1、中华人民共和国航空工业部部标准HB/ Z 134-88 指导性技术文件发动机燃油控制系统齿轮式燃油泵设计指南1988-04-10发布1988一09-01实施中华人民共和国航空工业部批准目次1 主题内容与适用范围(1)2 引用标准. . . .3 术语和符号(1)4 原始设计参数和要求. . . . . . ( 5) 5 设计计算. .的6 结构设计. . . . . . (1 4) 7 材料及热处理. . . . . . . (21) 8 泵的试验. . . . . . (21) 9 鉴定. . . . . (22) 10 其他. . . (22) 中华人民共和国航空工业部部标准航空发动机燃油
2、控制系统齿轮式燃油泵设计指南1 主题内容与适用范围HBjl134-88 本指南规定了航空发动机燃油控制系统中齿轮式燃油泵的原始设计参数和要求、设计计算公式、结构形式设计、材料选择、热处理方法、试验要求等般内容。本指南适用于外啃合直齿渐开线齿型的二齿轮式燃油泵。2 I用标准GJB241 航空涡喷涡扇发动机通用规范GJB242 航空祸桨涡轴发动机通用规范GB4 38 1号喷气燃料HB5842 航空产品单元件分类及质量控制原则3 术语和符号3. , 术语3. ,. 1 效率3. 1. 1. 1 容积效率泵的实际流量与理论流量之比，用下式表示:Q s _Qt- L1 Q v一=一一一-. . . Qt
3、 Qt 3. 1. 1. 2 机械效率泵的理论功率与输入功率之比，用下式表示:。=坐Nt Ns N t + /J N . . (2) 3. ,. 1. 3 总效率泵的容积效率和机械效率之乘积，用下式表示t=吁。.1fII( 3.1.2 额寇转速油泵在额定工作状态下的转速。航空工业部1988-04-10发布1988-09-01实施HBjz134 88 3.1.3 额定输出压力油泵在额定工作状态下的出口燃油压力。3. ,. 4 额定进口压力满足油泵正常工作的进口燃油压力。3. ,. 5 额定流量油泵在额定转速、额定进口压力和额定出口压力下实际的输出流量。3. ,. 6 工作环境指袖泵工作时周围的温
4、度、振动、冲击、有害介质等。3. ,. 7 困袖齿轮啃舍时在两个轮齿之间形成了和吸压油腔均不相通的封闭容积，随齿轮旋转，封闭容积的大小发生变化，使封闭区内燃油压力升高或抽真空，这种现象称为困袖。3. ,. 8 汽蚀油泵在某些情况下形成局部低压区，在此区域内溶于燃油内的气体将离析出来，同时燃油蒸发，形成很多气泡，气泡到达高压区被挤压破灭，形成液压撞击，出现振动、噪音和流量下降以及壁面侵蚀等现象，称为汽蚀。3.1.9 端面间隙补偿为了提高油泵的容积效率，减小端面泄漏，对齿轮端面的间隙，采用轴向浮动衬套结构，使之在液压力和弹簧力作用下贴紧在齿轮端面，消除轴向阁隙，称为端面间隙补偿。3.2 符号A 实
5、际中心距口1mA. 理论中心距mm A j 衬套与齿轮的接触面积mm2 a 两卸荷槽之间的距离mm ad 低压侧卸荷槽边缘与两齿轮中心线之间距离置1口1ag 高压侧卸荷槽边缘与两齿轮中心线之间距离m口1B 齿轮宽度m口1Bg 花键槽齿的宽度1m b, 轴颈长度mm Cd 低E侧矩形卸荷槽长度mrrCII 高压侧矩形卸荷槽长度mm Cn 齿侧间隙mm Co 径向齿隙m口】D 节圆直径m盯】D. 齿轮顶圆直径mm Dr 分度圆直径mm Di 齿轮根圆直径口1mDj 齿轮基因直径m町E2 HB/ Z134-88 dfg 花键分度圆直径mm d1 主动轴外径盯1自1dll 承压面内孔直径mm dz 从
