【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于一些要求快速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大排量是必需的。但普通齒輪泵排量的提高受到很多因素的限制。 （ 5） 變排量 齒輪泵的排量不可調(diào)節(jié)，限制了其使用范圍。為了改變齒 輪泵的排量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。有關(guān)齒輪泵變排量方面的專利已有很多，但真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的很少。 （ 6） 信息化、智能化控制 由于液壓比例技術(shù)的發(fā)展，在變量控制系統(tǒng)中采用比例或伺服閥，將電子控制和液壓變量控制完美地結(jié)合起來(lái)。隨著液壓和電子技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)的壓力、速度、方向都可以采用信息化、智能化控制。 本課題的研究?jī)?nèi)容和方法 本課題主要完成一個(gè)大流量?jī)?nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)，詳細(xì)到每一個(gè)零部件。目前內(nèi)嚙合齒輪泵有幾種不同的形式，從不同形式泵的性能優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、加 工工藝、經(jīng)濟(jì)型等方面考慮，設(shè)計(jì)出一個(gè)既滿足設(shè)計(jì)參數(shù)，又性能良好的內(nèi)嚙合齒輪泵。 設(shè)計(jì)時(shí)從漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵的排量開(kāi)始。內(nèi)嚙合齒輪泵的排量主要由一對(duì)嚙合的內(nèi)齒輪副決定，由排量的大小可以計(jì)算出一對(duì)內(nèi)齒輪副的基本參數(shù)。僅僅滿足排量要求的齒輪副有很多，我們要從齒輪的各種干涉、重合度、強(qiáng)度等方面考慮，選出既符合齒輪副的傳動(dòng)要求，又滿足齒輪泵排量要求的一對(duì)齒輪副。完成齒輪副的設(shè)計(jì)后，依次設(shè)計(jì)月牙板、浮動(dòng)側(cè)板、泵體、前后泵蓋、連接法蘭。其中浮動(dòng)側(cè)板是重點(diǎn)，浮動(dòng)側(cè)板可以軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向間隙的自動(dòng)補(bǔ)償。浮動(dòng)側(cè)板上的背壓室面積要比高壓室斷面面積稍大，一般取 倍，才能保證浮動(dòng)側(cè)板出于過(guò)平衡狀態(tài)。進(jìn)出油 孔的大小及位置要設(shè)置得當(dāng)，才能實(shí)現(xiàn)各自的功能。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮強(qiáng)度、密封等問(wèn)題。 9 2 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理 內(nèi)嚙合齒輪泵的分類 目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的內(nèi)嚙合齒輪泵主要有以下幾種 [11]： （ 1） GPA 泵美國(guó) VICKERS 公司產(chǎn)品，上海機(jī)床廠引進(jìn)其技術(shù)消化吸收后已形成大批量生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 圖 GPA 泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 GPA 泵的內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開(kāi)線齒形，齒數(shù)比 13:19。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用固定月牙板隔開(kāi)，無(wú)間隙補(bǔ)償，噪音低?？纱呻p聯(lián)泵使用。排量 ?，額定壓力 10MPa，轉(zhuǎn)速范圍 500?3000r/min。 （ 2） TCP泵 日本豐興株式會(huì)社產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 圖 TCP 泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 該泵內(nèi)轉(zhuǎn)子為短副等距外擺線，外轉(zhuǎn)子為圓弧曲線，齒數(shù)比為 9:11。內(nèi)外 10 齒輪間用固定月牙板隔開(kāi)，沒(méi)有間隙補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪音低。