行星齿轮泵理论研究
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摘要
行星齿轮泵是基于内外啮合齿轮泵理论和行星轮系理论基础上的新型齿轮泵,既传承了齿轮泵的结构紧凑、体积小、质量轻、工作可靠、价格便宜、对油液杂质不敏感、自吸能力强、维护方便等优点,又解决了流量脉动大、径向力不平衡、噪声大等难题,符合液压泵趋向高压化、大排量的现代设计理念。本文从以下几个方面对行星齿轮泵进行了研究：
首先,在综合分析普通齿轮泵的工作特性之后,提出了行星齿轮泵的结构原理；基于啮合点位移及其交变规律的基础上对行星齿轮泵进行分类,并对其流量特性作了比较。
其次,利用三维实体软件建立了行星齿轮泵的仿真模型,并对其各结构件进行了模态分析及齿轮运动仿真分析。
此外,分析了行星齿轮泵的泄漏环节,提出了泄漏控制措施。为了捕捉行星齿轮泵的内部泄漏流场变化,利用有限元分析软件对其进行了仿真分析。
最后,在已知载荷、工作条件并选定材料的基础上,建立了以流量脉动最小和体积最小为双目标的行星齿轮泵的优化数学模型,并利用优化工具箱得出了优化结果。
Based on the theory of internal and external gear pump and planetary gear system, the planetary gear pump is invented. It not only inherit the gear pump's benefits such as compact in structure, small size, lightly weight, works reliable, cheap, not sensitive to the oil impurities, strong self-absorption ability, maintain easily, etc., but also solve the flow ripple, radial force balance, strong noise and other difficulties. Planetary gear pump is in line with trend of high-pressure hydraulic pump oriented and large displacement of modern design. In this paper, the following aspects have been studied:
Firstly, it analyzes the operating characteristics of common gear pump comprehensive and introduces the structural principle of the planetary gear pump. On the basis of the meshing point displacement and its alternating rules, the planetary gear pump is classified. What's more, its flow characteristics are compared.
Secondly, the solid planetary gear pump simulation model is established by tridimensional software. Then the modal analysis and gear motion simulation analysis about its structural components are given.
In addition, it analyzes the leak links of planetary gear pump and provides the control measures about leakage. In order to capture the variation in the internal leakage flow field, finite element analysis software is used to do simulation analysis.
Finally, in the case of the load and working conditions are known and the materials are selected, the mathematical model of planetary gear pump was established on the target of the smallest pulsating flow and minimal size.It employes optimization Toolbox for optimization design and gives the optimization results.
首先,在综合分析普通齿轮泵的工作特性之后,提出了行星齿轮泵的结构原理；基于啮合点位移及其交变规律的基础上对行星齿轮泵进行分类,并对其流量特性作了比较。
其次,利用三维实体软件建立了行星齿轮泵的仿真模型,并对其各结构件进行了模态分析及齿轮运动仿真分析。
此外,分析了行星齿轮泵的泄漏环节,提出了泄漏控制措施。为了捕捉行星齿轮泵的内部泄漏流场变化,利用有限元分析软件对其进行了仿真分析。
最后,在已知载荷、工作条件并选定材料的基础上,建立了以流量脉动最小和体积最小为双目标的行星齿轮泵的优化数学模型,并利用优化工具箱得出了优化结果。
Based on the theory of internal and external gear pump and planetary gear system, the planetary gear pump is invented. It not only inherit the gear pump's benefits such as compact in structure, small size, lightly weight, works reliable, cheap, not sensitive to the oil impurities, strong self-absorption ability, maintain easily, etc., but also solve the flow ripple, radial force balance, strong noise and other difficulties. Planetary gear pump is in line with trend of high-pressure hydraulic pump oriented and large displacement of modern design. In this paper, the following aspects have been studied:
Firstly, it analyzes the operating characteristics of common gear pump comprehensive and introduces the structural principle of the planetary gear pump. On the basis of the meshing point displacement and its alternating rules, the planetary gear pump is classified. What's more, its flow characteristics are compared.
Secondly, the solid planetary gear pump simulation model is established by tridimensional software. Then the modal analysis and gear motion simulation analysis about its structural components are given.
