（机械设计及理论专业论文）外啮合齿轮泵困油机理、模型及试验研究.pdf

摘要 困油现象是外啮合齿轮泵固有的特性之一，困油压力值的准确评估是控制和减轻困油的 前提，本文以困油模型的建立和困油压力的精确仿真为目标展开研究，主要工作包括以下几 个方面： 采用扫过面积的方法，以主动齿轮的啮合长度为变量。建立了异齿数齿轮泵的平均流量、 流量不均匀系数、困油容积和困油流量的计算公式，为后续困油压力的仿真做好前期的准备 工作。结果表明主大从小的异齿数组合对流量特性有利，对困油现象不利；而主小从大异齿 数组合的影响则相反。 采用计算创建法与虚拟量测法相结合，给出了最小困油面积和卸荷面积计算与验证的问 题。实例表明卸荷面积的变化为抛物线型，具体应用时，不同参数下的卸荷面积可采用不同 指数和系数的抛物线来简化。 建立了困油压力仿真的模型。依据模型中是否考虑齿轮副的动力学分析，将困油模型分 为静态模型和动态模型。采用数值模拟方法研究了含气比，侧板倾斜，有效体积模量，离心 力和齿轮副的振动等因素对困油压力的影响。结果表明含气是造成处于膨胀阶段后期的困油 压力基于零压附近的主要原因，入口含气比对困油压力的影响不大，而离心含气比以及出油 口含气比在进入困油区后的放大效应的影响较大；过小的侧隙和过大的困油压力会加剧齿轮 副的振动；动态模型仿真的压力峰值一般要比静态模型低，采用动态模型更可靠；从动轮侧 的困油压力峰值一般也要大于主动轮侧的困油压力峰值。 针对仿真模型中的四大泄漏量进行了研究。轴向泄漏考虑了侧板倾斜和困油区的封闭轮 廓在一个困油周期内的变化；静态时，齿面啮合泄漏依赖于其间的最小油膜厚度，侧隙泄漏 依赖于侧隙的原始设计值；动态时，两者均依赖于啮合位置和振动位置的变化。实例表明卸 荷泄漏、侧隙泄漏和啮合泄漏与困油流量基本处于同一数量级，是缓解困油压力的主要途径。 基于台架试验测量了从动轮侧的困油压力，并与理论分析结果进行了对比，从而对困油 分析模型进行了验证。静、动态模型的仿真结果之间的差距较大，动态模型比较接近于试验 结果。引流口的体积对困油压力造成的影响很小。可以忽略不计。 最后，对相关参数如何影响困油压力进行了动态模型的仿真分析，结果表明较小的模数、 齿数、压力角、齿宽、齿顶高系数和较大的正变位系数，有利于困油压力的缓解，同时较大 的正变位系数对流量脉动现象的改善也有一定效果。此外，对于高压、低速以及低压、高速 工况下的困油特性进行了分析。 本文的研究工作为困油压力的精确预测提供了一种有效的方法，在齿轮泵设计尤其在泵 的振动与噪声控制等方面，具有一定的理论意义和应用前景。 关键词：外啮合齿轮泵，困油压力，困油流量，卸荷面积，动力学模型，有效体积模量，含 气比。 a bs t r a c t p h e n o m e n o no ft r a p p e do i li sa ni n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i co fe x t e r n a lg e a rp u m p ；t h ea c c u r a t e e v a l u a t i n go fv a l u eo ft r a p p e do i lp r e s s u r ei sap r e c o n d i t i o nf o rc o n t r o l l i n ga n dr e l i e v i n gt r a p p e d o i l p r e s s u r e w i t ht h et a r g e t so fm o d e l i n ga n da c c u r a t es i m u l a t i o no ft r a p p e do i lp r e s s u r e ，t h i sp a p e r p e r f o r m saf u r t h e rr e s e a r c ht h a tc o n t a i n st h ef o l l o w i n gm a i na s p e c t s ： f o rae x t e r n a lg e a rp u m pw i t hd i f f e r e n tt e e t ho fd r i v eg e a ra n dd r i v e ng e a r , b yu s i n gam e t h o d o fs w e p tv o l u m ea n dt a k i n ge n g a g e m e n tl e n g t ho fd r i v eg e a