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外啮合齿轮泵的设计
外啮合齿轮泵是一种常用的离心泵，它是由一对啮合齿轮和泵体组成的，通过齿轮的旋转带动液体流动。
外啮合齿轮泵体积小，结构简单，扬程高，流量大，适用于输送低粘性液体。
在设计外啮合齿轮泵时，需要考虑以下几个方面：
1. 齿轮的材料选择：外啮合齿轮泵主要受到齿轮的摩擦和磨损的影响，因此齿轮的材料选择尤为重要。
一般来说，齿轮材料应该具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，同时还要具有足够的强度和硬度。
常用的齿轮材料有碳钢、不锈钢、铸铁等。
2. 泵体的设计：泵体是支撑齿轮的重要部件，其设计应符合流体力学原理，能够保证液体在泵内均匀流动。
泵体的尺寸应根据实际使用需求进行选择，以满足流量和扬程要求。
3. 密封结构的设计：对于液体比较有毒、易挥发或高温的情况下，外啮合齿轮泵需要采用有效的密封措施以确保安全。
一般采用机械密封或填料密封，机械密封由于技术较为成熟，更能够满足要求。
4. 系统的控制：外啮合齿轮泵需要配备适当的系统控制，以确保运行的稳定性和可靠性。
这些控制系统包括流量控制、压力控制、温度控制等。
总之，外啮合齿轮泵的设计需要从材料、结构、密封和控制等多个方面进行考虑，以确保泵能够在各种环境下稳定可靠地运行。
编号:毕业论文(设计)题目外啮合齿轮泵的设计指导教师孙秀云学生姓名吴连增学号************专业机械设计制造及其自动化教学单位德州学院机电工程学院（盖章）二O一四年四月二十日德州学院毕业论文（设计）开题报告书德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化2014年03月20日目录摘要及关键词 (1)1引言 (1)1.1简介 (1)1.2齿轮泵的工作原理 (1)1.3齿轮泵结构分析 (2)1.4齿轮泵的流量计算 (4)2齿轮油泵各组成零件的选材分析 (4)2.1材料的选择原则 (5)2.2材料的选择方法 (5)3产品重要零件AutoCAD绘图 (7)3.1绘制主动齿轮零件图 (7)3.2表面粗糙度的选定 (9)3.3公差与配合的选择 (9)3.4零件的热处理 (11)4齿轮泵零件图 (12)5总结 (13)参考文献 (14)谢辞 (15)外啮合齿轮泵的设计吴连增（德州学院机电工程学院，山东德州253000）摘要：外啮合齿轮泵是一种常用的液压泵，它靠一对齿轮的进入和脱离啮合完成吸油和压油，在工业中应用十分广泛，且都存在漏油现象。
在对该泵基本参数的研究上，对齿轮、泵体和前后盖进行优化设计，使之达到最佳效果。
困油现象会引起齿轮泵强烈的震动和噪声，大大缩减了外啮合齿轮泵的使用寿命，解决困油问题的方法是开卸荷槽。
关键词：外啮合；齿轮；泵体；困油现象1引言1.1简介齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜等特点，但同时齿轮泵也还存在一些不足，如困油现象比较严重、流量和压力脉动较大、径向力不平衡、泄漏大、噪声高及易产生气穴等缺点，这些特性和缺点都直接影响着齿轮泵的质量。
随着齿轮泵在高温、高压、大排量、低流量脉动、低噪音等方面发展及应用，对齿轮泵的特性研究及提高齿轮泵的安全和效率已成为国内外深入研究的课题。
外啮合齿轮泵结构设计
外啮合齿轮泵（External Gear Pump）是一种常见的液压泵，通过两个啮合的齿轮在泵内形成密闭的腔室，从而将液体从入口吸入并推送至出口。
以下是外啮合齿轮泵的基本结构设计要点：
1. 齿轮设计：
-齿轮是外啮合齿轮泵的核心部件。
通常有两个齿轮，分别为驱动轮和从动轮。
-齿轮的齿数、齿形、齿廓等设计要考虑泵的流量、压力等工作参数，以及制造成本和效率。
2. 泵壳设计：
-泵壳通常是由两个相互啮合的齿轮和泵体组成的，泵体内形成密闭的工作腔室。
-泵壳的设计要保证齿轮可以顺畅地旋转，并确保泵的密封性能，防止液体泄漏。
3. 轴设计：
-泵的驱动轴连接到驱动源（如电机），从而带动齿轮旋转。
轴的设计要考虑承受的扭矩和转速等因素。
4. 轴承和密封：
-使用高质量的轴承以减少摩擦损失，并确保泵的长期稳定运行。
