齿轮泵参数对内啮合齿轮泵振动和噪声的影响

齿轮泵参数对内啮合齿轮泵振动和噪声的影响      一、噪声产生的原因
噪声产生的原因有下述几个方面：
(1)泵的固定噪声，即齿轮泵几何学上的周期性变化引起的噪声，这是由于齿轮泵在一转中流量的周期性变化所造成的。

(2)齿轮泵吸入空气或在吸油腔形成真空溶解在油液中的空气析出等形成气穴现象而引起的强烈噪声。

(3)由于卸荷槽设计不合理或制造误差，困油观象未很好消除而产生噪声。

(4)泵中油液流经齿谷及进、出油口时，高速流动产生的紊流声。

(5)齿轮啮合不正确产生的噪声，这也是齿轮泵比其他液压泵噪声高的主要原因。由于齿形不正确，齿轮表面粗糙度较高，齿轮的基节误差在旋转中产生冲击，轴线不平行齿面接触不良，齿侧间隙过小等，均可造成较强的噪声。两啮合齿接触斑点的位置，对噪声的影响亦很大，接触斑点在中部较好，若在两端或仅有两个接触点，都将引起强烈的噪声。

(6)泵中机械振动引起的噪声。产生机械振动有两个原因:一是由于压力波动所引起的，二是纯机械原因造成的。如轴承在工作过程中周期受力产生弹性变形，齿轮啮合等造成的机械振动。

二、影晌齿轮振动和噪声的因素
(1)齿轮类型对噪声的影响：
      不同类型的齿轮，由于其几何特性不同将有不同形式的啮合过程。一般说来，在相同条件下，斜齿轮的噪声比直齿轮低3一10dB。通常在啮合区间具有滑动作用可减轻运动噪声。

(2)压力角对噪声的影响：
若增大压力角就会增大齿面法向力，相应会增大节线冲力和啮合冲力，因而导致振动和噪声的增大。

(3)重合度对齿轮噪声的影响：
      齿轮噪声受齿轮精度的影响极大，降低齿轮噪声的根木就是提高齿轮的精度。对于精度极低的齿轮，采用其他降噪措施都是徒劳的。因此，高精度是低噪声的基础。噪声与基节误差成正比增减，当转速增高或者负荷增大，噪声增减的梯度也增大。齿轮误差会使噪声增加。齿轮的径向跳动由于声的调制，在齿轮噪声里有时产生多种尖叫声。齿面粗糙度、精度和齿面误差都对噪声的影响极大。

(4)齿面齿数结构形状对噪声的影响：
在设计时，若齿轮强度允许的话，应尽可能设计小的模数和选择合适的材料和热处理方法，以提高齿轮的强度，减小齿轮直径以利于降低噪声。

(5)轮齿加工工艺方法对齿轮噪声的影响：
实践证明，采用巧齿工艺解决齿轮噪声是一种有效方法。将齿形加工工艺采用“滚齿一一剃齿一一热处理一一晰齿”，并研究解决各道工序中出现的问题，就可以一定程度上减轻齿轮噪声。

(6)齿廓修形对齿轮噪声的影响：
由于轮齿存在齿距与基节偏差以及弹性变形，使齿轮啮入或者啮出时产生冲击。当被动齿轮基节小于公称标准时，将在齿顶发生顶刃啮合，便产生振动和噪声。

三、降低齿轮泵噪声的措施
为了降低齿轮泵的噪声，更好的适应工业过程的要求，我们应采取以下措施：
(1)采取优良的齿形来降低噪声

(2)通过改进齿轮泵的结构来降低噪声为此，我们研究了IPH型泵，该泵具有如下的结构特点:
①径向间隙补偿机构;
②轴向间隙补偿机构;
③利用修正内齿轮齿形，使噪声、振动减小。由于采用经特别修正的内齿轮，脉动可以非常小。由于吸油窗口大，吸油性能非常好，即使高速运转也有良好的性能。
④挠性轴承。采用挠性轴承支架，是为了适应小齿轮轴在受高压时的弯曲，轴承支架可作相应的弹性变形，使整个轴承接触面上的负载保持均匀。
⑤正确设计月牙板，提高效率，减小噪声。内啮合齿轮泵月牙板的结构设计各产品也有很多不同之处。有整体式(如GPA泵，将月牙板和泵体做成一体)和分离式(月牙板通过止动销安装在壳体上，如IPH泵)。即使同样是分离式月牙板，其月牙板也往往不是一个零件，而是由几部分组成，有的设计还对月牙板进行了修正，或将月牙板做成浮动的。所有这些努力，目的都在于提高齿轮泵的容积效率、机械效率、降低齿轮泵噪声。

(3)合理确定泵齿轮参数，减小流量脉动;流量脉动将导致系统产生振动和噪声，这是与现代液压系统的要求不符的。内啮合齿轮泵和多齿轮泵(复合齿轮泵)都是降低流量脉动的很好的方法。

(4)合理地设计卸荷槽，彻底解决齿轮泵的困油现象;当重叠系数‘>1时，齿轮泵在啮合过程中，前一对齿尚未脱开啮合，后一对齿己进入啮合，所以同时啮合的齿就有两对。因此在两对齿之间形成了和吸压油腔均不相通的闭死容积，即困油容积，随着齿轮的旋转，闭死容积的大小还会发生变化，这就是困油现象。

      由于液体的可压缩性很小，当困油容积由大变小时，存在于困油容积中的液体受挤压，压力急剧升高，大大超过齿轮泵的工作压力，同时困油容积中的液体也从一切可泄漏的缝隙中强行挤出，使轴和轴承受到很大的冲击载荷，产生很大的径向力，增加功率损失，并使液体发热，引起噪声和振动，降低齿轮泵的工作平稳性和寿命;当困油容积由小变大时，形成真空，使溶于液体中的空气分离出来，产生气泡，带来气蚀、噪声、振动、流量脉动等危害。

      内啮合齿轮泵过渡区的压力变化是导致齿轮泵噪声的主要原因。本文所研究的IPH型泵在高压腔开有三角槽，因此压力升降较为缓慢而平滑，不会引起月牙板等机件的振动。这样，内啮合齿轮泵的噪声很低。

本章节的技术总结：
      对泵齿轮设计参数选取时，首先要考虑的是它对齿轮泵性能的影响，其次，才考虑的是普通传动齿轮设计时考虑的内容，诸如重合度、轮齿干涉、轮齿强度等问题。通过以上泵齿轮参数对齿轮泵性能参数影响关系的分析，得出以下结论：

(1)泵齿轮的齿数对流量脉动起重要的作用，并且对齿轮泵的噪声和振动也有较大的影响。
(2)泵齿轮模数对齿轮泵排量起主要的作用。模数的影响远远大于齿数的影响。因此，在齿轮泵排量确定的情况下，应尽可能的增大泵齿轮的模数，而不是增大齿数。
(3)齿顶高系数和变位系数是以增大泵齿轮齿顶圆为目的，以提高齿轮泵的性能，但齿顶高系数和变位系数的确定应是在考虑泵齿轮正常啮合条件下选取的，必须保证合理的重合度。正确合理的确定这两个系数对齿轮泵性能的优化有重要的意义。
(4)齿顶隙处的泄漏量与泵齿轮的齿宽有着直接的关系。减小齿宽，能够减小泄漏量。但在设计中应注意的是过小的齿宽会使齿轮泵在结构上无法保证进出油口的尺寸。
(5)泵齿轮的顶隙不能太大。太大的顶隙会造成轮齿困油量的增加。