圆弧齿轮泵的设计及特点

20世纪80年代后期，日本、英、美等   相继开始研究圆弧齿轮泵，并逐渐推广应用。圆弧齿轮泵与传统的渐开线齿轮泵相比具有压力波动小、、寿命长等优点，被认为是当今   佳齿形的齿轮泵。为此我们按照机车燃油压力、流量和真空度要求，通过对齿轮泵的压力角、齿形反复的比选和试验，成功地研制了DF11型机车圆弧齿轮输油泵。结合机车燃油系统对燃油泵的要求，配套设计了圆弧齿轮泵。

圆弧齿轮泵的齿形为双圆弧，其齿顶和齿根均为圆弧，两段圆弧可采用多种曲线连接，该泵取正弦曲线为过渡线。

通常渐开线齿轮压力角取20°～30°，由于双圆弧齿轮的承载能力比同级的渐开线齿轮高，因此双圆弧齿轮的压力角可小些，该圆弧齿轮取14.5°，这可   齿面的受力情况，齿面承受的径向分力较小，从而减轻轴承的负荷，延长轴承的寿命。同时，由于圆弧齿轮的齿廓是圆弧，齿面上各点的滑动速度相等，磨损均匀，因此具有良好的跑合性能，且磨损后齿面精度不变，这是比渐开线齿轮远为优越之处。

齿轮泵结构简单、制造方便、尺寸紧凑，因而在机车车辆工业中应用非常广泛，其中渐开线齿轮泵是目前用得   广泛的，早期DF11型机车上使用的燃油泵即为该种齿轮泵。但是渐开线齿轮泵常会发生液压关死和气塞现象，引起噪声和轴承负荷升高，导致燃油泵性下降，故障频繁，影响机车的正常运行。

本文的主要研究内容为：

(1)分析了双圆弧齿轮跑合前的齿廓方程，建立了有限元接触计算在静止状态和运动状态下的分析模型。并计算讨论了双圆弧齿轮的接触、弯曲强度；测试了齿轮弯曲应力以验证接触模型的正确性。

(2)研究了双圆弧齿轮跑合仿真计算的基本原理，以ANSYS接触算法为子程序建立了双圆弧齿轮跑合仿真模型，对一对双圆弧齿轮进行了跑合仿真以预测所采用的跑合措施的效果，并与跑合前的计算结果做了比较。

(3)针对双圆弧齿轮传动系统，通过划分热网络节点，建立了热网络方程；研究了有润滑条件下的功率损失、热阻及对流换热计算模型，确定了不同部件的对流换热系数；计算了各节点在不同润滑条件下的温度值及轴承、齿轮等摩擦副零件的热变形量。

(4)建立了无油润滑条件下轴承、齿轮等关键部件的功率损失和对流换热计算模型，确定了传动系统瞬态计算模型；研究了系统温度分布和变化规律并计算了摩擦副零件的热变形量。

(5)在热弹祸合理论的基础上，应用ANSYS软件，计算了双圆弧齿轮在热弹祸合场环境中跑合前和跑合后的祸合变形、藕合应力，并利用离散干涉检查算法实现了变形后双圆弧齿轮的运动干涉检查，提出了   佳侧隙。

(6)根据热弹藕合计算结果，为反映双螺杆泵的实际运转工况，编制了全寿命历程载荷谱，完成了双圆弧齿轮疲劳寿命预测，并与同尺寸渐开线齿轮寿命进行了比较。