齒輪泵噪聲的機(jī)理分析與控制

陳銀平

摘? 要：該文主要詳細(xì)分析并研究了外嚙合齒輪泵噪聲產(chǎn)生的原因機(jī)理，主要是齒輪泵流量脈動(dòng)引起的噪聲、困油現(xiàn)象引起沖擊造成的噪聲和齒輪制造和安裝誤差所引起的噪聲。該文將就這些噪聲產(chǎn)生的機(jī)理提出解決方法。

關(guān)鍵詞：齒輪泵;噪聲;機(jī)理分析;控制措施

中圖分類號(hào)：TH325? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

齒輪泵是為液壓系統(tǒng)提供的具有流量和壓力的液體，它是能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能的一種裝置，是液壓系統(tǒng)中很重要的一部分。液壓系統(tǒng)在工作中的穩(wěn)定性和可靠性主要取決于液壓泵的性能，目前使用的液壓泵普遍存在著噪聲振動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在使用中會(huì)嚴(yán)重影響液壓泵的穩(wěn)定性和使用壽命等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)對(duì)于齒輪泵的需求也越來(lái)越高，在工作中要求齒輪泵容積效率和總效率提升的同時(shí)還要降低齒輪泵的噪聲。為了降低齒輪泵的噪聲，該文將就噪聲產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)進(jìn)行分析，并且制定一些可能性的降低雜音減少震動(dòng)的方案。

1 齒輪泵噪聲機(jī)理分析（齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要原因）

1.1 泵流量脈動(dòng)引起噪聲，這是造成泵振動(dòng)的動(dòng)力源

流量脈動(dòng)是液壓泵本身的特征，壓油腔和吸油腔的體積在液壓泵工作的時(shí)候都會(huì)進(jìn)行一種周期性的變化，同樣會(huì)發(fā)生周期性變化的還有輸出所產(chǎn)生的流量，這種周期變化會(huì)引發(fā)油液的壓力脈動(dòng)，進(jìn)而引起液體震動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。液壓泵的流量、轉(zhuǎn)速、齒數(shù)、葉片數(shù)和柱塞數(shù)都會(huì)影響到脈動(dòng)的頻率和幅度。而且，目前使用的液壓泵一般制造的質(zhì)量較低，這種質(zhì)量問(wèn)題有時(shí)也會(huì)造成壓力脈動(dòng)和噪聲等問(wèn)題。

1.2 困油現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲

齒輪泵的重疊系數(shù)一般都略大于1，這主要是為了保證在前一對(duì)齒輪還尚未離開嚙合之前，后面一對(duì)齒輪就已經(jīng)進(jìn)入嚙合，這主要是為了保證齒輪在工作運(yùn)轉(zhuǎn)之時(shí)齒輪泵的容積效率能夠使其平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)嚙合。兩對(duì)齒輪在嚙合的同時(shí)，吸、排油腔和兩對(duì)齒輪之間的油液均不相通，因此這便會(huì)形成一個(gè)比較封閉的容積?！袄в同F(xiàn)象”形成的原因主要是，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)封閉容積會(huì)產(chǎn)生變化，會(huì)使齒輪之間液體受到壓力而壓縮膨脹，封閉容積中的液體的壓力忽然變化。閉死面積突然減小時(shí)，由于液體很難壓縮，所以受困油液的壓力也會(huì)急劇增加，導(dǎo)致油液發(fā)熱，進(jìn)而促使機(jī)件受激震動(dòng)導(dǎo)致困油噪聲的產(chǎn)生。然而在困油面積增加的時(shí)候會(huì)形成真空，從而使液體中的氣體折出形成氣泡，從而產(chǎn)生“氣蝕”現(xiàn)象。這種規(guī)律性的影響會(huì)給液壓泵的各種部件造成很大的沖擊力，產(chǎn)生噪聲。

1.3 氣穴和氣蝕產(chǎn)生噪聲

有一些空氣會(huì)混入液壓油當(dāng)中，導(dǎo)致當(dāng)油液壓力降低到某一特定數(shù)值之時(shí)，空氣便會(huì)在油中形成氣泡，倘若油液壓力持續(xù)下降直到小于空氣分離壓之后，空氣便會(huì)從油液當(dāng)中分離出來(lái)，形成數(shù)量眾多的氣泡。氣泡隨著油液流動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)油壓較高的地方，氣泡又會(huì)回到油液當(dāng)中使體積降低。倘若油壓持續(xù)增高，之前所產(chǎn)生的氣泡全部破裂所產(chǎn)生的高壓沖擊力可以高達(dá)數(shù)百大氣壓，這便會(huì)導(dǎo)致爆炸性的噪聲。

1.4 齒輪嚙合沖擊噪聲

齒輪在嚙合時(shí)最先進(jìn)入嚙合的齒會(huì)產(chǎn)生彈性形變，后一對(duì)齒接著進(jìn)入時(shí)，前一對(duì)齒會(huì)因?yàn)閴毫ω?fù)荷忽然降低而恢復(fù)到原狀，這個(gè)同時(shí)會(huì)給齒輪一個(gè)切向的加速度，這便會(huì)導(dǎo)致齒輪不能隨著齒廓有序的運(yùn)轉(zhuǎn)從而引發(fā)碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。齒形誤差和周節(jié)誤差等因素會(huì)影響噪聲的大小。