-采用有效的密封系统，以防止液体泄漏，提高泵的效率。
5. 入口和出口设计：
-入口和出口的设计要使得液体能够顺畅地进入和离开泵。
-出口处通常需要安装阀门，以控制流量和维持压力。
6. 冷却系统：
-对于高功率或长时间运行的泵，可能需要考虑冷却系统，以确保泵的温度处于安全范围内。
7. 材料选择：
-泵的关键零部件应选用适当的耐磨、耐腐蚀的材料，以确保泵的寿命和性能。
8. 防振和减噪：
-采用适当的设计和制造工艺，以降低泵的振动和噪音水平。
设计一个高效可靠的外啮合齿轮泵需要深入了解液体性质、工作条件和系统要求，同时结合工程经验和先进的制造技术。
这样设计出的泵在各种工业应用中都能够发挥优越的性能。
1 绪论现如今，全球信息化时代已经来临，热衷于设计齿轮油泵的工作者，逐步倾向于借助以CAD为主的多样化计算机技术，针对现有产品进行更深层次的研发与设计，从而有效增强当前的设计速度，尽可能缩短设计周期。
尤其在生产化制造过程中，以CAM为主的各类制造技术业，已经获得相对广泛的实际应用。
对于齿轮泵而言，其所需的不仅仅为外在特性，而且还表现出一系列的内在要求。
其中，其内在特性主要涵盖产品性能以及整机装配质量等相关特性，与此同时，其外在特性一般表现为泵的运行特征。
1.1 齿轮泵的研究意义对于工业领域而言，尤为关键的核心装置即为齿轮泵，其广泛应用于液压传动以及相应的控制技术当中。
从本质上而言，其表现出相对简洁的基本结构，并且体积和重量都极为轻便，清洁度高，表现出相对良好的可靠性，后期维护相对便利，无需耗费高昂的经济成本。
然而，对于齿轮泵而言，其同样表现出某些劣势，例如：频繁困油、流量较大、泄漏显著以及频频出现气穴等一系列劣势，正是由于上述现象和特性的存在，将对齿轮泵呈现出的实际质量，产生极为深远的影响。
在当前时期，由于齿轮泵广泛应用于高温、高排量以及低噪音等环境下，故而诸多学者纷纷针对齿轮泵所含有的基本特性，进行相对深入的细致研究，以求尽可能保障齿轮泵在实际运行过程中的安全性和高效性。
对于现今的齿轮泵来说，尤为典型的即为外啮合齿轮泵，此类泵的设计水平也极为成熟。
在绝大多数外啮合齿轮泵当中，主要选择三片式结构，并且借助于平槽的作用，尽可能降低齿轮所产生的径向不平衡力。
近年来，此类泵所能达到的额定压力最高为25 MPa。
然而，因为此类齿轮泵一般表现出相对较少的齿数，故而造成流量脉动相对显著，其也因此获得相对广泛的实际应用，引发学术界的研究热潮。
现如今，全球学者在此方面进行的细致研究大体如下：各种类型齿轮参数的持续优化；齿轮泵的补偿技术；一系列卸荷措施；噪声控制技术的研发；齿轮泵所涉及的诸多变量方法的深入研究；齿轮泵高压化的基础途径等等。
摘要对称齿轮泵的工作原理：动力由花键轴传入，从而带动主动齿轮转动。
多个从动齿轮与主动齿轮组成外啮合传动关系，相当于多组齿轮泵同时工作。
由于从动齿轮轮在主动轮的周围对称分布，能使工作时产生的径向力相互抵消，使工作时的噪声比传统齿轮泵有明显的降低，工作平稳。
齿轮泵的创新点：对称齿轮泵的创新点在于齿轮的设计。
为了解决传统齿轮泵径向力不平衡和流量脉动大的缺点，我们将多个从动轮齿轮在大齿轮的周围进行对称分布，使其产生的径向力能够尽量相互抵消。
关键词：齿轮泵油泵结构困油现象内泄漏ABSTRACTProfiled gear pump working principle : power by the spline shaft imported, thus driving gear rotation. Many follower gear and active gear meshing formed drive, the equivalent of many groups gear pump work simultaneously. As the rounds of the driven gear in the round of initiatives around the symmetric distribution, enabling the work of the radial force to offset each other, make noise at work than the traditional gear pump significantly