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本帖最后由 jackcui 于 2011-5-14 14:30 編輯 + m" z2 t# d" e N; u
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隨著液壓技術(shù)的發(fā)展,，各種類型的齒輪泵應(yīng)用日益廣泛,。由于齒輪泵的壓力脈動(dòng)比較大，很多場(chǎng)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(dòng)從而降低噪聲，以滿足現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備高速,、高精度和大功率的要求,，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)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(dòng)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(guān)鍵是合理的進(jìn)行嚙合過(guò)程的控制。多年以來(lái),，生產(chǎn)企業(yè)和學(xué)術(shù)界提出了多種新的齒輪泵結(jié)構(gòu),、原理和技術(shù)方案，如復(fù)合齒輪泵,、非對(duì)稱齒輪泵,、斜齒齒輪泵、雙模數(shù)齒輪泵及通過(guò)卸荷槽和濾波器降低脈動(dòng)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(jí)泵的輸出壓力可達(dá)20Mpa，工作時(shí)噪音最小可達(dá)到53dB,，在液壓行業(yè)被稱為安靜泵(Quiet Pump),。
. ?% }$ ~2 d1 v9 e$ Y4 E 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(dòng)出現(xiàn),，并帶來(lái)機(jī)械振動(dòng),、液壓沖擊、氣穴等現(xiàn)象,，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失穩(wěn),，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1999年就制定了液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，很多設(shè)備,，如精密機(jī)床,、測(cè)控裝置中的液壓系統(tǒng)對(duì)壓力脈動(dòng)及噪音都有很高的要求。6 L6 H/ I1 k! E5 ]3 C
直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵具有輸出壓力高,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、壓力脈動(dòng)和噪音小的突出優(yōu)點(diǎn),，美國(guó)D1avel公司,、德國(guó)Bucher公司及日本住友精密工業(yè)公司都相繼購(gòu)買專業(yè)許可進(jìn)行生產(chǎn)，在各種液壓機(jī)械設(shè)備上使用,。這種齒輪泵的核心技術(shù)是一對(duì)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(shè)計(jì)獨(dú)特的齒形不但曲率小,，接觸強(qiáng)度高；而且不存在根切,，彎曲強(qiáng)度也很高,；更為可貴的是作為內(nèi)嚙合齒輪泵使用時(shí),，困油容積僅為漸開(kāi)線齒輪的十分之一，因此其壓力脈動(dòng)和噪音可以接近螺桿泵的水平,�,？梢�(jiàn)，齒形的改變對(duì)降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪音具有決定性的作用,。: r" l) G3 Q* F
齒輪泵的瞬態(tài)流量取決于嚙合點(diǎn)的位置,，齒輪嚙合時(shí)，嚙合點(diǎn)總是在嚙合線上移動(dòng),，從這個(gè)角度分析,，由于流量變化帶來(lái)的齒輪泵的壓力脈動(dòng)是不可避免的。經(jīng)過(guò)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(dòng)減小,，是利用了直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副的特殊嚙合過(guò)程，這種嚙合的最大特點(diǎn)是嚙合線及重合系數(shù)和齒頂高度的關(guān)系,。7 {- j. q' A# Q* F ~( [5 D* G
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(jiàn)的漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪有很大的差別,。因此在圖2中，接近齒頂時(shí)重合系數(shù)急劇增加,，說(shuō)明靠近齒頂?shù)凝X廓的嚙合時(shí)間比其他部分的齒廓要長(zhǎng),，對(duì)增加重合度作用大得多。在漸開(kāi)線齒輪泵中,，嚙合線為直線,，工作時(shí)嚙合點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)必然造成壓力脈動(dòng)；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(diǎn)的徑向位移很小,，這就是其壓力脈動(dòng)小的奧妙所在！因此只要減少嚙合過(guò)程中嚙合點(diǎn)的徑向位移,，就可以有效的降低輸出壓力脈動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)噪音,，這應(yīng)該是低噪音齒輪泵的基本設(shè)計(jì)原理。
