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        降低齒輪泵噪聲的方法

        2011-10-19 07:48:28鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司何偉宏
        河南科技 2011年12期
        關(guān)鍵詞:聲強(qiáng)齒數(shù)齒輪泵

        鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司 何偉宏

        降低齒輪泵噪聲的方法

        鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司 何偉宏

        齒輪泵是液壓泵中結(jié)構(gòu)最簡單的一種,它自吸能力好,對油液的污染不敏感,工作可靠,制造容易,體積小,價格便宜,應(yīng)用廣泛。但是由于齒輪泵存在困油現(xiàn)象,不可避免地產(chǎn)生噪聲和震動。本文,筆者通過分析齒輪泵困油現(xiàn)象和影響齒輪泵噪聲的因素,找到了降低齒輪泵噪聲的一般方法。

        一、齒輪泵困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因及解決措施

        1.困油現(xiàn)象原因分析。目前,國內(nèi)外市場上供應(yīng)的齒輪泵多為嚙合齒輪泵,齒輪齒形多為漸開線齒形。為了保證連續(xù)傳動,其嚙合系數(shù)一般大于1,見圖1。個齒嚙合時,就構(gòu)成了封閉容腔(中斜線表示)由于兩嚙合齒相接觸的部位到回轉(zhuǎn)中心的半徑不同,所以,在齒輪轉(zhuǎn)動時,封閉容腔容積變化情況不同。在封閉初期,容積隨齒輪的轉(zhuǎn)動而減?。辉诜忾]后期,容積隨齒輪的轉(zhuǎn)動而增加。容積變化如圖2所示。

        困油的可壓縮性非常小,所以封閉容積即使變化不大的ΔV1,也能造成很高的壓力,使齒輪泵軸上附加載荷周期性地急劇增加,引起高頻震動,產(chǎn)生高噪聲。在封閉后期,封閉容積增大時會造成局部真空,出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象,使溶解于油液中的氣體大量溢出,在泵的高低壓過度區(qū)域產(chǎn)生氣蝕破壞。所以必須消除齒輪泵工作時產(chǎn)生的困油現(xiàn)象。

        2.困油現(xiàn)象解決措施。 消除的方法就是在齒輪貼合的軸套工作面上開設(shè)泄荷槽(泄油槽),泄荷槽常見類型有以下幾種。

        (1)對稱型泄荷槽。采用這種對稱型泄荷槽,優(yōu)點是形狀簡單,容易制造,基本上能滿足使用要求;缺點是泄油不通暢,轉(zhuǎn)速高時,困油造成的周期性的附加高壓不能全部消除。這種泄荷槽加大了泄油通道,所以能做到高轉(zhuǎn)速下泄油通暢,不會因油產(chǎn)生高壓和氣穴現(xiàn)象。再加上其他措施,使這種泵的噪聲達(dá)到低于75dB的水平,在同類泵中處于領(lǐng)先地位。

        (2)不對稱卸荷槽。這種卸荷槽明顯偏置低壓側(cè),如圖3所示。這種泄荷槽泄油通暢,制造容易,適合高轉(zhuǎn)速齒輪泵。再加上其他措施,可獲得較低噪聲。

        (3)特殊形狀的泄荷槽。其形狀如圖4所示。采用這種泄荷槽對防止氣穴發(fā)生和降低噪聲效果明顯。

        二、齒輪精度對噪聲的影響

        隨著齒輪泵向高速、高壓、低噪聲方向發(fā)展,研究齒輪精度和噪聲的關(guān)系問題具有重要的現(xiàn)實意義。

        為了進(jìn)一步證實齒輪精度(特別是齒輪工作平穩(wěn)性精度)對降低齒輪泵噪聲所起的重要作用,我們從批量生產(chǎn)的齒輪中挑選精度高的、中等的、特別低的三種,分別裝泵做實驗(其他條件相同),其結(jié)果是齒輪泵的噪聲隨齒輪精度(特別是平穩(wěn)性精度)降低明顯加大。當(dāng)然不合理地提高齒輪精度也是不可取的。從實驗數(shù)據(jù)看出,當(dāng)轉(zhuǎn)速到3 000rpm,壓力到300bar,齒輪精度提高到6級還是有必要的,否則,盡管齒數(shù)增多,困油解決,噪聲還是降不下來。這是因為如果周節(jié)或基節(jié)制造得不準(zhǔn)確,瞬時傳動比不是常數(shù),齒輪每轉(zhuǎn)一周就會出現(xiàn)多次重復(fù)的轉(zhuǎn)速波動,特別在高速運轉(zhuǎn)中會引起高頻震動、沖擊,從而產(chǎn)生高的噪聲。為了要降低齒輪噪聲就要把這種轉(zhuǎn)速波動限制在某個規(guī)定的范圍,這就是為什么要對高速、高壓齒輪泵的齒輪提出較高精度要求的原因。

        三、噪聲與齒數(shù)的關(guān)系

        因齒輪泵輸出液體的瞬時流量是脈動的,這種流量脈動通過連接件和管道引起周圍的空氣以同樣的周期振動,產(chǎn)生一定頻率,振幅的聲波傳入人的耳朵,這就形成了噪聲。

        噪聲的高低是由聲音的響度L決定的。它與聲強(qiáng)I和人可能感到的最小聲強(qiáng) I0之比的對數(shù)成正比,即L=10lg I /I0,單位是dB。而聲強(qiáng)是由傳播的聲波在單位時間內(nèi)經(jīng)垂直于聲波傳播方向的單位面積所帶移的能量來決定的。而單位面積上所帶移的能量可由伍莫夫矢量u=εV確定,式中ε表示波場中平均能密度發(fā),它與聲波的振幅平方成正比,聲波振幅隨齒輪泵工作壓力增大而增大,隨流量脈動率δ增大而增大。流量脈動率δ可表示如下。

        式中,Vth為理論排量,tn為基節(jié),tn=Rg,Rg為基圓半徑,Qt為單轉(zhuǎn)瞬時流量,Z為齒數(shù),b為齒寬,m為齒輪模數(shù)。

        由以上公式看出,δ與齒數(shù)Z的平方成反比。所以其他條件相同時,齒數(shù)增加,脈動率δ減小,聲波的振幅也跟著減小,故能密度ε減小,因而單位面積上所帶移的能量也就減小了,聲強(qiáng)也就相應(yīng)地減小了,所以噪聲也就減小了。

        現(xiàn)在在齒輪泵的設(shè)計中多采用減少齒輪模數(shù)、增加齒輪齒數(shù)(一般增加到12個),增大齒高系數(shù)(超過1),設(shè)置新型泄荷槽等措施,向現(xiàn)代市場提供高轉(zhuǎn)速、高壓力、低噪聲的新型齒輪泵。

        綜上所述,要想降低齒輪泵的噪聲必須進(jìn)行多方面的研究,在考慮困油的同時,還要考慮適當(dāng)提高齒輪精度,特別是工作平穩(wěn)性精度和增加齒數(shù)等措施,這樣才能得到滿意的效果。

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