reduced, smooth.Gear pump innovation : Profiled gear pump of innovation lies in the design of gear. To solve the traditional gear pump radial force imbalance and pulsatile flow defects We will launch a number of driven gear in the gear around symmetric distribution, produce radial strength to try to offset each other.Key words：Gear Pump ;Pump Structure ;Storm oil ;Internal Leakage绪论齿轮泵是在工业应用中运用极其广泛的重要装置之一，尤其是在液压传动与控制技术中占有很大的比重，它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜等特点。
内啮合齿轮泵几何参数及流量脉动的研究的开题报告
【选题背景】
内啮合齿轮泵是一种基于啮合原理的正弦波型排量泵，由于具有体积小、密封性能好、高效节能、工作平稳等优点，在工业生产中得到广泛应用。
在内啮合齿轮泵的研究和
应用中，几何参数的设计和流量脉动的分析是非常重要的问题，对提高泵的性能和应
用水平具有重要的意义。
【研究目的】
本文旨在研究内啮合齿轮泵的几何参数优化设计以及流量脉动的分析，为该领域的研
究和应用提供新的理论基础和实践支持。
【研究内容】
1. 内啮合齿轮泵的几何参数优化设计
通过对内啮合齿轮泵的结构和工作原理进行深入分析，选取有效参数，利用参数优化
算法，确定内啮合齿轮泵的几何参数，以达到泵的高效率、稳定性和耐久性等目标。
2. 内啮合齿轮泵流量脉动的分析
利用计算流体力学（CFD）方法，对内啮合齿轮泵流场进行数值模拟，分析其流量脉
动特性，并对影响内啮合齿轮泵流量脉动的因素进行研究，如泵的几何参数、粘度、
压力等。
3. 内啮合齿轮泵的实验测定与验证
通过设计实验方案，对内啮合齿轮泵进行实验测定与验证，验证所研究的几何参数优
化设计和流量脉动分析的可行性和有效性。
【研究意义】
本研究将为内啮合齿轮泵的优化设计和流量脉动的分析提供新的理论和实践支持，从
而提高该类泵的性能和应用水平。
同时，本研究也将为相关领域的研究和应用提供理
论基础和参考依据。
------大学毕业设计（论文）题目：齿轮泵的设计及加工函授站：专业：机械设计制造及自动化学生姓名：指导教师：20 年月日摘要计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）是实现创新设计的关键手段，它在工程设计中的应用大大提高了设计质量，缩短了设计周期，减少了设计费用。
本课题以广泛应用于各种行业中的液压动力元件—外啮合齿轮泵为研究对象，在新产品的设计过程中，通过分析国内外现阶段的研究成果，以solidworks 绘图为主要绘图手段，解决以前手工绘图及二维CAD绘图难以解决的问题。
本文应用三维软件（solidworks）的绘图技术对产品的各零部件进行三维绘图，并对各零部件进行装配，使齿轮泵更直观的展现出来。
并通过图形分析和拟出加工工序，制作工序卡。
关键词：CAD；solidworks；齿轮泵；工艺目录1 绪论 (1)1.1课题的来源及意义 (1)1.2以常规方法为基础研究的工作 (1)1.3采用优化设计理论选择出齿轮泵的最佳参数 (2)2 外啮合齿轮泵的运动和几何尺寸设计 (3)2.1设计依据 (3)2.1.1齿轮泵的工作原理及主要结构特点 (3)2.1.2设计参数 (3)2.2主要零件的几何尺寸设计 (4)2.2.1齿轮的几何尺寸设计 (4)2.2.2轴的设计 (4)2.2.3轴承的选择及润滑 (5)2.4 齿轮泵的常见问题及解决措施 (6)2.4.1困油问题及解决措施 (6)2.4.2 径向不平衡问题及解决措施 (8)2.4.3泄漏油问题及解决措施 (8)2.4.4齿轮泵的噪声及降低的措施 (8)2.5 齿轮泵的噪声及其解决措施 (8)2.5.1 齿轮泵的噪声 (8)2.5.2 降低齿轮泵噪声的措施 (9)3 