齿轮式多点泵的特性分析与结构设计
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摘要
在大型机床导轨的润滑系统中，流体静压润滑系统通过静压支承作用能够消除机床导轨的爬行问题、保证机床导轨耐久性和安全性等，因而得到了广泛应用。
定量供油润滑系统是流体静压润滑系统的一种类型，它需要提供给机床导轨各润滑点等量的油液，保持系统稳定。齿轮泵具有结构简单，制造容易，价格低廉，抗污染能力强等突出优点。一般在润滑系统中，常常采用齿轮泵作为系统的能源装置。
在定量供油润滑系统中，如果采用单泵分流供油，由于各润滑点受到压力的不同，就会使得各分流器的液阻不同，进而油液通过分流器分流到达各润滑点的油量就会不一样，这样就会使系统不稳定。如果采用单泵单腔供油，尽管满足了各润滑点的油量相同，但又使得成本太高，不经济。
齿轮式多点润滑泵是在普通外啮合齿轮泵基础上发展起来的一种新型液压动力元件，它应用于定量供油润滑系统中。它的流量不受负载的影响，均匀，能够提供给各润滑点等量的油液，虽然体积相对较小，但能够达到多个泵的使用性能，具有经济性。采用齿轮式多点泵供油，就会避免单泵分流和单泵单腔供油出现的问题。
目前，由于国内对齿轮式多点润滑泵的研究很少，市场上所用产品也是从国外进口。本文就是针对这一问题，通过对国外产品的了解进行分析与设计。
本文介绍了齿轮式多点泵的结构原理、排量和流量计算、结构特点以及性能指标。其中在对多点泵径向力的分析中，证明了中心轮径向液压力、啮合力及总作用力平衡。在齿轮式多点泵工作原理及结构特点的基础上，对其流量特性、动态特性进行了理论分析，并对流量脉动提出了四点改进措施。在对流量特性的分析中，利用了MATLAB软件进行了仿真，结果表明理论分析和仿真结果是一致的。以实际为基础，通过理论分析，设计了具有二十个出口的齿轮式多点润滑泵。通过画图软件PRO／ENGINEER做了样机图纸，完成了设计要求。
In the lubrication system of vast mechanical rail, the fluid static-pressure lubrication system can cancel the crawl and ensure the longevity and security of mechanical rail, etc. So it has been gotten the extensive application.
The lubrication system of quantitative oil supplying is one type of the fluid static-pressure lubrication system. It can supply equivalent oil for every lubrication point of mechanical rail and keeps system stable. The gear pump has such merits as simple structure, easy manufacture, low cost, insensitive oil pollution, etc. It is often adopted as energy supply device in the lubrication system.
In the lubrication system of quantitative oil supplying, if it is adopted the means that single pump and diffluence supply oil, the system may be non-stabilized, because the oil quantity of every lubrication point may be different, when different pressures cause different liquid resistance. If it is adopted the means that single pump and single oil recess supply oil, its cost is too high.
Gear's multiple-port lubrication pump is a new-style hydraulic power component based on the theory of the common external meshing gear pump, and it is applicable in lubrication system. Its flow velocity is not affected by laden, homogeneous, and can supply equivalent oil for every lubrication point. Furthermore, its volume is oppositely small and can achieve the preformance of multiple pumps. If it is adopted, the system can avoid the problems that single pump and diffluence or single pump and single oil recess exist.
At present, it is not researched in our country and all of products come from foreign countries. So this dissertation analyses and researches this kind of pump according to foreign products.
This dissertation synthetically analyzes the theory of the principle, account of discharge and flow, structural characteristics and testing standards of gear's multiple-port pumps. In the analysis of radial force, it demonstrates that the radial hydraulic pressure, meshing force and resultant force are balanced on the center wheel. It theoretically analyzes the flow characteristic and dynamic characteristic. Moreover, the improvement of flow pulsation is proposed and is accordingly introduced in detail. The emulational conclusion by MATLAB is same as theoretical analysis. Based of the practicality, a model is researched and manufactured by the designing precept in this dissertation. It has twenty exports. Furthermore, blueprint of the gear's multiple-port lubrication pump is designed by PRO/ENGINEER and is finished.
