影响内啮合摆线齿轮泵性能的因素.pdf

影响内啮合摆线齿轮泵性能的因素 字木交流 杨明海 杨曦2 1 沈阳理工大学图书馆 沈阳11 0 1 6 8 2 华中科技大学机械科学与工程学院 武汉4 3 0 0 7 4 酽 一 一 一7 啊 一 1 一 一 一 弼 爹摘要 在工业设备中 内啮合摆线齿轮泵以其结构紧凑 体积小 重量轻 自吸性能好 对污染不敏感 工作可靠 寿命登 蠡长 便于维修 成本低等优点得到了广泛的应用 文中重点对影响内啮合摆线齿轮泵性能的因素进行了分析 为内啮合震 鍪摆线齿轮泵的优化设计和制造提供参考和依据 毒 关键词 内啮合 摆线齿轮泵 性能影响因素 玉中图分类号 T H l 3 7 5 1 文献标识码 8文章编号 1 0 0 2 2 3 3 3 2 0 0 9 0 7 0 0 2 7 0 3 省 吼 to J j d 占L r 隔 两 T h eI m p a c to fI n t e r n a lC y c l o i dG e a rP u m pP e r f o r m a n c eF a c t o r s Y A N GM i n g h a i l Y A N GX i 2 1 S h e y a a gL i g o n g U n i v e r s i t yL i b r a r y S h e n y a n g11 0 1 6 8 C h i n a 2 S c h o o lo fM e c h a n i c a lS c i e n c ea n dE n g i n e e n n g H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y W u h a n4 3 0 0 7 4 C h i n a A b s t r a c t I nt h ei n d u s t r i a le q u i p m e n t I n t e r n a lm e s h i n gc y c l o i dg e a rp u m pw i t hi t sc o m p a c ts t r u c t u r e s m a l ls i z e l i g h t w e i g h t s e l f a b s o r p t i o np r o p e r t i e s n os e n s i t i v et Op o l l u t i o n r e l i a b l eo p e r a t i o n l o n gl i f e e a s ym a i n t e n a n c ea n dl o wc o s t h a sb e e nw i d e l yu s e d I nt h i sp a p e r t h ei m p a c to fI n t e r n a lc y c l o i dg e a rp u m pp e r f o r m a n c ef a c t o r sa r ea n a l y z e d A st h e O p t i m a lD e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fI n t e r n a lm e s h i n gc y c l o i dg e a rp u m p i tp r o v i d e sr e f e r e n c ea n db a s i s K e yw o r d s i n t e r n a lm e s h i n g c y c l o i dg e a rp u m p p e r f o r m a n c ei n f l u e n c i n gf a c