ra sav a r i a b l e ，t h ep a p e re s t a b l i s h e s f o r m u l a so fa v e r a g ef l o w , u n e v e nf l o wc o e f f i c i e n ta n dt r a p p e do i lv o l u m e ，t h ef l o wo ft r a p p e do i l ， a l lo ft h e ma r eap r e p a r a t o r yw o r kf o rs u b s e q u e n ts i m u l a t i o no ft r a p p e do i lp r e s s u r e t h er e s u l t s s h o wt h a tt h ec o m b i n a t i o no fm o r et e e t ho fd r i v eg e a rw i t hf e w e rt e e t ho fd r i v e ng e a ri sf a v o r a b l e f o ri m p r o v i n gt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i ca n du n f a v o r a b l ef o rr e d u c i n gt h ep h e n o m e n o no ft r a p p e do i l ， w h i l et h ee f f e c to ft h ec o m b i n a t i o no ff e w e rt e e t ho fd r i v eg e a rw i t hm o r et e e t ho fd r i v e ng e a ri s j u s to nt h ec o n t r a r y t h em i n i m u ma r e ao ft r a p p e do i lr e g i o na n dr e l i e fa r e aa r ec a l c u l a t e db yc o m b i n i n g c o m p u t a t i o nm e t h o dw i t hv i r t u a lm e a s u r e m e n tm e t h o d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec u r v eo fr e l i e fa r e a i s p a r a b o l i c ，d i f f e r e n t i n d i c e sa n dc o e f f i c i e n t so fp a r a b o l ac a nb ea d o p t e df o rs i m p l i f i c a t i n g c a l c u l a t i o no fa c t u a lr e l i e fa r e au n d e rd i f f e r e n tp a r a m e t e r si na c t u a la p p l i c a t i o n t h es i m u l a t i o nm o d e lo ft h et r a p p e do i lp r e s s u r ei se s t a b l i s h e di nt h ep a p e r a n dt h em o d e li s d i v i d e di n t os t a t i cm o d e la n dd y n a m i cm o d e la c c o r d i n gt ow i t ho rw i t h o u td y n a m i cf a c t o ro fg e a r p a i r t h ei n f l u e n c eo fp e r c e n t a g eo fg a si no i l ，s l o p eo fs i d ep l a t e ，e f f e c t i v eb u l km o d u l u s ，a n d c e n t r i f u g a lf o r c ea n dg e a rp a i rv i b r a t i o no nt r a p p e do i lp r e s s u r ei ss t u