外啮合齿轮泵的泵体及端盖的设计及排量、流量的计算 (10)3.1泵体的设计 (10)3.2前端盖的设计 (10)3.3后端盖的设计 (11)3.4 排量和流量的计算 (12)4 外啮合齿轮泵的主要零部件加工工艺的设计 (14)4.1数控加工工艺简介 (14)4.1.1工件的装夹： (15)4.1.2 加工要求 (15)4.2齿轮的加工工艺 (16)4.2.1圆柱齿轮加工工艺过程的内容和要求 (16)4.2.2 齿轮加工工艺过程分析 (16)4.3轴的加工工艺 (18)4.3.1轴类零件的功用、结构特点及技术要求 (18)4.3.3轴的加工 (20)4.4泵体的加工工艺 (20)4.4.1 泵体的加工设备及装夹简介 (20)4.4.2 外啮合齿轮泵泵体孔的加工工艺规程 (21)4.5泵盖的加工工艺 (22)4.4.1泵盖简介 (22)4.4.2泵盖的工艺性分析 (23)4.4.3选择刀具和工艺卡片 (23)小结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)1 绪论1.1课题的来源及意义齿轮泵作为一种典型的液压元件，被广泛运用于机床工艺、农用机械、工程机械、航空航天和船舶工艺等众多工艺领域。
目录1 绪论 (1)1.1机油泵概述 (1)1.2国内外汽车机油泵的发展概况及发展趋势 (1)1.2.1 国内外汽车机油泵发展现状 (1)1.2.2 国内外汽车机油泵发展趋势 (2)1.3课题提出的目的及意义 (3)2 机油泵的工作原理及其整体的结构设计 (3)2.1 汽车机油泵的分类及方案选型比较 (3)2.1.1机油泵的分类 (3)2.1.2方案选型比较 (4)2.2汽车齿轮式机油泵的结构 (4)2.3 齿轮泵的工作原理 (5)2.4 齿轮泵的总体结构设计 (6)2.4.1 轴的选择 (6)2.4.2 轴的校核 (7)2.4.3 齿轮泵内两个相啮合齿轮的校核 (8)3. 齿轮泵的主要零部件造型设计及总体装配图 (9)3.1机油泵零件造型设计 (9)3.2 机油泵的总体装配设计 (9)4 总结 (10)参考文献 (11)Abstract (12)谢辞 (13)发动机外啮合齿轮机油泵设计（德州学院汽车工程学院，山东德州 253023）摘要：本论文的主要研究目标是通过减小外啮合齿轮泵的径向力从而提高外啮合齿轮机油泵的性能。
为减小外啮合齿轮泵的径向力，中高压外啮合齿轮泵大多数情况下采用变位齿轮，此种方法对轴和轴承的性能需求较高。
通过研究发现马自达6轿车L3型发动机机油泵在低转速、小功率运行的工况下，容易出现油压偏低、油量偏小的现象，本设计通过采用机油泵增大模数、减少齿轮齿数的方法，对机油泵进行了重新规划设计。
从而提高机油泵的操作性、可靠性、使用寿命以及机油泵的工作效率。
关键词：齿轮式机油泵；操作可靠性；功能需求；径向力1 绪论1.1机油泵概述机油泵对国内工程和生产具有非常重要的作用。
随着现代科技和经济的发展越来越快，工业工程的发展规模逐渐增大，这些使机油泵在各行各业的生产中起到了更大的作用，无论是工业还是工程，对机油泵的需求增大,对机油泵的要求也变得更高。
机油泵总体效率对与当前发展有一定的制约。
机油泵的工作效率、质量以及可靠性等方面亟待改善。
新型外啮合齿轮泵优化设计发布时间：2021-10-21T01:29:59.745Z 来源：《中国教工》2021年第9期作者：杨相宇[导读] 外啮合齿轮泵是一种应用于机械行业的液压元件，其结构简单、体小量轻、能够适用于多种工况，是一种具有广泛应用价值的机械产品。
杨相宇湖南吉利汽车职业技术学院，湖南湘潭，411000 摘要：外啮合齿轮泵是一种应用于机械行业的液压元件，其结构简单、体小量轻、能够适用于多种工况，是一种具有广泛应用价值的机械产品。
齿轮泵的设计，先进行性能参数的分析，再制定设计方案。
设计包括了齿轮的设计与校核、轴的设计与校核、泵体的结构设计与校核、进出口油孔的设计、卸荷槽的设计等。
初定设计数据，并完成校核后，在满足性能参数的前提下，尽可能简化设计方案。
关键词：液压元件；齿轮设计；轴的设计；第1章绪论1.1研发背景及意义齿轮泵结构简单、噪声低、输油平稳、自吸性能好、工作可靠、使用寿命长[1]。
