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低脉动齿轮泵设计特点总介绍

发布日期:2017-06-11 点击:

建立了低脉动齿轮泵齿轮齿廓主动设计的数学模型,其特点是可以预先给定齿轮泵的流量脉动系数,主动控制齿轮齿廓形状;通过具体设计实例,利用主动设计法建立了齿数为14,模数为2的低脉动齿轮泵齿轮的三维实体模型,并利用Matlab软件对瞬时流量进行仿真,验证了该设计方法的合理性,并得出了如下结论

(1)利用齿轮泵齿轮齿廓主动设计的方法,可以预先给定齿轮泵的流量脉动系数,主动控制齿轮齿廓形状,为方便快捷地设计满足不同流量脉动系数需求的特殊齿轮奠定了基础。

(2)与渐开线齿轮泵变化趋势相同,低脉动齿轮泵瞬时流量也随着齿轮转角按抛物线规律呈周期性变化;且瞬时流量波动的幅值要小于渐开线齿轮泵,说明了利用该方法设计的齿轮泵具有啮合冲击小、运行平稳性好的特点。

(3)与渐开线齿轮泵相比,在相同条件下,利用本文中我们提出的方法设计出的齿轮泵,其平均流量增加了2.4%,流量脉动系数降低了29.5%,说明其振动和噪声要低于渐开线齿轮泵,具有啮合冲击小、齿轮寿命长的优点。

齿轮泵的流量脉动不仅是液压系统产生压力脉动的直接因素,也是产生冲击、振动和噪声的主要因素。流量脉动越大,越容易引起冲击、振动和噪声,这对轴承、轴和密封圈极为不利,进而会使系统的精度和平稳性降低、均匀性变。长期以来,很多专家和学者在降低齿轮泵流量脉动方面做了大量的研究工作,在很大程度上解决了齿轮泵流量脉动大的问题,并取得了较好的效果。例如,对主、从动齿轮采用不同齿数的齿轮泵进行了研究,得出了采用这种结构会降低齿轮泵流量脉动,但会增加系统的谐振频率的结论。提出采用多齿轮泵来降低流量脉动,通过仿真与普通齿轮泵相比,采用多齿轮泵的结构可以使流量脉动降低约25%。研究了控制外啮合齿轮泵组的流量脉动,得出了采用齿轮泵组安装的方法可以降低流量脉动的结论。研究了渐开线-摆线齿轮泵,结果表明,其流量脉动要比渐开线齿轮泵高出约20%。利用径向并联式齿轮泵和轴向并联式齿轮泵齿轮错位安装的方法,可显著降低齿轮泵的流量脉动。以非对称齿轮泵为研究对象,探讨了工作侧压力角、齿数与流量及流量脉动系数之间的关系,得出了SP系列非对称齿轮泵的排量较普通齿轮泵提高了约15%~20%,流量脉动系数和噪声有所降低。刘茜[8]针对具有标准设计参数的外啮合齿轮泵的流量特性进行了研究,对有、无卸荷槽的设计对齿轮泵的流量特性的影响进行了分析,结果表明卸荷槽的设计可以明显降低齿轮泵的量脉动。以直线共轭内啮合齿轮泵为研究对象,推导了流量脉动系数公式,得出了采用内啮合齿轮泵可以降低流量脉动的结论。在上述降低齿轮泵流量脉动的方法中,有些方法虽然降低了齿轮泵的流量脉动,但效果不明显,如非对称齿轮泵,而有些方法固然能降低流量脉动,但结构复杂,安装工艺繁琐,使得齿轮泵结构简单的优点近乎丧失,如齿轮泵组安装法。基于此,本文中我们提出了一种低脉动齿轮泵齿轮齿廓的主动设计方法。在引入极距和压力角函数的基础上,推导齿轮泵的瞬时流量和脉动系数的数学表达式,建立低脉动齿轮泵主动设计的数学模型,预先给定齿轮泵的流量脉动系数,设计齿轮齿廓方程,达到通过控制齿轮泵的流量脉动系数,主动控制齿轮齿廓形状的目的。

(1)与渐开线齿轮泵的变化趋势相同,低脉动齿轮泵的瞬时流量也随齿轮转角按抛物线规律呈周期性变化,每一个啮合过程为一个啮合周期。

(2)两种齿轮泵大瞬时流量相等,均为1.81L/min,但与渐开线齿轮泵相比,低脉动齿轮泵小瞬时流量增加了5.9%,说明了低脉动齿轮泵瞬时流量波动幅值较小、啮合冲击小,运行平稳性好。

(3)通过计算可知,与相同参数的渐开线齿轮泵相比,低脉动齿轮泵的平均流量增加了2.4%,流量脉动系数降低了29.5%,因此,从仿真结果来看,低脉动齿轮泵啮合冲击小、振动和噪声低于渐开线齿轮泵。

(4)低脉动齿轮泵的流量脉动系数为10.5%,与预先给定的流量脉动系数11%相比,二者之间的误差为0.5%,其在误差允许的范围内,这也验证了设计方法的合理性。


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