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1、外啮合齿轮泵的噪声机理及降噪解决方法【摘要】：随着机械制造业的发展，外啮合齿轮泵产生的噪声已经对机械造成了严重的损失。本文详细分析了其产生噪声的机理并提出了相应的解决方法。【关键词】：齿轮泵；噪声；降噪引言外啮合齿轮泵不仅零件少、结构简单，而且还具有强抗振能力、强自吸能力、强抗污染能力、价格便宜等优点，已经被广泛应用于机床、液压系统的“心脏”机械传动装置、内燃机的润滑系统等领域。然而其在高转速时产生很大的噪声，这直接制约着我国外啮合齿轮泵的发展。另外，我国的汽车制造业发展迅速，外啮合齿轮泵的性能如容积效率、总效率及噪声的大小是我国汽车发展的一个瓶颈，因此对于外啮合齿轮泵噪声产生的机理的研究及采
2、取相应的解决方法势在必行。1. 外啮合齿泵产生噪声的机理外啮合齿轮泵在工作时，噪声产生是不可避免的，其特点是频率宽，范围是几Hz至几万Hz，因此产生噪声原因就是比较复杂的而且是多方面的。噪声主要有结构噪声、流体噪声和机械噪声，即噪声是气体、液体和固体造成的，如下是外啮合齿轮泵产生噪声的主要原因。（1）齿轮泵流量脉动与压力脉动由于齿轮油泵流量脉动是泵的固有特性。随着泵工作时吸油腔与压油体积的周期性变化，其流量也随之发生周期性变化，接着就使油液产生压力脉动，因而这两脉动就产生了噪声。此外，泵零件的制造精度、压油腔油液泄漏都会产生压力脉动并进一步产生噪声。（2）困油现象齿轮泵齿轮平稳啮合运转须满足的
3、条件是齿轮重叠系数要略大于1，也就是后一对齿轮要在前一对齿轮脱离其啮合之前进入啮合。如果两对齿轮同时啮合，则就会因为齿轮端面很小的间隙使得它们之间的油液和泵的吸、排油腔都被堵塞，从而产生一个封闭容积。因此在齿轮转动时，这个封闭容积就会变化，同时就会因为里面的液体受到压缩或膨胀导致容积内的压力产生急剧变化，导致困油现象。液体可压缩性比较小，若封闭容积减小，就会导致其油液的压力剧增，因此高压油就会由各种缝隙发生泄漏，使功率下降，机件受激振动，油液发热，产生困油噪声。（3）气穴和气蚀液压系统的气穴和气蚀现象也会产生噪声。一般将2%5%的空气混入液压油中，其中的一部分溶解到油中，另外的一部分就均匀混合
4、于油中，形成微小的白点。如果油液压力降低到某一个定值时，混在油中的微量气体就会因为压力的降低使自身的体积膨胀并相互聚合，形成气泡。当空气降低到其分离压力以下时，溶解的空气就会从油液中脱离，形成许多气泡。气泡会随着油液飘流到压力较高区域，此时气泡就会被压缩，体积减小。当压力达到某一特定值时，气泡就会破裂，释放其内部的能量。同时由于气泡破裂产生的数百大气压的冲击力就会产生爆炸性噪声，此即是所谓的气穴噪声。（4）齿轮啮合的冲击齿轮都有一定的弹性变形能力，在齿轮的啮合过程之中，齿轮进入啮合时就会产生一定的弹性形变，接着随后的齿轮进入啮合，此时先进入啮合的轮齿就会由于载荷突然减小使形变得到恢复。齿轮由于
5、形变恢复的弹性力就会产生切向加速度，导致啮合齿轮脱离理论齿廓，转运失去平稳而发生碰撞，遭成了“啮合冲击”噪声的产生。啮合冲击噪声大小直接和周节误差，齿形误差，轴线平行度，粗糙度等因素有关。（5）齿轮固有噪声齿轮的固有噪声也称为节点脉动冲击噪声。其是由节点处的两啮合面间的相对摩擦力与滑动速度方向改变造成的节圆冲击力而产生的。齿面愈粗糙，齿轮传动负荷愈大，转速愈高，其节点冲击也就越大。（6）机械噪声转动轴承不平衡、不良以及泵轴承弯曲等机械因素也会产生噪声。在液压装置中，回转零件在高速运转下就会因为其不平衡产生比较大的噪声。回转零件不平衡因素主要有材质不均匀、毛坯、变形、加工与装配误差、加工的缺陷等