排量5?125ml/r，額定壓力 ，轉(zhuǎn)速范圍 600?4000r/min。 （ 3） IP泵 德國(guó) VOITH 公司和日本 NACHI 不二越公司都有該型號(hào)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 圖 IP 泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 內(nèi)外轉(zhuǎn)子均為修正漸開(kāi)線齒形，齒數(shù)比 13:20。內(nèi)外轉(zhuǎn)子間用活動(dòng)填隙片隔開(kāi)。按出口壓力分為低壓泵 IPN(12MPa)、中壓泵 IPR(21MPa)、高壓泵 IPH(32MPa)3個(gè) 系列。其中 IPH高壓泵齒圈外徑、齒圈、齒輪端面都有間隙補(bǔ)償。該泵機(jī)械效率、容積效率都比較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。與同一壓力等級(jí)的內(nèi)嚙合齒輪泵相比，該泵造價(jià)高，外形體積小，噪音較低。排量 ?125ml/r，轉(zhuǎn)速范圍300?4000r/min。 （ 4） QT 泵 瑞士 Turninger 公司產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 圖 QT 泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 外齒輪齒廓為直線 ， 內(nèi)齒圈齒廓為 與 直線共扼 的曲 線，齒數(shù)比 13:17。內(nèi)外 11 轉(zhuǎn)子間 用固定月牙板隔開(kāi)，間隙沒(méi)有補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，噪音較低。 QT 泵可由雙極、三級(jí)齒輪副串聯(lián)加壓，后者額定壓力可達(dá) 30MPa。 QT 泵也可以串成雙聯(lián)、三聯(lián)泵。按不同的壓力和排量組合成多大 1300 多種規(guī)格。在有特殊需要的地方可與變頻電機(jī)配套組成變量泵。 (5)QX 泵 該泵是瑞士 Turninger 公司在 QT 泵的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型產(chǎn)品。同 QT 泵一樣，外齒輪齒廓為直線，內(nèi)齒圈齒廓為直線 共軛 曲線，結(jié)構(gòu)與 QT泵大致相同，齒數(shù)比為 10:13。因?yàn)辇X數(shù)比 QT 泵少，與同樣排量的泵相比，齒輪齒根加寬，使承載能力提高，一級(jí)齒輪副即能承受 32MPa 的壓力。 QX 泵也可串成雙聯(lián)泵。 (6)擺線轉(zhuǎn)子泵 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 。 擺線轉(zhuǎn)子泵的外轉(zhuǎn)子在泵體內(nèi) 圖 擺線轉(zhuǎn)子泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 自由旋轉(zhuǎn)，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合必須有正確的偏心距。偏心距不正確將影響內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合，從而使效率下降，并產(chǎn)生噪聲，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損壞。對(duì)于擺線轉(zhuǎn)子泵，吸排油角度范圍大，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力的作用有利于油液在齒谷的充填，不會(huì)產(chǎn)生有害的“空穴”現(xiàn)象。擺線轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)速范圍可達(dá) 400?8000r/min。 由于漸開(kāi)線齒輪的加工工藝已經(jīng)很成熟，制造成本低，本課題采用了漸開(kāi)線齒形的內(nèi)嚙合齒輪泵。 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理 漸開(kāi)線齒形 內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。后泵蓋 前泵蓋 泵體 4 和前端蓋 9 用螺釘 1 緊固在一起?；瑒?dòng)軸承 10（兩個(gè)） 裝于泵體 4 和前泵蓋 8 的軸承孔內(nèi)，用來(lái)支承外齒小齒輪 12 的軸頸，內(nèi)齒 輪 6 直接 用 泵體 4 支承，兩齒輪的兩側(cè)面裝有 兩個(gè) 浮動(dòng)側(cè)板 5。