两种齿轮泵脉动特性对比分析

1、文章编号:1004-485X (2004 03-0041-03收稿日期:2004-05-16作者简介:尚春民, 男(1972- , 助理研究员, 硕士研究生, 主要从事精密和超精密加工研究。两种齿轮泵脉动特性对比分析尚春民范景峰张心明(长春理工大学科技开发中心, 长春130022摘要:本文对外啮合分片错齿齿轮泵和斜齿齿轮泵的结构特性进行了对比分析, 并探讨了两种齿轮泵对流量脉动度的影响, 结果表明外啮合分片错齿齿轮泵在减小脉动度方面优于斜齿齿轮泵。关键词:齿轮泵; 结构特性; 流量脉动中图分类号:TH325文献标识码:A 齿轮泵因结构简单、价格便宜、用。, , 用它来定量地输送腈纶、锦纶6、锦

2、纶66、涤纶及丙纶等纺丝介质, 是普遍采用关键部件之一。但齿轮泵本身有一个主要缺点是流量脉动大, 从而影响液压系统的平稳性及引起噪声, 因此使齿轮泵应用受到限制。这就要求计量泵的输送性能满足要求, 除了考虑到生产的连续性, 保证泵的使用寿命以外, 还要减少输送脉动现象, 保证连续稳定供给, 以实现纺丝的均匀度。合成纤维厂能否生产出优质纤维, 很大程度上取决于计量泵的制造质量与工作性能。脉动现象是齿轮泵的必然现象, 因为齿轮传动的特点直接导致输送介质的不连续性, 然而在化纤生产中, 如何采取措施尽量减少由于齿轮泵的脉动给纺丝带来的不均匀性是稳定生产、提高产品质量的关键所在。为了减小脉动现象带来的

3、不利影响常采用的措施是调整生产工艺参数, 包括介质压力、齿轮泵的转速、调整介质黏度等, 然而还没有从齿轮泵的结构方面根本解决脉动现象的影响, 齿轮泵的结构按啮合方式分主要有外啮合、内啮合和复合啮合三种方式, 按轮齿的齿向分有直齿和斜齿两种方式。对于纺丝用齿轮泵大多采用普通外啮合齿轮泵, 这样必然会因脉动影响了纺丝的产品质量。目前, 从减小脉动度的环节上在结构方面研究较为理想的齿轮泵有外啮合斜齿齿轮泵和分片错齿, , 这给齿轮泵的设计和选型提供了依据, 对化纤的生产具有重要实际意义。1结构特性对比分析脉动形成的根本原因是由于轮齿啮合的啮合点位置改变而引起的齿轮泵的周期变化。为了减小脉动度对泵输送

4、特性的影响, 轮齿结构是许多学者研究的方向。 两种齿轮泵的基本设计原理是:外啮合斜齿齿轮泵是斜齿轮可以看成由无数个无限薄的直齿轮连续转过一个角度迭加而成1。而分片错齿齿轮泵是设想将原来的每只齿轮剖分为两只齿轮, 并在同一轴上将两只齿轮彼此错开半个成为双副啮合的齿轮泵, 为了防止两只齿轮的封油区在轴向沟通, 用隔板将两只齿轮隔开, 这样相当于在一个泵体内并联地安装了两只齿轮泵, 而输出相位是彼此错开的, 所以当一只油泵的瞬时流量由小变大时, 另一油泵瞬时流量同时由大变小, 彼此更迭. 互相补充, 使输出流量脉动小2。从原理上分析, 两者的设计思想基本上是一致的, 外啮合分片错齿齿轮泵是外啮合斜齿

5、齿轮泵的特例情况, 即把轮齿看成不是无限个齿, 而是两个齿并错开半个齿距。但分片错齿齿轮泵相当于两个齿轮的迭加, 结构空间就要增加, 加工工艺较难把握, 从现有的加工机床来看加工成一体的齿错开并第27卷第3期长春理工大学学报Vol 127No 132004年9月Journal of Changchun University of Science and T echnologySep . 2004有中间搁板的齿轮较难实现, 如果采用分体加工后组合, 即先加工两个同样的齿轮和一个中间搁板再组合装配, 那么两个齿轮的错开角度又很难保证, 工艺也较复杂, 相对看, 外啮合斜齿齿轮泵无论从加工工艺还是结

6、构空间都容易得到。从啮合上看, 分片错齿齿轮泵工作时是两对齿轮同时啮合, 较小的加工误差都会给啮合带来较大的影响, 如噪声和介质回流等。而外啮合斜齿齿轮泵因轮齿重叠系数大于1, 运转较平稳、噪声小, 经济性较好。2流量脉动性对比分析齿轮泵流量脉动特性是衡量其性能的一个重要指标, 是影响纺丝均匀度的直接因素。 齿轮计量泵的流量是由小到大, 再由大到小周期地变化着的, 当稳定起动时, 齿轮泵流量的这种周期性波动称脉动。这种输液量不均匀程度, 2112, 选齿轮宽, 距基准面任意距离x 厚度为dx 的无限薄直齿轮泵的瞬间排量为:d 1=2(R a 12-R o 12 +(R a 22-R o 22-

7、(1+ R b 12(1o +R o 12(1式中:V表示容积, 下标1, 2分别表示主、从动齿轮, R a 1, R a 2表示齿顶圆半径, R o 1为分度圆半径, R o 1, R o 2表示节圆半径, R b 1表示基圆半径, 为重叠系数, x 为距基准面任意距离1o 为基面上齿轮的转角(节点处1o =0 , 为分度圆上的螺旋角。对于常用齿轮泵的两个齿轮参数一致, 上式又可简化为:d =(R a -R o 2 +R b 12(1o +R o 12dx (2宽度为b 的斜齿轮泵的瞬间排量(d 可由式(2 积分得到:(d =-22(R a 2-R b 2 -R b 2(1o +R o 2d

8、x =b (R a 2-R b 2 -R b 2(1o +212R 2o 2(3一对齿完成啮合实现的齿轮泵单齿排量可由式(3 对积分求得:q r , =b-22(R a2-R o 2-R b 2(1o +2212R 2od 1o=z (R a 2-R o 2 -R b 2(23z 2+2212R 2o (4由式(4 可得平均瞬间排量:(d m =zq V , =b (R a 2-R o 2 -R b 2(23z 2+2212R 2o (5所以斜齿轮泵的流量脉动度:=( (d m =22(R a 2-R o 2 -R b 2(23z 2+2212R 2o (6对于分片错齿齿轮泵根据文献1, 采用

9、分片错齿的齿轮泵脉动率可由下述方法求得。现以齿数为z , q 2,q 122-R b 1o 两齿轮错开2相角后:q 2=z(R a 2-R o 2-R b 2(1o -z 2. 则总流量为q =q 1+q 2=z R a 2-R o 2-R b 21o 2+(23z 2+2212R 2o (7求出转角1o =0(或2和1o =(2z 时的输出最小流量和输出最大流量q min , q max ,从此式导出分片错齿齿轮泵的流量脉动度公式为:2=(q max -q min /q m =24×4(R a 2-R o 2-212(8其中:t b 为齿轮基圆基节; q m 为齿轮泵的平均流量,

10、q m =z(R a 2-R o 2 (1+t b 2/4 。212脉动度对比分析两种齿轮泵的出发点相似, 都是从轮齿结构出发, 来减小流量脉动度的不利影响。从两者的脉动度公式可以分析, 影响脉动度的主要因素有齿宽、齿数、齿顶圆半径、分度圆半径和基圆半径, 斜齿齿轮泵还与螺旋升角有关, 但是通过分析二者的减小脉动度的最终效果是不一样的。对于外啮合斜齿齿轮泵看成了由无数个无限薄的直齿轮连续转过一个角度迭加而成。斜齿轮泵的流量脉动率似乎能够小于普通直齿轮泵, 但是从斜24长春理工大学学报2004年齿轮泵的流量脉动度公式(6 可以看出(2212R 2o是正值, 脉动度应该是大于基本参数相同的普通直齿

11、轮泵, 所以在实际生产中不能通过采用外啮合斜齿齿轮泵来减小流量脉动度的不利影响。对于由于采用了相当于两对齿轮错开了z个角度, 使得脉动度大大减小, 将其脉动度公式与普通齿轮脉动度公式3做比较, 可以看出其显著效果。普通齿轮脉动度公式:=t 24(R a 2-R o 2- (9比值为=4即脉动度是普通齿轮脉动度的, 当然更好于外啮合斜齿齿轮泵, 因此采用分片错齿齿轮泵减小脉动度是非常有效的。举例:斜齿轮泵参数为:m =6, z 1=200, b =73. 8, 49=6. 5°。相应的直齿轮泵除=0外其余参数相同.前者基圆半径R b =39. 69mm , 后者基圆半径R b =39.

12、 476mm , 计算结果, 斜齿轮泵的流量脉动=0. 1464, 相应直齿轮泵流量脉动度=0. 1433, 而分片错开齿轮泵的脉动度为2=010358。3结论(1 分片错开齿轮泵能够减小流量脉动度, 但加工性差; (2 外啮合斜齿轮泵运行平稳、噪声小、易加工, 但不能减小流量脉动度。参考文献1高常识等, 低流量脉动齿轮泵极其测试, 机床与液压,1999. 12赵亮. .机械工程, , 35(3 97, , 34. 长春理工大学学报, 4 :14-16Analysis of Pulse Characteristic to Tw o K ind of G ear PumpSH ANG Chunm

13、in Fan Jingfeng Zhang Xinming(Center for Science and Development , Changchun Univer sity o f Science and Technology , Changchun 130022Abstract :The w orking and structure characteristic of gear pum p of piece and helical wheel were studied in this article. And flow pulsate degree in fluence to tw o

14、pum ps was contrasted. The result shown that the gear pum p of piece was ex 2celled to the helical wheel pum p in reducing pulsate degree. K ey w ords :gear pum p ; structure characteristic ; flow pulse (上接第37页A Measuring Method for the T aper of BoreZH ANG Liancun 1ZH ANG Guoyu 1XU Xiping 1Y ANG Ji

15、xing 2YUAN Feng 1SU Shi1(11College o f Opto -Electronic Engineering o f Changchun Univer sity o f Science and T echnology , Chanchun 130022;21The 8358th Resear ch institute o f the 3rd academe o f space flight head o ffice , Tianjin 300192 Abstract :Based on technique of grating displacement and controlling serv o , a measuring method for the taper of bore with 30millimeters diameter are presented. In this paper , the constitute and overall structure of the system are de 2scribed. The taper measuring method and principle of the bore are discussed an