２００６年１２月南昌航空工业学院学报（自然科学版）第２０卷第４期Ｊｏｕ砌０ｆＮ黜ｈａｎｇＩ璐ｄｔｕｔｅ０ｆＡｅＩＤ腿１ｍｃａｌ陬㈨０９ｙ（Ｎ砒ｕｍｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｄｅｃ．。２００６Ｖ０１．２０Ｎｏ．４外啮合齿轮泵产生噪声的原因探究及解决方法杨元模，吴霞，刘朝晖（井冈山学院工学院，吉安江西３４３００９）【关键词］外啮合齿轮泵，噪声，排油压力脉动率，卸荷槽，补充进油槽，容积效率。［摘要］通过分析与研究，详细分析了外啮合齿轮泵噪声现象的机理：（１）外啮合齿轮泵制造精度不够；（２）外啮合齿轮泵高速旋转时出现抽空现象或者是吸路中途吸入空气；（３）外啮合齿轮泵出现困油现象而没有设计相应的卸荷槽；（４）外啮合齿轮泵采用较大正变位齿轮，齿数较少，排油压力脉动率增大，使外啮合齿轮泵产生噪声；（５）进出油口压力过大，压力急剧上升出现较大冲击，从而产生了噪声和振动。对此有针对性地设计出了消除外啮合齿轮泵噪声现象的特殊结构，不但大大降低了噪声现象，而且还提高了外啮合齿轮泵的容积效率。可为今后设计高质量的高转速外啮合齿轮泵提供一条新的途径。［中图分类号］ＴＨｌ２［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００１—４９２６（２００６）０４—００７３一０４Ｃａｕｓｅａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｆ．ｏｒｎｏｉｓｅｆ．ｒｏｍｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐＹＡＮＧＹｕａｎ—ｍｏ．ＷＵＸｉａ。ＵＵＣｈａｏ—ｈｕｉ（Ｓｃ＾ｏｏＺ旷Ｅ增ｉｎｅｅｒｉ昭，西ｌ胛，ｌ伊＾Ⅱ玎风ｍ眦ｅ，丘缸凡，胁彬ｉ，３４３００９，ｍｉＭ）Ｋｅｙｗｏ“Ｉｓ：ｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐ；ｔｒｏｕｇｈ；ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｎｏｉｓｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ；ｐｌｌｌｓａｔｉｏｎｒａｔｅｆｏｒｏｉｌｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ—ｒｅｌｅａｓｅｔｒｏｕｇｈ；ｏｉｌ—ｅｎｔｒｙｎｏｗ．ｏｕｔＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｍｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｋｅｓｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐｉｓｌｌｉｇｈｓｐｅｅｄｏｒｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｏｉｓｅｆ南ｍｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐ：（１）ｔｈｅｍａｎ—ｎｏｔｅｎｏｕｇｈ；（２）ｅｍｐｔｙｐｕｍｐｉｎｇｉｎｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐｗｈｉｌｅｔｕｍｉｎｇｗｉｔｈａｉｒｅｎｔｒ）ｒｉｎｔｈｅｏｉｌｔｕｂｅ；（３）ｏｉｌｒｅｍａｉｎｓｉｎｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐ耐ｔ１１０ｕｔｒｅｌｅＶａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ—ｒｅｌｅａｓｅｔｍｕｇｈ；（４）ｔｏｏｔｈｅｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐｈａｓｎｏｉｓｅｓｅｓｂｉｇｃｈａｎｇｅａｂｌｅｇｅａｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓｌｅｓｓｔｅｅｔｈ，ｔｈｕｓｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｍｔｅｆｏｒｏｉｌｅｍｉｓｓｊｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｏｏｆｂｍｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐａｐｐｅａｒｓ；（５）ｔｌｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｈｅｏｉｌｅｎｔｒｙａｎｄｅｘｉｔｉｓｃａｕｓｅｓｂｉｇ，ｔｈｅｍｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｕ—ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｃｒａｓｈ，ｗｈｉｃｈｎｏｉｓｅａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｎｏｔｔｏｔｈｅａｂｏｖｅ—ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅＰａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌａｌｓｏｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅＶｏｌｕｍｅ踊ｃｎｏｗｒａｔｅｓｔｍｃｔｕｒｅｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｎｏｉｓｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｗｈｉｃｈｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐ．Ｉｔｉｓａ０１１ｌｙｌｏｗｅｒｓｎｏｉｓｅ，ｂｕｔｏｆｏｕｔｅｒ—ｅｎ—ｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｔｏｄｅｓｉｇｎｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙａＪｌｄｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｔｕｍｉｎｇｏｕｔｅｒ—ｅｎｇａｇｅｄｇｅａｒｐｕｍｐ．随着机械制造业的不断发展，特别是汽车制造业的高速发展，对应用于其中的外啮合齿轮泵的要求越来越高。不但要求外啮合齿轮泵容积效率和总效率高，而且还要求外啮合齿轮泵的噪声要越低越好。所以设计低噪声的外啮合齿轮泵就势在必行。１外啮合齿轮泵产生噪声的原因探究图１所示是外啮合齿轮泵的工作原理图，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿轮。由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿问。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿问中的油液从右侧被带到了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进人啮合，使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和［收稿日期］２００６—１１—２０［作者简介］杨元模（１９６ｌ一），男，江西吉安人，副教授，主要从事机械制造与设计方面的科研和教学工作。万方数据７４南昌航空工业学院学报（自然科学版）压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。图１外啮合齿轮泵工作原理从外啮合齿轮泵工作原理可以看出，外啮合齿轮泵出现噪声是不可避免的，但出现较大噪声会对液压系统产生不利的影响，特别会使液压系统出现较大振动。如果是高速旋转的汽车发动机使用外啮合齿轮泵出现较大噪声，甚至会影响整机的使用寿命。以往外啮合齿轮泵出现噪声问题，解决的办法只是局限在两个方面：一是如何提高外啮合齿轮泵的制造精度，尤其是提高两啮合齿轮的制造精度；二是增加消声器来降低噪声。外啮合齿轮泵产生噪声过大的原因较多，除了外啮合齿轮泵的制造精度外，还有以下原因会使外啮合齿轮泵产生较大噪声：（１）外啮合齿轮泵高速旋转时出现抽空现象或者是吸路中途吸人空气；（２）外啮合齿轮泵出现困油现象而没有设计相应的卸荷槽；（３）外啮合齿轮泵排油口出油压力急剧上升，而在吸油口处进入齿槽中的油液压力较低，甚至比大气压力还低，以这样低的油压送到排油口，伴随压力急剧上升出现较大冲击，从而产生了噪声和振动；（４）现代的外啮合齿轮泵为了得到较高的容积效率，泵齿轮都是采用高正变位的齿轮，齿数较少，但随之而来的是瞬时排量脉动率大，使得外啮合齿轮泵排油压力脉动率增大，这也是外啮合齿轮泵产生噪声的一个原因。２解决外啮合齿轮泵噪声的方法针对以上对外啮合齿轮泵出现噪声的分析结果，我们在设计外啮合齿轮泵时，除了应保证必要的外啮合齿轮泵制造精度外，还分别进行了以下设计：２．１增加一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽由于油几乎是不可压缩的，所以困油区压缩时就产生了很高的压力，而在其膨胀时又产生真空。以往解决困油现象的具体方法就是在困油压缩区增加卸荷槽，如图２所示，困油区产生的高压油经卸荷槽流人到出油区。虽然解决了困油区高压油的卸荷问题，减小了轴功率，也提高了泵的的总效率，但外啮合齿轮泵比内啮合一泛摆线齿轮泵容积效率低的现象一直存在。在实验中我们发现，泵出的油有泡沫现象，特别是齿轮泵高转速时出油中的泡沫现象更加严重，噪声明显加大，容积效率也相应降低。经探究，问题应出在困油区在膨胀时产生真空，使油液泡沫化后进入低压迸油区，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和释放，泵的出油量就相应减少，容积效率也就相应降低。为此，我们在设计齿轮时，增加了一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽（如图３所示），使困油区膨胀时有油液及时补充其内，因而从根本上消除了泵油中产生泡沫的内因，也消除了因困油现象所产生的噪声。分析表明，图３中尺寸取ｈｌ＝０．