CN112283099A - 一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法 - Google Patents

一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法，包括测试油路、噪声频谱分析仪、高频压力传感器和加速度传感器，齿轮泵的外壁与齿轮泵两侧的过渡区之间分别设置有至少两个高频压力传感器，齿轮泵的端盖上设置有振动传感器，齿轮泵的主动轴与从动轴上均设置有加速度传感器，利用噪声频谱分析仪对齿轮泵的噪声进行测量，得到目标齿轮泵的噪声频谱，利用高频压力传感器对排油区压力脉动和过渡区齿槽压力变化进行测量，利用加速度测量仪测量壳体和主动轴、从动轴的振动频率，将以上测量结果综合比较，得出目标齿轮泵的部分主要噪声来源；本发明可对外啮合齿轮泵噪声的具体来源进行量化，本发明涉及齿轮泵技术领域。

Description

一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法
技术领域
本发明涉及齿轮泵技术领域，更具体而言，涉及一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法。
背景技术
齿轮泵是液压传动系统中常用的液压元件，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两大类，外啮合齿轮泵由于其噪声等级相对较高，使得其使用场所受到明显限制，不同齿轮泵的噪声源头各有差异，为了有效进行齿轮泵的降噪工作，需要明确齿轮泵噪声根源的分布情况，从而针对性的对产生噪声最严重的的结构进行优化，齿轮泵产生噪声的原因可大致分为以下四类：
（1）由于困油现象造成压力冲击或气蚀，从而产生噪声；
（2）由于齿轮制造存在误差、高压工况下齿面变形导致的啮合冲击，当其啮合运转时，轮齿可能受到突然加载的冲击引起振动而发声；
（3）流量的脉动引起压力脉动而激声；
（4）轴承精度不高或安装不良所引起的噪声，以及侧板与齿轮侧面间由于摩擦而激发的声音等。
现有的齿轮泵噪声测量方法普遍只关注噪声的声压等级，检测方法为利用分贝仪简单测量齿轮泵运转时所产生的噪声，无法得知齿轮泵噪声根源的详细分布情况。
因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，提供一种可对外啮合齿轮泵噪声的具体来源进行量化的外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构及测试方法
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，包括测试油路、噪声频谱分析仪、高频压力传感器Ⅰ、高频压力传感器Ⅱ和加速度传感器，
所述测试油路包括油箱和齿轮泵，油箱与齿轮泵之间通过管路连接，所述噪声频谱分析仪用于采集齿轮泵的噪声；
所述齿轮泵的外壁与齿轮泵两侧的过渡区之间分别设置有至少两个通孔，单侧过渡区的壁面上相邻通孔与通孔的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，所述高频压力传感器Ⅰ设置于通孔中；
所述齿轮泵的排油区连接有高频压力传感器Ⅱ，齿轮泵的端盖上设置有振动传感器，齿轮泵的主动轴与从动轴上均设置有加速度传感器。
进一步的，所述油箱与齿轮泵的吸油区之间的管路上依次设置有吸油过滤器和球阀Ⅰ，所述齿轮泵排油区与油箱之间的管路上依次设置有球阀Ⅱ和回油过滤器，齿轮泵排油区与球阀Ⅱ之间的管路上并联设置有溢流阀和节流阀，所述高频压力传感器Ⅱ设置于节流阀与齿轮泵排油区之间的管路上。
进一步的，单侧过渡区上其中一个通孔距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
进一步的，齿轮泵端盖上设置有开孔，齿轮泵的从动轴延伸出端盖，所述加速度传感器设置在从动轴的延伸端上。
5、一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试方法，其特征在于：
S1、对齿轮泵采取隔振措施，通过噪声频谱分析仪对齿轮泵的噪声进行采集，得到目标齿轮泵的噪声频谱；
S2、通过高频压力传感器Ⅱ对齿轮泵排油区压力脉动进行测量，通过高频压力传感器Ⅰ对齿轮泵过渡区的齿槽压力变化进行测量，将获得的数据代入齿轮泵径向力计算，通过傅里叶变化得到齿轮泵径向力波动的频域函数；
S3、通过振动传感器测量齿轮泵壳体的的振动频率，将齿轮泵的从动轴加长并在端盖上开孔，使从动轴从齿轮泵端盖开孔处伸出，将加速度传感器探头分别安装在主动轴与从动轴上，通过加速度传感器测量齿轮泵主动轴和从动轴的振动频率；
S4、将齿轮泵压力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵压力脉动引起的液压噪声声压等级；