In addition, it analyzes the leak links of planetary gear pump and provides the control measures about leakage. In order to capture the variation in the internal leakage flow field, finite element analysis software is used to do simulation analysis.
Finally, in the case of the load and working conditions are known and the materials are selected, the mathematical model of planetary gear pump was established on the target of the smallest pulsating flow and minimal size.It employes optimization Toolbox for optimization design and gives the optimization results.
引文
[1]栾振辉.齿轮泵研究的现状与发展[J].起重运输机械2005(6)：11-13
[2]李志华,顾广华.齿轮泵齿轮基本参数的优化设计[J].江西农业大学学报,1997,19(3)：132-136
[3]方光义.斜齿齿轮泵设计计算方法初探[J].内蒙古科技与经济,2002(8)：81
[4]祝海林.力封闭式齿轮泵基本参数的优化方法[J].液压与气动,2003(3)：17-20
[5]祝海林,邹旻.变位齿轮泵基本参数的可视化计算[J].机床与液压,2003(5)；65-67
[6]甘学辉,吴晓铃,侯东海.外啮合斜齿轮泵间隙优化设计[J].机械设计,2002(4)：30-37
[7]张剑慈.液压齿轮泵轴向间隙的密封[J].润滑与密封,2002(6)：99
[8]张伟杰,刘洵,张平格.齿轮泵轴向间隙最优化设计[J].煤矿机械,2002(10)：16-17
[9]Rekrut M I. Approximate calculation of the dimensions of the compensation clamping chamber of a hydraulic gear pump/motor [J]. Soviet Engineering Research,1989,9(7):40-44
[10]邱新桥,陈建国.圆柱齿轮齿侧间隙自动补偿新方法的研究[J].机械传动,2003,27(4)：49-51
[11]Bedanrczyk S., Stryczek J. Gerotor Pump with Hyduaulic Compensation of Axial Clearance [J].1st FPNI-PhD Symposium, Hamburg-gHarburg,2000.
[12]Elgert K. Satellite Hydraulic Motor with Axial Clearance Compensation [J].2ndFPNI-PhD Symposium, Modena 2002.
[13]Pettersson, M E, Weddfelt, K G, and Palmberg, J S. Methods of Reducing Flow Ripple From Fluid Power Piston Pumps--An Experimental Approach[J]. Society of Automotive Engineers, 1991,911762.
[14]甘学辉,吴晓铃,侯东海.全齿廓啮合斜齿齿轮泵流量脉动特性[J].石油化工设备,2002,31(5)：8-10
[15]刘金福,于达仁.基于神经网络的外啮合齿轮泵流量特性研究[J].机床与液压,2002(5)：114-116
[16]张怀洲.外啮合齿轮泵流量品质分析[J].重庆工业高等专科学校学报,2002,17(1)：19-22
[17]Noah D.Manring, Suresh B.Kassaragadda. The theoretical flow ripple of an external gear pump[J]. Journal of Dynamic Systems Measurement and Control,2003,125(9):396-404
[18]甘学辉,吴晓铃.外啮合斜齿齿轮泵困油特性分析[J].机械传动,2001(4)：8-10
[19]杜昌义.齿轮泵困油现象及卸荷措施分析[J].四川农机,2002(6)：24
[20]牛兰芹,吴炳胜,姬晓利等.消除齿轮泵困油现象的新措施[J].液压与气动,2006(6)：56-58
[21]杨元模,谢永悫.解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法[J].液压与气动,2006(8)：75-78
[22]M. PETTERSON, "Design of fluid power pistons pumps with special reference to noise reduction", Linkoping studies in science and technology, dissertations n°394,1995 pp.1-130.
