D01:10.133741.is9m1001053x.2007.s2.089 第29卷增刊2 北京科技大学学报 Vol.29 SuppL 2 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 外啮合非对称齿轮泵优势分析 李威王成兵王小群 北京科技大学机械工程学院.北京100083 摘要研究了新型非对称双压力角齿轮泵.得出非对称齿轮利用工作侧压力角的增大或齿数的增加能提高流量的同时可 有效减小脉动系数的结论.同时工作侧压力角的增大，最小油膜厚度和油膜比厚显著增大，对改善齿面润滑极为有利，并用 Ma tlab软件进行了仿真验证，为进一步推广非对称齿轮泵的应用提供了理论依据. 关键词非对称齿轮泵：工作原理：流量脉动：润滑性能 分类号TH137.51 齿轮泵的结构和工艺在各类液压泵中最简单， 共振时，发出很强的噪声，对泵会产生破坏性的影 并在价格、可靠性、寿命、抗污染以及自吸能力等方 响. 面都有很强的优势，因此在液压传动与控制技术中， 对非对称外啮合齿轮的瞬态流量进行分析，如 齿轮泵的应用占很大的比重.但齿轮泵也有不少缺 图1所示，当主动轮1在d1时间内转过dP1角时， 点，对称齿轮泵主要是流量脉动较大，齿面磨损严 从动轮2转过d92,根据齿轮啮合基本定律，节圆上 重，动态性能差，噪声较大，排量不可变等问题刂. 速度相等的条件来决定，即： 其中流量脉动和齿面磨损问题显得尤其突出，它严 w1R1=w2R2→w2R2d1=w1R1d1→d9= 重制约着齿轮泵的应用.另外齿轮做为齿轮泵的核 R1d91/R2 (1) 心元件，主要的失效形式为齿轮工作侧的磨损，在润 式中，w1、2为齿轮1、2的角速度；R1、R2为齿轮 滑良好的闭式齿轮传动中，齿面的滑动系数是反映 1、2的节圆半径. 齿轮磨损程度的重要指标.非对称齿轮左右两侧的 压力角和模数不同.工作侧的压力角大非工 作侧压力角小4.通过非对称齿轮泵的流量及脉动 系数以及工作侧滑动系数与对称齿轮泵的比较，说 明非对称齿轮泵可有效解决流量脉动和齿面磨损以 及润滑问题. 1非对称齿轮泵瞬态流量分析 齿轮泵的平均流量定义为单位时间内的排液体 积即Q=V/t.瞬态流量即某一瞬时的排液体积 或当t→0时的排液体积，即Q=dV1dt.由于液压 泵是液压系统的动力源液压泵的瞬态流量特性对 液压系统的工作质量有着决定性影响.液压泵的瞬 态流量为常量(Q=dV/dt=const)是理想的，实际 上液压泵的瞬态流量在理论上都不是均匀的，如果 泵的瞬态流量脉动大不仅会使液压缸运动的平稳 性、液压马达转速的均匀性变差，而且会引起压力脉 (b) 动，进而使管道、阀门乃至整个系统振动，特别是在 图1非对称齿轮啮合与三角关系图 收稿日期：2007-10-15 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N0.50575021) 此时，齿轮1位于压油腔的齿面所扫过的体积 作者简介：李威(1967-)，男，教授 dV!根据扫面积原理可知应该等于R和Re转过外啮合非对称齿轮泵优势分析 李 威 王成兵 王小群 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 研究了新型非对称双压力角齿轮泵, 得出非对称齿轮利用工作侧压力角的增大或齿数的增加能提高流量的同时可 有效减小脉动系数的结论.同时工作侧压力角的增大, 最小油膜厚度和油膜比厚显著增大, 对改善齿面润滑极为有利, 并用 Ma tlab 软件进行了仿真验证, 为进一步推广非对称齿轮泵的应用提供了理论依据. 关键词 非对称齿轮泵;工作原理;流量脉动;润滑性能 分类号 TH 137.51 收稿日期:2007-10-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No .50575021) 作者简介:李 威( 1967—) , 男, 教授 齿轮泵的结构和工艺在各类液压泵中最简单, 并在价格 、可靠性、寿命、抗污染以及自吸能力等方 面都有很强的优势, 因此在液压传动与控制技术中, 齿轮泵的应用占很大的比重.但齿轮泵也有不少缺 点, 对称齿轮泵主要是流量脉动较大, 齿面磨损严 重, 动态性能差, 噪声较大, 排量不可变等问题[ 1] . 其中流量脉动和齿面磨损问题显得尤其突出, 它严 重制约着齿轮泵的应用.另外齿轮做为齿轮泵的核 心元件, 主要的失效形式为齿轮工作侧的磨损, 在润 滑良好的闭式齿轮传动中, 齿面的滑动系数是反映 齿轮磨损程度的重要指标 .非对称齿轮左右两侧的 压力角和模数不同[ 2-3] .工作侧的压力角大, 非工 作侧压力角小[ 4] .通过非对称齿轮泵的流量及脉动 系数以及工作侧滑动系数与对称齿轮泵的比较, 说 明非对称齿轮泵可有效解决流量脉动和齿面磨损以 及润滑问题. 1 非对称齿轮泵瞬态流量分析 齿轮泵的平均流量定义为单位时间内的排液体 积, 即 Q =V/ t .瞬态流量即某一瞬时的排液体积 或当 t ※0 时的排液体积, 即 Q =d V/d t .由于液压 泵是液压系统的动力源, 液压泵的瞬态流量特性对 液压系统的工作质量有着决定性影响.液压泵的瞬 态流量为常量( Q =d V/d t =const) 是理想的, 实际 上液压泵的瞬态流量在理论上都不是均匀的 .如果 泵的瞬态流量脉动大, 不仅会使液压缸运动的平稳 性、液压马达转速的均匀性变差, 而且会引起压力脉 动, 进而使管道、阀门乃至整个系统振动, 特别是在 共振时, 发出很强的噪声, 对泵会产生破坏性的影 响 . 对非对称外啮合齿轮的瞬态流量进行分析, 如 图 1 所示, 当主动轮 1 在 dt 时间内转过 d φ1 角时, 从动轮 2 转过 d φ2, 根据齿轮啮合基本定律, 节圆上 速度相等的条件来决定, 即 : ω1R 1 =ω2R 2 ※ω2R 2dt =ω1R 1dt ※d φ2 = R1d φ1/ R 2 ( 1) 式中, ω1 、ω2 为齿轮 1 、2 的角速度;R 1 、R 2 为齿轮 1 、2 的节圆半径 . 图 1 非对称齿轮啮合与三角关系图 此时, 齿轮 1 位于压油腔的齿面所扫过的体积 d V 1 根据扫面积原理可知应该等于 R a1和 R c1转过 第 29 卷 增刊 2 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 Suppl.2 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.s2.089