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齿轮泵产生流量脉动的原因及减少振动噪声方法

2019-05-07 10:23:36
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齿轮泵在工作时,其高压腔输出的瞬时流量是不均匀的。这种现象称为流量脉动。由于流量脉动导致压力脉动,从而使液压系统产生振动和噪声,且使执行机构运动不稳定,这正是齿轮泵在一些重要领域不能得以推广使用的主要原因之一。然而,迄今为止,国内对评价液压泵的流量脉动并未形成十分明确的概念和统一的认识,因此,加强这方面的讨论是十分有意义的。

齿轮泵产生流量脉动的原因,通常认为,齿轮啮合时,轮齿的不同啮合点工作空间容积的变化率不一样,因而在每一瞬间所排出的油量也不一样。这种源于轮齿的儿何形状所造成的流量脉动,简称为几何流量脉动。毫无疑义,几何流量脉动是齿轮泵流量脉动的较重要的组成部分。但是,至少还有两个组成部分至今仍没有引起人们的重视,即:液压油实际上存在的可压缩性在高压腔受压力脉动的引响,产生附加流量脉动,齿轮泵内不可避免的各种内泄漏的瞬时值也是不均匀的。这两种附加流量脉动分别简称为压缩流量脉动和内泄漏流量脉动。

流量脉动、压缩流量脉动和内泄漏流量脉动构成齿轮泵总的流量脉动,展示出流量脉动与压力脉动、噪声之间的关系。油泵压力升高时,油液的密度增大,造成油泵流量减少。随着时间的变化,几何流量脉动相位发生变化,相应地压缩过程也将产生体积变化。这无疑将对流量脉动特性产生一定的影响。

齿轮轮齿齿顶与壳体之间保持一定间隙,从高压腔至低压腔各齿槽压力递减。齿轮轴在这种径向力的作用下产生变形。这对齿轮轴承的使用寿命不利,所以通常采用开平衡槽的方法。这样做,虽然使齿轮轴受力情况好转,但是却减少了齿顶密封长度,增大了齿槽之间的压差。齿槽中的油液在进入高压腔的瞬间,压力梯度很大,使槽中的油液体积被压缩。在压力脉动与.几何流量脉动相位相同情况下,压缩流量脉动使几何流量脉动率s值增大,即加剧了油泵流量脉动,为了不出现这种情况,高压腔控制边应当这样布置,使齿轮啮合点的交换点与压力脉动的相位错开。

由于齿轮旋转造成密封间隙的几何形状呈周期性的变化,相应地漏油损失也呈周期性的变化。这种现象直接影响到高压腔的流量脉动。

齿轮泵内泄漏有四种途径:

1.齿顶与泵壳体之间的径向间隙。

2.压力升高区齿端面与盖板之间的轴向间隙。

3.齿槽与齿轮轴轴承之间的轴向间隙。

4.啮合点的间隙。

在压力升高区内,出现1、2、3三种漏油现象,其中1、2两种泄漏起着决定性作用。第4项属高压腔与低压腔靠啮合线密封,啮合线的几何特征系随齿轮的旋转呈周期性变化的,第3项压力区交递及啮合点交递过程中,呈一个齿距的交变过程,因为这些不稳定的形态是与几何流量脉动同相位的,注定了泄漏损失加剧了流量脉动的不良后果,因此减少内泄漏不仅直接提高了泵的容积效率,还对减少泵的流量脉动率有好处。小结:通过前面的分析,齿轮泵的流量脉动较大程度上取决于齿轮轮齿的几何形状,但是另一方面,压缩过程以及泄漏特性的引响也不容勿视。在减少振动和噪声方面,这些因素必须加以考虑。

齿轮泵的流量脉动现象是不可避免的,我们只能设法使它尽量的小,主要措施有:

1.通过合理的结构设计,如减少齿轮模数,增加齿数,增大}i高系数,设置新型卸荷槽等以减小几何流量脉动率。

2.在液压系统中安装蓄能器、干涉滤波器或闭端支路等,以吸收泵的流量脉动,起到避免谐振、减少脉动幅值的作用。

关于齿轮泵流量脉动的测定并非十分简单,即使将压力传感器设置在泵的出口处,其测试结果难免受到管路系统的干扰,这个问题还有待探讨,已经引起了国内外的注意。