d i e db yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tg a si no i li st h em a j o rc a u s eo fz e r o a p p r o a c h i n gt r a p p e do i lp r e s s u r ei nt h e l a t e rs t a g eo fe x p a n s i o n ，a n dt h a ti n l e tg a si no i lh a sl i t t l ee f f e c to nt h et r a p p e do i lp r e s s u r e ，w h i l et h e e f f e c to fp e r c e n t a g eo fc e n t r i f u g a lg a sa n dp e r c e n t a g eo fo u t l e tg a si no i li sa m p l i f i e di nt h et r a p p e d o i la r e a s ；a n ds m a l l e rb a c k l a s ha n dh i g h e ro i lp r e s s u r ew i l la g g r a v a t ev i b r a t i o no fg e a rp a i r n o r m a l l yt h ep e a ko fs i m u l a t e dp r e s s u r ei nd y n a m i cm o d e li s l o w e rt h a nt h a ti n s t a t i cm o d e l ， m a k i n gd y n a m i cm o d e lm o r er e l i a b l e a tp e a ko ft r a p p e do i lp r e s s u r ei nd r i v e ng e a rs i d ei sg r e a t e r t h a nt h a ti nd r i v eg e a rs i d eu n d e rn o r m a lc i r c u m s t a n c e s f o u rk i n d so fl e a k a g e si nt h es i m u l a t i o nm o d e la r ei n v e s t i g a t e d ，a m o n gw h i c h ，a x i a ll e a k a g e t a k e ss l o p eo fs i d ep l a t ea n dv a r i a t i o no ft r a p p e do i lp r o f i l ei nat r a p p i n gp e r i o di n t oa c c o u n t ，i n s t a t i cs t a t e ，m e s h i n gl e a k a g ef r o mm e s h i n gt o o t hs u r f a c ed e p e n d so nt h em i n i m u mf i l mt h i c k n e s s t h e r e i n ，a n dl e a k a g ef r o mb a c k l a s hd e p e n d so no r i g i n a ld e s i g nv a l u e so fb a c k l a s h ；i nd y n a m i cs t a t e ， b o t ho ft h e md e p e n do nc h a n g eo fm e s h i n gp o s i t i o na n dv i b r a t i o nl o c a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e l i e fl e a k a g ea n db a c k l a s hl e a k a g ea n dm e s h i n gl e a k a g ea r eb a s i c a l l yt h es a m ea st r a p p e do i lf l o w i nm a g n i t u d e ；t h e s et h r e ek i n d so fl e a k