1.5 齒輪嚙合記過(guò)節(jié)點(diǎn)的脈動(dòng)沖擊噪聲（齒輪固有噪聲）

在齒輪經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)處時(shí)，嚙合面會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生相對(duì)摩擦導(dǎo)致摩擦力方向發(fā)生一定的變化，進(jìn)而在節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生一定的沖擊力，產(chǎn)生噪聲。齒輪的表面越粗糙，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速越高，齒輪接觸面也會(huì)越粗糙，節(jié)點(diǎn)處的脈沖就會(huì)越高，噪聲也會(huì)越大。在齒輪的制造過(guò)程中沒有出現(xiàn)誤差也會(huì)產(chǎn)生噪聲影響，所以這也叫作齒輪的固有噪聲。

2 噪聲的控制

2.1 流量脈動(dòng)引起的噪聲的控制

對(duì)于流量脈沖，只能盡可能地降低脈沖沖擊對(duì)于噪聲的影響，因?yàn)榱髁棵}沖并不能夠完全消除殆盡。倘若增加齒輪泵中的齒輪數(shù)量，那么脈動(dòng)率也會(huì)有所降低，而在齒輪數(shù)量不變的情況下，外嚙合齒輪泵的脈動(dòng)率相較之于內(nèi)嚙合齒輪泵而言要大很多。所以可以得出一個(gè)結(jié)論，選擇齒輪泵時(shí)，要選擇齒輪數(shù)量較多的齒輪泵或者是選擇內(nèi)嚙合齒輪泵，這樣可以有效地降低脈沖所造成的影響，進(jìn)而降低脈沖沖擊產(chǎn)生的噪聲影響。

2.2 困油噪聲的控制

在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上面開卸荷槽可以有效地解決困油現(xiàn)象所產(chǎn)生的噪聲。其主要的原理是，困油的容積忽然變大的時(shí)候，所開卸的兩側(cè)的荷槽可以與高壓腔相通防止液體之間的壓力忽然增加，而當(dāng)困油容積變小的時(shí)候，荷槽可以幫助其和吸油腔連通，可以及時(shí)吸入油液，防止產(chǎn)生困油現(xiàn)象而導(dǎo)致氣蝕，有效控制噪聲的產(chǎn)生。

2.3 氣穴與氣蝕產(chǎn)生噪聲的控制

控制降低噪聲應(yīng)該保證油液容易被吸進(jìn)。為了防止“空穴”現(xiàn)象的產(chǎn)生應(yīng)該盡可能地降低液壓泵的吸油阻力 ，而且還要保證盡量不讓空氣融入油液當(dāng)中，倘若吸油的阻力越大，就越容易引起氣蝕從而出現(xiàn)噪聲現(xiàn)象，所以，要求吸油阻力必須低于1/4倍的制造液壓泵的工廠所提出的飽和蒸氣壓力數(shù)值，只有這樣才能夠盡可能地降低噪聲的影響。

2.4 齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲的控制

由于考慮到生產(chǎn)加工的難易程度，所以，目前的齒輪泵中一般采用的都是直齒圓柱齒輪，但是這種齒輪在嚙合或者分離的過(guò)程中所接觸的線條是一種與軸線相平行的直線，由于這種直線并沒有可以緩沖的余地，所以，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，很容易因?yàn)闆_擊震動(dòng)而產(chǎn)生巨大的噪聲影響，直齒輪在工作中會(huì)形成的巨大的困油容積也會(huì)加重噪聲現(xiàn)象的影響。為了降低噪聲影響，可以對(duì)齒輪的外形進(jìn)行改進(jìn)，保證在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)之時(shí)可以降低嚙合沖擊力，保證傳動(dòng)平穩(wěn)，這樣一來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的波動(dòng)和振動(dòng)會(huì)降低，進(jìn)而降低噪聲。最近幾年出現(xiàn)了一種新型的齒輪形狀便是雙模數(shù)非對(duì)稱漸開線圓弧齒廓，這種齒輪形狀提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，降低了噪聲的影響。

2.5 添加輔助條件，降低噪聲影響

添加輔助的措施也可以有效地降低噪聲影響，可以安裝一塊阻尼材料AL-Zn合金擁擠齒輪泵和底盤之間，因?yàn)檫@種阻尼材料的合金內(nèi)部會(huì)存在一定的可動(dòng)空間，所以，當(dāng)噪聲產(chǎn)生之后作用到它上面時(shí)， 合金的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生摩擦力，從而產(chǎn)生震動(dòng)滯后損耗效應(yīng)，振動(dòng)所產(chǎn)生的能量會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)化成勢(shì)能而消耗掉，從而大大地降低噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)

齒輪泵在工作時(shí)所產(chǎn)生的巨大噪聲對(duì)于環(huán)境的影響非常巨大，所以，一定要對(duì)這件事情高度重視，噪聲產(chǎn)生的原因途徑都很復(fù)雜，所以，想要完全消除掉噪聲對(duì)環(huán)境的危害基本是不可能的，目前能做到的只有盡最大可能地降低噪聲的影響，首先要做到的就是要正確面對(duì)齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要途徑是什么，并制定相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)，降低噪聲。

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