广泛使用于机床低压液压传动系统和大型机械设备中稀油站的供油和冷却系统以及各种机械设备的润滑系统，齿轮泵按啮合方式的不同，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，在实际应用中以外啮合齿轮泵应用较为广泛。
[2]但是，由于齿轮泵目前采用的结构的存在一定的问题，会造成困油、抽空、噪声大等问题存在，限制了外啮合齿轮泵的应用范围，基于这一现状提出了本课题。
由于这种结构特点造成了齿轮泵有上文中提到的一些不足，所以齿轮泵的研究，主要集中在下五个方面： 1．齿轮参数及泵体结构的优化设计 2．困油冲击及卸荷措施 3．齿轮泵噪声的控制技术 4．齿轮泵高压化的研究 5．齿轮泵的变量方法研究[3] 1.2 外啮合齿轮泵基本设计思路设计齿轮泵，可按照下列思路进行： 1．确定性能参数 2．确定齿轮参数 3．设计泵的结构设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使尺寸小、重量轻、制造容易、成本低，以求技术上先进，经济上合理第2章外啮合齿轮泵的设计计算2.1 引言由于本课题属于一种创新设计，经综合对比分析，最终采用如下几方面的分析计算设计：（1）性能参数的分析确定；（2）齿轮结构的设计计算；（3）轴的设计计算；（4）泵体结构的设计计算与确定[5]。
高容积率低流量脉动外啮合齿轮泵设计技术研究*杜 静1,陈文胜2(1 重庆大学机械工程学院,重庆400044;2 重庆液压机电有限公司,重庆402160)摘 要:通过对瞬态流量进行分析,探讨了影响齿轮原脉动和容积率大小,齿轮泵瞬态流量以及齿轮泵困油容积和瞬态困油量等问题,得到了降低外啮合齿轮泵流量脉动措施。
通过建立齿轮泵间隙泄漏模型,优化得到齿轮泵轴向间隙补偿的最优值,为齿轮泵结构优化设计奠定了基础。
关键词:齿轮泵;流量脉动;困油;间隙补偿中图分类号:T P325 文献标志码:ADesign Technology Research on High volume Ratio Low Flow Pulsation External Gear PumpDU Jing,CH EN Wensheng(1.College o f M echanical Eng ineer ing,Cho ng qing U niver sity,Cho ng qing400030,China;2.Chongqing H ydraulic M echanical&Electrical Co.,L td,Cho ng qing402160,China)Abstract:Based on the analysis of transient flow,t he measur es have been obtained reducing t he ext ernal gear pump flow fluctuat ion.T hr ough the establishment o f a gear pump o ptimizat ion o f leak mo del,g et the g ear pump optimal value of g ap co mpensatio n.T he results found basis for the o ptimal design of g ear pump.Key words:Gear pump,Flow pulsation,T rapped oil,G ap co mpensation随着我国经济的迅猛发展,各类机械装备对高效、节能、环保的液压元件需求日益增多,迫切需要一种低噪声、高效率的齿轮泵[1 4]。
从国内外技术现状及发展趋势来看,国内对齿轮泵设计制造技术研究已经取得了许多有价值的研究成果,但缺乏系统、深入的研究[5 7]。
本文深入分析了影响齿轮泵脉动和容积效率大小、齿轮泵瞬态流量以及齿轮泵困油容积和瞬态困油量等问题,建立间隙泄漏模型,对齿轮泵间隙进行优化设计,为高效低噪声齿轮泵结构优化设计提供依据。
