MATLAB斜齿齿轮泵设计及优化程序的开发(2)
到提高齿轮泵性能的目的。
1．4 论文的主要研究内容
本课题的主要研究内容是通过对斜齿齿轮泵工作原理的分析，进行斜齿齿轮泵
的结构设计，开发出优化设计程序，并建立相应的 CAD几何模型，以满足低脉动液
压泵的设计需要。
本课题将选用 Matlab 编程语言作为工具，编制程序进行主要结构的优化设计，
并采用Solidworks 软件的几何建模功能，建立液压泵的几何模型。
2 斜齿齿轮泵机构方案和参数设计
2．1 斜齿齿轮泵的结构和工作原理
齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，主要结构包括一对几何参数完完全
相同的齿轮、泵体、前后盖板以及主从动轴组成。它由两个啮合的轮齿将泵体、前后
盖板和轮齿包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油
口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油（如图 2-1）。
图 2-1 齿轮泵的工作原理
由斜齿轮取代直齿轮所构成的齿轮泵我们称之为斜齿齿轮泵。因直齿轮啮合传动
和斜齿轮啮合传动有着不同的特性。直齿轮啮合传动，两轮是沿整个齿宽方向接触，
又沿整个齿宽方向分离；而在斜齿轮啮合传动中，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。反应到齿轮泵中，就导致了斜齿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。
如图2-2所示，斜齿齿轮泵主要由两个相互啮合的斜齿轮 I和 II，以及容纳它们
的泵体 III和前后泵盖 IV所组成。在泵体上，齿轮开始和脱离啮合之处，分别开有排
油口和吸油口。当两互相啮合的斜齿轮沿全齿宽啮合时遍和泵体的内表面和前后泵盖
组成了互不勾通的吸、压油腔。当主动齿轮 I和从动齿轮 II按图示方向旋转时，由于
靠吸油腔侧啮合的斜齿逐渐退出啮合，空间增大，行程局部真空，油在外界大气压作
用下进入吸油腔；而排油腔侧的斜齿逐渐进入啮合，把齿间的油液挤压出来，从压油
口强迫流出。当斜齿轮不断地转动时，斜齿齿轮泵就不断地吸油和压油。这就是斜齿
齿轮泵的工作原理。
图 2-2 斜齿轮泵的工作原理
2．2 目标函数的建立
斜齿齿轮泵中的一对斜齿齿轮是泵中最重要的部分，其参数选择的是否合理，直
接影响了泵的性能的好坏、噪声的大小以及寿命的长短。根据斜齿齿轮泵的流量脉动
公式，我们看出齿轮泵的流量脉动大小取决于齿轮泵的主要的参数的选择。因此可以
通过流量脉动对斜齿齿轮泵进行一定的优化设计，以达到最佳效果。
在斜齿齿轮泵的优化设计中，单目标优化优化目标通常有一下几种：齿轮泵最小
流量脉动、齿轮泵最小体积、最小径向力、最佳径向间隙等等。
这里我们选取以降低斜齿齿轮泵流量脉为目标函数：
大流量外啮合齿轮泵大多采用斜齿轮泵，其螺旋角的大小取决去齿侧间隙的大小，
齿轮宽度、啮合角及齿轮参数。为保证齿轮泵的正常工作，重叠系数不宜太大，原则
上在啮合过程中应始终只有一对齿处于全齿宽啮合状态，若某一区段出现二对齿同时
处于全齿宽啮合状态，将出现“困油现象”，必须设置消除困油的导油槽；若某一区
段出现没有一对齿处于全齿啮合状态，将出现吸排油腔相通的“串油现象”。
图 2-3 斜齿轮泵的啮合1