6、动轴外径mm dzz 接触面内孔直径町1md. 从动轴内径mm E 弹性模量MPa Fh 作用于齿轮的与液压力有关的径向力N Fn 作用于齿轮的与扭矩有关的径向力N Fj 接触面上总作用力N Ft 弹簧力N F翼液压力在x方向的分量N F y 液压力在y方向的分量N fo 齿顶高系数F, 主动齿轮上的径向力N Fz 从动齿轮上的径向力N h 全齿高盯1mh , 齿顶高口1mh. 齿根高m盯1h g 花键齿的高度mm hll 卸荷槽深度】盯1惯性力矩m町14Kn 有效应力集中系数公法线长度自1mMc 在断面c-c处的弯曲力矩N.m m 齿轮模数mm N. 输入功率kW N, 理论功率kW ANm
7、 机械功率损失kW n 转速r / min n, 跨测齿数na 弯曲强度安全系数no-. 抗拉安全系数p, 泵的进口燃油压力MPa P2 泵的出口燃油压力MPa Ap 燃油进出口压力差MPa Apl 油泵进口处压力损失MPa 3 HB/Z134-88 Pd 工作燃袖的空气分离压力MPa Pk 防止气蚀的安全储备压力MPa p 轴颈承压面单位压力MPa pJ p的许用值MPa Qs 实际输出流量l/min Qt 理论流量l/min L!Q 流量损失!/min qs 实际排量mI/r qt 理论排量rnl/r RA ,RB A点和B点支点反力N R. 齿轮顶圆半径rnm Ri 齿轮根圆半径m自1R
8、i 齿轮基圆半径rnm R 齿轮节圆半径mm 1, 进口处断面上的圆弧半径mm f , 出口处断面上的圆弧半径mm rl1 承压面内孔半径mrn r . 接触面内孔半径m凹1Sl 进袖口截面积crn2 S, 出袖口截面积C盯12Sf 分度圆弧齿厚1m S. 齿顶厚1m T 扭矩N.m tj 基圆节距自1mVI 进口处燃油流速m/s V , 出口处燃油流速m/s V. 齿顶圆切向速度m/s V 轴颈的圆周切线速度m/s vJ v的许用值m/s W 断面c-c处抗弯断面系数m)3 Y AC 轴颈中心相对于齿轮端面的挠度mm Z 齿轮齿数Zg 花键齿数齿轮咐合角。G 齿顶压力角。0. 标准刀具角。0
9、.0 中圆压力角。zh 4 HBjZ134-88 1 齿轮对低压腔相对应的中心角z 齿轮对高压与低压腔之间的过渡段相对应的中心角s 齿轮对出口高压腔相对应的中心角 燃油的相对密度E 齿轮啃合重迭系数E 绝对尺寸对疲劳极限影响系数L 管路局部阻力系数 总放率m 机械效率v 容积效率 中心距分离系数齿轮移距系数 齿顶缩短系数一l材料弯曲疲劳极限A 危险断面A-A处的拉伸应力JA 壳体材料抗拉许用应力w 弯曲压力中1齿顶圆上缺掉的弓形块的弦所对应的中心角中各齿间载荷分布不均匀系数4 原始设计参数和要求4. 1 额定转速4.2 额定输出压力4.3 额定道口压力4.4 额定流量4. 5 工作介质4.6
10、传动方式4. 7 外泄漏要求4.8 工作寿命4.9 温度要求包括燃油进口温度和温升要求。4.10 工作环境4. 特殊试验要求4.12 安襄、清洗、油封、贮存、运输等特殊要求4.13 体飘和重量4. 14 其他。kgjl MPa MPa MPa MPa 5 HB/Z134 88 5 设计计算5.1 确定理论流量Q. =旦旦什TJv 凡在O.75O. 82之间取值。5.2 选择齿轮齿数Z燃油泵齿轮的齿数般在10.，1(范围内选取。5.3 齿轮泵理论排量的计算qt二立L一1000Q.v扭rv . (5) 5. 4 齿轮棋敏的计算初步可按下式计算，计算出来的模数rn，若不是标准模数值，则选用与该值相接
11、近的标准模数。r 1000Q. - J m=O.68!r7/.LVVn_Vj!:，.，.，J. 1】l(的LZ(Z十O.274).J5.5 确定刀具角。和齿高系数fo采用标准刀具。=200, f. = 1. 5.6 齿轮参数计算采用增-齿修正法。5.6.1 理论中心线Ao或分度圆直径DfAo = Df= M Z. (7) 5.6.2 实际中心距A或节圆直径DA = D = m(Z + 1). . . . . . . . . . . .(的5.S.3 顶圆直径D.=m(冗斗-3) . . .1 1 (9) 5.6.4 基圆直径。3二mZcos。.，,. . ,. .41. . . . . ,.
12、.,. . (10) 5. 6. 5 基回节距t.=m(u，s0(11) 6 HB;Z134-88 5.6.6 齿侧间隙CnCn一般选为O.08mo5. 6. 7 啃合角, z、= a1CCos(一一-.COS。).111.，.(12)、Z十1-v5.6.8 移距系数已-一庐yZ(inv-inv。)-主L一tmC08。. (1 3) 2tgao 5. S. 9 齿顶高h，h, = 1. 5 X m(14) 5.6.10 齿顶缩短系数= - 0.5. . .11. . . . _. .0日5. 6. 11 齿根高h，儿=m (1. 25 -). .，.门的5. 6. 12 全齿高hh = h,
13、+ h, = m(2. 75 -)(17) 5.6.13 根圆直径Dj队=D.2k= m(Z + 2 - 2. 5) (1 8) 5.6.14 径向齿隙Co = m(O. 75 - .;).,. .们的5.6. 15 齿顶压力角也(-2-co 。). (20) Z十35. 6.16 分度国弧齿厚SfBf =于十叫。一动瓦. ., . . . . . . . . . . . (21 ) 5.6. 17 齿顶厚S.S.二Sf.会-D. (invae -in叫.1111 11. . . 11 11 11. . . . 11. 11 11. . (汕f 7 HB/ Z134-88 5.6. 18 齿轮
14、啃合重迭系数Ee = Z(tge一tg)/馆. . . . ( 23) 5.6. 19 跨测齿数n，E旦生.z + 0. 5 (24 ) 180 式中:坤一二中圆(即齿高中部的圆)压力角，其值可用下式求出:ZCQ0 . . (25) zll一Z+ 25 5.6.20 公法线长度Il=m。内一1)+守+z川J.11. . ,. .(26) 5. 7 油泵进口压力p，的确定或齿轮转迪的校攘5. 7. 1 油泵进口压力p，的确定如果油泵进口压力Pl未给定，则按下式求取Pl: n 119P，十一_t:_沃R:- R:) (:;: ) 2 + .1p，十. (27) E灭l91.n;- .Jfi J I
15、.30r -r iJ , -r Pt 。Vp, =丘二4丁(28)2 X 10 P1取0.03。5.7.2 齿轮转速n的校核如果油泵进口压力p，已给定，则按下式校核油泵额定转速n:30)三三卫9-P1- Pi - .1 Pl -b. . . . (29) VR!-m如果不满足不等式，则必须重新选参数，直到满足为止。5.8 计算齿轮宽度B值B = 2qt/(D! - DZ -tj/3)o 5.9 泵的输入功率Ns的计算8 s -组二五主. . .I .,. (31) 60m HBj Z134- 88 5. 10 泵的输出扭矩T的计算T=监9且去二豆tHH-.( 32) n，在O.5，O 6之间选
16、取。5. 11 造出油口的几何尺寸计算根据下列公式，确定C1和hJP旦坠 . . (33) TI二V3刑1一/50b也l(34)盯V3的VI在2-3之间取值，Yz在6-7之间取值。5. 12 部荷槽的计算采用相对于齿轮中心线不对称布置的两矩形卸荷槽(见图1)O2卡一t且。l图1向低压倒偏移的不对称双卸荷槽9 HB/ Z134 - 88 5. 12. 1 两卸荷槽之间的距离a的计算=22冗旷0. . . . . . . . ., . . . (35) 5.12.2 处于高压侧的卸荷槽边缘与两齿轮中心连线之间的距离aggz(2EM于内. . . . . . . . . . (36) 5.12.3
17、处于低压侧的卸荷槽边缘与两齿轮中心连线之间的距离adad =-ag-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 37) 5.12.4 高低压侧卸荷槽的最佳长度Ca和CcICg = 2(R -1m一D(3的C.=2CR.气，需-a;. . . . . ., . . . . (39) 可以将两个卸荷槽长度做成相等，按高压侧卸荷槽长度Cg来制造。5. 12. 5 卸荷槽深度hllhll二三O.8rr. . . . . . .,. . . . . . . (10) 5.13 由轮泵齿轮的径向载荷计算5.13. 1 嗜合力计算lOOOT =一一一.。Rj