# O! f: }$ F: ~; q) Z5 [+ A 為了減少壓力脈動(dòng),，盡量使嚙合過(guò)程中嚙合點(diǎn)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(guò)程設(shè)計(jì)”,，將嚙合過(guò)程參數(shù)作為控制目標(biāo)反推齒輪的齒形參數(shù),。齒輪泵對(duì)嚙合過(guò)程的要求一般機(jī)械傳動(dòng)有很大的差別,，因此對(duì)其嚙合理論和設(shè)計(jì)原理的研究有明顯的特殊性,。& s8 P1 b7 o! w- ~0 l' @ M3 o2 X
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(guó)外樣機(jī),，令人疑惑的是,，其齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)并沒(méi)有充分體現(xiàn)上述的設(shè)計(jì)原則,，QT泵的重合度高達(dá)1.7,，而QX泵的結(jié)構(gòu)尺寸與QT泵完全一樣，其計(jì)算重合度僅為1.01,，卻在專利中提到卸荷問(wèn)題，說(shuō)明國(guó)外公司對(duì)其設(shè)計(jì)理論也沒(méi)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(shuō)目前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)并沒(méi)有達(dá)到最佳。但是,，直線共軛內(nèi)嚙合齒輪副能達(dá)到明顯降低齒輪泵噪音的事實(shí),，證明控制嚙合點(diǎn)位移是設(shè)計(jì)低噪音齒輪泵的一個(gè)有效的途徑。; G- `3 a' C% j/ j N- F
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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(guān)系
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從嚙合理論上分析,，嚙合過(guò)程完全可以通過(guò)齒輪參數(shù)的變化來(lái)控制,，但是對(duì)于一項(xiàng)帶有應(yīng)用背景的基礎(chǔ)研究，還要考慮對(duì)象的很多實(shí)際問(wèn)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(dòng)要求,，如何設(shè)計(jì)和加工讓其他部分不參與嚙合將是齒廓設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。另外,，刀具設(shè)計(jì),，輪齒彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)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,。2 {" U3 L8 R& s% l9 t
長(zhǎng)期以來(lái),，齒輪泵嚙合過(guò)程的特殊性一直沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，人們習(xí)慣用傳動(dòng)齒輪的分析計(jì)算方法處理齒輪泵的嚙合問(wèn)題,，強(qiáng)調(diào)傳動(dòng)的平穩(wěn)性,、良好的接觸面和潤(rùn)滑條件,、高輪齒強(qiáng)度、容易達(dá)到高的精度及對(duì)中心距變化不敏感等方面,，其實(shí)其中許多因素對(duì)齒輪泵的嚙合過(guò)程沒(méi)有太大的意義,，相反，很多在傳動(dòng)齒輪中普遍接受的觀點(diǎn)卻需要改變,，比如Stefano Negrini z在對(duì)漸開(kāi)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],。
( D* n2 D# U h8 d4 d. C 目前國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有對(duì)低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵嚙合過(guò)程的特殊性進(jìn)行全面研究的報(bào)道。因此,，針對(duì)這樣一個(gè)特殊工況開(kāi)展嚙合理論研究,，分析其嚙合過(guò)程的特殊性，有較大的理論創(chuàng)新價(jià)值,。另一方面,，隨著現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的日益普及，特殊齒形的加工成本明顯下降,，漸開(kāi)線齒輪一統(tǒng)天下的局面會(huì)逐漸發(fā)生變化,，特別是在齒輪泵等非傳動(dòng)用途領(lǐng)域，齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)可以有更大的靈活性,�,！皣Ш线^(guò)程設(shè)計(jì)”這一全新的設(shè)計(jì)理念，不但是低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵設(shè)計(jì)的一個(gè)有效手段,，而且對(duì)各種工作要求下的齒輪副研究都具有的潛在的影響,。2 u3 H& L9 Y8 C
隨著液壓技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)液壓系統(tǒng)的噪聲和動(dòng)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(dòng)機(jī)廠等國(guó)內(nèi)企業(yè)也開(kāi)始小批量仿制生產(chǎn),。但由于國(guó)外公司的技術(shù)壟斷,，對(duì)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(shè)計(jì)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(guó)外產(chǎn)品有很大的差距,。因此，對(duì)低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵嚙合理論的研究,，對(duì)提高我國(guó)液壓泵技術(shù)水平也將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。5 X) j- _* F7 X4 w/ P
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發(fā)表于 2011-5-14 13:47:32
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