[发明专利]一种航天用泵的轻量化渐开线齿廓构造及其逆向设计方法

权利要求书

1.一种航天用泵的轻量化渐开线齿廓构造及其逆向设计方法，航天用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，所述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，所述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；其中，渐开线轮廓段34位于基圆上的点称为齿基点4，即此时的齿轮具有极限啮合的能力；其中，所述齿顶圆弧段12的端点1位于齿对称轴上，齿顶圆弧段12位于所述渐开线轮廓段34的外延伸渐开线上的端点称之为齿顶点2，从而在极限啮合能力的基础，进一步实现形状系数λ的最大化；其中，顶过渡圆弧段23由过齿顶点2、在齿顶点2处垂直于齿顶圆弧段12、过齿廓点3的三个几何条件所唯一确定，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，其中，所述根过渡圆弧45由过齿基点4、外切根圆于点5和圆心位于齿槽的对称轴上的三个几何条件所唯一确定；

其齿廓形状和大小的逆向确定步骤如下：

步骤一、由渐开线轮廓段34的成形原理和齿基点4位于基圆上，得

其中，α为节圆压力角，α₄为齿基点4处的压力角，此时，渐开线轮廓段34具有轮廓上的极限位置；ε为齿轮传动的重合度，z为齿数；

步骤二、由主动轮与从动轮完全相同时齿轮副的重合度定义，得渐开线轮廓段34上齿廓点3处的压力角为

步骤三、由从动轮上齿顶点2恰好避让主动轮上齿基点4的极限位置，得

其中，由渐开线成形原理，知

其中，α₂为齿顶点2处的压力角，为以从动轮顶轴与主动轮根轴重合在中心连线上时为起始位置，到从动轮齿顶点2恰好避让主动轮齿基点4的极限位置时齿轮所转过的角度；σ为齿顶圆弧段12所对应的圆心角，即齿顶半角，考虑到该区域的径向密封需要，具有一个下限值σ_min，τ为根过渡圆弧45所对应的圆心角；

又由齿顶点2位于渐开线轮廓段34的外延伸渐开线上，得

联立式(3)～(5)的三个等式，可唯一求得α₂(ε，z)和σ(ε，z)；

步骤四、如σ(ε，z)≥σ_min，那么σ(ε，z)和α₂(ε，z)直接采用步骤三的计算值；否则，取σ(ε，z)＝σ_min，再有式(5)重新计算α₂(ε，z)；

步骤五、由渐开线的成形原理和形状系数的定义，得最大化的形状系数为

步骤六、由前述求得α₂、α₃和α₄＝0及顶过渡圆弧段23、根过渡圆弧45的构造方法，可完全确定出半齿轮廓的形状，其大小取决于节圆半径的大小，而节圆半径的大小又取决于模数的大小；模数的大小则由不引起气蚀的齿顶允许最大圆周速度和国标所规定的标准取值所共同确定，即

式中，v_max为齿顶允许的最大圆周速度，m/s；n为额定转速，r/min；α_n＝20°为分度圆压力角；SD()表示模数的国标所规定的标准取值；

步骤七、完全相同的主、从动轮所构成的齿轮副，其对应的变位方式为角度变位，则对应的变位系数x和齿顶高系数h为

则得模数m、齿数z、变位系数x和齿顶高系数h的齿轮基本参数。

2.根据权利要求1所述的一种航天用泵的轻量化渐开线齿廓构造及其逆向设计方法，其特征在于：所述顶过渡圆弧段23和根过渡圆弧45形状为过渡圆弧段，过渡圆弧段可使用简单的钻孔方法加工。