CBY2型外嚙合齒輪泵噪聲成因分析及降噪方法

鄧 陶，曹 偉（.四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，四川 廣元 68000；.四川長江液壓件廠 設(shè)計部，四川 瀘州 646000）

CBY2型外嚙合齒輪泵噪聲成因分析及降噪方法

鄧 陶1，曹 偉2
（1.四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，四川 廣元 628000；2.四川長江液壓件廠 設(shè)計部，四川 瀘州 646000）

齒輪泵的工作噪聲會對操作人員身心帶來一定的影響。本文以CBY2型外嚙合齒輪泵為例，分析產(chǎn)生噪聲的原因，根據(jù)產(chǎn)生噪聲的不同機(jī)理更改齒輪泵各零件結(jié)構(gòu)，降低工作噪聲，改善工作環(huán)境。

外嚙合齒輪泵；噪聲；氣蝕；困油；CBY2

某公司的CBY2型齒輪泵為其拳頭產(chǎn)品，近年因噪聲等原因市場份額受到較大影響。引起齒輪泵噪聲的原因很多，如流量和壓力脈動性大導(dǎo)致噪聲較大，此外困油、齒輪制造和安裝誤差等因素均可造成振動和噪聲。

1 外嚙合齒輪泵工作原理

圖1 齒輪泵工作原理示意圖

齒輪泵工作原理如圖1所示，主動齒輪按圖示方向逆時針高速旋轉(zhuǎn)，將右側(cè)吸油腔的液壓油沿齒輪的外緣帶到左側(cè)的高壓油腔。在齒輪嚙合區(qū)，隨著齒輪的相互嚙合，密閉空間減小，將齒間的液壓油強行擠出，使壓油腔油液壓力升高，經(jīng)出油口輸出至液壓系統(tǒng)。而右側(cè)吸油腔，齒間油液擠出后形成局部真空，油箱的油液在大氣壓下經(jīng)進(jìn)油管道進(jìn)入吸油腔，循環(huán)反復(fù)，不斷地吸油壓油，使齒輪泵不斷提供高壓油給液壓系統(tǒng)。

2 外嚙合齒輪泵噪聲成因分析

（1）壓力脈動和流量脈動產(chǎn)生噪聲。液壓泵的流量脈動是泵的固有特性。泵在工作時，不管是吸油腔還是壓油腔的體積都會產(chǎn)生周期性的變化，泵的流量也將發(fā)生周期性變化，引起油液的壓力脈動，從而產(chǎn)生液體的振動和噪聲。

（2）氣穴與氣蝕產(chǎn)生的噪聲。齒輪泵的自吸性能差，吸油腔補油不足或油液中混入空氣，當(dāng)油液的壓力降低到某一定值時，混在油中的微小氣體由于外壓降低而體積膨脹，形成一定體積的氣泡。如果空氣進(jìn)一步降到空氣分離壓以下時，溶解在油液里的空氣就會分離出來，產(chǎn)生許多氣泡。當(dāng)氣泡隨油液流到壓力較高的部分時，氣泡被壓縮而導(dǎo)致體積減小，此時，在氣泡內(nèi)積蓄了一定能量，當(dāng)壓力增高到某一個數(shù)值時，氣泡被壓破裂，產(chǎn)生局部高壓沖擊，其沖擊力可以達(dá)到數(shù)百大氣壓，從而產(chǎn)生爆炸性的噪聲，這就是所謂的氣穴噪聲。

（3）齒輪嚙合沖擊噪聲。齒輪油泵的一對主動、從動齒輪在嚙合過程中，由于輪齒受力后會產(chǎn)生一定的彈性變形，因此，每當(dāng)一對輪齒嚙合上時，原來嚙合的輪齒的載荷就會相對減小，它們會立即向著載荷位置恢復(fù)變形，從而給齒輪體一個切向加速度，而原有嚙合輪齒在受載下產(chǎn)生彎曲變形，使新嚙合的輪齒不能按照設(shè)計齒廓平滑接觸而發(fā)生碰撞，產(chǎn)生嚙合沖擊力，從而使齒輪產(chǎn)生振動發(fā)出噪聲