18、5.13.2 液压作用力计算(如图2所示)宙B R Ft=-LJP岛cos(t十2)一cslJ(42)-A四B R F, = .Jp血.sin(1+的)-.sinol一2J. (43) -1 总液压力Fh为z凡=、/F十F;.，.(44)5. 13.3 主动齿轮和从动齿轮所承受的总的径向力乱和Fl10 HB/ Z134 -88 x / 图2油泵齿轮训向液压力分布 = F,. +乱、. . 11 .,. ,. .,. .11.(4日F. = F. +武什的一般应按F.的数值，进行轴承计算。5. 14 滑动轴承计算5. 14. 1 承压面上单位压力校核pzzZt;p . ,. .11 ( 4 7
19、) 滑动轴承宽度直径比(b)dz )在Q.51. 5范围内取值pJ可查表10 5.14.2 单位压力与辅颈表面切线速度乘积pv校核p v pvJ6.什8)5. 14. 3 轴颈切线速度v的校核v vJ pvJ和vJ的许用值，查表l。5. 15 端困闰隙补偿装置几何尺寸计算采用能轴向活动的端面衬套，用弹簧力和被压力将瑞丽衬套压在齿轮端困上，使两者始终H HB/ Z134-88 接触，保证轴向间隙为零同时不产生偏磨。5. 15. 1 衬套弹簧要保证起动时在接触面上有O.lMPa的单位接触力。5. 15.2 同心环形承压面衬套(见图3)图3同心环形承压面衬套衬套与齿轮端面的压紧力向jR! , n .
20、 . . ,., 马=乓十吵(R;-Tf)-7(而札一叫)J. . . . . . . (50) 俨2arc丢. . . . . . . . . . . (51 ) 衬套与齿轮端丽的分离力矶，F冉fE=zL(._.旦i斗)3R!(R!十R6 ,A ) 2 为了保证密封，应满足下式要求。自E节L=1. 0- 1. 2 (53) l J . 从上式可求得rll和ru的关系式，由下式求出rll: 些二工主=O. 75 0.85.1的乓-Rl求出r后，再根据求出的r与r.的关系式(53)，确定r，.5.15.3 校核端面衬套的p、v和pv值校核接触面单位压力pF2 2 4F . (切12 H8/Z13
21、488 Fj二-Fj; . . .的Aj=卡(R!+ n: - 2r;) . . . . .,. . ., . (57) 校核v值鸟写vJ. . . .的校核pv值F乌pvJ. . .(59) pJ，v和pvJ值查表15. 16 轴的计算5. 16. 1 轴的强度计算见图的b1 C C L B bI A B RB 图4将从动轴简化成可动饺链双支点的梁R与RB为支点反力RB=号. . . . . . .侧作用在危险断面c-c处的弯曲力矩McMI! = F_2 c=市而.，.，.付们13 HBj Z134 -88 断面c-c处的抗弯断面系数Ww=号?LI一，4. (61) 断面c-c处的弯曲应力w
22、1000Me w二一丁F.何幻对称循环的弯曲强度安全系数几-1 nn -;:;-一一一.，.(63)巫忌， _，、Kcr、在机械设计手册中查取。5.1 S. 2 轴的刚度计算见图5)设轴颈上所承受的载荷为均布载荷，则袖颈长度的中心相对于齿轮端面c-c处的挠度YC以下式表示:17 F t M . ( 64 ) YAC =一8.E1 对于钢，E=2.1 X 10 .,/4 d _ _, 1=背1一(去)4J. 11 . 111 . . . . . . . . . . . . . (65) 5.17 主动轴上花键计算花键齿工作面上的压强p以下式校核2OOOT P=4 fp1仰的元ghvgdJ功在O.
