一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法及装置与流程

本发明涉及内啮合齿轮泵设计制作领域，特别是指一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法及装置。

背景技术：

大型工程机械行业中，设备运行工况多呈现出低速重载特征，在润滑剂选择方面多用润滑脂。集中润滑系统能够实现装备润滑点的定时、定量加注，成为未来装备润滑的重要发展方向。其核心部件就是润滑脂泵，润滑脂泵性能稳定是集中润滑系统良好运行的前提。润滑脂泵也是一种液压泵，液压系统中最常用的液压泵就是齿轮泵，齿轮泵分为外啮合齿轮泵与内啮合齿轮泵，内啮合齿轮泵采用内啮合方式使得其体积小于外啮合齿轮泵，其结构也较为紧凑，流量脉动小，并且内啮合齿轮副转向相同，使得内外齿轮磨损更小，大大增加了齿轮使用寿命。因此，内啮合齿轮泵更适合用来泵送润滑脂。

发明人发现，内啮合齿轮泵在工作时必然存在泄漏，其中齿轮端面间隙泄漏是内泄漏主要途径，为了降低泄漏量而过度减少齿轮端面间隙的同时，带来了新的问题，即随着齿轮端面间隙的减小，使齿轮在运转时产生的内摩擦力会消耗一定功率，间隙越小，机械损耗增加，故确定出合理的齿轮端面间隙就显得十分重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法及装置，以解决前述背景技术中全部缺陷或之一。

基于上述目的本发明提供的内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法，包括如下步骤：

获取内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数；

将内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，输出生成结果；

依据生成结果对内啮合齿轮泵的端面间隙进行调整。

所述端面间隙的生成模型的建立过程包括：

建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型；

建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型；

将内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型进行耦合，得到端面间隙的生成模型。

可选的，所述建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型包括：

建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型；

依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型建立内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

可选的，所述获取内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数包括：

获取内啮合齿轮泵的内齿轮的齿根圆半径、外圆半径、齿顶圆半径和内啮合齿轮泵的外齿轮的齿根圆半径、轮轴半径、齿顶圆半径。

可选的，所述内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型为：

其中，q为内啮合齿轮泵的端面泄漏量，δ为端面间隙，δp为泄漏入口和出口的压力差，为剪切速率，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，为内齿轮泄漏区域包络角，为外齿轮泄漏区域包络角。

可选的，所述内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型为：

其中，pq为内啮合齿轮泵的泄漏损失功率，q为内啮合齿轮泵的端面泄漏量，δ为端面间隙，δp为泄漏入口和出口的压力差，为剪切速率，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，为内齿轮泄漏区域包络角，为外齿轮泄漏区域包络角。

可选的，所述内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型为：

其中，pf为内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率，ω为内齿轮与外齿轮的角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，r5为外齿轮齿顶圆半径，r6为内齿轮齿顶圆半径。

可选的，所述端面间隙的生成模型为：

f(x)＝p＝min(pq+pf)；

其中，p为总损失功率，pq为内啮合齿轮泵的泄漏损失功率，pf为内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率。

一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整装置，包括：

数据获取模块，用于获取内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数；

计算模块，用于将内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，输出生成结果；

调整模块，依据生成结果对内啮合齿轮泵的端面间隙进行调整。

建模模块一，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型；

建模模块二，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型；

耦合模块，用于将内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型进行耦合，得到端面间隙的生成模型。

可选的，所述建模模块一包括：

建模单元一，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型；

建模单元二，用于依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型建立内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

综上所述，本发明的内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法及装置通过分别建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型，将泄漏损失功率与内摩擦损失功率相加得到总损失功率，将获取的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，并将总损失功率设定为最小值，从而可求解出端面间隙的最优值，将所设计的内啮合齿轮泵的端面间隙调整为求解出的最优值，使整个内啮合齿轮泵的工作功率损失最小，为后续设计内啮合齿轮泵的端面间隙提供了便利。

附图说明

图1为本发明的内啮合齿轮泵的端面间隙的调整方法的流程示意图；

图2为本发明的内啮合齿轮泵的端面间隙的生成模型的建立流程示意图；

图3为本发明的建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型的流程示意图；

图4为内啮合齿轮泵的局部结构示意图；

图5为内啮合齿轮泵的端面间隙泄漏途径示意图；

图6为内啮合齿轮泵的端面间隙的调整装置的结构示意图；

图7为内啮合齿轮泵的端面间隙的调整装置的建模模块一的结构示意图。

其中，数据获取模块-100，计算模块-200，调整模块-300，建模模块一-10，建模模块二-20，耦合模块-30，建模单元一-11，建模单元二-12。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，此外本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置，因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明后续实施例对此不再一一说明。

基于上述目的提供的一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法及装置，该方法与装置可以应用于计算机或者其他电子设备，具体不做限定。下面首先对内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法进行详细说明。