1 齿轮泵瞬态流量在如图1所示的外啮合齿轮泵中,主动轮1转过 1时,位于压油腔的齿面所扫过的体积为:V1=B r2a1 12-r2k1 12=0.5b(r2a1-r2k1) 1从动轮2位于压油腔的齿面所扫过的体积为:V2=B r2a2 22-r2k2 22=0.5ub(r2a2-r2k2) 1图1 齿轮泵工作示意图从压油腔排出的体积为:V=V1+V2=0.5b 1[(r2a1-r2k1)+u(r2a2-r2k2)]瞬态流量为:q(t)=d Vd t=0.5b 1[(r2a1-r2k1)+u(r2a2-r2k2)]设f为啮合点位移,根据齿轮几何尺寸关系可以推导出瞬态流量:q(t)=0.5b 1[2r 1(h a1+h a2)+h2a1+uh2a2-(1+1u)f2]2000(17):337 359.*同济大学西门子制造信息技术基金资助项目作者简介:沈斌(1955 ),男,教授,主要从事现代集成制造、网络化设计与制造和数字化制造的研究。
收稿日期:2010年3月8日责任编辑 吕菁28!新技术新工艺∀数字技术与机械加工工艺装备 2010年 第9期当f =0时,瞬态流量有最大值,f =#0.5p b 时,瞬态流量有最小值。
式中,r a 为齿轮齿顶圆半径;r k 为啮合点半径;u 为齿数比;b 为齿轮齿宽。
一对齿轮从进入啮合到退出啮合的排量为:Q b =∃0.5pb-0.5p bq (t)d t理论流量为:Q V =znQ b流量脉动系数 q 为:q ={q(t)max -q(t)min }/Q V 如果齿轮泵2齿轮的几何参数相同,则理论流量为:Q V =b (r 2a-r -p2b12)流量脉动系数q 为: q =!2cos 2∀12(z +1)-!2co s 2∀齿轮泵的流量脉动较大,通过增大齿数,减小重迭系数,增大压力角均可以减小流量脉动。
2 齿轮泵困油容积及瞬态困油量齿轮泵的困油现象是造成齿轮泵脉动的另一个重要因素。
啮合过程中齿轮泵的困油容积和瞬态困油量反映了齿轮泵的困油状态。
无侧隙齿轮泵困油区如图2所示,分为I 区和II区。
图2 无侧隙齿轮泵困油区示意图I 困油区(啮合开始点B 处和结束点E 处)在啮合区中困油容积随转角的变化关系为:V t =V 0+b 2(1+#)R b 12!z 1∃1-!2z 12∃B %∃1%∃E困油容积的最大变化量分别为:%V B =b(1+#)R b 122!3z 1314-&%V E =b(1+#)R b 122!3z 13&-14瞬时困油流量分别为:%q V,B =2 1b(1+#)R b 12!2z 114-&%q V,E =2 1b(1+#)R b 12!2z 1&-14&困油区(啮合开始点K 处和结束点B 处),困油容积随转角的变化关系为:V t =V 0+b 2(1+#)R b 12!z 1∃1+!2z 12∃K %∃X %∃B困油容积的最大变化量分别为:%V K =b(1+#)R b 122!3z 1314-&%V B =b(1+#)R b 122!3z 13&-14瞬时困油流量分别为:%q V,K =2 1b(1+#)R b 12!2z 114-&%q V ,B =2 1b(1+#)R b 12!2z 1&-14当%q V,t >0时,困油容积增大,体积发生膨胀,为减压困油;%q V,t =0时,困油容积不变,为零点困油;%q V,t <0时,困油容积缩小,油液受到压缩,为增压困油。
从上面分析可以看出,齿轮泵的瞬时困油流量变化不可避免地导致流量的脉动,对齿轮泵乃至整个液压系统都产生了很大的危害,必须从结构上采取措施减小困油影响。
解决困油问题的具体方法就是在困油压缩区增加卸荷槽,困油区产生的高压油经卸荷槽流入到出油区。
采用这种方式虽然解决了困油区高压油的卸荷问题,减小了轴功率,提高了泵的总效率,但试验测试发现,齿轮泵高转速时出油中的泡沫现象更加严重,容积效率也相应降低。
分析原因是困油区在膨胀时产生真空,油液泡沫化后进入低压进油区,占据了进油区的一定空间,这一部分泡沫状的油液进入高压出油区后经压缩、释放,泵的出油量就相应减少,容积效率也就相应降低。
为此在设计齿轮泵时,增加了一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽,使困油区膨胀时有油及时补充,有效地解决了流量脉动、气蚀、噪声等问题。
3 齿轮泵间隙二元流动泄漏模型齿轮泵的容积损失主要是泄漏造成的。
齿轮泵的轴向间隙泄漏是泄漏的主体,占总泄漏的75%~80%。
径向间隙泄漏约占总泄漏量的15%~20%,分析齿轮泵间隙泄漏特性有助于容积效率的提高。