[23]马云,李岚.齿轮泵噪声的机理分析与控制[J].组合机床与自动化加工技术,2002(11)：65-66
[24]陈英.外啮合齿轮泵振动和噪声研究[J].吉林工程技术师范学院学报,2006(3)：6-9
[25]蔡立新.影响齿轮泵寿命的因素分析[J].新疆农机化,2002(2)：25
[26]郑齐辉.浅谈影响齿轮泵寿命的因素[J].中州煤炭,2002(3)：14-16
[27]秦山.齿轮泵快速修复方法的研究[J].筑路机械与施工机械化,2002,19(96)：32-34
[28]丁万荣,张世忠.BCB-B型变量齿轮泵研制[J].机床与液压,1998(1)：43
[29]Ishibashi Akira.et al.New release ports applicable to high pressure gear pumps and their effectiveness [J]. JSME International, Series 3:Vibration, Control Engineering, Engineering for Industry,1991,34(4):512-517
[30]许同乐,刘清良.齿轮泵径向不平衡力的分析及正确使用[J].建材新科技,1997(2)
[31]祝海林.行星机构式齿轮泵的性能分析[J].轻工机械,2003(2)：35-38
[32]罗骥,蔡盈,吴盛林等.内啮合齿轮泵油/水介质对比试验与研究[J].机床与液压,2003(2)：57-58
[33]罗骥,蔡盈,吴盛林等.水液压内啮合齿轮泵的制造技术分析[J].机床与液压,2003(6)：43-44
[34]许贤良,赵连春,王传礼.复合齿轮泵[M].北京：机械工业出版社,2006
[35]詹迪维SolidWorks快速入门教程[M].北京：机械工业出版社,2008
[36]何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社,1982
[37]张利平.液压传动与控制[M].西安：西北工业大学出版社,2005
[38]栾振辉,许贤良.平衡式复合齿轮泵的理论研究[J].煤矿自动化1994(3)：47-49
[39]张安宁,栾振辉.平衡式复合齿轮泵理论排量计算[J].淮南矿业学院学报,1998(7)：5-7
[40]张军,栾振辉.新型多齿轮泵的理论研究[J].矿山机械1998(5)：68-71
[41]赵连春,许贤良,栾振辉等.平衡式复合齿轮泵的流量特性[J].机械工程学报,1999(2)：66-68
[42]范明豪.复合齿轮泵基础理论研究[D].安徽：淮南[业学院,1999
[43]栾振辉.平衡式复合齿轮泵的理论与实验研究[D].北京：中国矿业大学博士论文,2000
[44]候波,栾振辉.太阳轮齿数对复合式外齿轮泵流量脉动的影响分析[J].机械传动,2002(1)：54-56
[45]胡玮.多齿轮泵基础理论及有限元分析[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2007
[46]LUAN Zhen-hui, Li Wenhong,2004, Theoretic Study on Flow Characteristics of Sliding-tooth Pump[J].3nd FPNI-PhD Symposium on Fluid Power, Terrassa, pp.341-347
[47]Ivantysyn, J., and Ivantysynova, M.,2001, Hydrostatic Pumps and Motors, Akademia Books International, New Delhi.
[48]张刚,李宪华,张军.基于SolidWorks的直齿圆柱齿轮实体设计[J].煤矿机械,2005(8)：54-56
[49]Wang Lixin, Huang Wenliang.Solid Model Generation of Involute Cylindrical Gears[J].GEAR TECHNOLOGY,2003(9-10)
[50]胡振,马哲树,冯国增.柴油机曲轴模态的三维有限元分析[J].科学技术与工程,2008(1)：491-502
[51]张柏松.多级齿轮传动系统扭振建模及模态分析[J].三峡大学学报,2004 26(4)：353-356
[52]胡海昌.多自由度线性系统阻尼振动问题[J].固体力学学报,1980(11)
[53]R.罗森伯特；郭坤译.离散系统分析动力学[M].北京：人民教育出版社,1981
[54]傅志方.振动模态分析与参数辨识[M].北京-机械工业出版社1990
[55]洪家振.计算多体系统动力学[M].北京：高等教育出版社,1999
[56]王冬.三型行星齿轮流量计的有限元研究[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2009
[57]许贤良,王传礼,张军等.流体力学[M].北京：国防工业出版社,2007
[58]陶云.平衡式复合齿轮泵内部泄漏分析[J].淮南工业学院学报,2001(4)：53-54
[59]章梓雄,董曾南.粘性流体力学[M].清华大学出版社,1998
