一種叉車(chē)用內(nèi)嚙合漸開(kāi)線齒輪油泵噪聲問(wèn)題分析與改進(jìn)

(合肥今典科技有限公司， 安徽 合肥　230051)

引言

內(nèi)嚙合漸開(kāi)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(kāi)線齒輪油泵主要用于叉車(chē)上，油泵總成主要由小齒輪(主動(dòng)齒輪)、錠子、內(nèi)齒輪(被動(dòng)齒輪)、泵體等零件組成。其總成安裝在叉車(chē)變矩器殼體上，錠子通過(guò)花鍵與變矩器導(dǎo)輪連接，內(nèi)嚙合漸開(kāi)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(kāi)線齒輪泵主要結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1及圖2)工作原理：兩個(gè)互相嚙合的漸開(kāi)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(shí)保證一定的容積效率。在內(nèi)嚙合漸開(kāi)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(dòng)時(shí)，內(nèi)齒輪3與小齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，當(dāng)齒輪開(kāi)始脫開(kāi)嚙合齒輪，低壓腔密封的部分漸漸開(kāi)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(shí)液壓油從高壓出油口8被擠壓出來(lái)。

1.泵體　2.小齒輪(主動(dòng)齒輪)　3.內(nèi)齒輪(從動(dòng)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(huì)對(duì)人們的工作環(huán)境和社會(huì)環(huán)境要求及人們環(huán)保意識(shí)越來(lái)越高。減低齒輪泵的噪聲成為人們努力的方向，因?yàn)檫^(guò)大的噪聲會(huì)給工作的人帶來(lái)聽(tīng)力和身體上的傷害，同時(shí)會(huì)影響工作人員的情緒。

經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐，分析內(nèi)嚙合漸開(kāi)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(kāi)線齒輪泵在運(yùn)行過(guò)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(kāi)運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)易刮擦月牙板側(cè)面；

(2) 制造精度齒輪齒面徑向跳動(dòng)度大，運(yùn)動(dòng)齒間撞擊。泵體及錠子與齒輪接觸部位粗糙度(部位見(jiàn)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(cè)隙)不合適產(chǎn)生干摩擦。裝配時(shí)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(dòng)小齒輪的撥叉跳動(dòng)大。這些都容易產(chǎn)生機(jī)械噪聲。見(jiàn)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(jì)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(guò)小(低壓腔)，吸油不足。高壓腔油道過(guò)淺排油不及。都會(huì)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(guò)淺排油不及時(shí)等容易產(chǎn)生噪聲。

3　改進(jìn)方案

針對(duì)分析通過(guò)如下方案改進(jìn)內(nèi)嚙合漸開(kāi)線齒輪泵噪聲。

3.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上改進(jìn)

齒輪設(shè)計(jì)上要求齒頂修緣處理(見(jiàn)圖5)，減少齒輪嚙合和脫開(kāi)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(jì)，防齒輪撞擊(見(jiàn)圖6)。通過(guò)有限元分析錠子產(chǎn)生變形部位，改進(jìn)錠子設(shè)計(jì)，減少錠子變形(圖7)。科學(xué)設(shè)計(jì)卸荷槽，防止困油?？刂菩↓X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(jì)，油道采取平滑過(guò)渡，避免不平滑的陡彎、突粗、突細(xì)過(guò)渡產(chǎn)生渦流、射流沖擊噪聲(見(jiàn)圖8)。合適設(shè)計(jì)進(jìn)出油道深度，保證出油及時(shí)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(guò)磨控制錠子內(nèi)端面及齒輪兩側(cè)面粗糙度在Ra0.8。

通過(guò)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(guò)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(guò)優(yōu)化工藝控制輪齒面徑向跳動(dòng)在0.03 mm 以下。

3.3　裝配控制

裝配過(guò)程中通過(guò)專(zhuān)用檢具(見(jiàn)圖9)控制錠子與泵體裝配同軸度在0.05 mm以下。裝配時(shí)通過(guò)測(cè)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(shí)齒輪及泵體和錠子端面不被拉傷。液壓油在線過(guò)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(zhuān)用檢具控制同軸度誤差

4　結(jié)論

通過(guò)上述措施的運(yùn)用，并對(duì)1.5 t叉車(chē)上使用的內(nèi)嚙合漸開(kāi)線齒輪泵進(jìn)行驗(yàn)證，單泵噪聲水平2650 r/min測(cè)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(tái)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(jì)要求。這說(shuō)明上述措施對(duì)于控制內(nèi)嚙合漸開(kāi)線齒輪泵的噪聲是有效的，并經(jīng)過(guò)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)。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷天覺(jué).液壓工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[2]濟(jì)南汽車(chē)制造廠.機(jī)床液壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1977.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]范存德.液壓技術(shù)手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[5]許福玲，陳堯明.液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[6]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備設(shè)備維修分會(huì)《機(jī)械設(shè)備維修問(wèn)答叢書(shū)》編委會(huì).液壓與氣動(dòng)設(shè)備維修問(wèn)答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.