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齿轮泵的压力脉动问题及应用领域

2018-12-13 11:15:39
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齿轮泵(这里指外啮合齿轮泵)是液压系统中常用的一种泵类元件。其主要结构是由泵体中一对具有相同设计参数的渐开线齿轮相互啮合而构成。具有结构简单、价格便宜、自吸性能好以及对油液污染不敏感等优点,被广泛应用于各类液压传动系统。由于自身结构特点的原因,其输出的流量是随转动轴的转角按抛物线的规律变化。这种变化的流量被称为瞬时流量,而这种输出流量的不均匀现象被称为流量脉动。在常见的液压泵中,齿轮泵输出流量的脉动现象和柱塞泵与叶片泵相比,是比较大的。由于这种现象的存在,在一定程度上限制了齿轮泵的应用。

在不影响齿轮泵吸油能力和不产生共振的条件下,提高齿轮泵的转速不仅可以增大输出流量,还可以改善流量脉动现象。但转速过高,由于齿轮转动时产生离心力的作用,使油液不能完全充满齿轮两齿间容积,造成吸油不足,导致容积效率下降,产生汽蚀、振动和噪声。齿轮泵允许的较高转速与所使用油液的粘度有关。油液粘度越大,允许的较高转速就越低。

两片错齿泵的结构特点是将普通齿轮泵的每一个齿轮同时剖分为两个齿轮,将这两个齿轮安装在同一传动轴上,并将这两个齿轮彼此错开半个齿距,靠两对相互啮合齿轮实现吸油和排油。用隔板将两对相互啮合齿轮沿端面从中间隔开,成为双副齿轮泵,这就相当于在一个泵体中安装了两个齿轮泵。由于两对齿轮彼此错开了半个齿距,两对齿轮在啮合时不是同时进入啮合和同时脱离啮合,使其输出的较大瞬时流量和较小瞬时流量相互混合,相互补充,使流量脉动减小。

在普通齿轮泵的出口安装蓄能器,也可将流量脉动降低到较小限度,还可吸收因流量脉动而产生的压力脉动,有利于提高系统工作的平稳。同时,噪声也会显著降低。

齿轮泵所具有的结构简单、价格便宜,以及对油液污染不敏感等优点,是其它结构的液压泵所不具备的。但由于其自身存在的输出流量脉动大,瞬时流量不均匀,噪声较大等缺点,限制了齿轮泵在执行元件对流量均匀性要求比较高的场合下的应用。若能采取一些可行措施降低输出流量脉动,就会改善齿轮泵的使用性能。近年来,对齿轮泵的研究不断取得新的进展,这些研究成果的实施,必然会扩展齿轮泵的应用领域。

对于那些依据“在不增加齿顶圆直径的前提下加大排量”的设计理念制造出的齿轮泵,可通过对齿形的修正,来降低流量脉动。即在设计和制造齿轮泵的齿轮时,采用双模数非对称渐开线齿形齿轮。这种特殊齿形的齿轮由特殊刀具切削而成,特殊刀具齿形的压力角是非对称的,压力角较大的半边切出齿轮工作面的齿形,压力角较小的半边切出齿轮非工作面的齿形。齿轮工作齿面的模数小,非工作齿面的模数大。除齿轮全齿高按大模数确定外,其它尺寸均按小模数计算确定。这种齿轮泵的结构特点是,可以在不增大齿顶圆直径,同时不减小排量的前提下,增加齿数,减小模数,使输出流量脉动幅度减小,流量不均匀现象得以改善,噪声也会降低。齿轮泵瞬时流量的不均匀性会产生流量脉动,若将齿轮泵输出的流量直接输入执行元件,则会引起执行元件的速度脉动;若齿轮泵出口并联有溢流阀,(如将齿轮泵应用在由溢流阀、节流阀、液压缸组成的节流调速回路中),则这种脉动的流量在流经溢流阀时,会产生压力脉动。这种脉动的供油压力又直接影响进入执行元件的流量产生脉动,造成执行元件的运动速度不稳定。另一方面,压力脉动还可能会引起液压系统产生振动和噪声。严重时,当产生的脉动频率与液压系统的固有频率相同,则会引起液压系统的共振,这对传动轴和轴承的使用以及对管接头和密封件都有不良影响。


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