小齒輪和內(nèi)齒環(huán)之間裝有 月牙板 7， 月牙 12 板由兩跟軸固定，這兩根軸穿過(guò)浮動(dòng)側(cè)板，兩端支撐在泵體 4 和前泵蓋 8 上 。浮動(dòng)側(cè)板 5 在背壓室油液的作用下貼在小齒 輪和內(nèi)齒環(huán)組成的高壓區(qū)端面，起到了自動(dòng)補(bǔ)償端面間隙的作用， 有利于提高泵的容積效率。 當(dāng)小齒輪 12 按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)內(nèi)齒 輪 6 在泵體內(nèi)同向旋轉(zhuǎn)，即小齒 輪與內(nèi)齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)。小齒輪的齒頂與內(nèi)齒輪 輪齒之間的間隙有效容 積逐 圖 漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1螺釘 2后泵蓋 3O 形密封圈 4泵體 5浮動(dòng)側(cè)板 6內(nèi)齒輪 7月牙板 8前泵蓋 9前端蓋 10滑動(dòng)軸承 11內(nèi)包骨架旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 12小齒輪軸 13鍵 漸變大，即齒間容積逐漸變大，形成真空狀態(tài)，油液在大氣壓力作用下進(jìn)在吸油腔 a，從而進(jìn)入吸油狀態(tài)，并將油液填滿泵的小齒輪與內(nèi)齒 輪 間的低壓腔 a； 這 13 時(shí)，因?yàn)樾↓X輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，小齒輪與內(nèi)齒 輪進(jìn)入嚙合的區(qū)域是由小齒輪內(nèi)齒輪 的嚙合 最淺處的位置上逐漸向相反的位置滑動(dòng)，即小齒輪的齒頂與內(nèi)齒輪 輪齒間的間隙由大逐漸變小，即齒間容積逐漸縮小，形成擠壓狀態(tài)，將油液排入泵的壓油腔 b， 并從內(nèi)齒輪 6 中沿著圓周布置的多個(gè)徑向小孔排擠出去，從而進(jìn)入排油狀態(tài)。隨著小齒輪的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，齒輪泵泵將重復(fù)上述的吸油、排油過(guò)程。 內(nèi)嚙合齒輪泵的性能特點(diǎn) 內(nèi)嚙合齒輪泵作為齒輪泵的重要組成部分，在實(shí)際當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它具有以下性能特點(diǎn) : （ 1） 流量、壓力的脈動(dòng)小。其流量脈動(dòng)系數(shù)在 2%?5%之間，而外內(nèi)嚙合齒輪泵的流量和壓力脈動(dòng)是很嚴(yán)重的。 （ 2）噪聲低。由于采用了滑動(dòng)軸承；無(wú)困油現(xiàn)象；吸油腔的進(jìn)口面積大，吸油充分，不會(huì)引起氣蝕現(xiàn)象；流量、壓力脈動(dòng)小，所以噪聲只有 50?60dB，而外內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲一般有 70?80dB。 （ 3）由于小齒輪和內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)向相同，齒間相對(duì)滑動(dòng)速度小，輪齒接觸應(yīng)力小，磨損小，因而壽命長(zhǎng)。 14 3 內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì) 內(nèi)嚙合齒輪副的設(shè)計(jì) 漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪副是內(nèi)嚙合齒輪中的核心部件，其參數(shù)如何及性能好壞直接決定了內(nèi)嚙合齒輪泵性能的優(yōu)劣。泵運(yùn)行時(shí)，就是依靠齒的嚙合引起容積的變化從而完成吸油、排油的過(guò)程。同時(shí)，這對(duì)齒輪副也是內(nèi)嚙合齒輪泵的主要摩擦副之一。 內(nèi)嚙合齒輪副正確嚙合及連續(xù)傳動(dòng)條件 一對(duì)漸開(kāi)線內(nèi)嚙合齒輪副要正確嚙合并連續(xù)傳動(dòng)，須滿足一下條件 [12]： ： 內(nèi)嚙合傳動(dòng)時(shí)正確嚙合條件和外嚙合時(shí)相同，要求兩齒輪的基圓齒距相 等，即 1 1 2 2co s co smm??? 式中， 1m 、 2m 分別為小 齒輪和內(nèi)齒輪的 模數(shù)， 1? 、 2? 分別為小齒輪和內(nèi)齒輪的分度圓壓力角。 連續(xù)傳動(dòng)條件，應(yīng)使重合度 a? 1，即 39。39。1 1 2 21 [ ( ta n ta n ) ( ta n ta n ) ] 12a a azz? ? ? ? ??? ? ? ? ? 式中， 39。? 為嚙合角， 1a? 、 2a? 分別為 小 齒輪和 內(nèi)齒輪的齒頂壓力角，其計(jì)算公式分別為： 111arccosbaarr? ? ， 222arccosbaarr? ?