1)轴向间隙泄漏根据二元缝隙流动理论,设齿轮泵压强升降过程呈线性变化,由Nav er Stock 方程推导出具有相29 !新技术新工艺∀ 数字技术与机械加工工艺装备 2010年 第9期同直径的齿轮泵轴向间隙的泄漏量为:%q a =e 3%p3!#∋1-r fr a 2n1+r fr a2n(sin (∃1-!)∃1+sin (∃0-!)!-∃01+cos n !n2式中,#为动力粘度;e 为端面间隙;∃1和∃0分别为节圆齿厚旋角与高压区包角;%p 为进出口压力差。
2)径向间隙泄漏由于间隙值远小于齿厚,工作油液又有一定粘度,边壁对整个液流的粘附作用很强,所以液体在其中流动的雷诺数一般比较小,属于层流运动。
根据2个平行平板间隙流动理论推导可得齿轮泵的径向间隙泄漏为:%q r =b %p 312#S a-0.5r a式中,S a 为齿顶厚; 为径向间隙。
齿轮泵的输出流量为:Q Vb =Q v -%q a -%q r齿轮泵容积率为:∋V =Q Vb Q v =Q v -%q a -%q rQ v利用以上各式则可计算出齿轮泵的容积率,分析各种轴向间隙和径向间隙对容积率的影响。
4 齿轮泵间隙优化1)轴向最佳间隙轴向间隙泄漏引起的功率损失为:%P a =%q a %p =e 3%p 23!#K a式中:K a =∋1-r fr a 2n1+r fr a 2n(sin (∃1-!)∃1+sin (∃0-!)!-∃01+cos n !n 2在转动过程中,齿轮端面受到端面间隙中液体的粘性摩擦阻力所引起的机械功率损失为:%P f =125!3#eK f式中,K f =118(r 4a -r 4f )+127r (r 3a -r 3f )。
由上面的推导可看出,由端面间隙压差引起的泄漏功率损失与间隙高度的3次方成正比,而由油液流动所产生的摩擦功率损失与间隙高度成反比。
为了获得功率损失最小的轴向间隙,令: (%P a +%P f ) e=0,推导得到轴向最佳间隙为:e *=K f 3K a0.25#n %p.52)径向最佳间隙由径向间隙引起的总功率损失是径向间隙泄漏功率损失与粘性摩擦引起的功率损失P f 之和。
%P r =b 3%p 26#(Z 0-Z k )+2#S a Z 0 2r 2a令%P r=0,得到齿轮泵齿顶最佳径向间隙: *=2#S a r a %p0.5(Z 20-Z 0Z k )0.25值得注意的是,上面通过优化所得出的理论最佳间隙值,在实际确定间隙值时,还应考虑轴承中的间隙、齿轮泵受径向力产生的偏心以及保证齿轮在运转过程中齿顶不能刮伤壳体(扫膛)的情况出现等。
5 结语本文对影响齿轮泵容积率和脉动性能的主要因素进行了分析讨论,找到降低齿轮泵脉动的措施,获得了径向最佳间隙和轴向最佳间隙,对高效低噪声齿轮泵的设计开发具有指导作用。
参考文献[1]陈英,荆宝德,刘贵民,等.外啮合齿轮泵内泄漏理论模型的建立[J].流体传动与控制,2007(02):13 15.[2]周骥平,姜铭,李益民,等.斜齿齿轮泵小脉动输出特性[J].机械工程学报,2000,36(12):18 20.[3]甘学辉,吴晓铃.全齿廓啮合斜齿齿轮泵流量脉动特性[J].石油化工设备,2002(5):8 10.[4]赵亮,王东屏,任喜岩.斜齿齿轮泵流量脉动特性分析[J].大连铁道学院学报,2001,22(4):25 28.[5]N agamura K,Ikejo K ,T ut ulan F G.Design and per for mance of g ear pumps w ith a no n inv olute too th pr ofile [J].Engineer ing M anufactur e,2004(7):699 711.[6]胡开文,胡年琴.齿轮泵流量脉动及其频率[J].振动工程学报,2001,14(8):115 118.[7]L uo Shanming ,Wu Yue,W ang Jian.T he generation principle and mathemat ical models of a no vel g ea r Drive [J].M echanism and M achine T heo ry,2008,43(12):1543 1556.*重庆市科技攻关资助项目(CST C2008123)作者简介:杜静(1964 ),女,教授,主要从事产品数字化设计方面研究。
