低流量脉动齿轮泵及其测试.docx

摘要:本文介绍分片错齿齿轮泵降低流量脉动的工作原理,按此原理制造出两片错齿齿轮泵,与同规格CB齿轮泵进行流量脉动测试,以及进行测试结果的对比。关键词:分片错齿齿轮泵流量脉动压力脉动脉动测试泵是液压传动中的能源装置,它的性能好坏直接影响液压系统的动态性能,由于齿轮泵结构简单、价格便宜,特别是自吸性好以及对油的污染不敏感,广泛应用在各种液压系统中。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。但从另一方面考虑,如果我们能够克服齿轮泵流量脉动大这一不足,而又能保持上述的优点,将会拓宽齿轮泵的应用领域。为此本文介绍了低流量脉动齿轮泵工作原理及按此原理制造的新型低流量脉动齿轮泵的流量脉动测试方法。1低流量脉动齿轮泵的工作原理(1)齿轮泵流量脉动机理齿轮泵的瞬时流量脉动是由于齿轮啮合原理本身造成的,当一对外啮合齿轮啮合时,齿轮泵瞬时流量1(2)降低齿轮泵流量脉动的方法从上述看出齿轮泵的流量脉动是由泵结构本身造成的,我们可以设想,如果每个齿轮分成n片(即有n对互相啮合的齿轮),并且有意地将每对相互啮合的齿轮进行啮合的时间错开,例如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齿距,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油泵,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,图2所示为外啮合齿轮泵(m=3,z=14),在其它条件相同情况下,用计算机仿真绘出原CB齿轮泵与两片式错齿齿轮泵的瞬时流量曲线。q=Bω(R2--R2φ2)R2(1)eJ式中:ω—齿轮角速度Re—齿轮齿顶圆半径RJ—齿轮基圆半径B—齿轮齿宽R—齿轮节圆半径φ—齿轮转角由(1)式得瞬时最大流量qmax和瞬时最小流量qmin分别为:图2齿轮泵流量脉动曲线对比采用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的两片错齿齿轮泵为例,设两对啮合齿轮的排油量分别为q1和q2,总流量即为q=q1+q222=Bω(Re=Bω(Re--R)(2)(3)qmaxqmin222tjΠ4)R-式中:tj—齿轮基圆基节。流量脉动率σ是评价泵的瞬时流量的品质,σ越小则说明瞬时流量脉动越小,泵的性能越好,按σ定则对开有矩形对称双卸荷槽的油泵,由2可得(5)Bω(R2222=--Rjφ)qR1e2义[2]σ=:(qmax-qmin)/qavπ2]B22222=tj/〔4(Re-R-tjΠ12)〕(4)222ω[ReRj(φ-)z()q2=-R-6R2π2222=+=Bω[Re-R-Rjφ+zφ(7)qq1q2式中,qav为泵的平均流量,时,泵单位时间的排油体积。即不考虑容积损失jπ-R2()2Π2]jz从式(1)看出,当泵的结构和转速已定,齿轮当转角φ=0(或πΠz)时,则输出最小流量qmin为泵的瞬时流量将随齿轮转角,即随啮合点的位置变化而变化,瞬时流量变化曲线如图1所示π2=Bω[Re-R-(RjΠ2]22)(8)qminz当转角φ=πΠ(2z)时,则其输出最大流量qmin为π222=Bω[Re-R-(Rjz)Π4](9)qmax则2片错齿齿轮泵流量脉动率σ2为σ2(qmax-qmin)Πqav=2t222(()图1流量脉动曲线=j/[4×4Re-R-tjΠ12]10·43·1999年第1期将式(10)与式(4)σ2Πσ=1Π4Δpmin普—CB泵瞬时最小流量时节流阀两端压差;Δpmax错—分片错齿泵瞬时最大流量时节流阀两端压差;Δpmin错—分片错齿泵瞬时最小流量时节流阀两端压差;f—节流阀阀口过流面积,对CB泵和分片错齿泵保持不变。Cq—流量系数,由于f一定,此系数可认为是常数qav—泵的平均流量,在相同条件下,CB泵和分片错齿泵的qav是相同的。分片错齿齿轮泵的σ错与CB泵的σ普之比R为:相比可得(11)从中看出采用两片错齿齿轮泵的流量脉动率相当于原CB齿轮泵流量脉动率的1Π4。同理可得出n片错齿齿轮泵的流量脉动率σn与原CB齿轮的流量脉动率σ之比,即2σnΠσ=1Πn(12)由上述可见分片错齿齿轮泵的流量脉动率将有很大的减少,通常可降到和一般叶片泵的流量脉动率,但齿轮分片数越多将会使泵结构越复杂,笔者认为将齿轮分成两片或三片错齿将具有实用价值。2流量脉动测试装置(1)流量脉动测试原理分片错齿齿轮泵与原有CB齿轮泵进行流量脉动对比,必须进行实验,由于流量计本身惯性及流体运动粘性效应和惯性效应,目前很难用于高频下瞬时流量的精确测量,且因数据处理复杂、测试设备昂贵,所以难以在实际工作中得到广泛应用。由于瞬时流量很难测量,我们设想通过高灵敏度,具有足够的相应速度的