齿轮泵噪声的机理分析与控制

陈银平

摘  要：该文主要详细分析并研究了外啮合齿轮泵噪声产生的原因机理，主要是齿轮泵流量脉动引起的噪声、困油现象引起冲击造成的噪声和齿轮制造和安装误差所引起的噪声。该文将就这些噪声产生的机理提出解决方法。

关键词：齿轮泵;噪声;机理分析;控制措施

中图分类号：TH325            文献标志码：A

齿轮泵是为液压系统提供的具有流量和压力的液体，它是能够将机械能转化为液压能的一种装置，是液压系统中很重要的一部分。液压系统在工作中的稳定性和可靠性主要取决于液压泵的性能，目前使用的液压泵普遍存在着噪声振动过大的现象，这种现象在使用中会严重影响液压泵的稳定性和使用寿命等。随着科学技术的飞速发展，机械制造业对于齿轮泵的需求也越来越高，在工作中要求齿轮泵容积效率和总效率提升的同时还要降低齿轮泵的噪声。为了降低齿轮泵的噪声，该文将就噪声产生的机理来进行分析，并且制定一些可能性的降低杂音减少震动的方案。

1 齿轮泵噪声机理分析（齿轮泵产生噪声的主要原因）

1.1 泵流量脉动引起噪声，这是造成泵振动的动力源

流量脉动是液压泵本身的特征，压油腔和吸油腔的体积在液压泵工作的时候都会进行一种周期性的变化，同样会发生周期性变化的还有输出所产生的流量，这种周期变化会引发油液的压力脉动，进而引起液体震动而产生噪声。液压泵的流量、转速、齿数、叶片数和柱塞数都会影响到脉动的频率和幅度。而且，目前使用的液压泵一般制造的质量较低，这种质量问题有时也会造成压力脉动和噪声等问题。

1.2 困油现象产生的噪声

齿轮泵的重叠系数一般都略大于1，这主要是为了保证在前一对齿轮还尚未离开啮合之前，后面一对齿轮就已经进入啮合，这主要是为了保证齿轮在工作运转之时齿轮泵的容积效率能够使其平稳地运转啮合。两对齿轮在啮合的同时，吸、排油腔和两对齿轮之间的油液均不相通，因此这便会形成一个比较封闭的容積。“困油现象”形成的原因主要是，当齿轮转动之时封闭容积会产生变化，会使齿轮之间液体受到压力而压缩膨胀，封闭容积中的液体的压力忽然变化。闭死面积突然减小时，由于液体很难压缩，所以受困油液的压力也会急剧增加，导致油液发热，进而促使机件受激震动导致困油噪声的产生。然而在困油面积增加的时候会形成真空，从而使液体中的气体折出形成气泡，从而产生“气蚀”现象。这种规律性的影响会给液压泵的各种部件造成很大的冲击力，产生噪声。

1.3 气穴和气蚀产生噪声

有一些空气会混入液压油当中，导致当油液压力降低到某一特定数值之时，空气便会在油中形成气泡，倘若油液压力持续下降直到小于空气分离压之后，空气便会从油液当中分离出来，形成数量众多的气泡。气泡随着油液流动，当到达油压较高的地方，气泡又会回到油液当中使体积降低。倘若油压持续增高，之前所产生的气泡全部破裂所产生的高压冲击力可以高达数百大气压，这便会导致爆炸性的噪声。

1.4 齿轮啮合冲击噪声

齿轮在啮合时最先进入啮合的齿会产生弹性形变，后一对齿接着进入时，前一对齿会因为压力负荷忽然降低而恢复到原状，这个同时会给齿轮一个切向的加速度，这便会导致齿轮不能随着齿廓有序的运转从而引发碰撞，进而产生噪声。齿形误差和周节误差等因素会影响噪声的大小。

1.5 齿轮啮合记过节点的脉动冲击噪声（齿轮固有噪声）

在齿轮经过节点处时，啮合面会因为产生相对摩擦导致摩擦力方向发生一定的变化，进而在节点上产生一定的冲击力，产生噪声。齿轮的表面越粗糙，齿轮转动的转速越高，齿轮接触面也会越粗糙，节点处的脉冲就会越高，噪声也会越大。在齿轮的制造过程中没有出现误差也会产生噪声影响，所以这也叫作齿轮的固有噪声。