a g e sa r em a i nm e t h o df o rr e l i e v i n gt h et r a p p e do i lp r e s s u r e t r a p p e do i lp r e s s u r ei nd r i v e ng e a rs i d ei sm e a s u r e do nt e s td e v i c ea n dc o m p a r e dw i t ht h e r e s u l t so ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h u st h es i m u l a t i o nm o d e lh a sb e e nv e r i f i e d t h e r ei sal a r g e rg a pi n s i m u l a t i o nr e s u l t so fs t a t i cm o d e la n dd y n a m i cm o d e l ，a n dt h er e s u l t si nd y n a m i cm o d e la r ec l o s e rt o t h et e s tr e s u l t s ，t h ev o l u m eo fd r a i n a g eh a sl i t t l ei n f l u e n c eo nt r a p p e do i lp r e s s u r e ，t h e r e f o r ei ti s n e g l i g i b l e f i n a l l y , t h ei n f l u e n c eo fr e l e v a n tp a r a m e t e r so nt r a p p e do i lp r e s s u r ei sa n a l y z e db a s e do n d y n a m i cm o d e l t h er e s u l t ss h o wt h a ts m a l lm o d u l u s ，n u m b e ro ft e e t h ，p r e s s u r ea n g l e ，g e a rw i d t h ， a d d e n d u mc o e f f i c i e n ta n db i gp o s i t i v ep r o f i l es h i f tc o e f f i c i e n tc o n t r i b u t et ot h er e l i e v i n go ft r a p p e d o i lp r e s s u r e i np a r t i c u l a r , g r e a t e rp o s i t i v ep r o f i l es h i f tc o e f f i c i e n ti sv e r ye f f e c t i v ef o rr e l i e v i n go f t h ef l o wp u l s ea n dt r a p p e do i l i na d d i t i o n ，t r a p p e do i l p r e s s u r ei sf o r e c a s t e di ns p e c i a lw o r k i n g c o n d i t i o n ss u c ha sh i g h - p r e s s u r ea n dl o w - s p e e do rl o w - p r e s s u r ea n dh i g h s p e e d i nc o n c l u s i o n ，t h er e s e a r c ho f f e r sa l le f f e c t i v em e t h o df o rt h ea c c u r a t ep r e d i c t i o no ft r a p p e do i l p r e s s u r e ，a n di su s e f u li nt h ed e s i g no fg e a rp u m p ，e s p e c i a l l y , i nv i b r a t i o na n dn o i s ec o n t r o l l i n g ，e t c t h i ss t u d yi so fs i g n i f i