啮合点n处的齿廓曲率半径为s，其中，当啮合点n为o1上的齿顶点时的s以s1表示，设L为理论啮合线的长度，齿轮的顶圆半径为ra，基圆半径为rb，基圆节距为pb，由此确定出困油腔的一个变化区间(即困油区间)为s∈[s1,s3]，其中在s1和s3的两位置处，困油介质的容积(即困油容积)具有相等的最大值，为此记s1为介质排出端的最大困油容积位置，s3为介质吸入端的最大困油容积位置；在齿轮副的旋转过程中，s逐渐由s1变化到s3，其中，当侧隙点位于齿轮副中心线上时，困油介质具有最小的困油容积，称之为最小困油容积位置s2，且在s∈[s1,s2]的困油区间内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最大困油容积逐步压缩到最小困油容积，则s∈[s1,s2]为困油的压缩过程，在s∈[s2,s3]内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最小困油容积逐步膨胀到最大困油容积，则s∈[s2,s3]为困油的膨胀过程；设s∈[s1,s3]区间内的困油容积、困油容积的变化率、困油压力分别为V、DV、p，压缩、膨胀过程中的困油压力又分别设为pg、pd；则式中，ω为齿轮旋转的角速度，b为齿宽。显然，DV(s)关于DV(s2)对称分布。注：“(*)”前如没有“×”，均表示“*”为变量，下同，例如DV(s)表示s为DV的变量。所述设计方法中步骤二，构建齿轮微泵的困油压力模型，设QR、QZ为困油介质通过卸荷槽口、困油腔两端的轴向缝隙(即困油轴向缝隙)与吸入端、排出端介质的交换流量，称之为槽卸荷流量、端卸荷流量，则，由困油腔内各流量的瞬时平衡，得DV(s)+QR(s)+QZ(s)＝0(4)困油轴向缝隙可近似为矩形平行平板缝隙，由经典的矩形平行平板的缝隙流量计算，得式(5)中，“(r'-rf)”和“(0.5pbcosα')”为双矩形卸荷槽之间密封面的宽度和长度，cz为困油轴向缝隙值，r'、rf为齿轮的节圆、根圆半径，μ为介质粘度，α'为齿轮副的啮合角，pi、po为泵的吸入端、排出端的介质压力，显然，QZ也关于QZ(s2)对称分布；依据式(3)中DV(s)的困油容积V膨胀、压缩时的正、负定义，QR、QZ应以流出困油腔为正，流进困油腔为负。则，[s1,s2]压缩过程内困油压力的求解模型为式(6)中，QR(s)采用经典的薄壁孔口流量公式加以计算，当pg>po时，取“+”号，否则取“-”号；C为流量系数，ρ为介质密度，AR为卸荷面积，如AR(s)一旦确定，则可求出pg(s)；在求解模型(6)中，DV(s)、QZ(s)、AR(s)、QR(s)均关于最小困油容积位置对称，则pg和pd也应如此，即pg(s)+pg(2s2-s)＝pi+po(7)成立，则所述设计方法中步骤三，航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，航天齿轮微泵的困油卸荷槽是在最常见的对称双矩形卸荷槽(称之为普通槽)的基础上，在其4个角点处分别增设4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，其特征在于：所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向的中间截面完全对称，每部分困油卸荷区关于中心对称轴和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定。/n

【技术特征摘要】
1.一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构，包括相同尺寸和结构的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮构成一对啮合的齿轮副，所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与前泵盖相连、所述主渐开线齿轮与从渐开线齿轮啮合的另一端通过一对齿轮轴和滑动轴承与后泵盖相连，其特征在于：所述困油卸荷结构由分别设置在前泵盖、后泵盖与齿轮副端面相贴合的两内侧面上的两部分困油卸荷区组合而成，两部分困油卸荷区关于齿轮副厚度方向的中间截面完全对称，每部分困油卸荷区关于中心对称轴和过中心对称轴的中点，并与垂直于中心对称轴的流向对称轴对称，中心对称轴与流向对称轴的交点为齿轮副的传动节点，每个圆形槽的形位尺寸，首先在最小困油容积位置处，由过最大困油容积位置处的啮合点、矩形卸荷槽轮廓的角点和与齿廓外切的三点约束来初步确定，以及依据选取相应的标准化圆槽直径，最终由过最大困油容积位置处的啮合点、与齿廓外切、标准化圆槽直径唯一确定。


2.一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括如下步骤，步骤一、确定航天齿轮微泵的困油过程，步骤二、构建齿轮微泵的困油压力模型，步骤三、航天齿轮微泵的困油卸荷槽设置，步骤四、航天齿轮微泵的困油卸荷面积获取，步骤五、航天齿轮微泵的困油轴向缝隙设置，步骤六、航天齿轮微泵的困油压力仿真运算。


3.根据权利要求2所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤一，确定航天齿轮微泵的困油过程，设航天齿轮微泵的主渐开线齿轮、从渐开线齿轮的圆心为o1、o2，并以o1、o2分别代表主渐开线齿轮、从渐开线齿轮，在齿轮副的旋转过程中，因齿轮副重合度大于1的传动需要，所以有一个双啮合点共存的旋转子过程，此时由o1、o2的齿面、双啮合点及前泵盖、后泵盖后的内侧面，构成了一个与泵介质吸入腔、排出腔完全相隔离的密闭困油腔，其内的介质称之为困油介质；侧隙点处的较大侧隙值将其两侧的密闭腔连成一个整体的困油腔；设齿轮副在泵排出端、吸入端的啮合点分别为n、n'，啮合点n处的齿廓曲率半径为s，其中，当啮合点n为o1上的齿顶点时的s以s1表示，设L为理论啮合线的长度，齿轮的顶圆半径为ra，基圆半径为rb，基圆节距为pb，由此确定出困油腔的一个变化区间为s∈[s1,s3]，其中



在s1和s3的两位置处，困油介质的容积具有相等的最大值，为此记s1为介质排出端的最大困油容积位置，s3为介质吸入端的最大困油容积位置；
在齿轮副的旋转过程中，s逐渐由s1变化到s3，其中，当侧隙点位于齿轮副中心线上时，困油介质具有最小的困油容积，称之为最小困油容积位置s2，且



在s∈[s1,s2]的困油区间内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最大困油容积逐步压缩到最小困油容积，则s∈[s1,s2]为困油的压缩过程，在s∈[s2,s3]内，随着齿轮副的旋转，困油体积由最小困油容积逐步膨胀到最大困油容积，则s∈[s2,s3]为困油的膨胀过程；
设s∈[s1,s3]区间内的困油容积、困油容积的变化率、困油压力分别为V、DV、p，压缩、膨胀过程中的困油压力又分别设为pg、pd；则





4.根据权利要求2或3所述的一种航天齿轮微泵超低粘度介质下用的困油卸荷结构的设计方法，其特征在于：所述设计方法中步骤二，构建齿轮微泵的困油压力模型，设QR、QZ为困油介质通过卸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉龙，范钧，刘萍，宋安然，
申请(专利权)人：宿迁学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32