2 噪声的控制

2.1 流量脉动引起的噪声的控制

对于流量脉冲，只能尽可能地降低脉冲冲击对于噪声的影响，因为流量脉冲并不能够完全消除殆尽。倘若增加齿轮泵中的齿轮数量，那么脉动率也会有所降低，而在齿轮数量不变的情况下，外啮合齿轮泵的脉动率相较之于内啮合齿轮泵而言要大很多。所以可以得出一个结论，选择齿轮泵时，要选择齿轮数量较多的齿轮泵或者是选择内啮合齿轮泵，这样可以有效地降低脉冲所造成的影响，进而降低脉冲冲击产生的噪声影响。

2.2 困油噪声的控制

在齿轮泵的两侧端盖上面开卸荷槽可以有效地解决困油现象所产生的噪声。其主要的原理是，困油的容积忽然变大的时候，所开卸的两侧的荷槽可以与高压腔相通防止液体之间的压力忽然增加，而当困油容积变小的时候，荷槽可以帮助其和吸油腔连通，可以及时吸入油液，防止产生困油现象而导致气蚀，有效控制噪声的产生。

2.3 气穴与气蚀产生噪声的控制

控制降低噪声应该保证油液容易被吸进。为了防止“空穴”现象的产生应该尽可能地降低液压泵的吸油阻力 ，而且还要保证尽量不让空气融入油液当中，倘若吸油的阻力越大，就越容易引起气蚀从而出现噪声现象，所以，要求吸油阻力必须低于1/4倍的制造液压泵的工厂所提出的饱和蒸气压力数值，只有这样才能够尽可能地降低噪声的影响。

2.4 齿轮运转产生的噪声的控制

由于考虑到生产加工的难易程度，所以，目前的齿轮泵中一般采用的都是直齿圆柱齿轮，但是这种齿轮在啮合或者分离的过程中所接触的线条是一种与轴线相平行的直线，由于这种直线并没有可以缓冲的余地，所以，在运转过程中，很容易因为冲击震动而产生巨大的噪声影响，直齿轮在工作中会形成的巨大的困油容积也会加重噪声现象的影响。为了降低噪声影响，可以对齿轮的外形进行改进，保证在齿轮运转之时可以降低啮合冲击力，保证传动平稳，这样一来运转中所产生的波动和振动会降低，进而降低噪声。最近几年出现了一种新型的齿轮形状便是双模数非对称渐开线圆弧齿廓，这种齿轮形状提高了传动平稳性，降低了噪声的影响。

2.5 添加辅助条件，降低噪声影响

添加辅助的措施也可以有效地降低噪声影响，可以安装一块阻尼材料AL-Zn合金拥挤齿轮泵和底盘之间，因为这种阻尼材料的合金内部会存在一定的可动空间，所以，当噪声产生之后作用到它上面时， 合金的内部会产生摩擦力，从而产生震动滞后损耗效应，振动所产生的能量会因为转化成势能而消耗掉，从而大大地降低噪声。

3 结语

齿轮泵在工作时所产生的巨大噪声对于环境的影响非常巨大，所以，一定要对这件事情高度重视，噪声产生的原因途径都很复杂，所以，想要完全消除掉噪声对环境的危害基本是不可能的，目前能做到的只有尽最大可能地降低噪声的影响，首先要做到的就是要正确面对齿轮泵产生噪声的主要途径是什么，并制定相应的措施进行改进，降低噪声。

参考文献

[1]李岚，马云.齿轮泵噪声的机组分析与控制[J].组合机床与自动化加工技术，2016（11）：66-69.

[2]吕正农，刘杰.外啮合齿轮泵产生噪声的机理及解决办法[J].机械管理开发，2017（6）：126-127.

[3]吕正农，刘杰.外啮合齿轮泵产生噪声的原因及解决方法[J].流动传动与控制，2017（5）：47-48.

[4]杨元模，吴霞，刘朝晖.外啮合齿轮泵产生噪声的原因探究及解决方法[J].南昌航空工业学院学报（自然科学版），2018（12）：73-76.

[5]高彦军，谷立臣，焦龙飞.基于油液特征模型的外啮合齿轮泵数值仿真分析[J].机械设计与制造，2017（8）：209-212.