[发明专利]非圆齿轮变速驱动的齿轮泵流量脉动平抑方法及齿轮泵

说明书

本发明提出一种非圆齿轮变速驱动的齿轮泵流量脉动平抑方法及齿轮泵，属于流体传动领域。目的在于解决现有齿轮泵流量脉动大的问题，提出一种能大幅度降低齿轮泵流量脉动的齿轮泵。低脉动齿轮泵包括一个电机、一个齿轮泵和一个变速器，齿轮泵主要包含一对渐开线圆齿轮，变速器主要包含一对非圆齿轮和一对减速齿轮，变速器输入轴通过联轴器与电机相连，变速器输出轴通过联轴器与齿轮泵主动轴相连。本发明提出的低脉动齿轮泵在不改变现有齿轮泵结构的前提下，通过含非圆齿轮的两级变速器变速驱动有效抑制了齿轮泵的流量脉动，具有脉动小、成本低、可靠性高、结构简单以及维护方便等优势。

技术领域

本发明属于流体传动领域，具体涉及一种非圆齿轮变速1驱动的齿轮泵流量脉动平抑方法及一种低脉动齿轮泵。

背景技术

齿轮泵是当今重要的动力装置之一，能够连续地提供不同流量和压力的介质。相比其他类型的油泵，齿轮泵具有结构简单、自吸性能好、转速范围大、抗污染能力强、可靠性高等特点。因此，高性能齿轮泵的设计及性能分析一直是被关注的重点。而泵的流量脉动系数是衡量泵性能的关键指标，齿轮泵因其结构具有周期性的流量脉动，周期流量脉动带来振动和噪声，严重影响泵的使用性能。因此对设计一款高性能的低脉动齿轮泵具有重要意义。

目前齿轮泵的脉动平抑主要通过优化齿形、开设卸荷槽、多泵并联、变速驱动等手段。而变速驱动对流量脉动具有较好的平抑效果。变速驱动主要分为非圆齿轮变速驱动和步进电机变速驱动。

如发明专利号：CN108061032A，提出了一种由高阶椭圆齿轮泵瞬时流量反求的一种无脉动高阶椭圆齿轮泵。通过调节椭圆齿轮泵不同转角对应的转速，使其瞬时流量均匀，并验证外置变速非圆齿轮节曲线的封闭性及顺滑性，这种非圆齿轮的设计方法只适用于特定的几种容积泵，且不适用于齿轮泵。

专利号为CN105546046A的专利中，提出了一种非圆齿轮组和双缸往复泵的组合结构，主动非圆齿轮同时驱动两个从动非圆齿轮，两个从动非圆齿轮与双缸往复泵的曲柄分别固连，通过非圆齿轮的非线性传动，使得双缸往复泵合成均匀的瞬时流量，大幅降低双缸往复泵的流量脉动，该方案中，往复泵的每个曲柄都要由一个从动非圆齿轮独立驱动，当缸数增加后，应用该方法会使得传动端十分复杂。

平流泵参数检测与控制方法研究，(中国石油大学,2009)提出了一种步进电机变速驱动齿轮泵的平流泵，通过将线性回归模型引入到平流泵的建模设计中，并将自适应控制引入到平流泵的自适应控制中，通过调节各项绕阻的电流调节步进电机的转速，实现平流泵的流量稳定输出。但该技术过度依赖伺服传感系统及运动控制算法，设备成本高，不适应于环境恶劣的工况。

发明内容

针对齿轮泵周期流量脉动问题，本发明提出一种非圆齿轮变速驱动的齿轮泵流量脉动平抑方法，在不改变齿轮泵结构基础上大幅降低其流量脉动，进而有效抑制泵体及管路的振动和噪声。

具体地，本发明提供一种非圆齿轮变速驱动的齿轮泵流量脉动平抑方法，其包括以下步骤：

S1、确定齿轮泵随主动轴转角的流量表达式为

式中，为齿轮泵主动转子转角，B₅为转子5齿宽，r₅为转子5节曲线半径，h₅为转子5齿顶高，r_d5为转子5基圆半径，Z₅为转子5齿数；

S2、确定齿轮泵的平均流量为：

式中，ω₁为系统输入转速，n₁为非圆齿轮1阶数，n₂为非圆齿轮2阶数，Z₃为齿轮3齿数，Z₄为齿轮4齿数；

S3、确定齿轮泵的瞬时流量为：