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齿轮泵噪音的控制方法

发布时间：2022-08-01T07:13:39.979Z来源：《科学与技术》2022年第6期作者：徐海才

[导读]齿轮泵是液压系统中的动力元件,其结构简单、工艺性好、成本低、抗污能力强。

徐海才

杭州萧山东方液压件有限公司浙江省杭州市310000

摘要:齿轮泵是液压系统中的动力元件,其结构简单、工艺性好、成本低、抗污能力强。在工程、船舶、汽车等各领域中均有应用。

但由于齿轮泵其传动原理的特点，导致其在工作时存在运转噪音的问题。本文针对噪音的产生机理，结合工程实例，从多维度预防和优化

齿轮泵的噪音控制。

关键词：齿轮泵、机械噪音、修形、流体噪音、困油、气穴空化

1.引言

齿轮泵是液压传动系统中常用的动力元件，在结构上分为外啮合和内啮合2大类。齿轮泵优点已有较多文献描述,不再累述,缺点是困

油、压力脉动、噪声偏高[1]。

在国家大力推进中国制造2025的战略蓝图下，中国制造已在高精尖的道路上快速发展。客户对品质要求越来越高。轻量化、高性能化

等指标对传统技术提出了新的挑战。对与系统匹配的齿轮泵也提出了效率高、转速范围广、噪音低、可靠性高等要求。伴随着油改电的能

源转型的环境下，传统齿轮泵在高端设备上呈现出明显的技术代差。

本文正是在这样的环境背景下，结合实际的工程实例，从齿轮泵噪音产生的机理及改善优化措施等多方面来研究。

2．基本理论

齿轮泵常作用齿轮箱或润滑系统的流体循环装置，其本质即为通过相对运转的齿轮副给系统输出液压能。因此，齿轮泵的噪音主要来

源于两方面：

齿轮泵运转的机械噪音a.b.齿轮泵输出的流体噪音[2]

3．机械噪音的控制方法

泵内的渐开线齿轮副是产生噪音的主要零件。在设计时，可对影响机械噪音的参数进行优选，影响参数如表1。

除齿轮副的设计参数影响外，实际由于齿轮制造、安装误差及弹性变形等因素影响，传递误差必然存在。在啮合过程，我们需关注啮

合产生的最大弹性变形量的上、下峰值，规定将该峰值的差值PeaktoPeaktransmissionError作为降低噪音的重要指标。齿轮承受载荷后弯

曲、扭转等弹性变形，齿轮的制造误差、壳体变形、轴承孔座制造误差等实际不可忽视，都会引起啮合不良，噪音增大，甚至影响齿根强

度。而鼓形修形（crowning）、螺旋角修形（helicalanglecorrection）是最常见的修形方式。通过修形既可减少顶啮合发生的啮合冲击及噪

音，又降低因齿向误差及齿轮弯曲及扭转变形而造成的载荷集中，啮合过程平稳，载荷沿齿向分布均匀。齿轮所承受载荷大小可根据泵消

耗功率计算，齿轮泵的倾斜或安装误差等，需要根据实际的设计间隙来模拟。并通过传动软件RomaxDesigner、Kisssoft等的仿真分析来对

齿形修形优化。

下面通过工程实际对比分析修形前后的啮面啮合状态。

利用kisssoft等分析软件以模拟实际齿轮的工作状态，通过图1示例的偏差参数设置后，轮齿的齿合状态如图2所示，啮向区域不理想。

不同的应用工况需对参数的定义进行相应调整，同时仍需结合大量的工程经验以给出最终理想的修形参数。

4．齿轮泵流体噪音的控制方法

齿轮泵的流体噪音不仅与泵的设计有关，还与泵的安装环境、应用工况相关。主要导致流体噪音的因素有以下几方面。

a.油路通油能力

液压泵中，进出油道的油路设计应满足吸、排油通油截面积的设计要求。油道应平滑，通油载面无突变。油路合理性，可以通过

pumplinx、Fluent等仿真软件进行分析，应避免油路红区的现象。另外，齿轮副的扁平化设计更有利于轴向进油。齿宽较高时，可以采用

双侧进油的方式来改善吸排油。齿轮泵推荐的油道流速应满足下表2。当流速不满足推荐参数时，将出现流量下降、噪音增大的风险，严

重时还将产生气穴空化现象。

c.流体气穴空化

流体气穴空化带来的影响主要是由于轮齿啮合运转时，各齿槽中空气油液随齿槽从低压被带至高压区时，使轮齿冲击、振动、噪音。

气穴空化的产生原因主要来自以下几点：吸油流速大，吸油阻力大，油液中的空气分离；其它如进口吸空、油液搅动、抗泡能力弱也可导

致油液空化现象。气穴空化在实际应用中较难完全杜绝,但可优化其产生的影响。对气穴空化的改善可从改变其输出压力能的冲击着手。无

论哪种类型齿轮泵，都是从吸油槽的真空负压转运至出油高压，各齿槽呈压力缓慢升高，在与压力腔接通时压力瞬间升高。最后一个齿槽

与出油腔接通时产生的压力突变，伴随着流体的气穴现象，使流体产生剧烈冲击，