SOLIDWORKS斜齿齿轮泵优化设计系统的开发(2)
齿轮泵中的一对斜齿轮是最为关键的元件，由于螺旋角的存在，其啮合传动与直齿轮的啮合传动有所不同，对斜齿轮的参数选择合理与否将直接影响齿轮泵的最终性能[3]。斜齿啮合式低脉动齿轮泵可以代替市场上的大多数直齿齿轮泵，并且可以在很大的范围内代替其他形式的液压泵，这对于促进液压设备的技术提升具有长远的意义。
1.2 课题研究现状及发展趋势
1.3 斜齿齿轮泵简介
1.3.1 斜齿齿轮泵的工作原理
图1.1 斜齿齿轮泵工作原理示意图
一对参数相同的齿轮相互啮合，齿廓和泵体以及前后端盖形成密封的容积，将吸油腔与排油腔隔开。当两齿轮按图1.2所示的方向转动时，啮合点下侧的齿轮逐渐脱离啮合过程，使齿间密封体积增大，产生了局部真空，在大气压力的作用下，液体进入吸油腔。而啮合点上侧的齿轮处于进入啮合的状态，排油腔体积减小，液体被挤压出排油腔。当两齿轮连续转动时，便实现了齿轮泵的连续吸油和排油。
液压泵的工作必须具备以下的几点条件：
⑴ 工作腔的密封性能必须良好；
⑵ 工作腔必须保持与吸油腔与排油腔的隔离；
⑶ 工作腔的体积必须有由小到大，再由大到小的交替过程。
1.3.2斜齿齿轮泵的结构功能
齿轮泵的主要缺点之一就是容易漏油，典型的漏油点有两个啮合齿轮的啮合线处，齿轮侧面和齿轮泵的前后端盖处的间隙等。其中泄露最为严重的是齿轮和端盖之间的轴向间隙，这里的泄露面积很大，而泄露路程又很短。这就使得轴向间隙的选择变得很重要，间隙过大，漏油严重，容积效率降低。可是间隙也不能过小，如果间隙过小，齿轮端面和端盖之间的机械摩擦就会增加，这回降低液压泵的机械效率。所以轴向间隙的选择不许适当，具体情况要具体分析。
斜齿轮和直齿轮相比最大的不同点是多出了一个螺旋角。当一对直齿轮啮合时，齿面的接触线已经是全齿宽，而一对斜齿轮啮合时，齿轮接触线经过一个渐变的过程，先由短变长，然后由长变短，并最终脱离接触。斜齿轮的这种啮合特性，使得斜齿轮的啮合时间有所增加，从而间接的影响了重合度的大小。如图1.3所示，当一对齿的啮合线处于范围ABC内时，两啮合齿轮处在一个不完全齿宽的啮合状态，该区域的啮合状态下，尽管可以正常传动，但是没有将高压力室和低压力室有效的分开，形成的容积并不是互相完全隔开的。当一对齿的啮合线处于区域BCDE内时，两个齿轮的啮合齿宽是完全齿宽，在完全齿宽啮合状态下，这时两个齿轮不仅开一连续的传动，并可以将高压腔和低压腔完全的隔开，形成彼此不相通的密封容积。当两个啮合齿轮的啮合线处于范围EDF内时，两啮合齿轮又在不完整的齿宽状态下啮合，不能形成两个密封且互不相通的容积。从上面的分析可以看出，如果要求两个啮合齿轮既能连续的传动，同时也可以形成彼此不相通的密封容积，就要在前对啮合齿完全离开全齿宽啮合范围BCDE之前，后面两啮合齿轮的啮合线就要进入全齿宽啮合范围BCDE内。这就使得斜齿齿轮泵中的斜齿轮的重合度要求有所不同，为此要对斜齿齿轮泵内齿轮的重合度进行分析讨论[3]。
图1.2 斜齿轮轮齿示意图
1.4 优化设计概念简介
优化设计是从多种可能性当中找出最优解的设计方法。它以数学中的最优理为基础，以计算机为设计手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优解。