c a n c eb o t hi nt h e o r e t i c a la n da p p l i c a t i o n s k e y w o r d s ：e x t e r n a lg e a rp u m p ，t r a p p e do i lp r e s s u r e ，t r a p p e do i lf l o w , r e l i e fa r e a , d y n a m i c m o d e l ，e f f e c t i v eb u l km o d u l u s ，p e r c e n t a g eo fg a si no i l 插图表 图1 1 两款典型的齿轮泵结构图1 4 】1 图1 2 各种类型的齿轮泵【6 8 ，3 0 1 2 图1 3 齿轮泵的困油示意酬珀j 3 图1 4 有、无侧隙时的卸荷槽布局4 图1 5 异齿数泵的相关分析结果图【1 9 】6 图1 6 基于f l u e n t 和有限元法的泵内流场分析7 3 。5 1 7 图1 7 几种主要的创新型卸荷槽【2 8 , 6 3 , 8 3 - 8 6 】8 图1 8 文献 8 7 】的困油仿真结果8 图2 1 从进入啮合到退出啮合的困油全过程1 3 图2 2 主从动轮侧困油区1 和2 的容积变化示意图1 4 图2 3 计算困油容积及困油流量的扫过面积法1 4 图2 4 困油流量在三种齿数变化下的结果1 6 图2 5 困油容积在三种齿数变化下的结果1 7 图2 6 计算瞬时流量的扫过面积法1 7 图2 7 瞬时流量在三种齿数变化下的结果1 8 图2 8 瞬时流量的脉动振幅和平均流量在三种齿数变化下的结果1 9 图2 9 流量不均匀系数在三种齿数变化下的结果1 9 图2 1 0 流量不均匀系数随啮合角增大的改善结果2 0 图2 1 lj j 1 和局：2 在三种齿数变化下的结果2 1 图2 1 2 够l 和盔2 随啮合角增大的改善结果2 l 图2 1 3 困油区内的泄漏示意图和等效的液压模型2 2 图2 14 论文研究的流程2 3 图3 1 轮齿弧段面积和扇形面积的计算2 4 图3 2 计算轮齿截面积的齿轮参数2 5 图3 3 齿轮3 d 模型绘制的参数2 6 图3 4 齿轮展成法的加工原理2 7 图3 5 不同过渡曲线下齿轮实体模型的比较2 9 图3 6 内齿轮泵的装配设计2 9 图3 7 困油面积和卸荷面积的两种虚拟量测3 0 图3 8 最小凼油面积的计算3 l 图3 9 最小困油面积随齿数的变化情况3 l 图3 ，l o 卸荷面积的计算3 2 图3 1 1 卸荷面积随齿数的变化情况3 4 图3 1 2 求两类面积的曲线围成面积法3 5 图3 1 3 困油面积、卸荷面积计算与测量的折线对照3 6 图3 1 4 轴不对称一非平行端面径向缝隙3 7 图3 1 5 外啮合齿轮泵凼油位置及轴向泄漏计算示意3 8 图3 - 1 6 主动轮侧困油区内轴向泄漏量随倾斜角和异齿数的变化情况4 0 图3 - 1 7 一个啮合周期内泵齿轮传动与卸荷槽的几何关系4 2 图3 1 8 啮合处的单位长度载荷随困油程度和异齿数的变化情况4 3 图3 - 1 9 主从动轮侧困油区内啮合泄漏随困油程度和异齿数的变化情况4 4 图3 2 0 给定困油程度下主动轮侧困油区的卸荷流量4 5 图3 2 l 给定的困油程度和侧隙值下主从动轮侧困油区的侧隙泄漏量4 6 图4 1 文献 5 9 】的三组试验结果【5 9 】4 8 图4 2 静态模型的龙格库塔法的求解步骤5 0 图4 - 3 与文献 5 9 】的试验结果完全对应的仿真结果5 1 图4 4 仅考虑倾斜侧板下的仿真运算5 2 图4 5 液压弹簧效应的工作原理5 2 图4 6 仅考虑低含气情况下的仿真运算5 3 图4 7 仅考虑高含气情况下的仿真运算5 3 图4 8 工作油液填充齿槽的过程以及容积效率的特性曲线5 4 图4 9 工作油液的受力分析5 5 图4 1 0 离心修正含气比随转速和进口压力变化的曲线5 7 图5 1 齿轮副的振动对侧隙的影响6 0 图5 2 齿轮泵齿轮副的动力学模型图6 1 图5 3 无困油影响下的啮合转矩计算6 2 图5 4 泵齿轮传动在困油周期内的侧隙位置和啮合位置的变化6 2 图5 5 单对啮合轮齿的弹性啮合刚度的变化6 4 图5 6 单对轮齿的振动位置6 5 图5 7 各类刚度在三种不同侧隙下的变化6 7 图5 8 两套流量公式下的泄漏计算结果6 8 图5 9 三组侧隙值下孔口长径比的计算结果6 9 图5 1 0 动态模型的龙格一库塔法的求解步骤7 1 图5 11 与图4 1 ( a ) 对应的1 0 0 0r p m 转速下的动态仿真结果7 3 图5 1 2 与图4 1 ( a ) 对应的5 0 0r p m 转速下的动态仿真结果7 3 图5 1 3 与图4 1 ( b ) 对应的动态仿真结果。