基于CB-B40型齿轮泵瞬时流量脉动现象分析及改进措施

来源：核心期刊咨询网核心期刊论文2013-11-15 14:351

摘要：摘 要：本文以CB-B40型齿轮泵为例，对其瞬时流量脉动现象及影响予以介绍，并提出具体应对措施，为齿轮泵的结构优化设计奠定了一定的基

　　摘　要：本文以CB-B40型齿轮泵为例，对其瞬时流量脉动现象及影响予以介绍，并提出具体应对措施，为齿轮泵的结构优化设计奠定了一定的基础。
　　关键词：齿轮泵, 瞬时流量, 脉动, 改进措施

　　一、引言 齿轮泵是一种常用的液压泵，和其他类型的液压泵相比，其结构简单，制造方便，工作可靠，抗污染能力强，自吸性能好，价格低廉，且由于齿轮泵是轴对称的旋转体，故允许的转速较高。因此齿轮泵在机床工业、国防工业及工程机械中得到了广泛的应用。但齿轮泵的困油现象、径向力不平衡、泄露及流量脉动等原因，对其工作性能也造成了一定的影响。下面就CB-B40型齿轮泵的流量脉动现象分析其原因并提出应对措施。

　　二、齿轮泵瞬时流量分析齿轮泵瞬时流量分析的目的，在于了解影响瞬时流量目的因素，提出减小流量脉动的方法。一对啮合齿轮泵的主、从动齿轮按图示方向旋转时，齿廓表面A1 、A2 使压油腔的容积在减小，而A3 、A4使压油腔的容积在增大。 齿轮泵工作原理图当主动齿轮01转过dθ角时，压油腔缩小的容积为：式中  b—轮齿的宽度；ra—齿顶圆半径；rf—齿顶圆半径。与此同时，压油腔增大的容积为：
　　式中 、—齿轮泵啮合点P到主动齿轮和传动齿轮的中心距离。因此，压油腔容积的实际变化量为：
　　将上式两端同时除以dt,即可求得压油腔的瞬时流量qs。
　　（1-1）因式中含有、参数，使用起来不方便，可对其进行简化，有因为 所以 同理
　　所以
　　（1-2）   式中 x—瞬时啮合点沿啮合线到节点P的长度，在啮合过程中是变量；R—节圆半径。将式（1-1）带入式（1-2）中，可得：
　　从上式可以看出，对给定尺寸的齿轮泵而言，qs只是x的函数，而x的数值又随啮合点位置变化而变化，即随转角θ而变化。假设重合度ε=1，则当啮合点在节点时，x=0，令此时的转角θ为零，瞬时流量为最大值。 当啮合点在啮合线的两端时，,此时转角为θ，瞬时流量为最小值。 由机械原理可知，当ε=1时。
　　因此
　　式中 α—齿轮啮合时的压力角；m—齿轮的模数。在每一对齿轮的啮合过程中，x值由变到零，又由零变到，流量也从最小变到最大，又从最大变到最小，齿轮泵的流量脉动曲线。 齿轮泵流量脉动曲线图中时，因此，流量不均匀系数δ可用下式计算。
　　（1-3）   有机械原理可知：
　　代入（1-3）式得
　　对模数m=1, ε=1，α=20°的标准齿轮，可利用（1-3）式计算出δ与Z之间的关系。δ与Z之间的关系 Z 6 8 10 12 14 16 20 δ/% 31.1 24.2 19.8 16.8 14.5 12.8 10.4

　　三、齿轮泵瞬时流量脉动影响齿轮泵的瞬时流量脉动会导致压力的脉动，如果其脉动频率与阀门、管道等固有频率相等，将会发生共振现象，（共振频率计算如下式所示）这对传动轴和轴承的使用以及对管接头和密封件等都有不良的影响。
　　式中Z—齿轮泵齿数；n—齿轮泵转速。若将齿轮泵输出的流量直接输入给执行元件，则会引起执行元件的速度不稳定。若齿轮泵出口并联溢流阀，如将齿轮泵应用在由溢流阀、节流阀、液压缸组成的节流调速回路中，则这种脉动的流量在流经溢流阀时，会产生压力的波动或使压力继电器产生误动作。另一方面，压力的波动还可能会引起液压系统产生振动和噪声。这些都将使系统内各液压元件的使用寿命变短，从而影响该液压系统的正常运行。

　　四、改进措施综上所述，为减小齿轮泵的瞬时流量脉动的影响，可从以下几个方面加以改善。 1、瞬时流量脉动会引起共振，可通过改变泵的转速或齿数的办法来改变频率的大小。 2、适当增加齿数可以减小泵的流量不均匀性，还可增大齿轮啮合角α，也可减小流量的不均匀系数δ值。 3、可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，两套齿轮之间用一平行板相互隔开，组成共同吸油和压油的两个分离的齿轮泵。