6、，这些因素导致零件质量分布不均进而产生偏心。因此在当转动时，就会由于产生的惯性力及偶极矩导致旋转零件产生噪声。2. 降低噪声的方法一般降低噪声有两种方法，第一是治本的方法，即从根本上着眼，主要是通过改善噪声源的性质来降低噪声；第二是治标的方法，即利声学原理来阻止噪声的传播而达到降低的目的。对于齿轮泵，可采取以下的方法来降低噪声：(1)加大罩壳厚度。这个方法主要是利用壳体厚度的增加来提高零件的提高刚性，尽可能的减小其在高压油的作用下产生的弹性形变，从而避免了齿轮向低压侧移动。(2)提高零部件刚性。因为提高了零部件的刚性，则其轴产生扭转和弯曲的郑东的振动频率就会降低，达到降低噪声的目的。 (3)减
7、小油吸进的阻力。阻止空气混入油液中是减小油压泵吸油阻力，避免产生空穴现象的关键点。吸油阻力的一般要求是其阻力值应该低于由液压制造厂给定的液压泵的最大饱合蒸汽压的1/4。这主要是因为如果吸油阻力过大，那么油就会大都经大容量泵(低压)流过，使得小流量泵经常处在高压的状况下，这样就会容易产生气蚀进而造成气穴噪声。(4)改进困油卸荷槽。卸荷槽要经过合理的设计这样才能从根本上消除困油现象，减小输油脉动产生的振动而达到降低噪声的目的。(5) 减小齿轮的模数，加大齿宽，虽然模数的增大，可以使轮齿承载后产生的变形比较小，有利于噪声的降低；但是大的模数会使制造误差(如基节误差，齿形误差)随之也增大，由此产生的噪
8、声会大于形变产生的噪声，所以应在轮齿强度和形变允许的前提下，尽可能的采用比较小的模数。齿宽会直接影响到轮齿承载后变形与齿向误差大小。由于齿宽与齿弯曲量通常成反比关系，即齿宽增加一倍，其齿弯曲量也随之减小一半，因此增加齿宽在一定意义上有利于降低噪声。(6)改进齿形。齿形的改进可以有效地减小齿轮运转时的啮合冲击力，使其传动平稳；同时可以减小其周期性振动与波动，以此来降低噪声。例如近几年来开发的双模数非对称渐开线圆弧齿廓的齿形就可以很好地解决流量脉动这一问题，有效地增加了传动平稳性，使噪声大幅度降低。(7)选好轴承。轴承的选择至关重要，适合的轴承不仅可以延长齿轮泵的寿命，其轴承的结构还可以很好地降低
9、齿轮泵噪声。(8)提高零部件尺寸精度和表面光洁度。零部件的表面光洁度越好，其摩擦系数级越低，摩擦力也就越小。这样对于给定的负荷传动所需要的功率就会减小，从而降低了噪声。3. 小结由于外啮合齿轮泵的噪声造成了很大的环境污染，必须给予高度的重视。通过以上分析可以发现噪声产生的原因比较复杂，鉴于目前的技术，想要完全地消除并避免由液压泵的噪声产生的环境污染是不可能的，同时也是不现实的。然而认识到齿轮泵噪声的危害与其产生的原因，并在齿轮泵的设计中尽可能的采取有效技术手段来降低噪声，从而减少对环境的危害是十分必要的。【参考文献】1 严金坤. 液压系统的泄漏、噪声及安装技术探讨J. 液压气动与密封，2000，（4）：27-28.2郭之璜.机械工程中的噪声测试与控制M.北京：机械工业出版社，1993.3 JD欧文，E.R.格雷夫.工业噪声和振动控制M.北京：机械工业出版社， 1984.