7 4 图5 1 4 与图4 1 ( c ) 对应的动态仿真结果7 4 图5 1 5 不考虑困油影响时负载转矩的计算结果7 5 图5 1 6 主从动轮侧困油区在静态和动态侧隙和啮合间隙处的泄漏7 5 图6 1c b b 1 0 0 型齿轮泵的外形规格说明7 9 图6 2c b b 1 0 0 型齿轮泵的外观和结构8 0 图6 3c b b 1 0 0 型齿轮泵的三片式和卸荷槽抹平后的后侧盖板8 0 图6 4 带有引流口的从动齿轮8 0 图6 5 测试系统的原理和组装实景图8 1 图6 6 动态应变仪调零前后的数据显示8 2 图6 7 数据采集仪的软件操作界面8 3 图6 8 采集参数的设置8 3 图6 9 滤波前后的采集信号8 4 图6 1 0 测量组号为l 时困油压力的测量曲线8 5 图6 1 1 测量组号为2 时困油压力的测量曲线8 5 图6 1 2 测量组号为3 时困油压力的测量曲线8 5 图6 1 3 测量组号为4 时困油压力的测量曲线8 6 图6 1 4 测量组号为5 时困油压力的测量曲线8 6 图6 1 5 测量组号为6 时困油压力的测量曲线8 6 图6 1 6 泵主从动齿轮轮齿上原先的方槽切口8 7 图6 - 1 7 测量编号1 , - - 6 下困油压力的静态仿真结果8 8 图6 1 8 测量编号1 , - 6 下困油压力的动态仿真结果8 8 图7 1 模数对团油压力和振动位移及转矩的影响9 1 图7 2 齿数对困油压力和振动位移及转矩的影响9 2 图7 3 变位系数对困油压力和振动位移及转矩的影响9 2 图7 4 齿顶高系数对困油压力和振动位移及转矩的影响9 2 图7 5 压力角对困油压力和振动位移及转矩的影响9 2 图7 6 转速对困油压力和振动位移及转矩的影响9 3 图7 7 最小困油容积对困油压力和振动位移及转矩的影响9 3 图7 8 齿宽对困油压力和振动位移及转矩的影响9 3 图7 9 出口压力对困油压力和振动位移及转矩的影响9 3 图7 1 0 侧隙对困油压力和振动位移及转矩的影响9 4 图7 1 l 进口含气比对困油压力和振动位移及转矩的影响9 4 图7 1 2 流通系数对困油压力和振动位移及转矩的影响9 4 图7 1 3 轴向间隙对困油压力和振动位移及转矩的影响9 4 图7 1 4 高压和低速下侧隙对困油压力的影响9 6 图7 1 5 高速和低压下侧隙对困油压力的影响9 6 图8 - 1 考虑困油及卸荷的流量分析9 9 表格清单 表1 1 外啮合直齿齿轮泵齿侧间隙的参考数据【5 8 】3 表3 - l 不同模数和齿数下的各种计算结果3 5 表3 2 困油面积的计算结果与量测结果3 6 表3 3 卸荷面积的计算结果与量测结果3 6 表3 - 4 各项泄漏量与困油流量的比较及影响因素4 7 表4 一l 全仿真结果与试验结果的峰值数据比较5 8 表6 2c b b 1 0 0 型齿轮泵的齿形参数及间隙参数7 9 表6 3c b bl0 0 型齿轮泵的技术参数7 9 表6 4c b b 1 0 0 型齿轮泵的外形尺寸规格7 9 表6 53 次标定的数据采集结果8 4 表6 66 组数据采集试验说明8 4 表6 7 压力仿真和试验结果的比较8 9 口一一沿啮合线方向齿面的等效变形量 彳理论中心距 a l 一实际中心距 如h e r t z 接触带的油膜半宽度 b r 一卸荷槽的间距 风m i n 一卸荷槽的最小间距 b r , 。广卸荷槽的最大间距 c 旷枷始侧隙 c 径向间隙系数 c l 一工作油液的流量系数 c 卜一齿轮副的综合线性阻尼系数 d 齿轮材料的弹性模量 e ，_ 一齿轮材料的当量弹性模量 卜主、从动轮之间的综合传递力 厅l 齿顶高系数 厅。_ 齿条刀具的齿顶高系数 办广_ 一侧隙 以l 主动轮侧困油区的侧隙 鲰2 从动轮侧困油区的侧隙 厅，广啮合间隙 厅川主动轮侧困油区的啮合间隙 r 从动轮侧困油区的啮合间隙 h 广轴向间隙 f - 计动比 主动轮轴的转动惯量 如从动轮轴的转动惯量 k 1 困油压力的压缩系数 卜困油压力的膨胀系数 知，广_ 参数x 对困油的影响程度系数 k 一变位系数 颤1 主动轮的变位系数 符号表 岛，r 一从动轮的变位系数 卜困油体积弹性模量的统称 局主动轮侧困油区的体积弹性模量 磁一从动轮侧困油区的体积弹性模量 如传感器的标定系数 杨一齿轮副的综合时变刚度 砾一单对轮齿的啮合刚度 k u l 一l 