[60]雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社,1990
[61]李家春.第六届全国流体力学学术会议论文集.气象出版社,2001
[62]甘学辉,荆自明.聚合物流体在斜齿齿轮泵中的漏流特性研究[J].西安：机械科学与技术,2006(11)1268-1272
[63]姜继海,袁俊超,王强.水压外啮合齿轮泵内流场的仿真与分析[J].机床与液压,2008(3)：86-88
[64]田福祥.机械优化设计理论与应用[M].北京：冶金工业出版社,1998
[65]孙靖民.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社,2003
[66]刘惟信.机械最优化设计(第二版)[M].北京：清华大学出版社,2002
[67]苏金明,张莲花,刘波MATLAB工具箱应用[M].北京：电子工业出版社,2004
[68]薛定宇,陈阳泉.高等应用问题的MATLAB求解[M].北京：清华大学出版社,2004
[69]李九华.外啮合齿轮泵齿轮参数最佳值的研究[J].机械工程学报1982(9)：104-113
[70]周毅军,栾振辉.无啮合力齿轮泵原理及其齿轮参数化设计[J].煤矿机械2002(1)：40-41
[71]石喜富,栾振辉.复合齿轮泵的参数优化[J].机械研究与应用,2002,15(1)：22-24
[72]蒋伟,栾振辉.二惰轮平衡式复合齿轮泵的优化设计[J].机床与液压,2004(10)：38-39
[73]余宏.复合齿轮泵基础理论及优化设计[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2005
[74]刘贵根.多齿轮泵基础理论及优化设计[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2006
[75]胡青春,闵锐,段福海.两级行星齿轮传动系统多目标优化设计研究[J].现代制造工程,2008,3
[76]刘军.一种新型内齿轮高压流量计的理论研究[D].安徽：安徽理工大学硕十论文,2009
[77]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2008
[78]西北工业大学机械原理及机械零件教研室编.机械原理[M].北京：高等教育出版社,1996
[79]徐华俊.同步齿轮的理论研究[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2008
[80]朱景梓,张展,秦立高.渐开线外啮合圆柱齿轮传动[M].北京：国防工业出版社,1990
[81]张展,朱景梓,秦立高.渐开线内啮合圆柱齿轮传动[M].北京：国防工业出版社,1991
[82]朱孝录.齿轮传动设计手册[M].北京：化学工业出版社,2005
[2]李志华,顾广华.齿轮泵齿轮基本参数的优化设计[J].江西农业大学学报,1997,19(3)：132-136
[3]方光义.斜齿齿轮泵设计计算方法初探[J].内蒙古科技与经济,2002(8)：81
[4]祝海林.力封闭式齿轮泵基本参数的优化方法[J].液压与气动,2003(3)：17-20
[5]祝海林,邹旻.变位齿轮泵基本参数的可视化计算[J].机床与液压,2003(5)；65-67
[6]甘学辉,吴晓铃,侯东海.外啮合斜齿轮泵间隙优化设计[J].机械设计,2002(4)：30-37
[7]张剑慈.液压齿轮泵轴向间隙的密封[J].润滑与密封,2002(6)：99
[8]张伟杰,刘洵,张平格.齿轮泵轴向间隙最优化设计[J].煤矿机械,2002(10)：16-17
[9]Rekrut M I. Approximate calculation of the dimensions of the compensation clamping chamber of a hydraulic gear pump/motor [J]. Soviet Engineering Research,1989,9(7):40-44
[10]邱新桥,陈建国.圆柱齿轮齿侧间隙自动补偿新方法的研究[J].机械传动,2003,27(4)：49-51
[11]Bedanrczyk S., Stryczek J. Gerotor Pump with Hyduaulic Compensation of Axial Clearance [J].1st FPNI-PhD Symposium, Hamburg-gHarburg,2000.
[12]Elgert K. Satellite Hydraulic Motor with Axial Clearance Compensation [J].2ndFPNI-PhD Symposium, Modena 2002.
[13]Pettersson, M E, Weddfelt, K G, and Palmberg, J S. Methods of Reducing Flow Ripple From Fluid Power Piston Pumps--An Experimental Approach[J]. Society of Automotive Engineers, 1991,911762.
