隨著機械制造業的不斷發展,特別是汽車制造業的高速發展,對應用于其中的外嚙合齒輪泵的要求越來越高。不但要求外嚙合齒輪泵容積效率和總,而且還要求外嚙合齒輪泵的噪聲要越低越好。所以設計低噪聲的外嚙合齒輪泵就勢在必行。
1外嚙合齒輪泵產生噪聲的原因探究
外嚙合齒輪泵的工作原理,這種泵的殼體內裝有一對外嚙合齒輪。由于齒輪端面與殼體端蓋之間的縫隙很小,齒輪齒頂與殼體內表面的間隙也很小,因此可以看成將齒輪泵殼體內分隔成左、右兩個密封容腔。當齒輪按圖示方向旋轉時,右側的齒輪逐漸脫離嚙合,露出齒間。因此這一側的密封容腔的體積逐漸增大,形成局部真空,油箱中的油液在大氣壓力的作用下經泵的吸油口進入這個腔體,這個容腔稱為吸油腔。隨著齒輪的轉動,每個齒間中的油液從右側被帶到了左側。在左側的密封容腔中,輪齒逐漸進入嚙合,使左側密封容腔的體積逐漸減小,把齒間的油液從壓油口擠壓輸出的容腔稱為壓油腔。當齒輪泵不斷地旋轉時,齒輪泵的吸、壓油口不斷地吸油和壓油,實現了向液壓系統輸送油液的過程。在齒輪泵中,吸油區和壓油區由相互嚙合的輪齒和泵體分隔開來,因此沒有單獨的配油機構。從外嚙合齒輪泵工作原理可以看出,外嚙合齒輪泵出現噪聲是不可避免的,但出現較大噪聲會對液壓系統產生不利的影響,特別會使液壓系統出現較大振動。如果是高速旋轉的汽車發動機使用外嚙合齒輪泵出現較大噪聲,甚至會影響整機的使用壽命。以往外嚙合齒輪泵出現噪聲問題,解決的辦法只是局限在兩個方面:一是如何提高外嚙合齒輪泵的制造精度,尤其是提高兩嚙合齒輪的制造精度;二是增加消 聲器來降低噪聲。外嚙合齒輪泵產生噪聲過大的原因較多,除了外嚙合齒輪泵的制造精度外,還有以下原因會使外嚙合齒輪泵產生較大噪聲:
(1)外嚙合齒輪泵高速旋轉時出現抽空現象或者是吸油管路中途吸入空氣;
(2)外嚙合齒輪泵出現困油現象而沒有設計相應的卸荷槽;
(3)外嚙合齒輪泵排油口出油壓力急劇上升,而在吸油口處進入齒槽中的油液壓力較低,甚至比大氣壓力還低,以這樣低的油壓送到排油口,伴隨壓力急劇上升出現較大沖擊,從而產生了噪聲和振動;
(4)現代的外嚙合齒輪泵為了較高的容積效率,泵齒輪都是采用高正變位的齒輪,齒數較少,但隨之而來的是瞬時排量脈動率大,使得外嚙合齒輪泵排油壓力脈動率增大,這也是外嚙合齒輪泵產生噪聲的一個原因。
2解決外嚙合齒輪泵噪聲的方法
針對以上對外嚙合齒輪泵出現噪聲的分析結果,我們在設計外嚙合齒輪泵時,除了應的外嚙合齒輪泵制造精度外,還分別進行了以下設計:
由于油幾乎是不可壓縮的,所以困油區壓縮時就產生了很高的壓力,而在其膨脹時又產生真空。以往解決困油現象的具體方法就是在困油壓縮區增加卸荷槽,困油區產生的高壓油經卸荷槽流入到出油區。雖然解決了困油區高壓油的卸荷問題,減小了軸功率,也提高了泵的的總效率,但外嚙合齒輪泵比內嚙合一泛擺線齒輪泵容積效率低的現象一直存在。在實驗中我們發現,泵出的油有泡沫現象特別是齒輪泵高轉速時出油中的泡沫現象加嚴重,噪聲明顯加大,容積效率也相應降低。經探究,問題應出在困油區在月彭脹時產生真空,使油液泡沫化后進入低壓進油區,占據了進油區的空間,這一部分泡沫狀的油液進入高壓出油區后經壓縮和釋放,泵的出油量就相應減少,容積效率也就相應降低。
3在泵出油口設置儲能槽
由于外嚙合齒輪泵采用較大正變位齒輪,齒數較少,排油壓力脈動率增大,這也是外嚙合齒輪泵產生噪聲的一方面。為此,我們有針對性地在出油口附近增加一儲能槽。這種儲能槽能防止高頻脈動,從而降低由此產生的噪聲,且不會影響外嚙合齒輪泵的容積效率。