齒輪泵噪聲的機理分析與控制

陳銀平

摘? 要：該文主要詳細分析并研究了外嚙合齒輪泵噪聲產(chǎn)生的原因機理，主要是齒輪泵流量脈動引起的噪聲、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)生的機理提出解決方法。

關(guān)鍵詞：齒輪泵;噪聲;機理分析;控制措施

中圖分類號：TH325? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：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過大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在使用中會嚴重影響液壓泵的穩(wěn)定性和使用壽命等。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，機械制造業(yè)對于齒輪泵的需求也越來越高，在工作中要求齒輪泵容積效率和總效率提升的同時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)生的機理來進行分析，并且制定一些可能性的降低雜音減少震動的方案。

1 齒輪泵噪聲機理分析（齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要原因）

1.1 泵流量脈動引起噪聲，這是造成泵振動的動力源

流量脈動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候都會進行一種周期性的變化，同樣會發(fā)生周期性變化的還有輸出所產(chǎn)生的流量，這種周期變化會引發(fā)油液的壓力脈動，進而引起液體震動而產(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)都會影響到脈動的頻率和幅度。而且，目前使用的液壓泵一般制造的質(zhì)量較低，這種質(zhì)量問題有時也會造成壓力脈動和噪聲等問題。

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齒輪還尚未離開嚙合之前，后面一對齒輪就已經(jīng)進入嚙合，這主要是為了保證齒輪在工作運轉(zhuǎn)之時齒輪泵的容積效率能夠使其平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)嚙合。兩對齒輪在嚙合的同時，吸、排油腔和兩對齒輪之間的油液均不相通，因此這便會形成一個比較封閉的容積。“困油現(xiàn)象”形成的原因主要是，當齒輪轉(zhuǎn)動之時封閉容積會產(chǎn)生變化，會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，由于液體很難壓縮，所以受困油液的壓力也會急劇增加，導致油液發(fā)熱，進而促使機件受激震動導致困油噪聲的產(chǎn)生。然而在困油面積增加的時候會形成真空，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

有一些空氣會混入液壓油當中，導致當油液壓力降低到某一特定數(shù)值之時，空氣便會在油中形成氣泡，倘若油液壓力持續(xù)下降直到小于空氣分離壓之后，空氣便會從油液當中分離出來，形成數(shù)量眾多的氣泡。氣泡隨著油液流動，當?shù)竭_油壓較高的地方，氣泡又會回到油液當中使體積降低。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數(shù)百大氣壓，這便會導致爆炸性的噪聲。

1.4 齒輪嚙合沖擊噪聲

齒輪在嚙合時最先進入嚙合的齒會產(chǎn)生彈性形變，后一對齒接著進入時，前一對齒會因為壓力負荷忽然降低而恢復到原狀，這個同時會給齒輪一個切向的加速度，這便會導致齒輪不能隨著齒廓有序的運轉(zhuǎn)從而引發(fā)碰撞，進而產(chǎn)生噪聲。齒形誤差和周節(jié)誤差等因素會影響噪聲的大小。

1.5 齒輪嚙合記過節(jié)點的脈動沖擊噪聲（齒輪固有噪聲）

在齒輪經(jīng)過節(jié)點處時，嚙合面會因為產(chǎn)生相對摩擦導致摩擦力方向發(fā)生一定的變化，進而在節(jié)點上產(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)動的轉(zhuǎn)速越高，齒輪接觸面也會越粗糙，節(jié)點處的脈沖就會越高，噪聲也會越大。在齒輪的制造過程中沒有出現(xiàn)誤差也會產(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 流量脈動引起的噪聲的控制

對于流量脈沖，只能盡可能地降低脈沖沖擊對于噪聲的影響，因為流量脈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，那么脈動率也會有所降低，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。所以可以得出一個結(jié)論，選擇齒輪泵時，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，而當困油容積變小的時候，荷槽可以幫助其和吸油腔連通，可以及時吸入油液，防止產(chǎn)生困油現(xiàn)象而導致氣蝕，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

控制降低噪聲應該保證油液容易被吸進。為了防止“空穴”現(xiàn)象的產(chǎn)生應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，在運轉(zhuǎn)過程中，很容易因為沖擊震動而產(chǎn)生巨大的噪聲影響，直齒輪在工作中會形成的巨大的困油容積也會加重噪聲現(xiàn)象的影響。為了降低噪聲影響，可以對齒輪的外形進行改進，保證在齒輪運轉(zhuǎn)之時可以降低嚙合沖擊力，保證傳動平穩(wěn)，這樣一來運轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的波動和振動會降低，進而降低噪聲。最近幾年出現(xiàn)了一種新型的齒輪形狀便是雙模數(shù)非對稱漸開線圓弧齒廓，這種齒輪形狀提高了傳動平穩(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，因為這種阻尼材料的合金內(nèi)部會存在一定的可動空間，所以，當噪聲產(chǎn)生之后作用到它上面時， 合金的內(nèi)部會產(chǎn)生摩擦力，從而產(chǎn)生震動滯后損耗效應，振動所產(chǎn)生的能量會因為轉(zhuǎn)化成勢能而消耗掉，從而大大地降低噪聲。

3 結(jié)語

齒輪泵在工作時所產(chǎn)生的巨大噪聲對于環(huán)境的影響非常巨大，所以，一定要對這件事情高度重視，噪聲產(chǎn)生的原因途徑都很復雜，所以，想要完全消除掉噪聲對環(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齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要途徑是什么，并制定相應的措施進行改進，降低噪聲。

參考文獻

[1]李嵐，馬云.齒輪泵噪聲的機組分析與控制[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2016（11）：66-69.

[2]呂正農(nóng)，劉杰.外嚙合齒輪泵產(chǎn)生噪聲的機理及解決辦法[J].機械管理開發(fā)，2017（6）：126-127.

[3]呂正農(nóng)，劉杰.外嚙合齒輪泵產(chǎn)生噪聲的原因及解決方法[J].流動傳動與控制，2017（5）：47-48.

[4]楊元模，吳霞，劉朝暉.外嚙合齒輪泵產(chǎn)生噪聲的原因探究及解決方法[J].南昌航空工業(yè)學院學報（自然科學版），2018（12）：73-76.

[5]高彥軍，谷立臣，焦龍飛.基于油液特征模型的外嚙合齒輪泵數(shù)值仿真分析[J].機械設(shè)計與制造，2017（8）：209-212.