【doc】解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法

【doc】解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法 解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法 2006年第8期液压与气动75 解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法 杨元模,谢永悫 TwoNewMethodsforSolvingtheTrappedOilPhenomenonin Outer—engagedGearPump YANGYuan—mo,XIEYong—que (井冈山学院机械系,江西吉安343000) 摘要:外啮合齿轮泵的困油现象,不但影响外啮合齿轮泵的容积效率,而且还影响外啮合齿轮泵供油 压力的稳定.作者通过大量实验, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出了两种解决外啮合齿轮泵困油现象的新方法:一种是解决外啮合齿 轮泵困油现象造成供油压力脉动值大的结构设计,另一种是能提高外啮合齿轮泵容积效率的结构设计. 关键词:外啮合齿轮泵;困油现象;提高容积效率;解决供油压力脉动值过大 中图分类号:TH12文献标识码:B文章编号:1000—4858(2006)08—0075—04 1前言 外啮合齿轮泵(简称齿轮泵)具有体积小,重量轻, 价格便宜的优点,并能经受恶劣的运行工况(如灰尖等 造成的油污染,油温,超负荷),因而特别适用于运输车 辆,建筑机械,装卸机械,农业机械,机床传动等液压传 动或作润滑用泵.齿轮泵质量的好坏直接影响上述机 械及车辆的使用性能和寿命. 外啮合齿轮泵虽然结构简单,但影响其性能的因 素很多,也很复杂.解决外啮合齿轮泵的困油现象就 是一个看似简单实为复杂的问题.而以前解决齿轮泵 的困油现象就是在泵体,泵盖上设计一组连接困油高 压区与出油区对称的卸荷槽,使齿轮泵的轴侧负荷大 大降低,总效率提高.但泵出油压力脉动值过大,容积 效率不高的现象一直存在.若卸荷槽设计不合理还会 使齿轮泵负载加重,甚至产生振动和噪音.这就限制 了齿轮泵的应用范围,更不能用在机床精确传动和其 他要求液压传动精度高的机械上.若能解决齿轮泵困 油产生的泵出油压力脉动值过大,容积效率不高的现 象,就能使结构简单,成本相对低廉的齿轮泵得到更广 泛的应用. 2解决齿轮泵困油现象的最佳方法探究 2.1齿轮泵产生困油现象机理 如图1所示,N—N为啮合线,A.点为啮合开始 点,A3点为啮合终了点.图中1a是在A1点开始的 状态,1c是在点终了的状态,1b是中间状态.图中 t为啮合延续距离,t0为基节(渐开线圆柱齿轮法节与 基节相等),t/t0=e为重迭系数.,大于1,在状态 la到状态1c的啮合过程中,由于在A和A两点啮合 就形成了如图所示的困油区,困油区的容积如图1 所示,从困油开始到困油中间的过程中逐渐减少,此后 又逐渐增加.此时困油压缩量AVl和困油膨胀量 AV2可由下面两式求出: ' IIc) 图1齿轮泵产生困油现象原理 AV1=不bt02丁1+i(e1一1一b 2 ta , n . fl , ~ ?2=不bt02丁1+i(ev2一1一b 2 ta , n . fl, ~ 式ee~vl——齿轮端面齿形的近端重迭系数 ev2——齿轮端面齿形的远端重迭系数(当主动 收稿日期:2006—01—09 作者简介:杨元模(1961一),男,江西吉安人,副教授,主要从 事机械制造与设计教学研究工作. 76液压与气动2006年簋翌 齿轮齿数Z1=从动齿轮齿数Z2时,,1 =,v2,对于圆柱直齿轮AV1=AV2) 齿轮螺旋角 6——齿轮宽度 ,——齿轮基节(渐开线圆柱齿轮法节与基节 相等) 2.2齿轮泵困油现象的两种创新设计 1)增加一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽 由于油几乎是不可压缩的,所以困油区压缩时就产 生了很高的压力,而在其膨胀又产生真空.以前我们解 决困油问题的具体方法就是在困油压缩区增加卸荷槽, 如图2a所示,困油区产生的高压油经卸荷槽流入到出 油区.虽然解决了困油区高压油的卸荷问题,减小了轴 功率,也提高了泵的总效率,但外啮合齿轮泵比内啮合一 泛摆线齿轮泵容积效率低的现象一直存在.在实验中 发现,泵出的油有泡沫现象.特别是齿轮泵高转速时出 油中的泡沫现象更加严重,容积效率也相应降低.经探 究,问题应出在困油区在膨胀时产生真空,使油液泡沫 化后进入低压进油区,占据了进油区的一定空间,这一 部分泡沫状的油液进入高压出油区后经压缩,释放,泵 的出油量就相应减少,容积效率也就相应降低.为此, 我们在设计齿轮时,增加了一条连接困油膨胀区与进油 区的卸荷槽(如图2b所示),使困油区膨胀时有油及时 补充其内,从而从根本上消除了泵油中产生泡沫的内 因.经实验,图2b中取h1=0.3nm?口,h2=0.7 nmoz~s2ct ,h3=2m,L1=4m,L2=3m,L3=m(m为齿 轮模数,a为齿轮压力角)为宜. a)只要困油压缩区有卸荷槽 b)在困油膨胀区增加卸荷槽 图2泵体结构 我们分别在2105柴油发动机的机油泵和液压站 用高压齿轮泵增加一条连接困油膨胀区与进油区的卸 荷油槽,泵的容积效率和总效率都有明显提高. 