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本帖最后由 jackcui 于 2011-5-14 14:30 編輯 6 _% u$ v- T/ E( h- _$ C
0 L% H6 D* e% C' `! O0 ]5 L 隨著液壓技術的發(fā)展,，各種類型的齒輪泵應用日益廣泛,。由于齒輪泵的壓力脈動比較大，很多場合不得不在液壓系統(tǒng)中加裝濾波器或使用昂貴的螺桿泵,。因此,，如何有效地減小齒輪泵的輸出壓力脈動從而降低噪聲，以滿足現(xiàn)代機械設備高速,、高精度和大功率的要求,，成為國內(nèi)外學者深入研究的課題。根據(jù)大量的研究發(fā)現(xiàn),，齒輪泵噪聲主要是壓力脈動產(chǎn)生的噪音和困油現(xiàn)象產(chǎn)生的噪音,。因此，低噪聲齒輪泵的關鍵是合理的進行嚙合過程的控制,。多年以來,，生產(chǎn)企業(yè)和學術界提出了多種新的齒輪泵結(jié)構、原理和技術方案,，如復合齒輪泵,、非對稱齒輪泵、斜齒齒輪泵,、雙模數(shù)齒輪泵及通過卸荷槽和濾波器降低脈動和噪聲,。而最為成功的是由瑞士Turninger公司首創(chuàng)的直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵，其單級泵的輸出壓力可達20Mpa,，工作時噪音最小可達到53dB,，在液壓行業(yè)被稱為安靜泵(Quiet Pump)。
! l5 E* X( M% i 液壓泵是液壓系統(tǒng)的主要噪音源，而噪音總是伴隨著輸出壓力脈動出現(xiàn),，并帶來機械振動,、液壓沖擊、氣穴等現(xiàn)象,，甚至會使系統(tǒng)失穩(wěn),，國際標準化組織在1999年就制定了液壓系統(tǒng)壓力脈動的測試標準，很多設備,，如精密機床,、測控裝置中的液壓系統(tǒng)對壓力脈動及噪音都有很高的要求。
* R: W0 |2 ^" Q1 s1 w/ r9 i' ~ 直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵具有輸出壓力高,、結(jié)構簡單,、壓力脈動和噪音小的突出優(yōu)點，美國D1avel公司,、德國Bucher公司及日本住友精密工業(yè)公司都相繼購買專業(yè)許可進行生產(chǎn),，在各種液壓機械設備上使用。這種齒輪泵的核心技術是一對特殊的直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副,，外齒輪的齒廓是容易加工的直線,，內(nèi)輪的齒廓是與之共軛的曲線，這種設計獨特的齒形不但曲率小,，接觸強度高,；而且不存在根切，彎曲強度也很高,；更為可貴的是作為內(nèi)嚙合齒輪泵使用時，困油容積僅為漸開線齒輪的十分之一,，因此其壓力脈動和噪音可以接近螺桿泵的水平,。可見,，齒形的改變對降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪音具有決定性的作用,。; `- ~) i) x5 ^; q, R# Q
齒輪泵的瞬態(tài)流量取決于嚙合點的位置，齒輪嚙合時,，嚙合點總是在嚙合線上移動,，從這個角度分析，由于流量變化帶來的齒輪泵的壓力脈動是不可避免的,。經(jīng)過系統(tǒng)的嚙合分析研究發(fā)現(xiàn),，Turninger公司能將泵的壓力脈動減小，是利用了直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副的特殊嚙合過程,，這種嚙合的最大特點是嚙合線及重合系數(shù)和齒頂高度的關系,。
) C% [' e! X- q% w' R5 N( q& z 圖1顯示的嚙合線為一段弧線，在齒頂部位向下彎曲，與常見的漸開線內(nèi)嚙合齒輪有很大的差別,。因此在圖2中,，接近齒頂時重合系數(shù)急劇增加，說明靠近齒頂?shù)凝X廓的嚙合時間比其他部分的齒廓要長,，對增加重合度作用大得多,。在漸開線齒輪泵中，嚙合線為直線,，工作時嚙合點的徑向運動必然造成壓力脈動,；而直線共軛內(nèi)嚙合齒輪主要在在靠近齒頂位置嚙合，嚙合點的徑向位移很小,，這就是其壓力脈動小的奧妙所在,！因此只要減少嚙合過程中嚙合點的徑向位移，就可以有效的降低輸出壓力脈動和運轉(zhuǎn)噪音,，這應該是低噪音齒輪泵的基本設計原理,。
( H7 v9 c$ I# X+ S! [0 @1 K1 O# k 為了減少壓力脈動，盡量使嚙合過程中嚙合點保持位置徑向穩(wěn)定,，研究低噪音齒輪泵最適合的齒廓形式,。這一研究方法我們稱為：“嚙合過程設計”，將嚙合過程參數(shù)作為控制目標反推齒輪的齒形參數(shù),。齒輪泵對嚙合過程的要求一般機械傳動有很大的差別,，因此對其嚙合理論和設計原理的研究有明顯的特殊性。