定量供油润滑系统是流体静压润滑系统的一种类型，它需要提供给机床导轨各润滑点等量的油液，保持系统稳定。齿轮泵具有结构简单，制造容易，价格低廉，抗污染能力强等突出优点。一般在润滑系统中，常常采用齿轮泵作为系统的能源装置。
在定量供油润滑系统中，如果采用单泵分流供油，由于各润滑点受到压力的不同，就会使得各分流器的液阻不同，进而油液通过分流器分流到达各润滑点的油量就会不一样，这样就会使系统不稳定。如果采用单泵单腔供油，尽管满足了各润滑点的油量相同，但又使得成本太高，不经济。
齿轮式多点润滑泵是在普通外啮合齿轮泵基础上发展起来的一种新型液压动力元件，它应用于定量供油润滑系统中。它的流量不受负载的影响，均匀，能够提供给各润滑点等量的油液，虽然体积相对较小，但能够达到多个泵的使用性能，具有经济性。采用齿轮式多点泵供油，就会避免单泵分流和单泵单腔供油出现的问题。
目前，由于国内对齿轮式多点润滑泵的研究很少，市场上所用产品也是从国外进口。本文就是针对这一问题，通过对国外产品的了解进行分析与设计。
本文介绍了齿轮式多点泵的结构原理、排量和流量计算、结构特点以及性能指标。其中在对多点泵径向力的分析中，证明了中心轮径向液压力、啮合力及总作用力平衡。在齿轮式多点泵工作原理及结构特点的基础上，对其流量特性、动态特性进行了理论分析，并对流量脉动提出了四点改进措施。在对流量特性的分析中，利用了MATLAB软件进行了仿真，结果表明理论分析和仿真结果是一致的。以实际为基础，通过理论分析，设计了具有二十个出口的齿轮式多点润滑泵。通过画图软件PRO／ENGINEER做了样机图纸，完成了设计要求。
In the lubrication system of vast mechanical rail, the fluid static-pressure lubrication system can cancel the crawl and ensure the longevity and security of mechanical rail, etc. So it has been gotten the extensive application.
The lubrication system of quantitative oil supplying is one type of the fluid static-pressure lubrication system. It can supply equivalent oil for every lubrication point of mechanical rail and keeps system stable. The gear pump has such merits as simple structure, easy manufacture, low cost, insensitive oil pollution, etc. It is often adopted as energy supply device in the lubrication system.
In the lubrication system of quantitative oil supplying, if it is adopted the means that single pump and diffluence supply oil, the system may be non-stabilized, because the oil quantity of every lubrication point may be different, when different pressures cause different liquid resistance. If it is adopted the means that single pump and single oil recess supply oil, its cost is too high.
Gear's multiple-port lubrication pump is a new-style hydraulic power component based on the theory of the common external meshing gear pump, and it is applicable in lubrication system. Its flow velocity is not affected by laden, homogeneous, and can supply equivalent oil for every lubrication point. Furthermore, its volume is oppositely small and can achieve the preformance of multiple pumps. If it is adopted, the system can avoid the problems that single pump and diffluence or single pump and single oil recess exist.
At present, it is not researched in our country and all of products come from foreign countries. So this dissertation analyses and researches this kind of pump according to foreign products.
