降低齿轮泵噪声的方法

鹤岗斯达机电设备制造有限责任公司 何伟宏

降低齿轮泵噪声的方法

鹤岗斯达机电设备制造有限责任公司 何伟宏

齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种，它自吸能力好，对油液的污染不敏感，工作可靠，制造容易，体积小，价格便宜，应用广泛。但是由于齿轮泵存在困油现象，不可避免地产生噪声和震动。本文，笔者通过分析齿轮泵困油现象和影响齿轮泵噪声的因素，找到了降低齿轮泵噪声的一般方法。

一、齿轮泵困油现象产生原因及解决措施

1.困油现象原因分析。目前，国内外市场上供应的齿轮泵多为啮合齿轮泵，齿轮齿形多为渐开线齿形。为了保证连续传动，其啮合系数一般大于1，见图1。个齿啮合时，就构成了封闭容腔（中斜线表示）由于两啮合齿相接触的部位到回转中心的半径不同，所以，在齿轮转动时，封闭容腔容积变化情况不同。在封闭初期，容积随齿轮的转动而减小；在封闭后期，容积随齿轮的转动而增加。容积变化如图2所示。

困油的可压缩性非常小，所以封闭容积即使变化不大的ΔV1，也能造成很高的压力，使齿轮泵轴上附加载荷周期性地急剧增加，引起高频震动，产生高噪声。在封闭后期，封闭容积增大时会造成局部真空，出现气穴现象，使溶解于油液中的气体大量溢出，在泵的高低压过度区域产生气蚀破坏。所以必须消除齿轮泵工作时产生的困油现象。

2.困油现象解决措施。 消除的方法就是在齿轮贴合的轴套工作面上开设泄荷槽（泄油槽），泄荷槽常见类型有以下几种。

（1）对称型泄荷槽。采用这种对称型泄荷槽，优点是形状简单，容易制造，基本上能满足使用要求；缺点是泄油不通畅，转速高时，困油造成的周期性的附加高压不能全部消除。这种泄荷槽加大了泄油通道，所以能做到高转速下泄油通畅，不会因油产生高压和气穴现象。再加上其他措施，使这种泵的噪声达到低于75dB的水平，在同类泵中处于领先地位。

（2）不对称卸荷槽。这种卸荷槽明显偏置低压侧，如图3所示。这种泄荷槽泄油通畅，制造容易，适合高转速齿轮泵。再加上其他措施，可获得较低噪声。

（3）特殊形状的泄荷槽。其形状如图4所示。采用这种泄荷槽对防止气穴发生和降低噪声效果明显。

二、齿轮精度对噪声的影响

随着齿轮泵向高速、高压、低噪声方向发展，研究齿轮精度和噪声的关系问题具有重要的现实意义。

为了进一步证实齿轮精度（特别是齿轮工作平稳性精度）对降低齿轮泵噪声所起的重要作用，我们从批量生产的齿轮中挑选精度高的、中等的、特别低的三种，分别装泵做实验（其他条件相同），其结果是齿轮泵的噪声随齿轮精度（特别是平稳性精度）降低明显加大。当然不合理地提高齿轮精度也是不可取的。从实验数据看出，当转速到3 000rpm，压力到300bar，齿轮精度提高到6级还是有必要的，否则，尽管齿数增多，困油解决，噪声还是降不下来。这是因为如果周节或基节制造得不准确，瞬时传动比不是常数，齿轮每转一周就会出现多次重复的转速波动，特别在高速运转中会引起高频震动、冲击，从而产生高的噪声。为了要降低齿轮噪声就要把这种转速波动限制在某个规定的范围，这就是为什么要对高速、高压齿轮泵的齿轮提出较高精度要求的原因。

三、噪声与齿数的关系

因齿轮泵输出液体的瞬时流量是脉动的，这种流量脉动通过连接件和管道引起周围的空气以同样的周期振动，产生一定频率，振幅的声波传入人的耳朵，这就形成了噪声。

噪声的高低是由声音的响度L决定的。它与声强I和人可能感到的最小声强 I0之比的对数成正比，即L=10lg I /I0，单位是dB。而声强是由传播的声波在单位时间内经垂直于声波传播方向的单位面积所带移的能量来决定的。而单位面积上所带移的能量可由伍莫夫矢量u=εV确定，式中ε表示波场中平均能密度发，它与声波的振幅平方成正比，声波振幅随齿轮泵工作压力增大而增大，随流量脉动率δ增大而增大。流量脉动率δ可表示如下。

式中，Vth为理论排量，tn为基节，tn=Rg，Rg为基圆半径，Qt为单转瞬时流量，Z为齿数，b为齿宽，m为齿轮模数。

由以上公式看出，δ与齿数Z的平方成反比。所以其他条件相同时，齿数增加，脉动率δ减小，声波的振幅也跟着减小，故能密度ε减小，因而单位面积上所带移的能量也就减小了，声强也就相应地减小了，所以噪声也就减小了。

现在在齿轮泵的设计中多采用减少齿轮模数、增加齿轮齿数（一般增加到12个），增大齿高系数（超过1），设置新型泄荷槽等措施，向现代市场提供高转速、高压力、低噪声的新型齿轮泵。

综上所述，要想降低齿轮泵的噪声必须进行多方面的研究，在考虑困油的同时，还要考虑适当提高齿轮精度，特别是工作平稳性精度和增加齿数等措施，这样才能得到满意的效果。