齿轮泵的困油现象分析及其解决措施
2006年第1期第6卷(总第18期)淮南职业技术学院学报
JOURNALOFHUINANVOCATIONAL&TECHNICALCOLLEGENO.1,2006
VOL.6,SerialNo.18
齿轮泵的困油现象分析及其解决措施
马 军
1,2
(1.安徽理工大学, 安徽淮南232001;2.淮南职业技术学院, 安徽淮南232001)
[摘 要] 为解决一直困扰齿轮泵发展问题的齿轮泵的困油现象,从斜齿轮泵和直齿轮泵的困油容积变化方面来分析困油现象,采用数学推导的方法,得出开设卸荷槽采用减小齿顶高系数来减小困油现象,同时也不增加齿轮泵的外形尺寸的结论,可以作为进一步研究作参考。
[关键词] 齿轮泵; 困油现象; 困油容积; 重迭系数
[中图分类号]TH325 [文献标识码]B [文章编号]1671-4733(2006)01-0070-
02
1 引言
泵是液压系统中的重要的动力源。齿轮泵以其
结构简单紧凑、体积小、成本低、寿命长、抗污染能力强等优点有着广泛的应用。但随着电气机械动力方面的激烈竞争,齿轮泵因为流量均匀性差、噪声大而面临巨大的挑战。所以,如何改进齿轮泵的结构以减小其噪声和改善其流量均匀性是齿轮泵设计中面临的重要的问题。而噪声的产生和流量的均匀性差与齿轮泵的困油现象有着较大关系。所以,分析如何减小齿轮泵的困油现象有着重要的意义。
到很大的冲击载荷,增加了功率损失,并使油液发热、引起振动和噪声,降低了齿轮泵工作的平稳性和寿命。当困油容积由小变大时,可能会形成局部真空,产生气泡,带来气蚀、振动、噪声等危害。所以困油现象对齿轮泵工作性能、寿命和强度都是有害的。所以,在设计齿轮泵时应考虑到如何减小困油现象以提高齿轮泵的使用性能。
2 困油现象的产生及危害
直齿齿轮泵和斜齿齿轮泵的困油现象产生的机理是一样的,下面以直齿齿轮泵为例说明困油现象的产生。为了保证齿轮泵连续均匀的旋转和供油,
齿轮啮合的重叠系数E>1(一般取E=1.05~1.3)。也就是说,要求在前一对轮齿尚未脱开啮合前,后一对轮齿又进入啮合,所以在这段时间内,同时啮合的有两对轮齿,这时在两对轮齿之间就形成了和吸、压油腔均不相通的闭死容积,当齿轮继续旋转时,闭死容积的大小会发生变化,这种现象称为困油现象如图1所示。
由于液体的可压缩性很小,当困油容积由大变小时,被密封的液体因受挤压,压力急剧升高,会大大超过齿轮泵的输出压力,使得被封闭的液体会从一切可泄漏的缝隙中强行挤出,同时使轴和轴承受
[收稿日期]2006-01-09
[作者简介]马军(1978-),男,安徽涡阳人,助教,安徽理工大学在读工程硕士,主要从事机械类专业的教学和科研工作,图1 困油示意图
3 斜齿轮泵困油容积
困油现象一般发生在轮齿啮合时的接触线间形成的封闭腔内,对齿侧无间隙的斜齿轮泵,不论是单齿啮合区还是双齿啮合区,其接触线阻隔的空间内都会发生困油现象。对齿侧无间隙的斜齿轮泵,不论是单齿啮合区还是双齿啮合区,其沿整个齿宽的接触线阻隔的空间内都会发生困油现象。
对于无侧隙斜齿轮泵困油(见图2)的两个困油区Ⅰ、Ⅱ,现分别讨论。由图2可以看出,Ⅰ区困油时重叠啮合区段为BE,'其始末两点B、E'对节点P的相应转角为HB和HE'。以齿轮端面为基面时,重
第1期马军:齿轮泵的困油现象分析及其解决措施71
叠啮合开始与终了时困油容积最大变化量分别为vVB=b(1+L)Rb1vVE'=b(1+L)R
2b12
2P13btanBz12
(E--@)(1)13
44R1z1
3
z12
-@)(2)(E1-44R1z1
3
vVK1=
P22
BRb1(1-i)(E)2-z12
(7)
以上两式表明,困油容积的变化量随啮进、啮出重叠系数的变化而变化。由于渐开线齿轮的重叠系
数必须E大于1,否则即使令E=1,也将会由于制造和安装上的原因使齿轮不能连续平稳的啮合运转,产生啮合冲击,而且也不能连续的供油。但E
以上两式表明,Ⅰ困油区容积的变化量只随啮
入重迭系数的变化而变化。由于齿轮的端面重叠系数必须E大于1,但E>1会产生困油现象,而且愈大,困油现象就愈严重,所以单从减轻困油作用考虑,不希望端面啮合重叠系数取的太大。
Ⅱ区困油时重叠啮合区段为BH,其相距2P/z2的重叠啮合区段为BK,其始末两点K、B对节点P的相应转角为HHK、B。以齿轮端面为基面时,Ⅱ区重叠啮合开始与终了时困油容积的最大变化量分别为:vVK=b(1+L)R
2
b1
3
13btanBz122P
-@)(3)2-3(E44R1z1
5 结论
在实际设计齿轮泵时,一般采用在齿轮端面的端盖(或侧板、轴套、轴承座圈)上开卸荷槽的办法
来消除困油现象。虽然卸荷槽的结构形式多种多样,但其卸荷原则是相同的,即在保证高低压腔互不沟通的前提下,设法使困油容积与高压腔或低压腔相通。当重迭系数E>1.5时,不能采用单个卸荷槽的结构,应采用对称矩形或圆形卸荷槽的结构;或者增大侧隙,采用有侧隙的单个卸荷槽结构。否则高低压腔沟通,使内泄漏加大,容积效率降低。通过开设卸荷槽虽然可以在一定程度上减轻困油现象,但齿轮泵零件由于开设了槽会引起强度的下降,有时为了开设卸荷槽需增加零件的厚度,增加了齿轮泵的质量和外径尺寸。