３１Ｔｍｃ０８２ｄ，ｈ２＝０．７竹ｍｃｏｓ２ａ，ｈ３＝２ｍ，Ｌ１＝４ｍ，Ｌ２＝３ｍ，ｈ＝ｍ（ｍ为齿轮模数，０【为齿轮压力角）为宜。２．２增加一条补充填油槽并加大进油空间万方数据第４期杨元模，吴霞，刘朝晖：外啮合齿轮泵产生噪声的原因探究及解决方法７５Ａ—Ａ引Ｆ—∥，‘■－■ｏＬ，７’。：形，∥∥田２只有困油压缩区有卸荷槽的泵体结构图３在困油膨胀区增加卸荷槽的泵体结构２．２．１增加一条补充填油槽新设计补充填油槽的一般原则是：泵高速旋转时产生的离心力使油液甩向齿顶部处，而齿根处产生负压使油液稀薄，如不及时补充油，严重时就会有抽空现象。因此，在齿根处设计一条补充填进油槽，如图４所示。及时将油液补充填齿槽中，而且要尽量延长充填油时间，使齿槽中充满油液。为提高齿槽中油液的充填性能，经过多次实验进油槽所占角度在１１７。时达到最佳。田４增加补充填进油槽的泵体圈５增加吸油时间的泵体结构２．２．２进油槽尺寸Ｄｌ（如图２所示）应不大于齿根圆直径ｄｆ，以Ｄ１＝啦。．。为宜ｏ２．２．３进油槽尺寸Ｄ应与齿轮分度圆直径ｄ相当以Ｄ＝ｄ＋１为宜ｏ２．２．４进油槽尺寸深度ｈ不应过大，否则会增大泵的尺寸。以ｈ＝ｍ（ｍ为齿轮模数）为宜ｏ２。２．２加大进油空间虽然增加一条补充填油液的进油槽能补充一部分油液到齿槽间，但由于补充填油液的进油槽尺寸不可能太大，补充填的油液有限，所以对于齿槽空间较大的大排量外啮合齿轮泵排量提高也有限，抽空现象并不能完全消除。为解决这个问题，我们有针对性地在加大外啮合齿轮泵的吸油空间，以增加齿槽充油时间，具体结构如图５所示。这种结构设计不但可以帮助消除抽空现象，同时也是避免油液压力急剧上升的有效办法。２．２．３提高了外啮合齿轮泵的容积效率实验证明，通过在外啮合齿轮泵中加大进油空问并增加一条补充填油槽，不但可消除抽空现象并避免油液压力急剧上升，从而大大降低由此产生的噪声，同时也提高了外啮合齿轮泵的容积效率。这是因为在外啮合鸯轮泵中加大进油空间并增加一条补充填油槽后，使得高速旋转的外啮合齿轮泵齿槽间也能充实油液，充油效率大为提高。我们用ＪＢ／罚０１０一９２的ＪＢｃ０７系列中模数为４．５ｍｍ、齿数为８、齿顶圆直径为４９．５０ｍｍ、齿轮宽度为５０衄、零件制造精度为６—７级的外啮合齿轮泵做实验，其理论排量在转速４６００ｒ／ｍｉｎ时为：Ｑ＝ｑ×ｂ×．ｎ＝１１．７９９４×１０一３×５×４６００＝２７１．３８６Ｌ／ｍｉｎ。泵体先按图２制造，当外啮合齿轮泵的转速为４６００ｒ／ｍｉｎ、背压为０．２４ＭＰａ时，测得其平均排量Ｑ，＝２２８．５１Ｌ／ｍｉｎ，容积效率‘１１ｌ＝２０５．１６８／２７１．３８６＝０．７５６。然后用己加大吸油空间单边长度１．５’ｄ。／ｚ并增加一条补充填油槽的泵体、其它零件制造和安装精度同前完万方数据７６南昌航空工业学院学报（自然科学版）全一致的外啮合齿轮泵再做实验，当外啮合齿轮泵的转速为４６００ｒ／ｍｉｎ、背压为ｏ．２４ＭＰａ时，测得其平均排量Ｑ２＝２４４．５２Ｌ／ｍｉｎ，其容积效率为：１１２＝２４４．５２／２７１．３８６＝Ｏ．９０ｌ。用ＪＢ／１．｛６０ｌＯ一９２的ＪＢＣ０７系列中模数为４．５ｍｍ、齿数为８、中心距为４０．５０ｍｍ、齿顶圆直径为４９．５０ｍｍ、齿轮宽度为５０ｍｍ外啮合齿轮泵改进前后的两种结构做实验得到图６所示的容积效率（ｑ）特性曲线。从图６可看出，泵体结构改进后，不但消除了抽空现象，避免油液压力急剧上升，降低由此产生的噪声，而且容积效率明显提高。醉餐聪婶圈６容积效率（ｑ）特性曲线田７增加储能槽的泵体结构图３在泵出油口设置储能槽由于外啮合齿轮泵采用较大正变位齿轮，齿数较少，排油压力脉动率增大，这也是外啮合齿轮泵产生噪声的一方面。为此，我们有针对性地在出油口附近增加一储能槽，如图７所示。图中储能槽宽尺寸Ｌ＝２１Ｔｍ，储能槽深ｈ仍取为ｈ＝ｍ（ｍ为齿轮模数）为宜。经实验，这种储能槽能有效防止高频脉动，从而降低由此产生的噪声，且不会影响外啮合齿轮泵的容积效率。４结论经过实验和应用证明，在设计外啮合齿轮泵时有针对性地在加大外啮合齿轮泵的吸油空间，以增加齿槽充油时间，并增加一条补充填油液的进油槽，同时在外啮合齿轮泵中增加一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽和在出油口附近增加一储能槽，可在不降低制造精度的情况下，大大降低外啮合齿轮泵的噪音，明显提高外啮合齿轮泵的容积效率，可为今后设计高转速和低噪声外啮合齿轮泵提供一条新的途径。［参考文献］［１］敬超．液压流体力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８０．［２］胡玉兴．液压传动［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９８０．［３］蒋德明．内燃机原理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１．［４］高学平．高等流体力学［Ｍ］．天津：天津大学出版社．２０Ｑ５．１［５］陆敏恂、李万莉．液体力学与液压传动［Ｍ］．上海：同济大学出版社．２００６．２［６］章宏甲。黄谊．液压传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．［７］李昌熙，．矿山机械液压传动［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９５万方数据
