内外啮合齿轮马达泄漏与容积效率分析及试验

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180240

摘要/Abstract

摘要：

基于内、外啮合齿轮马达的结构特殊性，分析了泄漏的主要途径，通过泄漏的计算公式，分别对4种不同连接方式进行理论分析。同时搭建试验台对该马达进行容积效率进行测试，结果表明：齿轮马达的端面间隙泄漏与马达转速无关，只和马达进、出口的压差有关，伴随齿轮马达的连接方式不同，马达的径向间隙泄漏有微小改变；随着马达进、出口压差变大，马达内部的泄漏量逐渐增大，马达容积效率随之减小，机械效率随着马达进、出口压力的升高而逐渐增加。

关键词: 流体传动与控制, 内外啮合齿轮马达, 泄漏与容积效率

Abstract:

Based on the special structure of internal/external meshing gear motor, the main ways of leakage were analyzed. Through the calculation formula of leakage, four different connection modes were analyzed. Meanwhile, the test bed was built to measure the volume efficiency of the motor. The results show that the leakage of the end gap of the gear motor is independent of the motor speed, and it is only related to the pressure difference of the motor inlet and outlet. With gear motor connected in different ways, the radial clearance leakage has a tiny change. As the motor inlet and outlet pressure difference becomes bigger, the internal leakage of the motor gradually increases and the motor volume efficiency decreases. The mechanical efficiency increases with the increase of the pressure of the motor inlet and outlet. The conclusion is significant for the design, manufacture and use of the internal / external meshing gear motor.

Key words: fluid transmission and control, internal/external geared motors, leakage and volumetric efficiency

中图分类号:

TH32

闻德生,隋广东,田山恒,王少朋,冯佩坤,刘小雪. 内外啮合齿轮马达泄漏与容积效率分析及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1186-1193.

De⁃sheng WEN,Guang⁃dong SUI,Shan⁃heng TIAN,Shao⁃peng WANG,Pei⁃kun FENG,Xiao⁃xue LIU. Leakage/volumetric efficiency analysis and experiment of internal and external meshing gear motors[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2019, 49(4): 1186-1193.

图/表 18

图1

表1

不同连接方式下马达的排量"

工作马达	$V m i$	工作马达	$V m i$
内马达 $(i = 1)$	$V m 1$	内、外马达 $(i = 3)$	$V m 3$
外马达 $(i = 2)$	$V m 2$	差动连接 $(i = 4)$	$V m 4$

表1

图2

表2

内外啮合马达的共齿轮设计参数"

参数	取值	参数	取值
共齿轮齿宽/mm	40	共齿轮的外齿轮齿轴半径/mm	27
共齿轮的外齿轮高压腔的包角/rad	$14 π$	共齿轮的内齿轮齿轴半径/mm	24
共齿轮的内齿轮高压腔的包角/rad	$12 π$	共齿轮外齿轮齿顶厚度/mm	2.1
共齿轮的外齿轮齿顶圆半径/mm	37.5	共齿轮内齿轮齿顶厚度/mm	1.7
共齿轮的内齿轮齿顶圆半径/mm	15.8	共齿轮外齿轮过渡区的齿数	17
共齿轮的外齿轮齿根圆半径/mm	30.8	共齿轮内齿轮过渡区的齿数	11
共齿轮的内齿轮齿根圆半径/mm	19.1

表2

表3

内外啮合齿轮马达的大齿轮设计参数"

参数	取值	参数	取值
大齿轮齿宽/mm	40	大齿轮齿轴半径/mm	17
大齿轮高压腔的包角/rad	$13 π$	大齿轮齿顶厚度/mm	2
大齿轮齿顶圆半径/mm	27	大齿轮过渡区的齿数	11
大齿轮齿根圆半径/mm	20.3

表3

表4

内、外啮合齿轮马达的小齿轮设计参数"