（4）困油現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲。為保證齒輪泵齒輪平穩(wěn)地嚙合運轉(zhuǎn)，必須使齒輪的重疊系數(shù)略大于1，即在前一對齒輪尚未脫離嚙合之前，后一對齒輪進(jìn)入嚙合。當(dāng)兩對齒輪同時嚙合時，由于齒輪的端面間隙很小，因此這兩對齒之間的油液與泵的吸、排油腔均不相通，從而形成一個封閉容積。齒輪轉(zhuǎn)動時，此封閉容積會發(fā)生變化，使其中的液體受壓縮或膨脹，造成封閉容積內(nèi)液體的壓力急劇變化，形成困油現(xiàn)象。由于液體的可壓縮性很小，當(dāng)閉死容積減小時，油液壓力驟增。當(dāng)閉死容積中的高壓油通過各種縫隙泄漏，造成功率損失，并使油液發(fā)熱，使機(jī)件受激振動，產(chǎn)生困油噪聲。當(dāng)閉死容積增加時，形成真空，使溶于液體中的氣體析出，形成氣泡，產(chǎn)生氣蝕。這種周期性的沖擊壓力使泵的各零件受到很大的沖擊載荷，引起振動和噪聲。

3 降低齒輪泵噪聲措施

（1）優(yōu)化齒輪泵體結(jié)構(gòu)，降低氣穴與氣蝕產(chǎn)生的噪聲。齒輪泵的自吸性能差，容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。因此，要求客戶安裝齒輪泵時，最好油箱的油面高于油泵的吸油口，吸油管通徑足夠大，盡量短，液壓油的粘度不應(yīng)過大等，盡量減小吸油時的壓力損失。并更改齒輪泵體結(jié)構(gòu)，將泵體進(jìn)油口做成喇叭口（如圖2泵體進(jìn)油口），擴(kuò)大吸油腔面積，增大齒輪與吸油腔的接觸面積，便于齒輪吸油，避免吸油量不足而吸入空氣，規(guī)避氣穴現(xiàn)象，降低齒輪泵工作噪聲。

（2）增加浮動側(cè)邊厚度，加深加寬卸荷槽，降低困油產(chǎn)生的噪聲（圖3）。通過對齒輪嚙合狀態(tài)模擬繪制，找到閉死容積的形狀及特性，優(yōu)化確定浮動側(cè)板卸荷槽形狀和尺寸，將以前的對稱矩形卸荷槽更改為不對稱矩形卸荷槽，增大卸荷槽尺寸；增加浮動側(cè)板的厚度及卸荷槽的深度，使卸荷暢通，流速減小，減少對浮動側(cè)板周期性沖擊。

圖2 泵體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖3浮動側(cè)板

（3）采用正變位齒輪，提高齒輪精度，減少齒輪嚙合時的機(jī)械噪聲。①增大變位系數(shù)，提高齒輪嚙合的重合度，降低噪聲，將齒輪的的變位系數(shù)更改為0.5；②提高齒輪精度，控制齒輪齒形誤差、節(jié)距誤差，減少齒輪嚙合的機(jī)械噪聲。

由于齒輪油泵的齒輪制造誤差如齒輪表面粗糙度差、齒形誤差大、熱處理變形等因素，都會造成齒輪嚙合不均勻，加上負(fù)載不均勻，也會引起齒輪嚙合產(chǎn)生振動噪聲。提高齒輪的制造精度是降低齒輪泵噪聲的一個重要措施。齒輪泵的噪聲隨齒輪精度的提高明顯減小。實驗表明，對同一種齒輪泵，齒輪精度提高一級，泵的噪聲可下降4~5dB左右。

4 結(jié)論

通過優(yōu)化泵體與浮動側(cè)板結(jié)構(gòu)，提高齒輪精度，降低了齒輪泵的工作噪聲，使齒輪泵的工作噪聲由原來的95dB降低到了78dB以下，達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品要求。

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Noise reason analysis and de-noising method of CBY2 type external gear pump

DENG Tao1,CAO Wei2
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Sichuan Information Occupation Technical College,Guangyuan 628000，Sichuan China; 2.Design Department，Sichuan Changjiang Hydraulic Parts Factory,Luzhou 646000,Sichuan China）

Taking the CBY2 type external gear pump as an example in the text,the noise reason has been analyzed.The structure of each part in the gear pump has been changed as per the different mechanism of the noise.Thus in this way,the working noise has been reduced and the working environment has been improved.

External gear pump;Noise;Cavitation;Trapped oil phenomenon

TH137.51

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.009

1672-0121（2017）02-0031-02

2016-11-20；

2016-01-26

鄧 陶（1982-），男，工程師，從事機(jī)械加工、液壓傳動研究。E-mail：254588545@qq.com