渐开线外啮合齿轮泵以结构简单、造价低廉等优点而在矿山、工程等领域应用广泛,但目前关于精准计算其瞬时流量、排量的文献较少。为此,基于齿轮啮合机制、轮齿齿廓性质以及转角和啮合点的关系,建立齿轮泵瞬时输出流量的数学及仿真模型。针对齿轮泵重合度、齿轮变位、卸荷槽、侧隙等影响因素对模型进行论证,进而提出一种精准计算渐开线外啮合齿轮泵排量的方法,并采用Simulink仿真软件对不同类型外啮合齿轮泵的瞬时流量进行仿真模拟。同时利用3种不同型号齿轮泵验证排量公式,其最大误差在5%以内。验证计算模型有效性后,基于MATLAB设计了齿轮泵计算辅助平台,实现了外啮合齿轮泵瞬时流量、排量性能可视化,以简化计算流程,适应工程化应用。

预测齿轮泵泄漏量的变化趋势有助于定量分析其性能退化过程。变分模态分解(Variational Modal Decomposition, VMD)方法对齿轮泵原始泄漏量数据进行变分模态分解,得到本征模态函数IMF,提出一种结合麻雀优化算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)和长短期记忆神经网络(Long-Short Term Memory, LSTM)的模型,建立VMD-SSA-LSTM模型预测齿轮泵泄漏量的变化情况,并对每一个分量进行单独预测,最后将预测结果进行叠加,获得完整的预测结果。通过对比不同时间段预测结果可知,VMD-SSA-LSTM模型较单一的LSTM模型预测结果的平均相对误差最高可减小25.2%,能够完成对泄漏量的有效预测。研究结论可为齿轮泵性能衰退的定量预测提供理论支持。

外啮合齿轮泵在现代工业中有着广泛的应用,本文解释了外啮合齿轮泵的工作原理及其在结构上存在困油现象的产生原因,并阐述了在端盖位于齿轮啮合线处左右两端各开卸荷槽的方法,可以有效的解决困油现象。

针对外啮合齿轮泵高转速下空化现象严重的问题,对外啮合齿轮泵空化的发生及其影响因素进行研究。运用吸油腔几何模型,推导出其容积变化率及介质压力变化模型,分析了吸油口尺寸及转速对吸油腔介质最小压力的影响;运用PumpLinx在不同转速及吸油口尺寸下对外啮合齿轮泵进行了仿真,分析了不同条件下泵的空化特性及吸油稳定性。结果表明:啮合点位置的变化与吸油腔压力的变化有很大关系;转速及吸油口尺寸对腔内最小介质压力有很大的影响;同时空化极大的影响了吸油口的流量稳定性。在模型推导和仿真计算的过程中考虑了外啮合齿轮泵很多实际因素,这些研究对齿轮泵的设计及性能优化有重要的参考价值。

为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。

齿轮泵剩余使用寿命预测对液压元件预防性维护具有重要意义。从流量退化的角度构建一种基于改进的变分模态分解(IVMD)方法及图神经网络(GNN)的外啮合齿轮泵寿命评价模型。首先运用经粒子群优化算法(PSO)优化后的变分模态分解(VMD)方法对齿轮泵原始振动数据进行降噪重构,再从时域、频域、时频域选取重构信号的特征指标并组成特征矩阵,将特征矩阵进行归一化处理后得到齿轮泵寿命评估指标。最后将评估指标与对应流量信号输入到GNN模型中进行训练

以外啮合齿轮泵的体积最小为目标函数,齿轮的齿数、模数、齿宽为设计变量,建立了优化设计数学模型。并结合实例借助MATLAB的优化工具箱中的优化函数进行了寻优求解,得到了在满足实际需要的最优设计参数。

外啮合齿轮泵为一种常用的定量泵,它的主要优点是:结构简单,重量轻,体积小,耐冲击,耐磨损,产生真空能力非常强,对恶劣工况的适应性强,抗污染能力强,工作可靠等。其缺点为流量脉动和困油现象突出,噪声大,径向力大等。该文通过Fluent流场仿真分析以及理论分析总结了径向力的计算方法以及减小径向力的措施。

为了捕捉外啮合齿轮泵在高速旋转过程中内部流场的瞬时变化情况，针对某型号齿轮泵的实际模型，通过采用流体动力学软件FLUENT的动网格技术，对齿轮泵二维内部流场进行了仿真计算，得出齿轮泵在正常工作过程中，内部瞬态压力场和速度场的分布情况以及泵进出口的瞬时流量数据，并将其与理论平均流量进行了对比分析。从仿真结果可以看到：两齿轮在啮合过程中，困油压力可以升高到工作压力的数十倍，油液在齿轮啮合处被高速挤出，高压腔油液经齿顶圆径向问隙向低压腔泄漏，且速度较大。这些计算结果为外啮合齿轮泵的研究和优化设计提供了理论依据。

提出了一种在AutoCAD2000环境下外啮合齿轮泵各工作容腔容积的测量方法在此基础上对外啮合齿轮泵的工作性能进行计算分析得到满意的结果为利用计算机设计和优化外啮合齿轮泵的结构奠定了基础.