， 式中， 1br 、 2br 分別為 小 齒輪和內(nèi)齒輪的基圓半徑， 1ar 、 2ar 分別為 小 齒輪和內(nèi)齒（ ） （ ） （ ） （ ） 15 輪的齒頂圓半徑。 ，內(nèi)齒輪的齒頂圓必須大于基圓。否則，由于基圓內(nèi)沒(méi)有漸開(kāi)線，將造成齒頂部分有一段非漸開(kāi)線齒廓，這就不能保證正確嚙合傳動(dòng)。為此應(yīng)使 *2 21 cosahz ?? ? 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪，壓力角 020?? ，齒頂高系數(shù) *=1ah ，代入上式后得內(nèi)齒輪2z? 34。由此可知，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪時(shí)，其齒數(shù) 2z 不得小于 34. ，除了要求基圓齒距彼此相等。重合度大于 1外 ， 小 齒輪的基圓和內(nèi)齒輪的基圓必須相交。只有這樣才能做出嚙合線，保證嚙合角 39。 0?? 。即保證如下關(guān)系 39。2121 39。()2 ta nz z inv ??? ??? ? ? 式中， 21,??分別為 小 齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù)。 內(nèi)嚙合齒輪副的參數(shù)選擇及計(jì)算 內(nèi)嚙合齒輪泵的流量公式為 222 111 2 c o s[ 2 (1 ) (1 ) ]12v zq m n b z z ????? ? ? ? （ ） 式中， 1n 為泵的轉(zhuǎn)速， b 為齒寬， v? 為容積效率。 取 1n =1500r/min，齒寬系數(shù) d? =，即 b= ， 容積效率 v? =。 從公式中知，內(nèi)嚙合齒輪泵的排量與齒輪的模數(shù)、齒數(shù)有關(guān)。齒輪的模數(shù)只能從一系列標(biāo)注值中選取，而齒數(shù)必須是整數(shù)。因此，采用列舉法，在 matlab中編碼計(jì)算出符合條件的模數(shù)、齒數(shù)。 Matlab 代碼如下： p=。 for m=[1 2 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50] for z1=3:100 for z2=(z1+1):100 （ ） （ ） 16 L=z1*m^3*(2*z1+*(1z1/z2))。 if p*Lamp。amp。Lp*amp。amp。z2/z1=amp。amp。z2/z1=10amp。amp。z2=20 %篩選依據(jù) dlmwrite(39。D:\ 符 合 條 件 的 參 數(shù) .txt39。,[m z1 z2 L],39。append39。,39。newline39。,39。pc39。)。 end end end end %篩選依據(jù)： 10%? ； ：?10； 14116， z2=20。 運(yùn)行上述代碼，得到一系列滿足條件的模數(shù)、齒數(shù)。為了使減小泵的尺寸，選取了模數(shù)較大的一組數(shù)據(jù)： m=5, 1z =23, 2z =35 其中分度圓壓力角 20o?? ，齒頂高系數(shù) *ah =1，頂隙系數(shù) *c =，變位系數(shù)????。 齒輪基本參數(shù)的計(jì)算 ○ 1 嚙合角 由于內(nèi)小齒輪的變位系數(shù)相同，所以嚙合角等于分度圓壓力角，即 39。 20o???? ○ 2 實(shí)際中心距 由于內(nèi)外齒輪的變位系數(shù)相同，故實(shí)際中心距等于理論中心距，即 39。 21()2ma a z z? ? ?=30mm （ ） ○ 3 中心距變動(dòng)系數(shù) 實(shí)際中心距與理論中心距相等，所以中心距變動(dòng)系數(shù) y=0。 ○ 4 變位系數(shù)和 210? ? ?? ? ? ? 17 ○ 5 齒輪加工方法的選擇 內(nèi)齒輪：碗形直齒插齒刀（ GR7360），插齒刀的參數(shù)如下： 0d =100， m =5， 0z =20， 0? =， 0ad =， *0ah =， 2minz =29 小齒輪：滾刀加工 ○ 6 插內(nèi)齒輪時(shí)的嚙合角 39。 2 0 2022 0 22 ( ) t a nin v in v zz??? ? ???? ? （ ） 把相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上式得 39。02? = ○ 7 插內(nèi)齒輪時(shí)的中心距 39。0 2 2 0 2 39。02c o s()2 c o sma z z ???? = （ ） ○ 8 分度圓直徑 小齒輪分度圓直徑 11d mz? =115mm （ ） 內(nèi)齒輪分度圓直徑 22d mz? =175mm ○ 9 齒根圓直徑 小齒輪的齒根圓直徑 **1 1 12 ( )fad d m h c ?? ? ? ?= （ ） 內(nèi)齒輪的齒根圓直徑 39。2 02 022f