主要设计参数	取值	主要设计参数	取值
小齿轮齿宽/mm	40	小齿轮齿顶厚度/mm	1
小齿轮高压腔的包角/rad	$23 π$	大齿轮过渡区的齿数	5
小齿轮齿顶圆半径/mm	12	齿轮马达的端面间隙/mm	0.015
小齿轮齿根圆半径/mm	12	齿轮马达的径向间隙/mm	0.03
小齿轮齿轴半径/mm	8.6

表4

表5

表6

表7

表8

图3

表9

图4

图5

表10

表11

表12

图6

参考文献 10

1	李壮云, 葛宜远 . 液压元件与系统[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.
2	马强 . 多齿差内啮合摆线泵设计与开发关键技术研究[D]. 大连: 大连理工大学机械工程学院, 2012.
	Ma Qiang . Research on key technologies for the design and development of a multi⁃tooth difference internal meshing cycloid pump[D]. Dalian: School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, 2012.
3	吴襄飞 . 多齿轮马达理论及摩擦磨损试验研究[D].淮南: 安徽理工大学机械工程学院, 2011.
	Wu Xiang⁃fei . Experimental study on the theory of multi⁃gear motor and friction and wear[D]. Huainan: School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, 2011.
4	叶春浓 . 液压元件与系统的流体力学问题——与液压同行们的交流[J]. 液压气动与密封, 2015, 35(10): 10⁃13.
	Ye Chun⁃nong . Hydrodynamics problems of hydraulic components and systems⁃communication with hydraulic counterparts[J]. Hydro⁃pneumatic and Sealing, 2015, 35(10): 10⁃13.
5	孔维涛 . 内外啮合齿轮马达的设计与研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学机械工程学院, 2013.
	Kong Wei⁃tao . Design and research of internal and external meshing gear motors[D]. Qinhuangdao: School of Mechanical Engineering, Yanshan University, 2013.
6	闻德生, 张凯明, 张三喜, 等 . 内外啮合齿轮马达的理论分析[J]. 北京理工大学学报,2015,35(1): 23⁃26.
	Wen De⁃sheng , Zhang Kai⁃ming , Zhang San⁃xi , et al . Theoretical analysis of internal and external meshed gear motors[J]. Journal of Beijing Institute of Technology, 2015, 35(1): 23⁃26.
7	闻德生, 高俊, 王志力, 等 .双作用多泵多马达传动中马达输出转矩分析[J].中国机械工程, 2010, 21(23): 2836⁃2838.
	Wen De⁃sheng , Gao Jun , Wang Zhi⁃li , et al . Analysis of motor output torque in double⁃acting multi⁃pump and multi⁃motor transmission[J]. China Mechanical Engineering, 2010, 21(23): 2836⁃2838.
8	姜继海, 宋锦春, 高常识 . 液压与气压传动[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.
9	王鑫 . 基于Fluent的外啮合齿轮泵内部流场的仿真与分析[D]. 兰州: 兰州理工大学能源与动力工程学院, 2013.
	Wang Xin . Simulation and analysis of internal flow field of external gear pump based on Fluent[D]. Lanzhou: College of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, 2013.
10	赵连春, 宋艳亮, 许贤良 . 三惰轮复合齿轮马达的内部泄漏特性研究[J]. 安徽理工大学学报: 自然科学版, 2005, 25(1): 14⁃17.
	Zhao Lian⁃chun , Song Yan⁃liang , Xu Xian⁃liang . Research on internal leakage characteristics of three idler gear composite gear motors[J]. Journal of Anhui University of Science and Technology(Natural Science): 2005, 25(1): 14⁃17.

