一種叉車用內(nèi)嚙合漸開線齒輪油泵噪聲問題分析與改進(jìn)

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引言

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，本研究的內(nèi)嚙合漸開線齒輪油泵主要用于叉車上，油泵總成主要由小齒輪(主動齒輪)、錠子、內(nèi)齒輪(被動齒輪)、泵體等零件組成。其總成安裝在叉車變矩器殼體上，錠子通過花鍵與變矩器導(dǎo)輪連接，內(nèi)嚙合漸開線齒輪油泵泵體為鑄件，鑄有高壓腔和低壓腔，小齒輪與變矩器泵輪相連接，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動，組成內(nèi)嚙合齒輪泵向系統(tǒng)供油。

1　內(nèi)嚙合齒輪油泵的工作原理和特點(diǎn)

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵主要結(jié)構(gòu)(見圖1及圖2)工作原理：兩個互相嚙合的漸開線齒輪小齒輪2、內(nèi)齒輪3和泵體1、錠子10，形成密封的高壓腔7和低壓腔6，使得齒輪泵工作時保證一定的容積效率。在內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵中，內(nèi)齒輪3和小齒輪2間有月牙板4形成高低壓腔的隔離，當(dāng)小齒輪2按箭頭方向轉(zhuǎn)動時，內(nèi)齒輪3與小齒輪2的轉(zhuǎn)動方向一致，當(dāng)齒輪開始脫開嚙合齒輪，低壓腔密封的部分漸漸開始擴(kuò)大產(chǎn)生真空，于是液壓油在大氣壓力的作用下從進(jìn)油口9進(jìn)入密閉的低壓腔6，充滿齒輪間隙。而內(nèi)齒輪3和小齒輪2嚙合的地方齒輪間空間漸漸減小，形成高壓腔7，同時液壓油從高壓出油口8被擠壓出來。

1.泵體　2.小齒輪(主動齒輪)　3.內(nèi)齒輪(從動齒輪)　4.月牙板 5.月牙板倒角區(qū)　6.低壓腔　7.高壓腔　8.出油口　9.進(jìn)油口

圖2　內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)圖

2　噪聲形成原因分析

社會對人們的工作環(huán)境和社會環(huán)境要求及人們環(huán)保意識越來越高。減低齒輪泵的噪聲成為人們努力的方向，因?yàn)檫^大的噪聲會給工作的人帶來聽力和身體上的傷害，同時會影響工作人員的情緒。

經(jīng)過研究和實(shí)踐，分析內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵產(chǎn)生噪聲及異響的原因主要如下。

2.1　機(jī)械噪聲

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵在運(yùn)行過程中產(chǎn)生機(jī)械噪聲的因素很多，主要由于結(jié)構(gòu)因素及加工精度和安裝精度原因。

(1) 結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)上齒頂未修圓，齒輪嚙合及脫開運(yùn)動不平滑。泵體月牙板兩端面未倒斜角，易發(fā)生小齒輪撞擊。錠子結(jié)構(gòu)不合格安裝后容易變形，影響端隙。小齒輪與月牙板徑向間隙不合適，負(fù)荷轉(zhuǎn)動時易刮擦月牙板側(cè)面；

(2) 制造精度齒輪齒面徑向跳動度大，運(yùn)動齒間撞擊。泵體及錠子與齒輪接觸部位粗糙度(部位見圖2～圖4)、小齒輪及內(nèi)齒輪表面粗糙度容易產(chǎn)生摩擦聲。小齒輪和內(nèi)齒輪中心距不合格，齒輪撞擊；

(3) 裝配因素小齒輪及內(nèi)齒輪與錠子、泵體端隙(軸向測隙)不合適產(chǎn)生干摩擦。裝配時齒輪孔毛刺及雜物未清除干凈，刮擦接觸面。裝配后錠子軸頸與泵體小齒輪孔同軸度差，小齒輪跑偏撞擊。變矩器驅(qū)動小齒輪的撥叉跳動大。這些都容易產(chǎn)生機(jī)械噪聲。見圖3、圖4。

圖3　泵體

圖4　錠子

2.2　液壓噪聲

(1) 結(jié)構(gòu)因素泵體卸荷槽設(shè)計不合適，齒輪困油。泵體油道不平滑產(chǎn)生液壓沖擊。吸油腔過小(低壓腔)，吸油不足。高壓腔油道過淺排油不及。都會產(chǎn)生液壓噪聲；

(2) 制造因素卸荷槽加工超差卸荷不徹底齒輪困油。泵體油道鑄造不平滑、鑄造油道過淺排油不及時等容易產(chǎn)生噪聲。

3　改進(jìn)方案

針對分析通過如下方案改進(jìn)內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵噪聲。

3.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計上改進(jìn)

齒輪設(shè)計上要求齒頂修緣處理(見圖5)，減少齒輪嚙合和脫開不平滑產(chǎn)生的噪聲。泵體月牙板兩端面增加倒斜角設(shè)計，防齒輪撞擊(見圖6)。通過有限元分析錠子產(chǎn)生變形部位，改進(jìn)錠子設(shè)計，減少錠子變形(圖7)。科學(xué)設(shè)計卸荷槽，防止困油。控制小齒輪齒頂徑，防止小齒輪撞擊和嚴(yán)重刮擦月牙板側(cè)面。擴(kuò)大吸油腔設(shè)計，油道采取平滑過渡，避免不平滑的陡彎、突粗、突細(xì)過渡產(chǎn)生渦流、射流沖擊噪聲(見圖8)。合適設(shè)計進(jìn)出油道深度，保證出油及時減少空穴產(chǎn)生噪聲。

圖5　齒頂修緣

圖6　月牙板兩側(cè)面倒斜角

圖7　錠子變形分析

圖8　油道及卸荷槽

3.2　工藝上保證加工精度

工藝上通過磨控制錠子內(nèi)端面及齒輪兩側(cè)面粗糙度在Ra0.8。

通過加工中心加工泵體齒輪孔及卸荷槽，控制小齒輪和內(nèi)齒輪中心距精度及卸荷槽位置精度，通過優(yōu)化工藝及刀具控制齒輪孔底面粗糙度在Ra1.6以下。

齒輪通過優(yōu)化工藝控制輪齒面徑向跳動在0.03 mm 以下。

3.3　裝配控制

裝配過程中通過專用檢具(見圖9)控制錠子與泵體裝配同軸度在0.05 mm以下。裝配時通過測量齒輪端面與錠子間隙，控制齒輪端隙在0.05～0.06 mm；控制小齒輪與月牙板在0.08～0.10 mm。

裝配前超聲波清洗及去除零部件各部毛刺及雜物，保證齒輪泵工作時齒輪及泵體和錠子端面不被拉傷。液壓油在線過濾，保證出廠性能試驗(yàn)用油清潔度，防止雜物拉傷齒輪泵。

圖9　專用檢具控制同軸度誤差

4　結(jié)論

通過上述措施的運(yùn)用，并對1.5 t叉車上使用的內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵進(jìn)行驗(yàn)證，單泵噪聲水平2650 r/min測試空載降低達(dá)73 dB，1.5 MPa噪聲水平降低到76.5 dB 以下。主機(jī)廠臺架試壓，變矩器總體空載噪聲水平降低到85 dB以下，負(fù)荷噪聲水平降低到89 dB，達(dá)到了設(shè)計要求。這說明上述措施對于控制內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵的噪聲是有效的，并經(jīng)過批量驗(yàn)證，上述措施能穩(wěn)定有效的控制內(nèi)嚙合齒輪泵的噪聲，達(dá)到主機(jī)廠出廠要求標(biāo)準(zhǔn)。

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