t o r s I 引言 在工业设备中 齿轮泵应用广泛 齿轮泵在高速 低 速 甚至手摇时 都能可靠地进行抽吸液体 因此它广泛 应用于机床 轻工 农林 冶金 矿山 建筑 船舶 飞机 汽 车 石化机械等行业 特别是输送粘度较大的液体 如 高 粘度聚合物 润滑油 燃烧油等 同外啮合齿轮泵相比 内 啮合齿轮泵除了加工难度有所增加 成本有所提高以外 其优点是结构更加紧凑 体积更小 特别是可以采用较大 面积的吸油窗口 吸入性能好 允许转速更高 另一重要 优点是噪声较低 内啮合齿轮泵的流量脉动率较小 一般 为0 0 2 0 0 5 外啮合齿轮泵的流量脉动率0 1 5 0 2 0 甚 至更大些 并且内啮合齿轮泵的困油容积变化率较小 所以内啮合齿轮泵的噪声一般比外啮合齿轮泵低l O 一 2 0 d B 内啮合齿轮泵估计工作寿命可达到2 0 0 0 0 h 容积 效率在9 5 以上 随着工业生产的发展 低噪声内啮合齿 轮泵的应用将会越来越普遍 是一种很有发展前途的液 体泵 近些年 国内通过引进国外先进技术开始了内啮合 齿轮泵的研究与开发 但国内尚无自己开发的类似产品 因此 对内啮合齿轮泵性能影响因素进行研究 具有一定 的研究和实用价值 综合考虑这些影响因素 作者已经为 引进的内啮合齿轮泵进行了维修和零件的制造 在实际 的生产中满足了齿轮泵的性能要求 2 影响内啮合齿轮泵的性能因素 2 j 齿轮参教对内啮合齿轮泵排量的影响 齿轮泵的排量指齿轮泵每转一转所排出的液体的体 积 是齿轮泵的一项重要指标 近似公式 V 2 r K z m B x l 0 3 m l r 1 化 石墨氧化和溅射 且石墨化是关键因素 熔点以上则 是熔化 流动 爆炸抛出或弧柱吹力的作用 后者控制难 度大 有待研究 该方法设备操作简便 运行和维护成本 低 通过深入研究有望获得高抛光效率而得到推广应用 参考文献 1 满卫东 汪建华 王传新 等 金刚石薄膜的性质 制备及应用 J 新型炭材料 2 0 0 2 7 1 6 2 7 0 2 吴振辉 马志斌 谭必松 等 C V D 金刚石膜的抛光研究进展 J 硬质合金 2 0 0 8 2 5 3 1 9 2 1 9 6 33 顾长志 金曾孙 王玉光 等 激光修饰金刚石膜的表面抛光技 术 J 科学通报 1 9 9 7 4 2 6 6 6 l 6 6 4 4 船本宏辛 金刚石膜在热沉方面的应用 J 精细加工技术 1 9 9 0 2 1 l o 1 1 5 5 周键 微波等离子体化学气相沉积金刚石膜 M 北京 中国建 材工业出版社 2 0 0 2 1 5 8 一1 5 9 6 张睁 霍晓 C V D 金剐石薄膜抛光技术的研究进展 J 真空科学 与技术 2 0 2 0 4 2 7 0 2 7 3 7 刘敬明 黄天斌 吕反修 等 金刚石膜氧化行为的T G A 分析 金属热处理报 2 0 0 0 2 1 4 1 5 8 季国顺 张永康 激光抛光化学气相沉积金剐石膜 J 激光技 术 2 0 0 3 2 7 2 6 5 6 9 9 徐锋 C V D 金刚石厚膜的加工技术研究 D 南京 南京航空航 天大学 2 0 0 2 编辑明涛 作者简介 王帅强 1 9 8 3 男 硕士研究生 研究方向为特种加工技术 牧稿日期 2 0 0 9 0 5 2 2 机械工程师2 0 0 9 年第7 期l2 7 万方数据 字木交i 赢 K 为排量补偿系数 K I 0 6 1 1 1 5 齿数少时取大值 齿数多时取小值 例如当z 6 时可取 K I 11 5 当z 2 0 时可取K I 0 6 但是齿轮变位后 式 1 在计算齿轮泵的 排量时误差较大 内啮合齿轮泵排量的精确计算公式为 V a B 2 r I 2 砘 一鲁 2 2 1 一鲁 熹一 2 r 2r 2 l 二 式中m r 2 为两齿轮的节圆半径 l 为两齿轮的有效 齿顶高 为齿轮的基节 