处的刚度 砾r m 处的刚度 k h l 目处的刚度 阮r - 处的刚度 岛一工作油液的有效体积弹性模量 b 理论啮合线长度 m 模数 坛r 一加载在主动轮上的驱动转矩 磊油液作用在主动轮上的负载转矩 蝇一油液作用在从动轮上的负载转矩 尬o l 无困油影响时工作油液作用在从动 轮上的负载转矩 ，卜- 转速 , i 主动轮的转速 即r 从动轮的转速 朋主动轮侧困油区的困油压力 见从动轮侧困油区的困油压力 a 主动轮侧困油区的困油压力变化率 觑从动轮侧困油区的困油压力变化率 肌基圆节距 p 广一泵进油1 5 1 的压强 p 广泵出油口的压强 p g 口r 工作油液的汽化压力 g 一泵的平均流量 9 一困油侧隙流量 q l 主动轮侧困油区的侧隙流量 级l 从动轮侧困油区的侧隙流量 鼬，l 主动轮侧困油区内的总泄漏量 q l 。o k ，r 从动轮侧困油区内的总泄漏量 鳊困油啮合流量的统称 ，l 主动轮侧困油区的啮合流量 乏k ，2 从动轮侧困油区的啮合流量 q o 困油轴向流量的统称 q d ，1 主动轮侧困油区的轴向流量 q 0 ，r 从动轮侧困油区的轴向流量 q 广- 困油卸荷流量的统称 q ，l 主动轮侧困油区的卸荷流量 级l 从动轮侧困油区的卸荷流量 q ，旷一泵的瞬时流量 ( ，m x - 一泵瞬时流量的最大值 q h 皿i n _ 一泵瞬时流量的最小值 q r 一泵瞬时流量的脉动振幅 卜分度圆半径 p l 主动轮的分度圆半径 p 从动轮的分度圆半径 ，l 节圆半径 ，1 ，- 一主动轮的节圆半径 也l 从动轮的节圆半径 卜顶圆半径的统称 k l 主动轮的顶圆半径 2 从动轮的顶圆半径 卜基圆半径 1 主动轮的基圆半径 2 从动轮的基圆半径 r 广一根圆半径 r ：l 主动轮的根圆半径 r f ：从动轮的根圆半径 n 广一齿形轮廓上渐开线与过渡曲线的连接 点半径 ，f f i 主动轮的齿形轮廓上渐开线与过渡曲 线的连接点的半径 r 从动轮的齿形轮廓上渐开线与过渡曲 线的连接点的半径 卜轴孔半径 心l 主动轮的轴孔半径 匕2 从动轮的轴孔半径 卜齿条刀具齿顶的圆角半径 r 。广啮合处的当量曲率半径 凰l 啮合点n 1 处的当量曲率半径 r r 啮合点n 2 处的当量曲率半径 而l 侧隙点h 1 处的当量曲率半径 r r 侧隙点h 2 处的当量曲率半径 卜啮合点在主动轮上的曲率半径 s r 困油过程的八个特殊点进入啮合时 在主动轮上的曲率半径 卜最小困油面积的统称 s o 1 主动轮侧困油区的最小困油面积 岛r 从动轮侧困油区的最小困油面积 s l 主动轮侧困油区的面积 卜从动轮侧困油区的面积 c _ 轮齿的端面面积 c 一齿槽的端面面积 s 一卸荷面积 最l 主动轮侧困油区的卸荷面积 最r 从动轮侧困油区的卸荷面积 卜时间变量 乙如困油过程的八个特殊点进入啮合时 的时间 砀一泵流量不均匀系数 乃忡一一个困油过程的周期 己，广一侧隙处油液卷吸速度的统称 l 主动轮侧侧隙处油液的卷吸速度 r 从动轮侧侧隙处油液的卷吸速度 l 侧隙点h 1 处的卷吸速度 ( r _ 一侧隙点h 2 处的卷吸速度 啮合处油液卷吸速度 - 主动轮侧啮合处油液的卷吸速度 广从动轮侧啮合处油液的卷吸速度 啮合点n l 处的卷吸速度 ( 抽一啮合点n 2 处的卷吸速度 一最小困油体积 1 主动轮侧困油区的最小困油体积 广从动轮侧困油区的最小困油体积 巧主动轮侧困油区的体积 从动轮侧困油区的体积 坟主动轮侧困油区的困油流量 k 从动轮侧困油区的困油流量 ，删一单位宽度上的啮合力 粕某一振动位置离o 5 c o 起始处的距离 岩蝙对时间f 的一阶导数 碧鼢对时间r 的二阶导数 x 一粕对位置变量s 的一阶导数 砖一砀对位置变量j 的二阶导数 k 时啮合处的动态间隙， 卜中心距变动系数 y 一中心距变动系数 4 r 齿顶高变动系数 z 一齿数 z - 1 主动轮的齿数 勿从动轮的齿数 压力角 n ，一一啮合角 a 广顶圆压力角 l 主动轮的顶圆压力角 1 从动轮的顶圆压力角 肛- 倾0 板倾斜角 ) k 等熵( 绝热) 多变指数 乎一重合度 玎r 工作油液的动力粘度 玎l 主动轮轴的传动效率 珂r 一从动轮轴的传动效率 ，7 9 a 广含气比的统称 r l g a s 广一泵入口处工作油液的含气比 t l g 。, d _ 泵出口处工作油液的含气比 r l g a s , 。