降低齒輪泵噪聲的方法

鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司 何偉宏

降低齒輪泵噪聲的方法

鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司 何偉宏

齒輪泵是液壓泵中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，它自吸能力好，對油液的污染不敏感，工作可靠，制造容易，體積小，價格便宜，應用廣泛。但是由于齒輪泵存在困油現(xiàn)象，不可避免地產(chǎn)生噪聲和震動。本文，筆者通過分析齒輪泵困油現(xiàn)象和影響齒輪泵噪聲的因素，找到了降低齒輪泵噪聲的一般方法。

一、齒輪泵困油現(xiàn)象產(chǎn)生原因及解決措施

1.困油現(xiàn)象原因分析。目前，國內(nèi)外市場上供應的齒輪泵多為嚙合齒輪泵，齒輪齒形多為漸開線齒形。為了保證連續(xù)傳動，其嚙合系數(shù)一般大于1，見圖1。個齒嚙合時，就構(gòu)成了封閉容腔（中斜線表示）由于兩嚙合齒相接觸的部位到回轉(zhuǎn)中心的半徑不同，所以，在齒輪轉(zhuǎn)動時，封閉容腔容積變化情況不同。在封閉初期，容積隨齒輪的轉(zhuǎn)動而減??；在封閉后期，容積隨齒輪的轉(zhuǎn)動而增加。容積變化如圖2所示。

困油的可壓縮性非常小，所以封閉容積即使變化不大的ΔV1，也能造成很高的壓力，使齒輪泵軸上附加載荷周期性地急劇增加，引起高頻震動，產(chǎn)生高噪聲。在封閉后期，封閉容積增大時會造成局部真空，出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象，使溶解于油液中的氣體大量溢出，在泵的高低壓過度區(qū)域產(chǎn)生氣蝕破壞。所以必須消除齒輪泵工作時產(chǎn)生的困油現(xiàn)象。

2.困油現(xiàn)象解決措施。 消除的方法就是在齒輪貼合的軸套工作面上開設泄荷槽（泄油槽），泄荷槽常見類型有以下幾種。

（1）對稱型泄荷槽。采用這種對稱型泄荷槽，優(yōu)點是形狀簡單，容易制造，基本上能滿足使用要求；缺點是泄油不通暢，轉(zhuǎn)速高時，困油造成的周期性的附加高壓不能全部消除。這種泄荷槽加大了泄油通道，所以能做到高轉(zhuǎn)速下泄油通暢，不會因油產(chǎn)生高壓和氣穴現(xiàn)象。再加上其他措施，使這種泵的噪聲達到低于75dB的水平，在同類泵中處于領(lǐng)先地位。

（2）不對稱卸荷槽。這種卸荷槽明顯偏置低壓側(cè)，如圖3所示。這種泄荷槽泄油通暢，制造容易，適合高轉(zhuǎn)速齒輪泵。再加上其他措施，可獲得較低噪聲。

（3）特殊形狀的泄荷槽。其形狀如圖4所示。采用這種泄荷槽對防止氣穴發(fā)生和降低噪聲效果明顯。

二、齒輪精度對噪聲的影響

隨著齒輪泵向高速、高壓、低噪聲方向發(fā)展，研究齒輪精度和噪聲的關(guān)系問題具有重要的現(xiàn)實意義。

為了進一步證實齒輪精度（特別是齒輪工作平穩(wěn)性精度）對降低齒輪泵噪聲所起的重要作用，我們從批量生產(chǎn)的齒輪中挑選精度高的、中等的、特別低的三種，分別裝泵做實驗（其他條件相同），其結(jié)果是齒輪泵的噪聲隨齒輪精度（特別是平穩(wěn)性精度）降低明顯加大。當然不合理地提高齒輪精度也是不可取的。從實驗數(shù)據(jù)看出，當轉(zhuǎn)速到3 000rpm，壓力到300bar，齒輪精度提高到6級還是有必要的，否則，盡管齒數(shù)增多，困油解決，噪聲還是降不下來。這是因為如果周節(jié)或基節(jié)制造得不準確，瞬時傳動比不是常數(shù)，齒輪每轉(zhuǎn)一周就會出現(xiàn)多次重復的轉(zhuǎn)速波動，特別在高速運轉(zhuǎn)中會引起高頻震動、沖擊，從而產(chǎn)生高的噪聲。為了要降低齒輪噪聲就要把這種轉(zhuǎn)速波動限制在某個規(guī)定的范圍，這就是為什么要對高速、高壓齒輪泵的齒輪提出較高精度要求的原因。

三、噪聲與齒數(shù)的關(guān)系

因齒輪泵輸出液體的瞬時流量是脈動的，這種流量脈動通過連接件和管道引起周圍的空氣以同樣的周期振動，產(chǎn)生一定頻率，振幅的聲波傳入人的耳朵，這就形成了噪聲。

噪聲的高低是由聲音的響度L決定的。它與聲強I和人可能感到的最小聲強 I0之比的對數(shù)成正比，即L=10lg I /I0，單位是dB。而聲強是由傳播的聲波在單位時間內(nèi)經(jīng)垂直于聲波傳播方向的單位面積所帶移的能量來決定的。而單位面積上所帶移的能量可由伍莫夫矢量u=εV確定，式中ε表示波場中平均能密度發(fā)，它與聲波的振幅平方成正比，聲波振幅隨齒輪泵工作壓力增大而增大，隨流量脈動率δ增大而增大。流量脈動率δ可表示如下。

式中，Vth為理論排量，tn為基節(jié)，tn=Rg，Rg為基圓半徑，Qt為單轉(zhuǎn)瞬時流量，Z為齒數(shù)，b為齒寬，m為齒輪模數(shù)。

由以上公式看出，δ與齒數(shù)Z的平方成反比。所以其他條件相同時，齒數(shù)增加，脈動率δ減小，聲波的振幅也跟著減小，故能密度ε減小，因而單位面積上所帶移的能量也就減小了，聲強也就相應地減小了，所以噪聲也就減小了。

現(xiàn)在在齒輪泵的設計中多采用減少齒輪模數(shù)、增加齒輪齒數(shù)（一般增加到12個），增大齒高系數(shù)（超過1），設置新型泄荷槽等措施，向現(xiàn)代市場提供高轉(zhuǎn)速、高壓力、低噪聲的新型齒輪泵。

綜上所述，要想降低齒輪泵的噪聲必須進行多方面的研究，在考慮困油的同時，還要考慮適當提高齒輪精度，特別是工作平穩(wěn)性精度和增加齒數(shù)等措施，這樣才能得到滿意的效果。