从式 1 2 可知影响排量的泵齿轮参数为 1 齿数 排量V 与齿数 成正比 齿数多 排量大 但齿数太多 泵的体积增大 如保持体积不变 增大时 排量y 减小 齿数一般取z 5 1 0 为宜 2 模数 排量V 与模数m 的平方成正比 模数大 则 排量大 因此 若要增加排量 增大模数比增大齿数要好 3 齿顶高系数 内啮合齿轮泵的排量与这对齿轮的 有效工作齿高有关 通过合理设计齿顶高系数来增大有 效工作齿高 会增大排量V 4 变位系数 齿轮采用变位以后 以小齿轮为例 h I 一 产把l A y m h n h n 木 c 叫1 m 齿顶高 齿根高的计算公式都发生了改变 从而齿顶 圆直径 齿根圆直径有所改变 选择合理的变位系数 可 以增大齿轮泵的排量 5 齿轮宽度B 对排量的影响 泵齿轮宽度越大 排 量越大 2 2 齿轮参数对内啮合齿轮泵效率的影响 齿轮泵的内泄漏直接决定了齿轮泵的容积效率 通过 对齿轮泵结构的分析 发现内泄漏主要有3 个途径 1 通 过齿轮端面与侧板之间的轴间间隙 2 通过泵齿轮齿顶 圆与泵内腔间的径向间隙 3 齿轮啮合处的接触间隙 齿轮端面与侧板之间的轴向间隙是由齿轮泵的结构 决定的 齿轮啮合处的接触间隙由泵齿轮精度决定 通过 提高加工精度可以减小以上两种间隙 通过泵齿轮齿顶 圆与泵体内腔间的径向间隙的泄漏量 与齿轮参数的选 取有极大关系 端面间隙对流量泄漏的影响最大 这主要是由于端 面间隙流量泄漏的途径短而宽 资料表明 通过端面间隙 的泄漏可占总泄漏量的7 5 一8 0 0 o 端面间隙每增加 0 1 m m 容积效率下降2 0 径向间隙每增加0 1 m m 容积 效率下降0 2 5 转子轴向端面与泵盖间的端面间隙约 为0 0 2 0 1 2 m m 其泄漏量与压力的三次方成正比 2 J 间 隙越大 压力越高 泄漏越多 容积效率也就越低 对粘度 较低的柴油泵尤其如此 间隙小可提高容积效率 但间隙 过小 加工精度要求高 生产成本增加 也易出现卡死现 象 对于高压泵类 必须采用端面间隙补偿结构的设计方 法 在保证转子灵活运转 加工精度 装配性及其灵活运 转的前提下应尽可能减小端面间隙 通常采用的自动补偿端面间隙装置有 浮动轴套式 或弹性侧板式两种 其原理都是引入压力油使轴套或侧 板紧贴在齿轮端面上 压力愈高 间隙愈小 可自动补偿 2 8l 机械工程师2 0 0 9 年第7 期 端面磨损和减小间隙 齿轮泵的浮动轴套是浮动安装的 轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通 当泵工作时 浮动轴 套受油压的作用而压向齿轮端面 将齿轮两侧面压紧 从 而补偿了端面间隙 外转子的外圆与泵体 偏心套 的配合间隙大约在0 0 3 0 2 5 m m 之间 对于直径大 转速高 转子宽度大的泵取大值 反之取小值 内 外转子径向齿顶啮合间隙为0 0 2 0 1 5 m m 对油液粘度低 压力高 低转速的泵应选较小值 2 3 齿轮泵参数和结构对内啮合齿轮泵噪声 振动的影响 1 合理确定泵齿轮参数 减小流量脉动 流量脉动将 表1 流量脉动率与齿数的关系 引起压力脉动 百薮磊 面磊夏 i 鬲磊了i 蓟鬲i 面 从而导致系统产 生振动和噪声 齿数 创成系数 k 和弧径系数h 是影响流量脉动 率的主要因素 其中齿数对流量脉动率影响最大 由表1 可知 齿数越少 摆线泵的流量脉动越大 齿数越多 流量 脉动率越小 但齿数增多时 单位体积的排量减小 增大 创成系数k 减小弧径系数h 可使流量脉动率减小 同时 也增大了泵的排量 但也增加了泵的体积 因此在设计中 应综合考虑各种因素 适当地选择设计参数可以降低泵的流量脉动 提高 液压系统的平稳性 选择参数时要综合考虑排量 体积 流量脉动等设计指标 2 合理地设计卸荷槽 解决齿轮泵的困油现象 当重叠系数 