泵产生噪声和振动的机理及解决方法

针对以上对外啮合齿轮泵出现噪声和振动的进一 步分析，我们在经过多次实验后，分别设计了几种能 大为降低或消除外啮合齿轮泵噪声和振动的特殊结 构，具体设计内容如下。 ２．１ 能使困油区液流更顺畅的卸荷槽
剖月一一
图２在困油膨胀区增加卸荷槽的泵体结构 困油现象是外啮合齿轮泵出现噪声和振动最主要 原因之一。在齿轮副运行啮合的过程中，当一对齿轮 刚啮合时，而其泵入口方向相邻的一对齿间尚未脱 开，这两个啮合点之间形成一个密闭的空间。当齿轮 继续运转时，该空间受到压缩，介质（油）压力升 高，使得齿轮承受较大的径向载荷。当泵继续运行， 前面一对齿脱离啮合，这种载荷便突然消失，因而形 成脉动载荷，造成泵的振动。以前为解决困油现象形 成脉动载荷造成泵的振动现象，我们在设计外啮合齿 轮泵时，除在困油压缩区设计卸荷槽，还增加了一条 连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽（图２），使困油 区膨胀时有油液及时补充其内，从而能基本上消除泵 油中产生泡沫的内因，也大大降低了因困油而产生的 噪声和振动。图２中尺寸为：＾１＝Ｏ．３叮Ｔｍｃ０８２ａ，矗２＝ ０．７１Ｔｍｃｏｓ２ｎ，＾３＝２ｍ，厶＝４ｍ，厶＝３ｍ，＾＝ｍ（ｍ 为齿轮模数，ａ为齿轮压力角）。但经进一步实验后 发现，外啮合齿轮泵在高转速时，出油口的压力脉动 值又在增加，噪声和振动又开始增大，而且转速越 高，脉动值就越大。究其原因，笔者认为是外啮合齿 轮泵高转速时齿轮扫过的时间很短，而困油区的卸荷 槽结构不能在外啮合齿轮泵高转速时排油顺畅所致， 因此我们进一步将卸荷槽结构改成如图３所示。经实 验发现，卸荷槽结构改成如图３所示后，外啮合齿轮 泵高转速时出油口的压力脉动值只有改进前的１／３， 而且齿轮泵较低转速时出油口的压力脉动值更小。图 ３中尺寸应取厶＝４，，ｌ，厶＝２ｍ，Ｒ＝，，ｌ（其中ｍ为齿
·１１６·
机床与液压
第３５卷
口附近增加一储能槽，如图７所示，图中储能槽宽尺 寸￡＝２盯ｍ，储能槽深五仍取为＾＝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和振动，且不会影响外 啮合齿轮泵的容积效率。并进一步改进了出油口结 构，使进出阻力更小。
图５增加吸油时间并减小进油阻力的泵体结构
（６）提高外啮合齿轮泵的容积效率明显。 通过在外啮合齿轮泵中加大进油空间并增加一条 补充填油槽，实验证明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。而 且同时也提高了外啮合齿轮泵的容积效率。这是因为 在外啮合齿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
万方数据
轮模数）为宜。
油 区 槽
图３进一步改进后的卸荷槽 ２．２ 增加一条补充填油槽并延长齿槽间的充油时间
（１）增加一条补充填油槽。 增加一条补充填进油槽的理论依据：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。及时将油液补充到填齿槽中，而且要尽量延长 充填油时间，使齿槽中充满油液。在进一步分析后， 经过多次实验得出进油槽所占角度在１１５。时达到最佳。 如果在泵盖与泵体对应的位置同时增加一条补充填进 油槽效果更佳。而且其容积效率也有所提高。
摘要：外啮合齿轮泵产生噪声时基本上都伴有振动，而外啮合齿轮泵产生噪声和振动是限制外啮合齿轮泵的进一步发 展的主要原因。本文通过对外啮合齿轮泵的进一步探究，找出了外啮合齿轮泵噪声和振动六种原因产生的机理，并进一步 有针对性地设计出了降低外啮合齿轮泵噪声和振动现象的特殊结构，不但有效地降低了噪声和振动现象，而且还提高了外 啮合齿轮泵的容积效率，为今后设计高质量的低噪声和振动的外啮合齿轮泵提供一条新途径。
２．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ｅｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ ｌ ０５２０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｌｗａｙｓ ｇｅｎｅｍｔｉｎｇ ｗｉＩｈ ｎｏｉｓｅ ｗｈｅｎ ｅｘｔｅｍａｌ ｇｅａｒ ｒｏｔａｒｙ ｐｕｍｐ ｗｏｒｋｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｔｈｅ
泵体先按图２制造５台，当外啮合齿轮泵的转速 为４ ６００ｒ／ｍｉｎ、背压为Ｏ．２４ＭＰａ时，测得其平均排量 Ｑ．＝２２４．１６５Ｌ／ｍｉｎ，容积效率为：
田ｌ＝２２４．１６５÷２７１．３８６＝０．８２６
然后按图５所示制造５台泵体、其它零件制造和 安装精度同前完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４ ６００ｒ／Ｉｎｉｎ、背压为ｏ．２４ＭＰａ时， 测得其平均排量Ｑ：＝２她４８９Ｌ／ＩＩｌｉｎ，其容积效率为：
第１２期
杨元模等：进一步探究外啮合齿轮泵产生噪声和振动的机理及解决方法
。１１５·
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。
除此之外，在流体输送系统中，液流速度、流量 和压力的快速变化，气泡的破裂及交变的负载都是使 外啮合齿轮泵产生噪声和振动的常见原因。 ２解决外啮合齿轮泵噪声和振动的几种创新设计