以下是在2105柴油发动机机油泵增加了一条连 接困油膨胀区与进油区的卸荷槽前后的试验结果. 2105柴油机机油泵的齿轮选用的是JB/T6010—92 机油泵齿轮JBoO3系列号,其参数为:模数=3,齿 数z=12,齿形角a0=20.,变位系数=0.6392.当 机油泵转速为1500r/min,理论流量为: Q=詈(a2一口一—b)6××10一 =17.887(L/min) 式中d——齿顶圆直径 口一齿轮中心距 —— 基圆齿距(Pb=??COSt/0) 6——齿轮宽度 —— 齿轮泵转速 首先,我们试验没有增加连接困油膨胀区与进油 区的卸荷槽的2105机油泵,当机油泵转速为1500r/ min,背压P=0.26MPa时测得平均流量Q1=13.97 L/min,容积效率叩=Q1/Q=0.781.然后我们在机 油泵体上增加连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽,其 他精度不变,再做试验,当机油泵转速为1500r/min, 背压P=0.26MPa时测得流量Q2=15.56L/min,容 积效率为=0.87. 图3为2105机油泵在出油压力P=0.26MPa 时,在不同转速下测出的容积效率特性曲线,从图3中 可看出增加一条连接困油膨胀区与进油区的卸荷槽 后,容积效率提高比较明显. 2)增加一条连接困油高压区与进油区的卸荷通 道 我们在机油泵体,泵盖上增加连接困油膨胀区与 进油区的卸荷槽,只是消除了供油中的泡沫现象,提高 了容积效率.但困油高压区的高压油进入出油区引起 磷 较 转速/rmin. 图3二种齿轮泵容积效率特性曲线对比图 78压与气动2 测定厚壁圆筒弹性失效压力的液压方法 张于贤 AHydraulicMethodofDeterminingElasticFailurePressureforThickWallCylinder ZHANGYu—xian (桂林电子工业学院管理系,广西桂林541004) 摘要:基于厚壁圆筒的弹性失效 准则 租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载 所确定的圆筒的弹性失效压力与材料的屈服极限的关系,设计了 一 套测定厚壁圆筒弹性失效压力的液压系统,并测得了一组实验数据.通过对该实验数据的分析得到了圆 筒的弹性失效压力.由于该实验值与理论值误差较小,表明了该方法具有较好的可靠性. 关键词:厚壁圆筒;弹性失效压力;液压系统 中图分类号:TH82文献标识码:B文章编号:1000—4858[2006)08—0078—02 引言 在石油化工,天然气,高压液压系统等领域中,厚 壁圆筒被普遍采用.由于厚壁圆筒在工作时简体上的 应力应变分布规律比较复杂,难于确定一个能各方面 兼顾的设计准则,所以就产生了基于不同侧重点的设 计准则.但是,不管采用何种设计准则,都常常要考虑 到弹性失效的问题,因此在工程实际中如何确定弹性 失效压力就显得十分必要l1J.为此,本人设计了一种 新的测定厚壁圆筒弹性失效压力的的液压方法,现介 绍如下. 1实验原理 如图1所示,液压泵1产生的压力油进入高压厚壁 圆筒5,压力油的压力可由溢流阀2设定.卸荷阀4为 手动卸荷阀,其卸载压力不能低于溢流阀2的设定压 力.当溢流阀2的设定压力一定后,通过固定在圆筒外 表面的百分表6可测出在该压力下圆筒直径的增大值, 然后由手动卸荷阀4对圆筒内的高压油卸压.重新调 节溢流阀2至一个较大的设定压力,按上述同样的方法 即可测出在新的设定压力下圆筒直径的增大值. 根据高压厚壁圆筒在一定工作压力下的应力应变 分布规律可知,当工作压力较低时,整个圆筒从内壁到 外表面都处于弹性状态,百分表6所测出的圆筒直径 的增大值即是圆筒所发生的弹性变形,当压力卸去后, 1.液压泵2.溢流网3.单向网4.卸荷网5.高压厚壁圆筒6.百分表 图1实验原理图 此变形随之消失.当工作压力较高时,圆筒从内壁到 外表面分成塑性层和弹性层两部分,百分表6所测出 的圆筒直径的增大值包含了弹性变形和塑性变形两部 分,当压力卸去后,弹性变形随之消失,而塑性变形得 以保留【2,引.根据这个规律,只要测出恰好产生塑性 变形时的工作压力P,该压力就是弹性失效压力l4j. 2实验过程 2.1实验条件 该实验所用的试件是一个高压缸,材料为2Cr13, 收稿日期:2006—01—07 基金项目:中国核动力院研究项目(w200220);桂林电子工 业学院资助项目(Z200416) 作者简介:张于贤(1968一),男,重庆市长寿区人,副教授,博 士,主要从事机械设计与理论,射流理论与应用以及高压容器 等方面的研究工作. 参考文献: [1]蒋德明.内燃机原理[M].北京:机械工业出版社,1988. [2]章宏甲,金属切削机床液压传动[M].江苏:江苏科学技 术出版社,1980. 廿—*****卜卜—诗—*一***—*一 [3]何存兴,液压元件[M].北京:机械工业出版社,1982, [4]盛敬超.液压流体力学[M],北京:机械工业出版社,1980. [5]薜祖德,液压传动[M],北京:中央广播电视大学出版 社,1986.