渐开线外啮合齿轮泵的流量脉动分析及其降噪措施研究

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在当前液压行业中,外啮合齿轮泵发展和应用范围被其噪声过大这一缺陷严重制约,以至于虽然齿轮泵拥有结构紧凑、重量轻、工作可靠、对污染物不敏感等等优点,但却很少应用于精密传动、室内机械等对振动和噪声要求较高的场合。因此齿轮泵目前急需解决的问题便是如何降低其噪声。经国内外诸多文献研究,齿轮泵的主要噪声源为出口流量脉动和困油压力冲击,虽然通过异齿数、齿轮修形、各种卸荷槽的设计等措施均可抑制,但是外啮合齿轮泵的噪声却依然明显。而且目前国内齿轮泵行业在降噪方面的理论研究基础和正向产品开发能力较弱,相关产品性能与国外产品存在差距,因此为提高国内降噪水平,本文中首先对齿轮泵的流量脉动进行了分析以强化降噪研究基础,随后针对外啮合齿轮泵的流量脉动以及困油现象两大噪声源,提出了两种措施,其中RC滤波器用于改善齿轮泵流量脉动,全卸荷式卸荷槽用于解决齿轮泵困油现象,并通过仿真软件进行了分析验证。在流量脉动研究当中,首先对渐开线外啮合齿轮泵啮合机理进行了分析研究,以此为基础提出了一种精确计算齿轮泵瞬时流量的新方法,并采用由该方法得出的流量公式对各个类型齿轮泵的流量脉动进行分析,随后便对多种齿轮泵进行排量计算以验证方法正确性,最后对齿轮泵流量脉动特征进行分析,得出了流量脉动不均匀系数以及频率公式,为后续分析降噪措施效果奠定了基础。在RC滤波器研究中,首先进行了对其进行了原理阐述,其主要结构包括有蓄能器和阻尼小孔,将之安装于齿轮泵上与排油口相互沟通,用于对齿轮泵的出口流量脉动进行滤波,以此降低齿轮泵的噪声。之后对其动态特性进行了分析。随后为深入分析滤波器的阻尼、蓄能器截面积、蓄能器容积三个参数对流量脉动的影响,采用了MATLAB软件对系统进行了仿真模拟。随后采用了fmincon优化函数针对齿轮泵脉动进行多参数优化,优化结果显示对于CBH-G5**-*F**型齿轮泵,在蓄能器参数分别为5平方厘米和47毫升时,流量脉动系数已经低至0.8%。研究表明:1,阻尼参数会对降噪效果形成制约;2,蓄能器截面积和容积两种参数较小时滤波效果便可达到最优,偏离最优取值之后流量脉动变大。3,RC滤波器降低流量脉动的效果十分明显,可将齿轮泵脉动不均匀系数降低到3%以下。之后为更完善地解决困油现象,提出了一种齿轮泵的全卸荷式卸荷槽结构,其将两部分困油区域联通至齿轮泵的吸油腔。本文研究中以CBH-G5**-*F**型齿轮泵参数为例,首先在CAD软件中分析了该种卸荷槽的位置选择,随后搭建了MATLAB模型分析了该种卸荷槽对齿轮泵困油压力以及流量品质的影响。经研究表明:1,在经过合理设计之后全卸荷式卸荷槽可以保证齿轮泵的吸油腔和排油腔的密封;2,该种卸荷槽可以避免由于齿侧间隙过小而使得困油现象无法完全消除的问题;3,该种卸荷槽对排量影响很小,但是却会使得齿轮泵流量脉动加大。为更好地降低噪声,可将RC滤波器与全卸荷式卸荷槽结合使用,前者可降低流量脉动,后者可更完善地解决困油现象,通过抑制齿轮泵的两大噪声源,使得齿轮泵的噪声得到削减。
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