从公式(3)、公式(4)、公式(6)和公式(7)可以看出,困油容积与重叠系数有很大的关系,所以可以从减小重叠系数方面来减小困油现象。公式如下:E=[z1(tanA'+z2(tanA']/2Pa1-tanA)a2-tanA) 又由于Aa=arccos[RcosA/(R+ham)],所以可以通过减小齿顶高系数来减小重叠系数,通过减小齿顶高系数还可以减小齿轮泵的外径尺寸。对要求较高的齿轮泵可以在开设卸荷槽的同时采用减小齿顶高系数来减小困油现象。
*
vVB'=b(1+L)Rb1
2
z12
+@)(4)3(E2-44R1z1
3
以上两式可以看出,Ⅱ区困油容积的变化量只随重叠系数的变化而变化。所以,也并不希望端面啮合重叠系数E2取的太大。
图2 无侧隙斜齿齿轮泵困油
参考文献:
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4 直齿轮泵困油容积
类同斜齿齿轮泵的分析方法,直齿齿轮泵的重叠啮合区中困油容积随转角的变化关系为:
P2P2
V=V0+B(1-i)Rb1(H)1-z1z1分别为:vVN1=
P22
BRb1(1-i)(E)1-z12
(6)
(5)
关系[J].机床与液压,1992,(2):52-54.
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重叠啮合开始与终了时困油容积的最大变化量
(下转第74页)
74淮 南 职 业 技 术 学 院 学 报
1982.
第6卷
重新启动,再取料时间由原来的十几分钟缩短到一分钟以内。设备运行可靠性大为提高,有时连续运
行72h不检修也能正常工作。月度最大处理煤炭能力达到10万t以上。节约外部委托大修和原产配件费用达百万元。
[2] 卜良贵.机械零件[M].北京:高等教育出版社,1982.[3] 陈明深.金属材料与热处理[M].北京:中国劳动出版
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参考文献:
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ToRecasttheTransactingAbilityofthePHBHeap-collectionMachine
LIChuan-ling,BU-hong
(BranchofEquipment,XinKangHospital,Huainan,Anhui230001)
Abstract: Accordingtotheworkingenvironmentandfeaturesofheap-collectionmachine,onthepremisethatthecapabilityofmainframeoftheequipmentfetchedfromabroadshouldnotbeaffected,homemadefacilities
andsparepartsareusedtorecastitsdeficienciesandweaknesses.Afterrecasting,theworkinghoursoftheequip-menthavebeenextended.Alsothiskindofrecastcouldimproveworkingefficiency,makeworksofmaintenance,examineandrepairbecomeconvenien.tAndtherecastachievestheexpectedeffec,thasdefiniteeconomicalpract-icability.
Keyword: heap-collectionmachine;recas,ttransacting-ability;economicalpracticability
(上接第71页)
DischargeMethodAndOfPacketedOilPhenomenaInTheGearPump
MaJun
1,2
(1.AnhuiUniversityofScience&Technology,HuainanAnhui232001;
2.HuainanVocational&TechnicalCollege,HuainanAnhui232001)
Abstract: ToaccountforPacketedoilPhenomenaofgearpumpwhichistroubleforDevelopmentofgear
pumpatalltimes,ThepaperanalysespacketedoilPhenomenaformthecubages'chargeofbevelwheelandgearwheelandbringforwardthemeasureforoilPhenomena.Byadoptingthemathematicsway,iteducesconclusionthatreducethePacketedoilPhenomena,whichcanhelpfurtherstudy.
Keyword: gearpump;packetedoilphenomena;superpositioncoefficient