从外啮合齿轮泵工作原理可以看出外啮合齿轮泵 出现噪声和振动是不可避免的，但出现较大噪声会对 、液压系统产生不利的影响，特别是会使液压系统出现 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和振动，甚至会影响整机的使用 寿命。通过进一步理论分析与实验发现，造成外啮合 齿轮泵产生噪声和振动的原因较多，究其主要原因 是：
２０ｃｒ７年１２月 第３５卷第１２期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＵＣＳ
Ｄｅｃ．２００７ ＶｏＬ ３５ Ｎｏ．１２
进一步探究外啮合齿轮泵产生噪声和振动的机理及解决方法
杨元模１，胡兵２，曾名嵩１，刘朝晖１，吴霞１
（１．井冈山大学工学院，江西吉安３４３００９；２．广东工程职业技术学院，广东广州５１０５２０）
油液，充油效率大为提高。我们用ＪＢ／彻１０—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５０ｍｍ、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 ４ ６００ｒ／ｍｉｎ时为： Ｑ＝ｇ×６×ｎ＝１１．７９９ ４×１０—３×５×４ ６００＝２７１．３８６Ｌ／ＩＩｌｉｎ
ＫｅｙｗｏｒｄＩｓ：Ｅｘｔｅｍａｌ ｇｅａｒ加ｔａｒｙ ｐｕｍｐ；Ｎｏｉｓｅ；Ｖｉｂｍｔｉｏｎ；Ｖｏｌｕｍｅ ｅｍｃｉｅｎｃｙ
０ 引言
外啮合齿轮泵由于结构简单、零件少，而且抗污 染能力强，抗振能力强，自吸能力强以及价格低廉等 显著特点，现已广泛地用作内燃机润滑系统、机床及 机械传动装置液压系统的“心脏”，它的性能好坏直 接影响整个机器的可靠性和耐久性。但外啮合齿轮泵 高转速时产生的噪声和振动是制约我国外啮合齿轮泵 发展的一个主要原因。现在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 和振动要越低越好。所以设计低噪声和振动的外啮合 齿轮泵足从事液压传动研究者一直追求的目标。
卸
图４增加补充填进油槽的泵体 （２）进油槽尺寸Ｄ．（图４）应不大于齿根圆直 径出，以Ｄ．＝４ ｕ＿¨为宜。 （３）进油槽尺寸Ｄ应与齿轮分度圆直径ｄ相当， 以Ｄ＝ｄ“为宜。 （４）进油槽尺寸深度＾不应过大，否则会增大 泵的尺寸，以＾＝ｍ（ｍ为齿轮模数）为宜。 （５）延长齿槽间的充油时间并减小进油阻力。 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。 并进一步改进了进油口结构，使进油阻力更小。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，同时也足避免油液压力急剧上升的有效办法。
（１）外啮合齿轮泵出现困油现象而没有设计相应 的卸荷槽；
（２）外啮合齿轮泵的制造精度不够； （３）轴承间隙过大； （４）外啮合齿轮泵高速旋转时出现抽空现象或者 是吸油管路中途吸入空气； （５）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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ噪声和振动； （６）现代的外啮合齿轮泵为了得到较高的容积效
图ｌ外啮合齿轮 泵工作原理
啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成 局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经 吸油管路、吸油腔进入齿间。
随着齿轮的旋转，吸人齿间的油液被带到另一侧，
万方数据
进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减 小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油 过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开， 起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断 旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则 不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封 容积减小则不断地排油，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。
（７）在泵出油口设置储能槽并减小出油阻力。 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 噪声和振动的一方面。为此，我们有针对性的在出油
万方数据
卸
图７增加储能槽并减小出油阻力的泵体结构图 ３结论
虽然造成外啮合齿轮泵产生噪声和振动的原因较 多，但只要探究出其机理，并有针对性地设计一些特 殊的结构，就能降低甚至消除外啮合齿轮泵的噪声和 振动。经过进一步实验和应用证明，改进后的外啮合 齿轮泵在不降低制造精度的情况下，不但能大大降低 外啮合齿轮泵的噪声和振动，而且能明显提高外啮合 齿轮泵的容积效率。可为今后设计高转速、低噪声外 啮合齿轮泵提供一条新的途径。 参考文献 【ｌ】敬超．液压流体力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，