内啮合齿轮泵几何参数及流量脉动的研究

ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｔｎｗｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ、ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｉｔｈ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｉｔｈ ｍｏｄｕｌｕｓ ｗａｓ ｆｏｕｎｄｅｄ．
Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ，ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ
ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｏｆｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｅａｒｓ ｉｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐｓ．
Ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＰＨ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ，ｉｔｓ ｒａｄｉａｌ ａｎｄ
∑ｆ——Ｊ殁油管的损失系数之和；
￡。——声压级： ｐ——声压； ｐｏ——基准声压； 口’——啮合角； 口——压力角： ｐ——曲率半径： 置——排量补偿系数： ６——齿轮泵齿宽： 彳——小齿轮节圆半径： 《——内齿轮节圆半径： ％——小齿轮的齿项高； ％：——内齿轮的齿顶高；
符号索引
ＶＩ
ｔ，——基节： 丘——系数； 占——重合度； 肌——齿轮模数 口——分度圆压力角 ４。——泵齿轮齿顶圆直径； ％——澌开线展角； ％——渐开线上任一点之压力角； ‘——向径； 只——极角；
Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｄｅｒｉｖｉｎｇ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｆｌｏｗ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｕｎｅｖｅｎ ｆｌｏｗ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｃｍａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ
玑一渐开线在足点的滚动角；
４。－——小齿轮齿顶圆直径； ４ａ２——内齿轮齿顶圆直径； “ｆｌ——小齿轮齿根圆直径； “，：——内齿轮齿根圆直径； ４’——实际中心距； ｋ——跨测齿数为／１的公法线长度；
厶．．——＿ｊ夸测齿数为，ｌ一１的公法线长度； 矗——总变位系数； 而——小齿轮的变位系数； 矗——内齿轮的变位系数： ｈ——全齿高； 心——齿顶高系数； ｃ’——项隙系数； ｄ－——小齿轮分度圆直径； ｄ２——内齿轮分度圆直径； 缈ｏ－——小齿轮插齿刀齿顶高变动系数； 缈０２——内齿轮插齿刀齿顶高变动系数； ￡——端面重合度； ‰——小齿轮基圆半径； 屹：——内齿轮基圆半径； ａ＇ａｌ——小齿轮齿顶压力角； 口ａ：——内齿轮齿顶压力角； ｑ、吃——小齿轮１、内齿轮２的角速度； ‘、吩——小齿轮ｌ、内齿轮２的节圆半径； ‰、乞ｚ——小齿轮１、内齿轮２齿项圆半径；
本文的研究成果对进行内啮合齿轮泉设计具有重要的理论指导作用。
关键词：内啮合齿轮泵；几何参数；流量脉动；干涉
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｈｙｄｒａｕｆｉｃ ｐｕｍｐｓ ｗｈｉｃｈ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｉｎｔｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｒｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｉｚｅ，ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ，ｌｏｎｇ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ，ｓｍａｌｌ ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｌｌｉｇｈ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａ，
ＩＰＨｔｙｐｅｕｓｅｄｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｌｇｅａｒｐｕｍｐｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｔｈｅ ａｂｏｖｅｆｏｒｍｕｌａｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｄｅｒｉｖｅｄ ａ ｍｏｒｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ
ｔｒｉｍｍｉｎｇ ｏｒ ｒａｄｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｗｈｅｎ ｉｔｓ ｔｅｅｔｈ ｍｅｓｈｉｎｇ．Ｔｈｅｎ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｔｈｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅｉｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
。
附表索引
‘
表５．１对小齿轮测量的数据………………………………………………………３７ 表５．２小齿轮参数表………………………………………………………………４０ 表５．３内齿轮参数表………………………………………………………………４０
Ｖ
ｑ——排量； Ｑ——理论流量； Ｑ——实际流量：
Ｑ——额定流量； ｐ——工作压力； 只——额定压力； ｐｍ。——最高压力； 吃——额定转速； ‰。——最高转速； －ｍｉｎ——最低转速； ０——输入功率； ｒ——转矩： ∞——角速度； ￡——理论功率； 乞——输出功率； ‰——机械效率； 仉——容积效率； 犯——总效率； ，——工作液体的重度； 只——大气压力； ｐｏ——最低吸入压力； ＇，——吸油管流速：
ｍｅｓｈｉｎｇ ｇｅａＴ ｐｕｍｐ，ｇｅａｒ ｐｕｍｐ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｏａｄ ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ ｎｏｉｓｅ，
ｓ啪ｆｏｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｃ锄ｂｅ
