齒輪泵的壓力脈動問題及應(yīng)用領(lǐng)域
齒輪泵(這里指外嚙合齒輪泵)是液壓系統(tǒng)中常用的一種泵類元件。其主要結(jié)構(gòu)是由泵體中一對具有相同設(shè)計參數(shù)的漸開線齒輪相互嚙合而構(gòu)成。具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、自吸性能好以及對油液污染不敏感等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各類液壓傳動系統(tǒng)。由于自身結(jié)構(gòu)特點的原因,其輸出的流量是隨轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)角按拋物線的規(guī)律變化。這種變化的流量被稱為瞬時流量,而這種輸出流量的不均勻現(xiàn)象被稱為流量脈動。在常見的液壓泵中,齒輪泵輸出流量的脈動現(xiàn)象和柱塞泵與葉片泵相比,是比較大的。由于這種現(xiàn)象的存在,在 程度上限制了齒輪泵的應(yīng)用。
在不影響齒輪泵吸油能力和不產(chǎn)生共振的條件下,提高齒輪泵的轉(zhuǎn)速不僅可以增大輸出流量,還可以 流量脈動現(xiàn)象。但轉(zhuǎn)速過高,由于齒輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心力的作用,使油液不能充滿齒輪兩齒間容積,造成吸油不足,導(dǎo)致容積效率下降,產(chǎn)生汽蝕、振動和噪聲。齒輪泵允許的較高轉(zhuǎn)速與所使用油液的粘度有關(guān)。油液粘度越大,允許的較高轉(zhuǎn)速就越低。
兩片錯齒泵的結(jié)構(gòu)特點是將普通齒輪泵的每一個齒輪同時剖分為兩個齒輪,將這兩個齒輪安裝在同一傳動軸上,并將這兩個齒輪彼此錯開半個齒距,靠兩對相互嚙合齒輪實現(xiàn)吸油和排油。用隔板將兩對相互嚙合齒輪沿端面從中間隔開,成為雙副齒輪泵,這就相當于在一個泵體中安裝了兩個齒輪泵。由于兩對齒輪彼此錯開了半個齒距,兩對齒輪在嚙合時不是同時進入嚙合和同時脫離嚙合,使其輸出的較大瞬時流量和較小瞬時流量相互混合,相互補充,使流量脈動減小。
在普通齒輪泵的出口安裝蓄能器,也可將流量脈動降低到較小限度,還可吸收因流量脈動而產(chǎn)生的壓力脈動,有利于提高系統(tǒng)工作的平穩(wěn)。同時,噪聲也會顯著降低。
齒輪泵所具有的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜,以及對油液污染不敏感等優(yōu)點,是其它結(jié)構(gòu)的液壓泵所不具備的。但由于其自身存在的輸出流量脈動大,瞬時流量不均勻,噪聲較大等缺點,限制了齒輪泵在執(zhí)行元件對流量均勻性要求比較高的場合下的應(yīng)用。若能采取一些可行措施降低輸出流量脈動,就會 齒輪泵的使用性能。近年來,對齒輪泵的 不斷取得新的進展,這些 成果的實施,必然會擴展齒輪泵的應(yīng)用。
對于那些依據(jù)“在不增加齒頂圓直徑的前提下加大排量”的設(shè)計理念制造出的齒輪泵,可通過對齒形的修正,來降低流量脈動。即在設(shè)計和制造齒輪泵的齒輪時,采用雙模數(shù)非對稱漸開線齒形齒輪。這種齒形的齒輪由刀具切削而成,刀具齒形的壓力角是非對稱的,壓力角較大的半邊切出齒輪工作面的齒形,壓力角較小的半邊切出齒輪非工作面的齒形。齒輪工作齒面的模數(shù)小,非工作齒面的模數(shù)大。除齒輪全齒高按大模數(shù)確定外,其它尺寸均按小模數(shù)計算確定。這種齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點是,可以在不增大齒頂圓直徑,同時不減小排量的前提下,增加齒數(shù),減小模數(shù),使輸出流量脈動幅度減小,流量不均勻現(xiàn)象得以 ,噪聲也會降低。齒輪泵瞬時流量的不均勻性會產(chǎn)生流量脈動,若將齒輪泵輸出的流量直接輸入執(zhí)行元件,則會引起執(zhí)行元件的速度脈動;若齒輪泵出口并聯(lián)有溢流閥,(如將齒輪泵應(yīng)用在由溢流閥、節(jié)流閥、液壓缸組成的節(jié)流調(diào)速回路中),則這種脈動的流量在流經(jīng)溢流閥時,會產(chǎn)生壓力脈動。這種脈動的供油壓力又直接影響進入執(zhí)行元件的流量產(chǎn)生脈動,造成執(zhí)行元件的運動速度不穩(wěn)定。另一方面,壓力脈動還可能會引起液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲。嚴重時,當產(chǎn)生的脈動頻率與液壓系統(tǒng)的固有頻率相同,則會引起液壓系統(tǒng)的共振,這對傳動軸和軸承的使用以及對管接頭和密封件都有不良影響。