内啮合齿轮泵的维护特点及特性
内啮合齿轮泵作为液压传动领域重要的动力元件之一，因其具有结构简单、工作可靠、成本低廉以及维护方便等诸多优点被广泛应用于液压传动系统和其它很多工业领域。而其主要缺点在于流量脉动较大，噪声较高以及由于本身结构特点所导致的径向受力不平衡。因为圆弧齿轮泵多用于开式液压回路，尤其是低压润滑回路，油泵入口压力较低，加之当前对圆弧齿轮泵的转速要求越来越高，因而齿轮泵的空化问题引来众多学者的重视。多年以来，国内外学者一直致力于降低齿轮泵流量脉动，减少齿轮泵工作过程中压力冲击和空化现象的发生，以及通过结构优化设计提高齿轮泵性能与寿命等重要问题的研究。传统的研究或基于齿轮啮合过程中几何特征建立齿轮泵出口流量的解析模型，或直接借助商业软件计算给定简化条件下的内部流场，再通过后处理分析其流量特性。两种建模方法各有优势，但又都难以体现齿轮泵工作过程中多物理现象的祸合作用，例如由齿轮径向受力不平衡而引起的齿轮径向微运动，齿轮泵侧面间隙流对齿腔内主要流动以及侧面密封性能的影响等。目前，随着工业应用与环境保护对液压技术的要求日益苛刻，直流齿轮油泵正朝着低噪声、低流量脉动以及高压高速化的方向发展，空化问题也成为了研究和设计人员面临的重要挑战之一，如何适应新的发展趋势建立更为有效和精确的齿轮泵仿真模型成为急需探讨的问题。
正是在这种背景下，普渡大学Vacca教授等建立了内啮合齿轮泵流动性能的综合仿真模型。综合模型的优势在于它可以研究齿轮泵内部多种物理现象间的相互作用，而不是单一地研究某一种行为。该模型中，描述齿腔内油液流动与压力的流体动力学模型是基于集中参数思想建立的。从集中参数角度来看，齿轮泵流场可以被视为由多个控制容积按一定顺序和几何关系连通起来的流域(本文称之为齿轮泵的多连通容积)。
在求得各控制容积内压力之后，便可以根据压力计算两个齿轮所受的合力，进而预测齿轮径向的动力学行为。
为准确计算直流齿轮油泵在空化状态下的流动性能，首先要保证流体动力学模型中对油液属性的准确计算，尤其是油液在低压条件下有效体积弹性模量的计算。空化条件下，通常气体从泵入口析出，并被油液带到齿轮泵的多连通容积内，因此空气不仅存在于空化发生区，还有可能被夹带到流场的其它部位，这势必会影响相关控制容积内压力流量的动态特性。
长期以来，很多学者综合考虑压力、温度以及含气率的影响，提出了各种描述油液属性的本构关系，将油液的密度、有效体积弹性模量和粘度视为以上参数的函数。
但是，在对油液含气率的计算中，过去的油液模型多数或将其视为一定值，或按照亨利定律(Henry定律)的假设将其视为压力的单变量函数。就是说，这些模型假定空气在油液中处于稳定的溶解状态，部分空气溶于液体而还有部分游离在液体之中，游离在液体中的空气量完全取决于油液压力。故而可以说在这些模型中，空气在油液中析出与消解的动态过程被忽略了。然而实际上在齿轮泵控制容积中，尤其是齿腔中压力瞬息万变，通常在很短的时间内即要经历从低压建立高压的周期过程。分析这种过程可以发现，此时含气率往往不能跟随油液压力的变化，而是由空气析出消解的动态特性决定的。由此可见，需从油液中空气析出与消解的特性出发，考虑时变效应，建立油气两相的动态空化模型，以求准确计算各种工况下油液的含气率。
在齿轮泵多容积流场中，各个控制容积并不孤立而是按一定关系连通的，所以应考虑气体在它们之间的流动与分布情况。而在过去的研究中，因认为油液含气率只由压力决定，故而不存在上述问题。为了系统地研究齿轮泵中空化的演变过程，深入剖析气体与其它动力学行为的祸合关系。有必要先针对密闭容积建立油液的动态空化模型，然后在此基础上进行拓展，针对连通容积建立油液的含气率微分方程，继而将此模型应用于齿轮泵流体动力学模型中。这将有助于我们从集中参数建模的角度来分析和理解空化在内啮合齿轮泵内的演变特征，揭示气体的析出对齿轮泵压力流量动态行为的影响机理。
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