[14]甘学辉,吴晓铃,侯东海.全齿廓啮合斜齿齿轮泵流量脉动特性[J].石油化工设备,2002,31(5)：8-10
[15]刘金福,于达仁.基于神经网络的外啮合齿轮泵流量特性研究[J].机床与液压,2002(5)：114-116
[16]张怀洲.外啮合齿轮泵流量品质分析[J].重庆工业高等专科学校学报,2002,17(1)：19-22
[17]Noah D.Manring, Suresh B.Kassaragadda. The theoretical flow ripple of an external gear pump[J]. Journal of Dynamic Systems Measurement and Control,2003,125(9):396-404
[18]甘学辉,吴晓铃.外啮合斜齿齿轮泵困油特性分析[J].机械传动,2001(4)：8-10
[19]杜昌义.齿轮泵困油现象及卸荷措施分析[J].四川农机,2002(6)：24
[20]牛兰芹,吴炳胜,姬晓利等.消除齿轮泵困油现象的新措施[J].液压与气动,2006(6)：56-58
[21]杨元模,谢永悫.解决外啮合齿轮泵困油现象的两种新方法[J].液压与气动,2006(8)：75-78
[22]M. PETTERSON, "Design of fluid power pistons pumps with special reference to noise reduction", Linkoping studies in science and technology, dissertations n°394,1995 pp.1-130.
[23]马云,李岚.齿轮泵噪声的机理分析与控制[J].组合机床与自动化加工技术,2002(11)：65-66
[24]陈英.外啮合齿轮泵振动和噪声研究[J].吉林工程技术师范学院学报,2006(3)：6-9
[25]蔡立新.影响齿轮泵寿命的因素分析[J].新疆农机化,2002(2)：25
[26]郑齐辉.浅谈影响齿轮泵寿命的因素[J].中州煤炭,2002(3)：14-16
[27]秦山.齿轮泵快速修复方法的研究[J].筑路机械与施工机械化,2002,19(96)：32-34
[28]丁万荣,张世忠.BCB-B型变量齿轮泵研制[J].机床与液压,1998(1)：43
[29]Ishibashi Akira.et al.New release ports applicable to high pressure gear pumps and their effectiveness [J]. JSME International, Series 3:Vibration, Control Engineering, Engineering for Industry,1991,34(4):512-517
[30]许同乐,刘清良.齿轮泵径向不平衡力的分析及正确使用[J].建材新科技,1997(2)
[31]祝海林.行星机构式齿轮泵的性能分析[J].轻工机械,2003(2)：35-38
[32]罗骥,蔡盈,吴盛林等.内啮合齿轮泵油/水介质对比试验与研究[J].机床与液压,2003(2)：57-58
[33]罗骥,蔡盈,吴盛林等.水液压内啮合齿轮泵的制造技术分析[J].机床与液压,2003(6)：43-44
[34]许贤良,赵连春,王传礼.复合齿轮泵[M].北京：机械工业出版社,2006
[35]詹迪维SolidWorks快速入门教程[M].北京：机械工业出版社,2008
[36]何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社,1982
[37]张利平.液压传动与控制[M].西安：西北工业大学出版社,2005
[38]栾振辉,许贤良.平衡式复合齿轮泵的理论研究[J].煤矿自动化1994(3)：47-49
[39]张安宁,栾振辉.平衡式复合齿轮泵理论排量计算[J].淮南矿业学院学报,1998(7)：5-7
[40]张军,栾振辉.新型多齿轮泵的理论研究[J].矿山机械1998(5)：68-71
[41]赵连春,许贤良,栾振辉等.平衡式复合齿轮泵的流量特性[J].机械工程学报,1999(2)：66-68
[42]范明豪.复合齿轮泵基础理论研究[D].安徽：淮南[业学院,1999
[43]栾振辉.平衡式复合齿轮泵的理论与实验研究[D].北京：中国矿业大学博士论文,2000
[44]候波,栾振辉.太阳轮齿数对复合式外齿轮泵流量脉动的影响分析[J].机械传动,2002(1)：54-56
[45]胡玮.多齿轮泵基础理论及有限元分析[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2007
[46]LUAN Zhen-hui, Li Wenhong,2004, Theoretic Study on Flow Characteristics of Sliding-tooth Pump[J].3nd FPNI-PhD Symposium on Fluid Power, Terrassa, pp.341-347
[47]Ivantysyn, J., and Ivantysynova, M.,2001, Hydrostatic Pumps and Motors, Akademia Books International, New Delhi.
