有效防止泄露的最佳轴向间隙
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有效防止泄露的最佳轴向间隙

内啮合齿轮泵的内泄漏主要是以下三个途径:

(1)径向间隙泄漏:主要包括齿轮副与月牙块之间的径向间隙泄漏、内齿轮与壳体之间的径向间隙泄漏、滑动轴承的径向间隙泄漏。齿轮副与月牙块之间的径向间隙泄漏始于排油腔,逐次通过齿轮副的齿顶和月牙块的径向间隙,直至吸油腔泄漏。内齿轮和ca88手机版壳体之间的径向间隙泄漏同样始于排油腔,通过水泵壳体与内齿轮之间的径向间隙直至吸油腔泄漏。一般情况下径向泄漏量不大,约占总泄漏量的15%~20%。

(2)轴向间隙泄漏:齿轮副两端面与浮动侧板之间的轴向间隙泄漏,轴向间隙泄漏的途径有两个:齿轮副齿谷部分的压力油通过轴向间隙泄漏进入吸油腔;通过齿面从高压腔泄漏进入吸油腔,以通过相互啮合的齿的轴向间隙为主。轴向间隙泄漏约占总泄漏量的70-80%,是影响内啮合齿轮泵容积效率的主要因素。

齿面接触处的泄漏:由于啮合点接触不好使高压腔与低压腔之间密封不好而造成泄漏。在正常啮合时,通过齿面接触处的泄漏是很少,约占总内泄漏的4%~5%。

根据ca88手机版厂的分析,轴向间隙泄漏是影响内啮合齿轮泵容积效率的主要因素。减小轴向间隙、提高零件的加工精度能有效抑制轴向间隙泄漏,但过小的轴向间隙会增大摩擦功率损失,使密封端面发生磨损,反而使轴向间隙进一步变大、泵的容积效率急剧下降,并且过高的加工精度会提高加工成本。并因此在确定轴向间隙时要考虑综合考虑轴向间隙泄漏和摩擦功率损失两方面的影响。

假设轴向泄漏流场的状态为层流,则内啮合齿轮泵轴向间隙泄漏流场和平面双圆盘间隙泄漏流场类似,只是泄漏的角度由231减小为高压区和压力过渡区的包络角范围内。

从ca88手机版厂的计算结果可看到,当轴向间隙保持不变,轴向泄漏量和压力成正比;当压力保持不变,轴向泄漏量随轴向间隙的增大而增大,当轴向间隙小于40mm时,轴向泄漏量变化得较缓慢,当轴向间隙大于40mm时,轴向泄漏量急剧变大;为了使齿轮泵有较高的容积效率,若采用固定的轴向间隙,需要控制在0.03mm左右,而中高压齿轮泵通常采用轴向间隙补偿结构,轴向间隙可适当放大。

外齿轮粘性摩擦功率损失包括从齿轮轴到齿根圆的粘性摩擦功率损失和从齿根圆到齿顶圆的粘性摩擦功率损失,内齿轮的粘性摩擦功率损失包括从内齿轮安装外圆到齿根圆的粘性摩擦功率损失和从齿根圆到齿顶圆的粘性摩擦功率损失。

浮动侧板的形状近似为半圆形,因此齿轮轴和内齿轮均上只有一半的轮齿与浮动侧板发生摩擦,近似认为轮齿和齿间的面积相等。

在求得的最佳轴向间隙是使轴向泄漏引起的总功率损失最小的间隙值,其值并不等于设计值。实际在确定轴向间隙时,还要考虑实际ca88会员登录工况的影响。在实际工况下,齿轮副和浮动侧板会受到液压力的影响,从而产生一定的变形。泵的工作压力越大,齿轮副和浮动侧板的变形越大,对轴向间隙的影响也巍大。若轴向间隙过小,可能会导致泵在运转时发生干涉。因此合理地设计轴向间隙的关键是得到额定工作压力下齿轮副和浮动侧板的变形。

流体流动都遵守基本的守恒定律有:质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。若流体混合着不同成分或成分间存在相互作用,则系统还要遵守组分守恒定律。控制方程用数学的形式描述了这些守恒定律。

湍流是自然界中非常普遍常见的流动现象。通常用雷诺数来判断流体是否为湍流状态。当雷诺数小于某一临界值。流动是平稳的,流体相邻层间的流动是彼此有序的,这种流动状态称为层流。当雷诺数大于某一临界值时,一系列非常复杂且不规则的变化将会出现,流体质点具有不断的相互掺杂的现象,速度和压力等物理量在空间和时间上均具有随机性质的脉动值,这种状态为湍流。

考虑到齿轮泵在结构上的对称性,只需建立对称面一侧的流场模型。为了得到更接近实际的轴向泄漏流场,在建模时考虑了浮动侧板上的通孔、月牙块之间的间隙等特征。由于浮动侧板为半圆形,因此只建立了和浮动侧板内侧的部分低压区流场模型。由于该内啮合齿轮泵通过在内齿轮的各齿谷开径向通孔来导油,完全消除了困油现象,因此建模时忽略啮合区域部分流场。

图1:轴向泄瀑流场模型

轴向泄瀑流场模型

ca88手机版厂建立的轴向泄漏流场模型如图1所示,建模时有以下假设:

(1)齿轮副和浮动侧板之间油膜为平行油膜,建模时设定油膜厚度为0.1mm。

(2)外齿轮、内齿轮的各个齿顶和月牙块之间的径向间隙相等,建模时设定径向间隙为0.1mm。

为了便于划分网格,结合水泵流场模型的特性,将流场模型分割为三部分:高压区、低压区、压力过泼区、月牙块间隙区域;油膜区域;浮动侧板的四个通孔区域。经划分后每部分均为拉伸体,采用cooper方式划分网格,再将各部分网格合并在一起即得到了所需计算模型的网格。为了得到更精确的轴向泄漏流场分布情况,在划分网格时对径向间隙和油膜厚度进行了加密。

忽略齿轮转动的影响,采用Fluent进行定常数值模拟,边界条件设置如下。计算摸型中存在两对网格交界面:①高压区、低压区、压力过渡区、月牙块间隙区域的下表面和油膜区域的上表面;②油膜的下表面和浮动侧板的四个通孔区域的上表面。设置低压区的圆柱面和油膜区域的四周表面为压力出口边界条件,为O.1MPa。设置浮动侧板的四个通孔区域的下表面为压力进口边界条件,为25MPa。设置高压区、低压区、压力过渡区、月牙块间隙区域的上表面为对称面,设置其他面均为无滑移零速度壁面。设置流体密度为960kg/m3,粘性系数为0.048N^/m2。

压力速度耦合方程采用SIMPLE算法进行求解。压力项采用标准方法进行离散,动量项、湍流动能项和湍流耗散率项均采用一阶迎风方法进行离散。为了获得足够的计算精度,质量、速度、湍流动能及耗散率的迭代精度均设置为10-4。

压力过渡区的压力呈阶梯下降;浮动侧板上的通孔和月牙块之间的间隙的存在,增加了轴向间隙油膜流场高压油液的作用范围;轴向间隙油膜和齿轮副的轮齿端面接触的区域压力变化的较缓慢;外齿轮齿根圆到浮动侧板内圆区域、内齿轮齿根圆到浮动侧板外圆区域压力逐浙下降。


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点击次数:  更新时间:2018-03-26 17:37:11  【打印此页】  【关闭