【正文】 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)正向著快響應(yīng)、小體積、低噪聲的方向發(fā)展，為適應(yīng)這種要求，齒輪泵除積極采取措施保持其在中低壓定量系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)的霸主地位外，尚需從以下幾個(gè)方面發(fā)展： （ 1） 高壓化。 為了讓用戶在大功率的情況下優(yōu)先選用或者只有選用液壓傳動(dòng)，其中一個(gè)決定性因素就是提 高使用壓力。液壓泵壓力等級(jí)的提高意味著機(jī)械體積的減小，也會(huì)使整個(gè)液壓系統(tǒng)所用介質(zhì)明顯減小。 （ 2） 低流量脈動(dòng)。 流量脈動(dòng)將引起壓力脈動(dòng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這是與現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的要求不符的。內(nèi)嚙合泵和復(fù)合齒輪泵都是降低流量脈動(dòng)的很好的方法。 （ 3） 低噪聲。 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)齒輪泵的噪聲要求越來(lái)越嚴(yán)格。齒輪泵的噪聲主要有兩部分組成，一部分是齒輪嚙合過程中產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，另一部分是困油沖擊所產(chǎn)生的液壓噪聲。 （ 4） 大排量。 對(duì)于一些要求快速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)來(lái)說，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量大 提高受到很多因素的限制。 本論文研究的主要內(nèi)容及意義 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)在越來(lái)越多的場(chǎng)合取代了機(jī)械傳動(dòng)，然而液壓傳動(dòng)在向高壓、高速、大功率的方向發(fā)展的同時(shí)，噪聲問題也顯得越來(lái)越突出。為了在提高工作效率的同時(shí)降低液壓系統(tǒng)的噪聲，改善工作條件，國(guó)內(nèi)外廠商研制了許多新穎的低噪聲液壓泵。內(nèi)嚙合齒輪泵雖然制造工藝比較復(fù)雜，但因其結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)介質(zhì)污染不敏感、流量陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 9 脈動(dòng)及壓力脈動(dòng)小、噪聲特別低的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到較快的發(fā)展，銷量直線上升。而且由于內(nèi)嚙合齒輪泵的齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對(duì)滑動(dòng)速度小，磨損小，因此使用壽 命長(zhǎng)，流量脈動(dòng)和噪聲都較小，內(nèi)嚙合齒輪泵允許使用高轉(zhuǎn)速 (高轉(zhuǎn)速下的離心力能使油液更好地充入密封工作腔 )，可以獲得較大的容積效率，因此內(nèi)嚙合齒輪泵的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容是： （ 1）漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。包括漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、齒輪副主要尺寸及參數(shù)的計(jì)算、以及齒輪泵各零部件的設(shè)計(jì)等。 （ 2）排量的計(jì)算。 進(jìn)行內(nèi)嚙合齒輪泵排量的計(jì)算公式的推導(dǎo)，得到近似排量。 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 10 2．漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理 圖 內(nèi)嚙 合齒輪泵的工作原理 內(nèi)嚙合齒輪泵的主體結(jié)構(gòu)由一對(duì)內(nèi)嚙合的漸開線齒輪組成，采用軸向間隙和徑向間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)拿芊庋b置，從而提高了齒輪泵的容積效率，其輸出功率與輸出壓力隨之得到大幅度提高在漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪之間要安裝一對(duì)活動(dòng)的月牙塊 3 和密封棒 4，以便把吸油腔與壓油腔隔開。