相关文章 15

[1]	姜继海, 葛泽华, 杨晨, 梁海健. 基于微分器的直驱电液伺服系统离散滑模控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1492-1499.
[2]	刘建芳, 王记波, 刘国君, 李新波, 梁实海, 杨志刚. 基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1500-1507.
[3]	刘国君, 马祥, 杨志刚, 王聪慧, 吴越, 王腾飞. 集成式三相流脉动微混合芯片[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1063-1071.
[4]	刘祥勇, 李万莉. 包含蓄能器的电液比例控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1072-1084.
[5]	王佳怡, 刘昕晖, 王昕, 齐海波, 孙晓宇, 王丽. 数字二次元件变量冲击机理及其抑制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1775-1781.
[6]	闻德生, 王京, 高俊峰, 周聪. 双定子单作用叶片泵闭死容腔的压力特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1094-1101.
[7]	刘国君, 张炎炎, 杨旭豪, 李新波, 刘建芳, 杨志刚. 声表面波技术在金纳米粒子可控制备中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1102-1108.
[8]	王丽, 刘昕晖, 王昕, 陈晋市, 梁燚杰. 装载机数字液压传动系统换挡策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 819-826.
[9]	李慎龙, 刘树成, 邢庆坤, 张静, 赖宇阳. 基于LBM-LES模拟的离合器摩擦副流致运动效应[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 490-497.
[10]	张敏, 李松晶, 蔡申. 基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 498-503.
[11]	闻德生, 陈帆, 甄新帅, 周聪, 王京, 商旭东. 双定子泵和马达在压力控制回路中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 504-509.
[12]	顾守东, 刘建芳, 杨志刚, 焦晓阳, 江海, 路崧. 压电式锡膏喷射阀特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 510-517.
[13]	张健, 姜继海, 李艳杰. 锥型节流阀流量特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1900-1905.
[14]	吴维, 狄崇峰, 胡纪滨, 苑士华. 基于液压变压器的自适应换向驱动系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1906-1911.
[15]	杨华勇, 王双, 张斌, 洪昊岑, 钟麒. 数字液压阀及其阀控系统发展和展望[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1494-1505.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed

工作马达	泄漏形式	泄漏位置	齿轮转速r/min	泄漏大小L/min
外马达单独工作	泄漏合成	总泄漏	192.50	1.693
外马达	端面间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	192.50	0.543
	端面间隙泄漏	大齿轮	276.70	0.430
	径向间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	192.50	0.290
	径向间隙泄漏	大齿轮	276.70	0.430

工作马达	泄漏形式	泄漏位置	齿轮转速（r·min^-1）	泄漏大小（L·min^-1）
内马达单独工作	泄漏合成	总泄漏	769.8	0.888
内马达	端面间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	769.8	0.373
	端面间隙泄漏	小齿轮	1264.7	0.285
	径向间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	769.8	0.052
	径向间隙泄漏	小齿轮	1264.7	0.178

工作马达	泄漏形式	泄漏位置	齿轮转速/（r·min^-1）	泄漏大小/（L·min^-1）
马达同时工作	泄漏形式合成	总泄漏	154.0	1.920
外马达	端面间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	154.0	0.543
	端面间隙泄漏	大齿轮	221.3	0.430
	径向间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	154.0	0.028
	径向间隙泄漏	大齿轮	221.3	0.042
内马达	端面间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	154.0	0.373
	端面间隙泄漏	小齿轮	253.0	0.285
	径向间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	154.0	0.046
	径向间隙泄漏	小齿轮	253.0	0.168

工作马达	泄漏形式	泄漏位置	齿轮转速/（r·min^-1）	泄漏大小/（L·min^-1）
马达同时工作	泄漏形式合成	总泄漏	256.6	1.907
外马达	端面间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	256.6	0.543
	端面间隙泄漏	大齿轮	368.9	0.431
	径向间隙泄漏	共齿轮的外齿轮	256.6	0.029
	径向间隙泄漏	大齿轮	368.9	0.043
内泵	端面间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	256.6	0.373
	端面间隙泄漏	小齿轮	421.6	0.285
	径向间隙泄漏	共齿轮的内齿轮	256.6	0.042
	径向间隙泄漏	小齿轮	421.6	0.161

压差 /MPa	内外啮合齿轮马达输出转矩
压差 /MPa	连接方式1	连接方式2	连接方式3	连接方式4
1	1.1	4.4	5.6	3.5
2	2.1	8.9	11.8	7.8
3	3.2	14.1	18.5	12.8
4	4.5	20.1	26.5	19.8
5	6.1	26.5	34.9	25.2
6	7.6	32.5	42.5	34.5