This dissertation synthetically analyzes the theory of the principle, account of discharge and flow, structural characteristics and testing standards of gear's multiple-port pumps. In the analysis of radial force, it demonstrates that the radial hydraulic pressure, meshing force and resultant force are balanced on the center wheel. It theoretically analyzes the flow characteristic and dynamic characteristic. Moreover, the improvement of flow pulsation is proposed and is accordingly introduced in detail. The emulational conclusion by MATLAB is same as theoretical analysis. Based of the practicality, a model is researched and manufactured by the designing precept in this dissertation. It has twenty exports. Furthermore, blueprint of the gear's multiple-port lubrication pump is designed by PRO/ENGINEER and is finished.
引文
[1] 王德涛．润滑技术手册．第一版．北京：机械工业出版社，1999：26-30
[2] 徐文琴，孙英达．静压支承油膜厚度的确定．机械制造与研究．2004，33(2)：41，43
[3] 丁振乾．我国机床液体静压技术的发展历史及现况．精密制造与自动化．2003，(3)：19-21
[4] 祝海林．力封闭式齿轮泵基本参数的优化方法．液压与气动．2003，(3)：17-20
[5] Smith D. Specifying a total gear pump system. Plastics Engineering, 1994,(1):19-23
[6] 祝海林，邹曼．变位齿轮泵基本参数的可视化计算．机床与液压．2003，(5)：65-68
[7] 李志华，刘小思，顾广华．齿轮泵齿轮基本参数的优化设计．江西农业大学学报．1997，19(3)：132-136
[8] 张剑慈．液压齿轮泵轴向间隙的密封．润滑与密封．2002，(6)：99
[9] 甘学辉，吴晓铃，侯东海．外啮合斜齿轮泵间隙优化设计．机械设计．2002，(4)：30-31，37
[10] 杜昌义．齿轮泵困油现象及卸荷措施分析．四川农机．2002，(6)：24
[11] 甘学辉，吴晓铃，郑英豪．外啮合斜齿齿轮泵困油特性分析．机械传动．2001，25(4)：8-11
[12] 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．石油化工设备．2002，31(5)：8-10
[13] 王惜慧，于达仁，刘金福．基于神经网络的外啮合齿轮泵流量特性研究．机床与液压．2002，(5)：114-116，36
[14] 张怀洲．外啮合齿轮泵流量品质分析．重庆工业高等专科学校学报．2002，17(1)：19-22
[15] 李岚，马云．齿轮泵噪声的机理分析与控制．组合机床与自动化加工技术．2002，(11)：65-66，69
[16] 秦山．齿轮泵快速修复方法的研究．筑路机械与施工机械化．2002，19(1)：32-34
[17] 丁万荣，张世忠．BCB-B型变量齿轮泵自动变量机构．机床与液压．1998，(5)：65-66
[18] 郑齐辉．浅谈影响齿轮泵寿命的因素．中州煤炭．2002，(3)：14，16
[19] 蔡立新．影响齿轮泵寿命的因素分析．新疆农机化．2002，(2)：25
[20] 祝海林，邹曼．行星机构式齿轮泵的性能分析．轻工机械．2003，(2)：35-38
[21] 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．机床与液压．2003，(2)：57-58
[22] 罗骥，吴盛林，蔡盈等．水液压内啮合齿轮泵的制造技术分析．机床与液压．200，(6)：43-44，21
[23] Trostmann E. Water Hydraulic Control Technology. Marcel Dekker Inc., New York, USA, 1996
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[36] 徐霖，于今，吕伟华．液压动力控制系统．第一版．重庆：重庆大学出版社，1996：1-8，37-42
[37] 高殿荣，吴晓明．工程流体力学．第一版．北京：机械工业出版社，2005：31-68
[38] 张彬．自动控制原理．第一版．北京：北京邮电大学出版社，2002
[39] 王显正，陈正航，王旭永．控制理论基础．第一版．北京：科学出版社，2000
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[41] 张利平．液压控制系统及设计．第一版．北京：化学工业出版社，2006：1-65
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[47] Akira I. New release ports applicable to high pressure gear pumps and their effectiveness. JSME international, Series 3: Vibration, Control Engineering for industry. 1991,34(4):512-517
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