内啮合齿轮泵齿轮变位系数对流量脉动的影响

　　0 引言

　　齿轮机构是现代机械中应用最广泛的机构之一,它具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比准确等优点,除了用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力外,还用于制造一些特殊的产品,比如齿轮泵(外啮合和内啮合)。齿轮泵是一种常用的泵,基于内啮合齿轮机构的特征,它具有结构简单、外形尺寸小、自吸性能好、工作可靠等优点,其缺点是有流量脉动等^[1]。本文作者以日本NACHI公司的IPH-2B-5-11型内啮合齿轮泵为研究对象,对该泵的齿轮结构进行分析,找出渐开线齿轮传动的一些不足,从而引出变位齿轮,进而得出齿轮变位系数对流量脉动的影响。

　　1 渐开线标准齿轮传动的局限性

　　齿轮机构具有传递的功率范围大、传递效率高、传动比恒定、寿命长等优点,是各种机构中使用得最多的一种传动机构,其中以渐开线齿轮传动的应用为主。但随着齿轮传动向高速、重载、轻型的趋势方向发展,标准齿轮还存在着下列不足:

　　(1)用范成法加工的标准齿轮,当z<z_min时,齿形发生根切,因此标准齿轮只能用于z≥z_min的场合,使传动系统体积、重量增加。

　　(2)一对互相啮合的标准齿轮,当工作中心距大于标准中心距时,虽然可以保证以定传动比传动(这是渐开线齿廓的优点),但这样使得齿侧间隙增大,传动容易发生冲击;当工作中心距小于标准中心距时,则两齿轮无法实现安装,所以渐开线标准齿轮传动只能用于工作中心距等于标准中心距的场合。

　　(3)一对互相啮合的标准齿轮,小齿轮的齿根厚比内齿轮的齿根厚要薄,若两轮材料相同,则小齿轮齿根的弯曲强度低,易先受到破坏。

　　(4)对于内啮合齿轮结构,渐开线标准齿轮传动容易出现加工时的顶切现象或啮合传动时的干涉现象^[2]。

　　在长期的生产实践中,为了解决上述问题,改善传动性能,提高承载能力,采用了变位齿轮传动。

　　2 齿轮变位理论

　　变位齿轮的加工原理与标准齿轮的加工原理相似,其区别在于^[3]:加工标准齿轮时,刀具的中节线与被加工齿轮的分度圆相切;而加工变位齿轮时,是将刀具移远或移近被加工齿轮的中心,与被加工齿轮分度圆相切作纯滚动的不是刀具的分度线,而是与分度线平行的某一条刀具节线,如图1所示。

　　当刀具由原来加工标准齿轮时的位置远离被加工齿轮的中心,从而使中心距增大,则变位系数为正,称为正变位;反之,使中心距减小时,变位系数为负,称为负变位。

　　齿轮经变位以后,通过选择适当的变位系数x,可以得到有利的渐开线区段,使齿轮传动性能得到明显改善。应用变位齿轮后可以避免加工时的顶切或啮合传动时的干涉,提高了齿面的接触强度和齿根弯曲强度,还提高了齿面的抗胶合能力和耐磨损性能。