将齿轮泵径向力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵径向力脉动引起的结构噪声声压等级；
将齿轮泵壳体、主动轴和从动轴振动频率与齿轮泵噪声频谱进行比较，在频谱中找出与三者频率相等的噪声频率，即可分别得出由三者引起的结构噪声声压等级。
进一步的，所述齿轮泵的外壁与齿轮泵两侧的过渡区之间分别设置有至少两个高频压力传感器Ⅰ，单侧过渡区相邻高频压力传感器Ⅰ的油液通道在齿轮泵壁面上的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，单侧过渡区上其中一个高频压力传感器Ⅰ距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、本发明所提出的齿轮泵噪声及噪声源测试结构，可以有效测量齿轮泵过渡区齿槽间的压力变化，有助于分析齿轮泵结构噪声与流体噪声的分析。
2、可以有效测量齿轮泵壳体振动频率，将该振动频率代入噪声频谱中找出对应的噪声声压等级，能够量化由齿轮泵壳体振动引起的结构噪声。
3、可以有效测量齿轮泵传动轴振动频率，将该振动频率代入噪声频谱中找出对应的噪声声压等级，能够合理量化因齿轮啮合冲击以及轴承安装不良所引起的结构噪声。
4、本发明所提出的齿轮泵噪声及噪声源测试方法，通过傅里叶变化将所测得的目标物理量的时域分布转化为频域分布，通过将频域分布的主频带频率代入噪声频谱寻找其对应的声压等级的方法，分别得出由齿轮泵出口压力脉动、径向力脉动所引起的噪声声压等级。便于确定噪声根源，并采取相应技术手段针对性降噪。
附图说明
下面将通过附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
图1为齿轮泵壳体振动频率和齿槽压力变化的检测示意图；
图2为齿轮泵主动轴和从动轴振动频率的检测示意图；
图3为本发明测试油路原理图。
图中：1为齿轮泵，11为过渡区，12为通孔，13为吸油过滤器，14为球阀Ⅰ，15为球阀Ⅱ，16为溢流阀，17为节流阀，18为回油过滤器，2为油箱，3为高频压力传感器Ⅰ，4为高频压力传感器Ⅱ，5为加速度传感器，6为振动传感器，7为从动轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1至图3所示，一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，包括测试油路、噪声频谱分析仪、高频压力传感器Ⅰ3、高频压力传感器Ⅱ4和加速度传感器5，
所述测试油路包括油箱2和齿轮泵1，油箱2与齿轮泵1之间通过管路连接，油箱2与齿轮泵1的吸油区之间的管路上依次设置有吸油过滤器13和球阀Ⅰ14，所述齿轮泵排油区与油箱之间的管路上依次设置有球阀Ⅱ15和回油过滤器18，齿轮泵排油区与球阀Ⅱ15之间的管路上并联设置有溢流阀16和节流阀17，所述高频压力传感器Ⅱ4设置于节流阀17与齿轮泵排油区之间的管路上。
以节流阀17模拟负载，通过控制节流阀17的阀口开度可调节齿轮泵1的排油口压力，模拟齿轮泵1在不同载荷下的工作情况，通过高频压力传感器Ⅱ4，测量齿轮泵的排油口压力脉动。
所述噪声频谱分析仪用于采集齿轮泵1的噪声；
所述齿轮泵1的外壁与齿轮泵两侧的过渡区11之间分别设置有3个通孔，单侧过渡区11的壁面上相邻通孔与通孔的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，所述高频压力传感器Ⅰ3设置于通孔12中；通过采集高频压力传感器Ⅰ输出的信号可以得到传感器安装点压力的时域分布，由于过渡区单一齿槽内的压力被视为均匀分布，因此高频压力传感器Ⅰ所采集的压力变化即为其所处齿槽内的压力变化。
由于过渡区壁面上通孔与通孔的间隔等于齿轮齿顶距，因此齿轮泵单侧的传感器Ⅰ3总是同时处于齿槽区域或齿顶区域。根据高频压力传感器Ⅰ3测得的压力的时域变化可判断被测齿轮齿槽的位置，结合齿槽压力和排油压力的时域变化进行积分即可得出齿轮泵径向力的时域分布。
齿轮泵1的端盖上设置有振动传感器6，齿轮泵1端盖上设置有开孔，齿轮泵1的从动轴7延伸出端盖，齿轮泵1的主动轴与从动轴7的延伸端上均设置有加速度传感器5。
单侧过渡区11上其中一个通孔12距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试方法：
S1、对齿轮泵1采取隔振措施，避免外界因素影响对齿轮泵运行噪声的采集，通过噪声频谱分析仪对齿轮泵1的噪声进行采集，得到目标齿轮泵1的噪声频谱；
S2、通过高频压力传感器Ⅱ4对齿轮泵排油区压力脉动进行测量，通过高频压力传感器Ⅰ3对齿轮泵过渡区11的齿槽压力变化进行测量，将获得的数据代入齿轮泵径向力计算，通过傅里叶变化得到齿轮泵径向力波动的频域函数；
S3、通过振动传感器6测量齿轮泵壳体的的振动频率，将齿轮泵的从动轴加长并在端盖上开孔，使从动轴从齿轮泵端盖开孔处伸出，将加速度传感器5探头分别安装在主动轴与从动轴上，通过加速度传感器5测量齿轮泵主动轴和从动轴7的振动频率，轴振动也可反应由于轴承精度不高或安装不良所引起的噪声；