ｇｅａｒｐｕｍｐ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｔｈｅ ｎｏｏｄ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ
ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｐｉｒａｌ ｔａｎｋ ｃｒｅａｔｅｄ ａｎｄ
ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆｔｈｅｏｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．
Ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｔｈａｔ ｃａｌｃｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｕｓｅ ｏｆ ｕｎｅｖｅｎ ｆｌｏｗ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ，
Fra Baidu bibliotek
ｐｕｍｐ ｉｓ ｒａｒｅ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ．
Ａｉｍｉｎｇ砒ｈｏｗ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ，ｗｅ ａｎａｌｙｓｅ ＩＰＨ
ｔｙｐｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐ，ｗｏｒｋ ｏｕｔ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｄｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎｏｔ ｈａｐｐｅｎｎｉｎｇ ｉｎｖｏｌｕｔｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｔｒｏｃｈｏｉｄａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ
兰州理工大学 硕士学位论文 内啮合齿轮泵几何参数及流量脉动的研究 姓名：叶清 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：杨国来
20070510
摘要
液压泵是整个液压系统的动力源部分，它把机械能转化为液压能，其作用是 很重要的。内啮合齿轮泵结构紧凑、尺寸小、重量轻、使用寿命长、流量脉动小， 高转速下，可获得较高的容积效率。目前，国内对高压内啮合齿轮泵的研究并不 多见。
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ ｐｕｍｐｓ；Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ； Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；
Ⅱ
插图索引
图１．１我国三大类泵的产量占有比（２０００年）…………………………………２ 图２．１ ＩＰＨ型内啮合渐开线齿轮泵………………………………………………ｌｌ 图３．１变位齿轮加工原理…………………………………………………………１７ 图３．２变位齿轮……………………………………………………………………１８ 图３．３根切现象………………………………………ｍ ｏ ｏ ｅ１．．．．……………………２０ 图３．４轮齿的受力分析……………………………………………………………２０ 图５．１渐开线形成图………………………………………………………………２９ 图５．２渐开线直角坐标图…………………………………………………………３０ 图５．３齿轮泵外形图………………………………………………………………３１ 图５．４前泵盖正面…………………………………………………………………３１ 图５．５前泵盖反面…………………………………………………………………３ｌ 图５．６前泵盖ＣＡＤ图………………………………………………………………３２ 图５．７泵１本…………………………………………………………………………３２ 图５．８泵体ＣＡＤ图…………………………………………………………………３２ 图５．９浮动侧板正面………………………………………………………………３３ 图５．１０浮动侧板反面………………………………………………………………３３ 图５．１ｌ浮动侧板ＣＡＤ图……………………………………………………………３３ 图５．１２轴向补偿示意图……………………………………………………………３４ 图５．１３支承块正面…………………………………………………………………３４ 图５．１４支承块反面…………………………………………………………………３４ 图５．１５支承块ＣＡＤ图………………………………………………………………３５ 图５．１６小齿轮及轴…………………………………………………………………３６ 图５．１７内齿轮………………………………………………………………………３６ 图５．１８小齿轮及轴ＣＡＤ图…………………………………………………………３６ 图５．１９内齿轮ＣＡＤ图………………………………………………………………３６ 图５．２０渐开线干涉…………………………………………………………………４２ 图５．２１齿廓重迭干涉………………………………………………………………４３ 图５．２２避免齿廓重迭干涉现象时的几何关系……………………………………４４ 图５．２３径向干涉……………………………………………………………………４６ 图６．１ 内啮合齿轮泵工作啮合示意图……………………………………………４８ 图６．２啮合点与齿轮中心的几何关系……………………………………………５０ 图６．３排油起点……………………………………………………………………５３ 图６．４排油齿形……………………………………………………………………５３
就设计高压内啮合齿轮泵的问题，我们对ＩＰＨ型内啮合齿轮泵进行分析，计 算出其丰要几何参数，推导出其轮齿啮合时不发牛渐开线Ｉ丁涉、齿廓重迭Ｔ涉和 径向Ｔ涉的条件，并代入各参数进行验证，最终确定其几何参数。
针对内啮合齿轮传动的特点，本论文论述了内啮合齿轮泵的泵齿轮采用正变 位齿轮的必要性。
对ＩＰＨ型内啮合齿轮泵各部件进行分析研究，得到其径向补偿原理和轴向补 偿原理，以及滑动轴承内部开设螺旋油槽的作用及原理。
ｍ
图６．５齿形…………………………………………………………………………５４ 图６．６变位系数玉与排量口的关系………………………………………………５５
图６．７变位系数玉与流量不均匀系数％关系……………………………………５８ 图６．８模数ｍ与流量不均匀系数％关系…………………………………………５９
ＩＶ
对内啮合齿轮泵的瞬时流量和排量的计算公式进行推导，利用原理对流量不 均匀系数公式进行推导，用ＩＰＨ型内啮合齿轮泵的参数对以上三个公式进行计算 验证。推导出一种比较简单并比较精确的排量近似计算公式，并绘出排量、流量 脉动系数与变位系数的关系曲线，流量脉动与模数的关系曲线。
在推导出瞬时流量、排量和流量不均匀系数计算公式的基础上，分析泵齿轮 参数对内啮合齿轮泵排量、齿轮泵轴承负载、流量脉动、齿轮泵噪声、振动的影 响，从而可以看出进行泵齿轮几何参数研究的必要性。