小齒輪按某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪也以相同的方向旋轉(zhuǎn)，輪齒脫開嚙合的部分，齒間容積逐漸擴(kuò)大形成真空，油液在大氣壓力作用下，進(jìn)入吸油腔，填滿各齒間，而輪齒進(jìn)入嚙合的地方，齒間容積逐漸縮小，形成高壓腔，油液被擠壓出去。 內(nèi)嚙合齒 輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵由一對(duì)相互嚙合的具有漸開線齒形的內(nèi)齒輪和外齒輪組成，內(nèi)齒輪和外齒輪之間有一與泵蓋相連的月牙形隔板將吸油腔和壓油腔隔開。內(nèi)齒輪和外齒輪都可以做主動(dòng)齒輪。若外齒輪作主動(dòng)齒輪，當(dāng)它由泵軸帶動(dòng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪也以相同的方向旋轉(zhuǎn)，但月牙隔板不動(dòng)。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一側(cè)輪齒逐漸分離，腔室容積不斷增大，此陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 11 為吸入過程；另一側(cè)例輪齒逐漸嚙合，腔室容積不斷縮小，油液被擠壓出去，此為壓出過程。 采用撓性軸承，使得軸和軸承之間接觸良好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；并在內(nèi)齒輪的輪齒間上鉆通孔，使壓力油從孔中引出，這樣泵 的困油現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生了；采用浮動(dòng)側(cè)板在齒輪副的兩側(cè)，在背壓作用下，兩側(cè)的浮動(dòng)側(cè)板緊貼在齒輪端面上，當(dāng)齒輪端面與側(cè)板磨損后，側(cè)板在被背壓作用下向前移動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償軸間間隙。 液壓系統(tǒng)中內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)； （ 2） 摩擦損失小，泄露小，發(fā)熱小，效率高； （ 3） 對(duì)工作介質(zhì)污染不敏感； （ 4） 自吸能力大。 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 12 3. 內(nèi)嚙合齒輪泵總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路 首先是內(nèi)、外齒輪 的設(shè)計(jì)，采用漸開線齒輪的方法，根據(jù)齒輪副幾何尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于齒輪的尺寸較小，可設(shè)計(jì)成內(nèi)齒輪為齒圈，而外齒輪是一個(gè)階梯齒輪軸；接著，為把吸油腔和壓油腔隔開，需要設(shè)計(jì)一個(gè)月牙隔板，月牙隔板的形狀由內(nèi)、外齒輪的齒頂圓相交而成，為減少磨損，可適當(dāng)削去月牙隔板兩端的尖角；再設(shè)計(jì)齒輪兩側(cè)的浮動(dòng)側(cè)板；考慮到齒輪泵中的齒輪副是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而與之接觸的泵體是固定不動(dòng)的，故在兩者之間應(yīng)設(shè)計(jì)帶有軸承座的滑動(dòng)軸承，此滑動(dòng)軸承和齒輪軸以及軸承座之間是間隙配合，與泵體之間是過盈配合，保證齒輪泵的正常工作。在以上基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)泵體、泵蓋等零件 ，泵體上應(yīng)開有進(jìn)油口和出油口。最后，考慮各零件間的聯(lián)接，選用螺釘聯(lián)接，同時(shí)考慮密封問題，選擇適當(dāng)?shù)拿芊庠? 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 防止干涉的發(fā)生 （ 1） 漸開線干涉 內(nèi)嚙合傳動(dòng)中，當(dāng)內(nèi)齒輪的齒頂超過齒輪理論嚙合極限點(diǎn) 1N 時(shí)，便產(chǎn)生漸開線干涉。為避免產(chǎn)生漸開線干涉，通常采用加大齒形角；增大外齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。 圖 漸開線干涉 （ 2）齒廓重迭干涉 一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)中，如果齒數(shù)差 z? 較小時(shí)，在非嚙合區(qū)域 可能產(chǎn)生齒廓發(fā)生相互重迭的現(xiàn)象，即嚙合終了的外齒輪的齒頂在退出內(nèi)齒輪的齒槽時(shí)，與內(nèi)齒輪的齒頂發(fā)生重陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 13 迭干涉，稱為齒廓重迭干涉。