l 时 齿轮泵在啮合过程中 前一对齿 尚未脱开啮合 后一对齿己进入啮合 所以同时啮合的齿 就有两对 因此在两对齿之间形成了和吸压油腔均不相 通的闭死容积 即困油容积 随着齿轮的旋转 闭死容积 的大小还会发生变化 这就是困油现象 由于液体的可压 缩性很小 当困油容积由大变小时 存在于困油容积中的 液体受挤压 压力急剧升高 大大超过齿轮泵的工作压 力 同时困油容积中的液体也从一切可泄漏的缝隙中强 行挤出 使轴和轴承受到很大的冲击载荷 产生很大的径 向力 增加功率损失 并使液体发热 引起噪声和振动 降 低齿轮泵的工作平稳性和寿命 当困油容积由小变大时 形成真空 使溶于液体中的空气分离出来 产生气泡 带 来气蚀 噪声 振动 流量和压力脉动等危害 消除困油现象的方法 通常是在齿轮的两端盖板上 开卸荷槽 使封闭容积减小时卸荷槽与压油腔相通 封闭 容积增大时通过卸荷槽与吸油腔相通 2 4 其它因素对内啮合齿轮泵性能的影响 1 泵齿轮参数对内啮合齿轮泵轴承负载的影响 齿轮泵工作时 作用在齿轮轴颈及轴承上的径向力 是由液压力和齿轮啮合力所组成的 齿轮泵轴承寿命对 齿轮泵整体寿命起决定性的影响 因此在对齿轮泵设计 时 一方面选用性能更高的轴承 另一方面尽可能减小齿 万方数据 轮轴颈所受到的径向力 以提高轴承寿命 主动齿轮所受的径向力n 为 E 7 5 p B d N 被动齿轮所受的径向力如为 睁8 5 p B d N 式中 p 一泵齿轮的工作压力 M P a B 一泵齿轮宽度 r a m d 分泵齿轮齿顶圆直径 m m 由公式可以看出 欲减小径向力就必须减小泵齿轮 齿宽曰与泵齿轮齿顶圆直径也的乘积 为了减小径向不平衡力的影响 常采取缩小压油口 的办法 使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范 围内 同时 适当增大径向间隙 使齿顶不与定子内表面 产生金属接触 并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承 为了减小转子轴向不平衡力的影响 可在进出油槽的另 一侧设计两个与进出油腔完全相对应的圆环形凹坑 这 样会减少因进 出油腔所存在的压差而在转子上产生不 平衡的轴向力 从而减少转子与泵盖偏磨 2 偏心距 齿厚和转速的影响 偏心距 决定了泵的流量和结构尺寸的大小 其选 择必须与转速乃和齿厚口一起考虑 以求好的折中 经验 表明 在选择a B 儿时 只有泵的流量特性保持线性关系 的范围才是合适的 口与n 决定了齿间液体离心增压作用 的大小 偏心距设计过大时 应适当降低转速 反之亦然 转速降低可使泵高空性能提高 由于齿腔轴向进油 使转 子厚度的增加来不及受到充油的限制 这在进口压力较 低时 尤为敏感 因此在相同转速下 薄转子的流量特性 与高空性能要好些 一般宽度B 小一些的转子其自位能力强 但过小会 增大泄漏 还易发生转子变形 且受力不好 一般不宜小 于1 S m m 增大曰对减少泄漏 提高容积效率有利 但曰 过大对加工精度要求高 且使非两点支承的悬臂泵轴弯 曲负荷加大 还会因油腔过深油液来不及充满 反而使容 积效率降低 3 进 出油槽的影响 进 出油槽的选择直接影响转子泵的效烹 理论上 进 出口油槽尺寸确定的原则是 泵在旋转中 当其形成 最大容积面积之前 齿间容积腔始终与进油槽相通 使齿 间充满油液 而不应与出口油槽相通 直到形成最大容积 后 开始减少容积时才与出口油槽相通 在可能的条件 下 进 出口油槽应尽量大 一般可从啮合的两个极限位 置来决定 4 单面或双面进油的影响 单面进油是指从转子的一个端面进油 双面进油是 指从转子的两个端面进油 这样就增大了进口面积 特别 是对厚的转子和高转速下工作的泵可改善其齿间充填性 能 提高效率 5 进出口压力差对泄漏的影响 当转子泵的各个间隙保持一定时 