: K( c. }/ O& E$ R0 `) B9 r) h$ f5 u Turninger公司QT系列泵的齒數(shù)比為13：7,，1995年Turninger公司推出第五代QX系列泵,，齒數(shù)比從變?yōu)?0：13，輪齒參數(shù)也作了很大變化,，齒頂角從56°變?yōu)?1.6°,。我們分析了兩種系列的國外樣機，令人疑惑的是,，其齒輪參數(shù)設計并沒有充分體現(xiàn)上述的設計原則,，QT泵的重合度高達1.7，而QX泵的結(jié)構尺寸與QT泵完全一樣,，其計算重合度僅為1.01,，卻在專利中提到卸荷問題，說明國外公司對其設計理論也沒有完全掌握,，直線共軛內(nèi)嚙合不一定是最好的齒形,，或者說目前的產(chǎn)品設計參數(shù)并沒有達到最佳。但是,，直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副能達到明顯降低齒輪泵噪音的事實,，證明控制嚙合點位移是設計低噪音齒輪泵的一個有效的途徑。! u$ Y# N/ q: E0 x; Z- |! e- X
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圖1直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副 圖2 重合系數(shù)和齒頂高度的關系
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! O5 A# x" I* d! f$ t 從嚙合理論上分析，嚙合過程完全可以通過齒輪參數(shù)的變化來控制,，但是對于一項帶有應用背景的基礎研究,，還要考慮對象的很多實際問題。如果利用二分之一到三分之一的齒高就可以滿足重合度大于1的連續(xù)傳動要求,，如何設計和加工讓其他部分不參與嚙合將是齒廓設計的關鍵問題,。另外，刀具設計,，輪齒彎曲強度和齒面接觸強度也需要加以考慮,，因此，嚙合理論的研究必須是綜合性的系統(tǒng)研究,。
4 e3 X9 k1 o# ]5 o3 A p/ I/ o長期以來,，齒輪泵嚙合過程的特殊性一直沒有得到應有的重視，人們習慣用傳動齒輪的分析計算方法處理齒輪泵的嚙合問題,，強調(diào)傳動的平穩(wěn)性,、良好的接觸面和潤滑條件、高輪齒強度,、容易達到高的精度及對中心距變化不敏感等方面,，其實其中許多因素對齒輪泵的嚙合過程沒有太大的意義，相反,，很多在傳動齒輪中普遍接受的觀點卻需要改變,，比如Stefano Negrini z在對漸開線外嚙合齒輪泵的研究中發(fā)現(xiàn)，消除齒側(cè)間隙后（Zero Backlash）,，隨著困油現(xiàn)象的改善,，工作噪音反而可以下降三分之一左右[4]。
" g0 }) t- g0 F. _1 y; N( K 目前國內(nèi)外都沒有對低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵嚙合過程的特殊性進行全面研究的報道,。因此,，針對這樣一個特殊工況開展嚙合理論研究，分析其嚙合過程的特殊性,，有較大的理論創(chuàng)新價值。另一方面,，隨著現(xiàn)代數(shù)控加工技術應用的日益普及,，特殊齒形的加工成本明顯下降，漸開線齒輪一統(tǒng)天下的局面會逐漸發(fā)生變化,，特別是在齒輪泵等非傳動用途領域,，齒輪參數(shù)的設計可以有更大的靈活性�,！皣Ш线^程設計”這一全新的設計理念,，不但是低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵設計的一個有效手段，而且對各種工作要求下的齒輪副研究都具有的潛在的影響。3 l% m! H( A5 i, T$ h
隨著液壓技術的推廣應用,，對液壓系統(tǒng)的噪聲和動態(tài)穩(wěn)定性要求也日益提高,。因此，以直線共軛內(nèi)嚙合為代表的低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵是一種很有發(fā)展前途的齒輪嚙合形式,。目前上海航空發(fā)動機廠等國內(nèi)企業(yè)也開始小批量仿制生產(chǎn),。但由于國外公司的技術壟斷，對低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵缺乏系統(tǒng)的分析研究和完善的設計理論,，產(chǎn)品容積效率,、輸出壓力等參數(shù)和性能穩(wěn)定性方面與國外產(chǎn)品有很大的差距。因此,，對低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵嚙合理論的研究,，對提高我國液壓泵技術水平也將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟和社會效益。
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發(fā)表于 2011-5-14 13:47:32
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