為避免產(chǎn)生齒廓重迭干涉，通常采用減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪和外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)；增大變位系數(shù)差，使傳動(dòng)嚙合角 39。? 增大。 圖 齒廓重迭干涉 （ 3）徑向干涉 在裝配呢齒輪副時(shí)，有時(shí)只能沿軸向把外齒輪裝配到內(nèi)齒輪里，而不能從內(nèi)齒輪的中心沿徑向把外齒輪安裝到設(shè)計(jì)的嚙合位置。沿軸向安裝到嚙合位置的外齒輪，也不能沿徑向退出來(lái)，這種現(xiàn)象 稱為徑向干涉。為避免產(chǎn)生徑向干涉，通常采用增大齒形角；減小齒頂高；增大內(nèi)齒輪與外齒輪的齒數(shù)差；增大內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。 圖 徑向干涉 重合度 為了保證連續(xù)傳動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證重合度 1?? 。但重合度選得過大，會(huì)使液體關(guān)死在兩對(duì)嚙合齒之間，增大噪聲和沖擊振動(dòng)，加劇齒部的磨損，降低使用壽命。因此，重合度應(yīng)稍大于 1。 降低內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲 隨著齒輪泵向高速、高壓、大流量和大功率方向發(fā)展，噪聲問題越來(lái)越嚴(yán)重，目前降陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 14 低齒輪泵噪聲已成為治理公害和改善勞 動(dòng)條件等方面的重要課題。 為了降低齒輪泵的噪聲，更好的適應(yīng)工作過程的要求，我們力求設(shè)計(jì)具有低噪聲的齒輪泵，為此，我們采取了以下措施： （ 1） 采取優(yōu)良的齒形來(lái)降低噪聲 （ 2） 通過改進(jìn)齒輪泵的結(jié)構(gòu)來(lái)降低噪聲 ①利用修正內(nèi)齒輪齒形，使噪聲和振動(dòng)減??； ②采用軸向間隙補(bǔ)償措施； ③采用撓性軸承支架，可適應(yīng)外齒輪在受高壓時(shí)的彎曲，軸承架可作相應(yīng)的彈性變形，使整個(gè)軸承接觸面上的負(fù)載保持均勻； ④正確設(shè)計(jì)月牙版，可提高效率，減小噪聲； ⑤由于壓力油是從內(nèi)齒輪齒間部位孔引出，泵無(wú)困油現(xiàn)象。 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 15 線內(nèi)嚙合齒輪泵的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 內(nèi)嚙合齒輪泵中采用變位齒輪的必要性 漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的局限性 齒輪機(jī)構(gòu)因其具有傳遞的功率范圍大、傳遞效率高、傳動(dòng)比恒定、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是各種機(jī)構(gòu)中使用得最多的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中以漸開線齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用為主。但隨著齒輪傳動(dòng)向高速、重載、輕型趨勢(shì)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)齒輪則存在著一些不足之處： （ 1） 用范成法加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪，當(dāng) minzz? 時(shí)，齒形發(fā)生根切，因此標(biāo)準(zhǔn)齒輪只能用于 minzz? 的場(chǎng)合，使傳動(dòng)系統(tǒng)體積、重量增 加。 （ 2） 一對(duì)互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，當(dāng)工作中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心局勢(shì)雖然可以保證以定傳動(dòng)比傳動(dòng)，但這樣一來(lái)齒側(cè)間隙增大，使傳動(dòng)發(fā)生沖擊；若工作中心距小于標(biāo)準(zhǔn)中心距，則兩齒輪無(wú)法安裝，所以漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪只能用于工作中心距等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場(chǎng)合。 （ 3） 一對(duì)互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，外齒輪齒根齒厚比內(nèi)齒輪齒厚薄，若兩輪材料相同，則外齒輪齒根彎曲強(qiáng)度低，易先破壞。 齒輪變位理論 考慮到漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的局限性，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，為了解決由局限性帶來(lái)的問題，改善傳動(dòng)性能，提高承載能力，采用變位齒輪傳動(dòng)。 圖 變位 齒輪加工原理 圖 變位齒輪 齒輪經(jīng)變位后，其齒形與標(biāo)準(zhǔn)齒輪同屬一條漸開線 ,但其應(yīng)用的區(qū)段卻不同。利用這一點(diǎn)，通過選擇變位系數(shù) x ，可以得到有利的漸開線區(qū)段，使齒輪傳動(dòng)性能得到改善。應(yīng)用變位齒輪可以避免根切，提高齒面的接觸強(qiáng)度和齒根的彎曲強(qiáng)度，提高齒面的抗膠合能力和耐磨損性能。 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 16 齒輪副設(shè)計(jì)基本參數(shù)及主要尺寸 在進(jìn)行漸開線內(nèi)嚙合齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，若參數(shù)選擇不合理，會(huì)使嚙合質(zhì)量差、漸開線齒輪易產(chǎn)生尖角及發(fā)生齒廓重迭干涉等問題，導(dǎo)致其效率低、 承載能力小和壽命短。 設(shè)計(jì)基本參數(shù) （ 1） 齒數(shù) 外齒輪齒數(shù) 131?z ，內(nèi)齒輪齒數(shù) 172?z ；由此可知齒數(shù)差 41317 ????z 。 （ 2）模數(shù) 給定模數(shù) 5?m mm， 參照漸開線齒輪關(guān)于模數(shù)的定義和計(jì)算公式，當(dāng)內(nèi)外齒輪的齒數(shù)確定之后，模數(shù)與中心距之間存在下列關(guān)系： zma ??2 (41) 式中： m —— 模數(shù) （ mm） ； a —— 中心距 （ mm） ； z? —— 齒數(shù)差 所以標(biāo)準(zhǔn)中心距 10245 ????a mm。 （ 3）齒寬 給定齒寬 20?B mm。 （ 4）齒頂高系數(shù) *ah =；頂隙系數(shù) *C = 。 齒輪副的幾何計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn) [1] P78102，已知原始齒形角 ??20? ，假設(shè)嚙合角為 39。? ，可得以下數(shù)據(jù)： （ 1） 分度圓直徑 根據(jù)公式 mzd? ，可得 651351 ???d mm； (42) 851752 ???d mm。 (43) （ 2） 外齒輪變位系數(shù) 1x 和內(nèi)齒輪變位系數(shù) 2x 因?yàn)樯冽X差內(nèi)齒輪副容易發(fā)生齒廓重迭干涉，所以可選擇適當(dāng)?shù)恼兾幌禂?shù)來(lái)減小外齒輪的齒頂厚度，增大內(nèi)齒輪的齒槽寬度，從齒厚方向消除齒廓重迭。 （ 3） 插齒中心分離系數(shù) 2c? 以及插齒刀和初切內(nèi)齒輪的切削嚙合角 2c? 內(nèi)齒輪是用插齒刀加工的，插齒刀齒數(shù)要比內(nèi)齒輪齒數(shù)少，故取插齒刀齒數(shù) 12?cz ，插齒刀變位系數(shù) 0?cx 。 陸燕 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 17 插制正變位內(nèi)齒輪時(shí)，在內(nèi)齒輪坯和插齒刀之間的中心距增大了 mc2? ， 2c? 為插齒中心分離系數(shù)，可由下式求得： 2c? )1c osc os(2212 ???czz ?? (44) 切削嚙合角 2c? 由下式求得： inv 2c? = inv ? + ?tan222cczz xx ?? (45) （ 4） 中心距與中心距分離系數(shù) 變位內(nèi)齒輪副中心距 a 與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪副中心距 0a 之差，用模數(shù)的 ? 倍數(shù)表示， ? 稱為中心距分離系數(shù)，即 )1c osc os(2 39。120 ????? ??? zzm aa (46) （ 5） 齒頂降低系數(shù) 正變位外齒輪用滾齒刀切制，正變位內(nèi)齒輪用插齒刀插制，它們的齒根高分別為 )( 1**1 xChmh af ??? (47) )( 2**2 caf Chmh ???? (48) 外齒輪和內(nèi)齒輪的齒根圓直徑分別為 111 2 ff hdd ?? (49) 222 2 ff hdd ?? (410) 外齒輪和內(nèi)齒輪的齒頂圓半徑分別為 mCarr fa *11 ??? (411) mCarr fa *12 ???