23、7O. 8范围内取值，pJ值由查表求得.6 结构设计6.1 壳体结构设计根据具体情况，在下列两种结构中选用。6. 1. 1 三片式结构分前泵盖、泵体、后泵盖三部分，如图6和图8所示，一般采用三片式结构。S. . 2 二片式结构分泵体和前泵盖二部分。14 HB/ Z134-88 L C Ubl C bl 阁S从动齿轮轴的受力简图6.2 菌轮与轴的连接有两种齿轮与轴的连接方式。6.2. 1 整体式齿轮与轴做成一体，轴兼做支承。S. 2. 2 键连接式齿轮与轴分开制造，用键连接，一般采用花键连接式结构。S. 3 轴承的润滑设计一般采用如图7所示的向轴承连续供袖的高压润滑方案。对高速齿轮泵应特别注意轴
24、承的润滑设计问题。6. 4 黯小齿轮径向力的方案在轴套上镜槽将出口压力油腔扩大到接近进口吸泊腔侧，以均匀压力，从而减小径向力，在工作中只有一、二个齿起密封作用，如图8所示。15 HB/Z134-88 A A - A : tn内FRf抖罔)2 c今-E争4 f段Ff/AL-图6三片式结构油泵1-泵体，2-密封阳13前泵羞;4-后泵盏图7向轴承连续供油的高压润滑方案1小糟12辅!句沟榈，3-集油槽16 HBjZ134-88 罪君出惺阳明军把理国植憾事霉Lnd飞ld飞17 扩大出口油腔减小径向力的方案图图8HB/Zl34-88 偿修的仨盖此与要构补仁齿，泵因计上结明相璋时和设盖的体等可泵示制计榈吵壳
25、头和所酬唰阳当创盯销机排配不钟配m度，和安陆何瞅叮栅唯一m棚鼠轴帆;5。5置起示精同做ZY川机制MM叫mm阻时瞅瞅呵呵椭个于桩翩翩翩脚机阳刊示采的小螺。安这用应。安l亦叫叫叫呻盯川户时刷刷刷山bm附川牛棚刊轮9以制宽距性在力密啤用从刊树如方图当转酣阳刚以压起脚专和一脚面缸吼叫肌川JvdvZ阳mmm品均号叫苦mJvjy旷他接装求的装轴线配齿度VMV轴飞腔合刊四脚呻闹用MU沟刷一口刷际纵归时时仰蓝蓝熙熙摆出端端。形主一传-oe对齿齿齿齿与轴轴浮壳壳其其12紧3位4相567销895套则87定m890品$拉hL部。山腔$0位$且6衬规8选加桩应内66定SS18 HB/ Z134-88 图9机械装置密封
26、结构-传动轴，2-盖板，3-镀形弹簧，4-垫4授，5-垫片，6一卡圃，7一封环，8一薄膜封严装置;9-封严帽110一胶圃111-锁片;2-石墨环.19 HB/ Z134-88 卸荷槽图10齿轮泵盖端面上为减轻拉紧螺栓的载荷和改善密封性的环形槽图11改善后的吸油窗筒图6. 10 图纸要求一般齿轮油泵图纸按下列要求考虑，对于特殊情况，可作相应变化。6.10.1 泵壳体上齿轮窝的圆柱度为O.Olmm。6.1 Q. 2 泵壳体的齿轮窝轴线平行度沿壳体宽度为O.Olmrn 0 S. 10. 3 泵壳体的轴承孔与齿轮窝的同袖度为O.Olmm 0 S. 10. 4 齿轮轴线同辅度沿整个轴校为O.OlmmoS