泵的进出口压力 差越大 通过泵内各间隙的流量泄漏也就越大 泵的实际 供油量就越小 6 油液温度对泄漏的影响 字木交 赢 工作油液温度改变 一方面将带来液体粘度的改变 从而使液体流过间隙时阻力改变 流量泄漏随之改变 另 一方面 当各相对运动件的材料不同时 温度改变后 它 们的膨胀量也不尽相同 从而使各相对运动件之间的间 隙和泄漏量也由此随之改变 7 油腔的形状对容积效率的影响 进 排油腔窗口通常呈月牙状布置在泵盖上 油腔的 形状是否合理对容积效率有影响 一般月牙状油腔的内 缘是以内转子的回转中心为中心 以内转子的短半径 齿 根圆半径 为半径的圆弧 而月牙状油腔的外缘则是以外 转子的回转中心为中心 以外转子的限制圆 齿根圆 半 径为半径的圆弧 对于双向摆线泵的设计要求 可知一般 月牙状油腔并不适合 在此建议进行改进 使泵正 反方 向旋转时具有相同的进 排油性能 即 进 排油腔的内 外缘均为以内转子的回转中心为圆心的圆弧 其中油腔 内缘为以内转子齿根圆半径为半径的圆弧 外缘为以内 转子齿顶圆半径为半径的圆弧 o 若考虑用月牙形油腔 为保证双向进油具有相同的性能 可采用类似偏心套的 结构 当转向改变时 油腔和偏心套旋转同样的角度 3 结语 由于国外研究部门和生产企业对我国的技术保密 使进口设备上的摆线泵的更新和维修完全依赖进口 国 内生产企业则主要以仿制为主 通过以上对影响内啮合 齿轮泵性能因素的分析 为内啮合摆线齿轮泵的优化设 计和制造提供参考和依据 参考文献 1 嵇光国 液压泵故障诊断与排除 M 北京 机械工业 出版社 1 9 9 7 2 毛华永 李国祥 等 摆线转子式齿轮泵的设计 J 粉末冶金技 术 2 0 0 3 2 1 5 2 8 2 2 8 6 3 唐兵 栾振辉 齿轮泵的发展趋势 J 流体机械 1 9 9 9 5 2 6 2 8 4 赵菊娣 圆弧摆线齿轮油泵的齿廓曲线参数优化设计 J 流体 机械 2 0 0 3 3 l 7 1 8 2 1 5 赵亮 等 齿侧间隙很小时齿轮泵困油问题分析 J 机械工程学 报 1 9 9 9 3 5 6 7 7 8 0 6 V e c c h i a t oD D e m e n e g oA e ta LG e o m e t r yo faC y c l o i d a lP u m p J C o m p u tM e t h o d sA p p lM e e hE n g r g 2 0 0 1 1 9 0 2 3 0 9 2 3 3 0 7 L i t v i nFL D o n n oMD e e ta 1 I n t e g r a t e dC o m p u t e rP r o g r a mf o r S i m u l a t i o no fM e s h i n ga n dC o n t a c to fG e a rD r i v e s J C o m p u t M e t h o d sA p p lM e e hE n g r g 2 0 0 0 1 8 1 7 l 8 5 8 D e m e n e g oA l b e r t o V e c c h i a t oD a n i e l e L i t v i nF a y d o rL D e s i 印 a n dS i m u l a t i o no fM e s h i n go faC y c l o i d a lP u m p J M e c h a n i s m a n dM a c h i n eT h e o r y 2 0 0 2 3 7 3 1 1 3 3 2 9 王爱平 李宏伟 新型高压内啮合齿轮泵的理论研究 J 通用机 械 2 0 0 4 3 4 9 5 1 1 0 栾振辉 啮闭式齿轮泵的流量特性 J 煤矿机械 2