直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵----技術(shù)介紹

jackcui

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' S3 S  V6 j# i$ e& z  Z0 R1 n    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(jī)械設(shè)備高速、高精度和大功率的要求,，成為國內(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)行嚙合過程的控制。多年以來,，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(dá)20Mpa，工作時噪音最小可達(dá)到53dB,，在液壓行業(yè)被稱為安靜泵(Quiet Pump),。
6 W2 X" f9 J5 \. n    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(jī)械振動,、液壓沖擊、氣穴等現(xiàn)象,，甚至?xí)�使系統(tǒng)失穩(wěn),，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1999年就制定了液壓系統(tǒng)壓力脈動的測試標(biāo)準(zhǔn)，很多設(shè)備,，如精密機(jī)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。
1 D( s( E4 @2 G2 Q    直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵具有輸出壓力高,、結(jié)構(gòu)簡單,、壓力脈動和噪音小的突出優(yōu)點(diǎn)，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(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,，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,�,？梢姡�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,。
" @' ]* t/ }( U3 f0 T& D# K    齒輪泵的瞬態(tài)流量取決于嚙合點(diǎn)的位置,，齒輪嚙合時，嚙合點(diǎn)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(diǎn)是嚙合線及重合系數(shù)和齒頂高度的關(guān)系,。
    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(diǎn)的徑向運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)的徑向位移，就可以有效的降低輸出壓力脈動和運(yùn)轉(zhuǎn)噪音,，這應(yīng)該是低噪音齒輪泵的基本設(shè)計原理,。
6 v# G' X# d. @9 \, Z+ P8 ^# e    為了減少壓力脈動，盡量使嚙合過程中嚙合點(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：“嚙合過程設(shè)計”，將嚙合過程參數(shù)作為控制目標(biāo)反推齒輪的齒形參數(shù),。齒輪泵對嚙合過程的要求一般機(jī)械傳動有很大的差別,，因此對其嚙合理論和設(shè)計原理的研究有明顯的特殊性,。
6 M* y2 y/ e. E* w6 z     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(jī),，令人疑惑的是，其齒輪參數(shù)設(shè)計并沒有充分體現(xiàn)上述的設(shè)計原則,，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(shè)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(shè)計參數(shù)并沒有達(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,，證明控制嚙合點(diǎn)位移是設(shè)計低噪音齒輪泵的一個有效的途徑,。
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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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+ [7 q$ l- n+ d! r& o      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(yīng)用背景的基礎(chǔ)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(shè)計和加工讓其他部分不參與嚙合將是齒廓設(shè)計的關(guān)鍵問題,。另外，刀具設(shè)計,，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,。
" D* H, b% ^, m9 K長期以來,，齒輪泵嚙合過程的特殊性一直沒有得到應(yīng)有的重視，人們習(xí)慣用傳動齒輪的分析計算方法處理齒輪泵的嚙合問題,，強(qiáng)調(diào)傳動的平穩(wěn)性,、良好的接觸面和潤滑條件、高輪齒強(qiáng)度,、容易達(dá)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(diǎn)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]。
, s& L, b, \7 r2 g- N      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(jìn)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(shù)應(yīng)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(lǐng)域,，齒輪參數(shù)的設(shè)計可以有更大的靈活性,。“嚙合過程設(shè)計”這一全新的設(shè)計理念,，不但是低噪音內(nèi)嚙合齒輪泵設(shè)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。
     隨著液壓技術(shù)的推廣應(yīng)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(jī)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(shù)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(shè)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(shù)水平也將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

jackcui

     直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵，國內(nèi)產(chǎn)生的不多，主要進(jìn)口,。目前在注塑機(jī)行業(yè),、伺服液壓系統(tǒng)中廣泛使用。但相關(guān)的設(shè)計理論不多見,，故在此發(fā)帖,，拋磚引玉、拋磚引玉,。,。。

易曉剛1986

學(xué)習(xí)  學(xué)習(xí)  由此想到中國的機(jī)械工業(yè)水平和世界的差距,，更聯(lián)想到航空航天業(yè),，關(guān)鍵還是依賴進(jìn)口！�,�,！

sunzheng5252

復(fù)制下了 謝謝樓主      

zhuxiaohua

* @: n, K& E! n/ S% b) J/ q
$ W; {, t6 E- M7 }# B我來說兩句：
0 q" e6 ^1 L; D$ d5 {1.這種直線哦共軛內(nèi)嚙合齒輪泵的確噪聲小，壓力脈動小,，所以在名詞上叫做安靜泵（queit）,，塑料機(jī)械上用作動力源，它需要伺服電機(jī)來帶動,，來作為一個節(jié)能動力單元,，在注塑產(chǎn)品需要長時間的保壓時，一般這個節(jié)能單元比變量泵還要節(jié)能,。其次在泵的出口裝上一個壓力傳感器就可以做成整個液壓系統(tǒng)壓力閉環(huán)控制,，再其次伺服異步電機(jī)本來要比異步電機(jī)節(jié)能，而且通過伺服電機(jī)自帶編碼器可以做到流量半閉環(huán),。
2.國內(nèi)做這種泵的不多,，日本住友做的就是這種泵，需要高壓就把兩個泵串聯(lián)在一起,。
3.德國有幾家他們做的內(nèi)嚙合齒輪泵的齒形是漸開線的,，齒形需要變位，而且齒頂需要修正,，吸油和出油開在內(nèi)齒輪的外圈上,，這樣困油基本上沒有了，其次這種泵在徑向和軸向都有自動補(bǔ)償,，所以能起到高壓,，轉(zhuǎn)速能達(dá)到3000rpm，這種漸開線型內(nèi)嚙合齒輪泵主要在零件加工難度上,，材料,，熱處理,，等方面，國內(nèi)寧波華液在開發(fā)這種泵,。也有好多這樣泵用機(jī)械上做節(jié)能單元,。
繼續(xù)關(guān)注，請大家補(bǔ)償,，別像上次此貼成為說教貼了,，呵呵,，關(guān)注技術(shù)才是主要的,。

malu121

了解了解......

xtw77wh

這么高級
可惜 這個直線式內(nèi)嚙合齒輪泵的,單極壓力為什么沒有漸開線式的壓力高呢

chidiandong

謝謝樓主的介紹，以后可能會利用到這種泵,。

201092022

謝謝樓主,，謝謝zhuxiaohua

zbjghl

這種齒輪間隙如何放。