齿轮泵的失效机制与寿命估算方法
齿轮泵被广泛应用于航空、航天、船舶和工程机械等液压系统中,作为液压系统的动力源,其使用寿命对整个液压系统影响重大。齿轮泵在设计过程中无法对其寿命进行有效计算,齿轮泵寿命多通过试验数据获得,传统的寿命试验具有周期长、试验费用高等问题,因此急需探求一种有效的齿轮泵寿命估算方法。
由于传统寿命试验方法的种种不足,齿轮泵的加速寿命方法得到了重视。给出了将序贯寿命抽样试验与强化试验相结合的寿命试验方法,以减少试验样本,缩短试验时间;给出了液压泵综合应力寿命试验方法。上述试验方法均能起到一定的加速作用,但是加速性受到限制,并且试验装置复杂、试验成本较高。因此,为了解决上述加速寿命试验存在的不足,本文作者提出了一种通过增加油液介质污染度的齿轮泵加速寿命试验方法。该方法首先分析了影响齿轮泵寿命的失效原因,并选择介质污染度作为加速寿命的应力选择,其次给出了齿轮泵的磨损加速寿命试验方法,最后建立寿命模型并以试验数据为基础,利用统计分析方法给出了齿轮泵的寿命及可靠性指标计算方法。该方法在齿轮泵寿命计算具有一定的实际价值。
失效是产品的一种状态,在这种状态下,产品丧失了规定的功能。失效机制是寻求产品失效的实质原因。为某高粘度齿轮泵部件轴承和齿轮的失效机制的统计数据,可以看出齿轮泵的失效形式主要为磨损。
齿轮与壳体之间、高速旋转的轴承都会产生较严重的磨损。齿轮泵磨损的形式是多样的,主要是磨粒磨损。磨损给齿轮泵会带来两种基本失效形式:性能衰降和突发性故障。性能衰降是由于磨损造成齿轮泵间隙的增大,内部泄漏增加,导致容积效率及总效率下降。下降到一定程度,就意味着寿命的终比。突发性故障是指齿轮泵在非预料的情况下,结构突然损坏。通过以上分析,最终确定磨损为影响齿轮泵寿命的主要失效原因。对于以磨损为主要失效形式的液压元件,其寿命考核应以磨损寿命为依据。
斜齿齿轮泵是由一对相互啮合的斜齿轮、前泵体,后泵体等组成。直齿轮啮合传动和斜齿轮啮合传动有着不同的特征:直齿轮啮合传动中,两轮是沿着整个齿宽方向接触,又沿着整个齿宽方向分离,载荷是突然加载和卸荷的这就导致传动平稳性较差,而冲击、振动和噪音较大;而在斜齿轮啮合传动中,当齿轮的一端进入啮合时,轮齿的另一端要滞后一定的角度才能进入啮合,即轮齿先由一端进入啮合,到另一端退出啮合,其齿面上的接触线先由短变长,然后又由长变短,直到脱离啮合,从而使得传动较平稳,冲击、振动和噪音较小,适宜于高速、重载传动。所以斜齿轮泵的工作原理和一般直齿齿轮泵的工作原理不尽相同。
外啮合斜齿轮泵的结构。船用泵泵盖、泵体用螺钉紧固在一起。法兰、泵盖也是通过螺钉紧固。滑动轴承5和7、11和12分别装于泵盖3和泵体10的轴承孔内,用来支承斜齿轮轴1和斜齿轮轴2的轴颈,两斜齿轮的两侧面装有浮动侧板8和9。浮动侧板8和9在压力油的作用下贴在斜齿轮1和斜齿轮2的端面,起到了自动补偿轴向间隙的作用。这个自动补偿有利于提高泵的容积效率。
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