27、.10.5 泵体上齿轮窝轴线间距离及端盖上轴承孔间的距离必须保持O.Olmm的精确度。6. 1 Q. 6 泵壳体两端丽的平行度为O.Olmm. 6.10.7 泵壳体两端平面对齿轮窝轴线的垂直度在半径为50mm时为Q.01mm 0 6. 1 Q. 8 轴承孔与齿轮外表面的同轴度为O.Olmm。20 HB/Z13488 6. 10. 9 齿轮的节园和顶园的同轴度为O.02mmoS. 10. 10 齿轮外圆的圆柱度为Q.Olmm 0 6. 10. 11 齿轮两端平面的平行度为O.005.-.0.01mm。6.10.12 齿轮两端平面对它的轴线垂直度在半径为50mm时为O.Olmm.6.10.13 泵
28、盖与安装盘的连接平面对轴承孔的垂直度在半径为50mm时为O.Olmm。6.10.14 齿轮与齿轮窝的配合用基孔制。6.10.15 发兰后应抛光.齿轮端面所研磨。6.10.16 轴和齿轮热处理后应在碰力探伤器上检查6. 1 Q. 17 关键件和重要件在零件图上按HB5842执行。7 材料及热处理7. 1 齿轮和轴齿轮和轴的材料可用12CrNi3A，18CrNiWA，38CrMoA1Ao并进行掺碳、渗氮和热处理，一般渗碳深度为Q.4 O. 6mm，渗氮深度为0.2-0.5mm 0 RC在58-62之间。7.2 滑动轴承材料(见褒1)用二硫化铝涂层的锡铅青铜，其性能有提高。银轴承具有良好的承载能力和
29、耐疲劳、耐腐蚀、导热性等性能，是目前优良的轴承材料，如在钢基上镀O.05.0. 07mm银层及O.02-0. 03mm铅层，最高单位压力可达27.4- 34. 3MPa. pv值可达68MPa m/s。7. 3 壳体材料壳体材料常采用铝合金如ZL101、ZLI05、YL-12).亦有采用铸铁。8 泵的试验8. 1 试验目的按本指南进行设计的燃油泵应通过以下各种试验，修正各零部件，以达到燃油泵应满足的各种性能和寿命要求。8. 2 试验设备和燃油试验设备成满足各个试验的要求，燃油按GB438要求执行。8. 3 燃油泵的各种试验根据OJB241和GJB242中所规定的对燃油泵的各种试验，分别进行试验
30、，并应满足OJ8241和OJ8212中所规定的要求。9 鉴定如果满足GJB24和GJB2-1.2中各项试验要求，应认为按本指南研制的新燃油泵己可进行鉴定定型。10 其他21 HB/Zl34-88 表1轴瓦材料性能表轴瓦材料极限值pvJ pJ v丁名称代号MPa MPa m/s m/s 锡锦ZchSnSb 1 1 - 6 合金24.5 80 19.6 ZQSnl0-1 14.7 10 14.7 锡青铜合金ZQSn6-6-3 7.9 3 14. 7 铅青铜20. 6 12 29. 4 合金ZQPb30 -27.5 注lPV值为搜合润滑状态下的极限值1性能比按，1最佳，5摄差.1 Q. 1 重量t 。C150 280 280 250 280 在油泵设计完成后，对重量进行估算，应满足设计要求。10.2 可靠性应对设计的燃油泵进行可靠性评估。附加说明:本指南由航空工业部301所提出。本指南由西北工业大学和远东机械制造公司负责起草。22 性能比较最小轴颈抗适应耐耐硬度性与疲咬蚀嵌入劳HB 性性性性150 1 1 5 300 5 5 2 1 ,-.,., 400 300 5 5 2 1 ,._ 400 300 3 4 4 2