一离心修正的进口含气比 瑁广一离心修正系数，且r l t l 玎一累积在齿槽根部的含气进入团油区的 体积百分比，且协 l 叩枷，r 困油的起始含气比 忙转角 巩主动轮的转角 卜从动轮的转角 1 一泊松比 p l 主动轮侧困油区内的困油密度 卜从动轮侧困油区内的困油密度 几f 广一工作油液密度 p r 一工作油液的有效密度 妒一对应于某一半径处的轮齿夹角 对应于某一半径处的齿槽夹角 吐卜- 一角速度 0 3 l 主动轮的角速度 r 一从动轮的角速度 u 工作油液的压粘系数 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得金魍至些态堂 或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 签字日期：砂研年，胡叫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金旦巴王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金罡王 些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：碲，二月研日 学位论文作者毕业去向：从事高校学校的教育工作 工作单位：合肥学院机械系 通讯地址：安徽省合肥市黄山路3 7 3 号 翩躲嘉r 赴翩躲红( 奶 黼飙尹蝴z 日 ， 电话：0 5 5 1 2 1 5 8 4 2 4 邮编：2 3 0 0 2 2 致谢 本论文是在我的博士生导师刘妮教授的悉心指导下完成的，论文通篇都浸透着老师辛勤 工作的汗水和对学生殷切的关怀。老师渊博的知识和严谨的治学态度使学生受益匪浅，终生 难忘。老师追求真理、献身科学、严以律己、宽以待人的崇高品质对学生是永远的鞭策。在 学习过程中，老师在学业上给予了精心的指导，在生活上给予了亲切的关怀，值此论文完成 之际，谨向老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢! 特别感谢佳木斯大学机械工程学院的臧克江教授在试验方面和正版数据处理软件的提供 等方面所给予的大力支持，再此向你表示衷心的感谢! 在论文的进行当中，得到了合肥工业大学摩擦研究所的胡献国教授、俞建卫研究员、焦 明华研究员、刘小君教授、解挺研究员、尹延国研究员、朱元吉副教授及田明、王伟、徐玉 福等老师，以及学院的曹文刚老师和王晓枫老师热情的指导和帮助，在此向你们表示诚挚的 谢意! 感谓 王伟、刘伟、王庆生、胡兆稳、王静、陈娟、冯忆艰、胡坤宏等博士在论文完成过 程中所提供的宝贵意见。 同时感谢的还有合肥学院机械系的许泽银主任、刘健书记、前任领导邵玉琴主任、李军 书记、以及王学军、张宇刚老师等诸位同事，正是你们给予我学习期间的多方面帮助，方能 使本人专心于研究并顺利毕业。 最后，由衷地感谢我的家人及所有亲人，尤其要感谢的是我的爱人，正是你们永远的鼓 励与支持、无微不至的照顾与关怀支撑着我走过了昨天，享受着今天，满腔热情地期待明天， 谨将本文献给我最爱的家人! 于合工大斛兵塘畔永远的怀念与感激，谨此致谢! 李玉龙 2 0 0 9 年1 0 月3 0 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 齿轮泵是一种用于泵送工作油液的动力泵在三大液压泵( 齿轮泵、柱塞泵和叶片泵) 中，历史詹 & a n 谚泵具有结构简单，体小量轻，自吸性好，污染敏缚性小，可靠性高，寿 命长制造容易，维修方便，价格便宜等特点，广泛应用于机床、轻工、冶金、建筑、船舶、 飞机、汽车，石化等机械产品中q 。 齿轮泵的结构按啮合形式分为外啮合与内啮台，按齿形分为渐开线和摆线，而按齿面型式 则分为直齿、斜齿和人字齿。其中，外啮合直齿齿轮泵的结构最为简单、成本最低，应用上 更具优势。可用于燃料泵、驳油泵、供油泵、润滑泵、混合泵、计量泵、增压泵、动力液压 泵等场合，相较于内啮台齿鞋泵而言目前在数量上仍占据绝对的优势f 3 1 ，尤其在中，低压计 量、润滑系统等领域更是如此。 馏一睁锢 o 】f b l 围i 1 两款典型的齿轮泵结构图h 齿轮泵属于容积型回转式一娄的泵，通过借助于齿轮副轮齿脱开啮合侧和进入啮合侧在 密封壳体内形成的工作容积的周期性变化，实现工作流体的输送。两款典型的结构如图i - 1 所示。其中图i - 1 ( a 1 采用固定的轴向间隙，适用于低压情况。图1 - 1 采用自动补偿装置 的轴向问隙，适用于中、高压情况”。 齿轮泵自身的不足，主要表现为存在着由结构所决定的泄漏，径向力不平街和困抽现象。 其中，在泵的总泄漏中，轴向泄漏占7 5 q o 径向泄漏占1 5 2 0 ，啮合摧蒲占9 扩l 。针对 这些问题，国、内外进行了大量的理论研究和结构改进。例如，图l ，2 ( 曲所示的平衡式复合齿 轮泵_ 川和图1 2 所示的无啮合齿