S4、利用傅里叶变换可以将测得的齿轮泵压力脉动的时域分布和经过计算得到的齿轮泵径向力的时域分布分别转化为频域分布。将齿轮泵压力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵压力脉动引起的液压噪声声压等级；将齿轮泵径向力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵径向力脉动引起的结构噪声声压等级；
将齿轮泵壳体、主动轴和从动轴振动频率与齿轮泵噪声频谱进行比较，在频谱中找出与三者频率相等的噪声频率，即可分别得出由三者引起的结构噪声声压等级。
齿轮泵1的外壁与齿轮泵两侧的过渡区之间分别设置有至少两个高频压力传感器Ⅰ3，单侧过渡区相邻高频压力传感器Ⅰ的油液通道在齿轮泵壁面上的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，单侧过渡区上其中一个高频压力传感器Ⅰ距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，其特征在于：包括测试油路、噪声频谱分析仪、高频压力传感器Ⅰ（3）、高频压力传感器Ⅱ（4）和加速度传感器（5），
所述测试油路包括油箱（2）和齿轮泵（1），油箱（2）与齿轮泵（1）之间通过管路连接，所述噪声频谱分析仪用于采集齿轮泵（1）的噪声；
所述齿轮泵（1）的外壁与齿轮泵两侧的过渡区（11）之间分别设置有至少两个通孔（12），单侧过渡区（11）的壁面上相邻通孔与通孔的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，所述高频压力传感器Ⅰ（3）设置于通孔（12）中；
所述齿轮泵（1）的排油区连接有高频压力传感器Ⅱ（4），齿轮泵（1）的端盖上设置有振动传感器（6），齿轮泵（1）的主动轴与从动轴（7）上均设置有加速度传感器（5）。
2.根据权利要求1所述的一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，其特征在于：所述油箱（2）与齿轮泵（1）的吸油区之间的管路上依次设置有吸油过滤器（13）和球阀Ⅰ（14），所述齿轮泵排油区与油箱之间的管路上依次设置有球阀Ⅱ（15）和回油过滤器（18），齿轮泵排油区与球阀Ⅱ（15）之间的管路上并联设置有溢流阀（16）和节流阀（17），所述高频压力传感器Ⅱ（4）设置于节流阀（17）与齿轮泵排油区之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，其特征在于：单侧过渡区（11）上其中一个通孔（12）距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
4.根据权利要求1所述的一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试结构，其特征在于：齿轮泵（1）端盖上设置有开孔，齿轮泵（1）的从动轴（7）延伸出端盖，所述加速度传感器（5）设置在从动轴（7）的延伸端上。
5.一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试方法，其特征在于：
S1、对齿轮泵（1）采取隔振措施，通过噪声频谱分析仪对齿轮泵（1）的噪声进行采集，得到目标齿轮泵（1）的噪声频谱；
S2、通过高频压力传感器Ⅱ（4）对齿轮泵排油区压力脉动进行测量，通过高频压力传感器Ⅰ（3）对齿轮泵过渡区（11）的齿槽压力变化进行测量，将获得的数据代入齿轮泵径向力计算，通过傅里叶变化得到齿轮泵径向力波动的频域函数；
S3、通过振动传感器（6）测量齿轮泵壳体的的振动频率，将齿轮泵的从动轴加长并在端盖上开孔，使从动轴从齿轮泵端盖开孔处伸出，将加速度传感器（5）探头分别安装在主动轴与从动轴上，通过加速度传感器（5）测量齿轮泵主动轴和从动轴（7）的振动频率；
S4、将齿轮泵压力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵压力脉动引起的液压噪声声压等级；
将齿轮泵径向力脉动频域分布的主频带与齿轮泵噪声频谱进行比较，找出频谱中与主频带频率相等的噪声，得出由齿轮泵径向力脉动引起的结构噪声声压等级；
将齿轮泵壳体、主动轴和从动轴振动频率与齿轮泵噪声频谱进行比较，在频谱中找出与三者频率相等的噪声频率，即可分别得出由三者引起的结构噪声声压等级。
6.根据权利要求5所述的一种外啮合齿轮泵噪声及噪声源的测试方法，其特征在于：所述齿轮泵（1）的外壁与齿轮泵两侧的过渡区之间分别设置有至少两个高频压力传感器Ⅰ（3），单侧过渡区相邻高频压力传感器Ⅰ的油液通道在齿轮泵壁面上的间隔等于齿轮泵中齿轮的齿顶距，单侧过渡区上其中一个高频压力传感器Ⅰ距排油区的距离小于齿轮泵中齿轮的齿顶距。
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