[48]张刚,李宪华,张军.基于SolidWorks的直齿圆柱齿轮实体设计[J].煤矿机械,2005(8)：54-56
[49]Wang Lixin, Huang Wenliang.Solid Model Generation of Involute Cylindrical Gears[J].GEAR TECHNOLOGY,2003(9-10)
[50]胡振,马哲树,冯国增.柴油机曲轴模态的三维有限元分析[J].科学技术与工程,2008(1)：491-502
[51]张柏松.多级齿轮传动系统扭振建模及模态分析[J].三峡大学学报,2004 26(4)：353-356
[52]胡海昌.多自由度线性系统阻尼振动问题[J].固体力学学报,1980(11)
[53]R.罗森伯特；郭坤译.离散系统分析动力学[M].北京：人民教育出版社,1981
[54]傅志方.振动模态分析与参数辨识[M].北京-机械工业出版社1990
[55]洪家振.计算多体系统动力学[M].北京：高等教育出版社,1999
[56]王冬.三型行星齿轮流量计的有限元研究[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2009
[57]许贤良,王传礼,张军等.流体力学[M].北京：国防工业出版社,2007
[58]陶云.平衡式复合齿轮泵内部泄漏分析[J].淮南工业学院学报,2001(4)：53-54
[59]章梓雄,董曾南.粘性流体力学[M].清华大学出版社,1998
[60]雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社,1990
[61]李家春.第六届全国流体力学学术会议论文集.气象出版社,2001
[62]甘学辉,荆自明.聚合物流体在斜齿齿轮泵中的漏流特性研究[J].西安：机械科学与技术,2006(11)1268-1272
[63]姜继海,袁俊超,王强.水压外啮合齿轮泵内流场的仿真与分析[J].机床与液压,2008(3)：86-88
[64]田福祥.机械优化设计理论与应用[M].北京：冶金工业出版社,1998
[65]孙靖民.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社,2003
[66]刘惟信.机械最优化设计(第二版)[M].北京：清华大学出版社,2002
[67]苏金明,张莲花,刘波MATLAB工具箱应用[M].北京：电子工业出版社,2004
[68]薛定宇,陈阳泉.高等应用问题的MATLAB求解[M].北京：清华大学出版社,2004
[69]李九华.外啮合齿轮泵齿轮参数最佳值的研究[J].机械工程学报1982(9)：104-113
[70]周毅军,栾振辉.无啮合力齿轮泵原理及其齿轮参数化设计[J].煤矿机械2002(1)：40-41
[71]石喜富,栾振辉.复合齿轮泵的参数优化[J].机械研究与应用,2002,15(1)：22-24
[72]蒋伟,栾振辉.二惰轮平衡式复合齿轮泵的优化设计[J].机床与液压,2004(10)：38-39
[73]余宏.复合齿轮泵基础理论及优化设计[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2005
[74]刘贵根.多齿轮泵基础理论及优化设计[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2006
[75]胡青春,闵锐,段福海.两级行星齿轮传动系统多目标优化设计研究[J].现代制造工程,2008,3
[76]刘军.一种新型内齿轮高压流量计的理论研究[D].安徽：安徽理工大学硕十论文,2009
[77]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2008
[78]西北工业大学机械原理及机械零件教研室编.机械原理[M].北京：高等教育出版社,1996
[79]徐华俊.同步齿轮的理论研究[D].安徽：安徽理工大学硕士论文,2008
[80]朱景梓,张展,秦立高.渐开线外啮合圆柱齿轮传动[M].北京：国防工业出版社,1990
[81]张展,朱景梓,秦立高.渐开线内啮合圆柱齿轮传动[M].北京：国防工业出版社,1991
[82]朱孝录.齿轮传动设计手册[M].北京：化学工业出版社,2005