参照图1、4和5所示，作为一个实施例，本发明的内啮合齿轮泵的端面间隙调整方法，包括如下步骤：

s100，获取内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数。

举例来说，在设计和制作润滑脂泵，本实施例中特指内啮合齿轮泵时，需将内齿轮与外齿轮的的端面间隙调整到合适值，而内齿轮与外齿轮的特征参数是确定端面间隙的主要因素，故先获取内啮合齿轮泵中的内齿轮与外齿轮的相关特征参数。

s200，将内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，输出生成结果。

举例来说，将获取的内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，由端面间隙的生成模型进行计算并生成最优的端面间隙值，然后输出生成结果。

s300，依据生成结果对内啮合齿轮泵的端面间隙进行调整。

举例来说，端面间隙的生成模型计算并输出了结果，依据生成结果对内啮合齿轮泵的端面间隙进行调整，使端面间隙值与生成结果一致。

其中，如图2所示，端面间隙的生成模型的建立过程包括：

s10，建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

举例来说，端面间隙会造成内部泄漏，而内部泄漏则会造成内啮合齿轮泵的实际工作功率降低，为此，建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型，将端面间隙与内齿轮和外齿轮的特征参数输入内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型中，可求解出内啮合齿轮泵的泄漏损失功率。

s20，建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型。

举例来说，润滑脂在端面间隙中泄漏时，由于润滑脂的粘度高于普通油液和纯水，使内齿轮与外齿轮在运转时，产生的摩擦力会消耗部分内啮合齿轮泵的工作功率，为此，建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型，将端面间隙与内齿轮与外齿轮的特征参数输入内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型中，可求解出内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率。

s30，将内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型进行耦合，得到端面间隙的生成模型。

举例来说，将内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型进行耦合，得到端面间隙的生成模型，端面间隙主要引发了两方面的工作功率损失，一是泄漏损失功率，二是内摩擦损失功率，内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙是确定泄漏损失功率与内摩擦损失功率的主要因素，为此，在生成端面间隙的过程中，将泄漏损失功率与内摩擦损失功率相加得到的总损失功率设定为最小值，而内齿轮与外齿轮的特征参数已被获取，故可求解出总损失功率最小情况下的端面间隙，此时的端面间隙作为内啮合齿轮泵的最优解。

综上所述，通过分别建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型，将泄漏损失功率与内摩擦损失功率相加得到总损失功率，将获取的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，并将总损失功率设定为最小值，从而可求解出端面间隙的最优值，将所设计的内啮合齿轮泵的端面间隙调整为求解出的最优值，使整个内啮合齿轮泵的工作功率损失最小，为后续设计内啮合齿轮泵的端面间隙提供了便利。

在一些可选实施例中，如图3所示，所述步骤s10包括：

s11，建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型。

举例来说，端面间隙会造成内部泄漏，而端面泄漏量是影响内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的主要因素，为此建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型。

s12，依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型建立内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

举例来说，端面泄漏量是影响泄漏损失功率的主要因素，为此，依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型建立内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

在一些可选实施例中，所述步骤s100包括：

获取内啮合齿轮泵的内齿轮的齿根圆半径、外圆半径、齿顶圆半径和内啮合齿轮泵的外齿轮的齿根圆半径、轮轴半径、齿顶圆半径。

在一些可选实施例中，所述内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型为：

其中，q为内啮合齿轮泵的端面泄漏量，δ为端面间隙，δp为泄漏入口和出口的压力差，为剪切速率，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，为内齿轮泄漏区域包络角，为外齿轮泄漏区域包络角。

举例来说，图5为内啮合齿轮泵的泄漏途径，内啮合齿轮泵的端面间隙中流动属于双圆盘平行平板间隙流动，流量泄漏量采用如下公式：

其中，q0为流量泄漏量，ra为圆盘内圆半径，rb为圆盘外圆半径，δ为端面间隙，μ为流体的粘度，δp为泄漏入口和出口的压力差，δ为端面间隙。

润滑脂的粘度结合h-b模型和润滑脂的流变特性可以由如下公式推出：

其中，μ为流体的粘度，流体的粘度与所处温度具有一定的联系，本实施例中所述粘度μ的选用范围为25℃-85℃，优选为65℃，为剪切速率，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，τ0为剪切屈服应力。

则内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的端面间隙泄漏流量公式为：

其中，q1为内齿轮的端面泄漏量，q2为外齿轮的端面泄漏量，δ为端面间隙，δp为泄漏入口和出口的压力差，为剪切速率，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，为内齿轮泄漏区域包络角，为外齿轮泄漏区域包络角。

内啮合齿轮泵的端面间隙泄漏两侧对称，故内啮合齿轮泵的端面泄漏量为：

在一些可选实施例中，所述内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型为：

其中，pq为内啮合齿轮泵的泄漏损失功率，q为内啮合齿轮泵的端面泄漏量，δ为端面间隙，δp为泄漏入口和出口的压力差，为剪切速率，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，为内齿轮泄漏区域包络角，为外齿轮泄漏区域包络角。

举例来说，内啮合齿轮泵在泵送润滑脂时，泵内部压力较大，润滑脂会通过端面间隙向低压区泄漏，造成泵的工作功率损失，故依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量可推出内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型：

在一些可选实施例中，所述内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型为：

其中，pf为内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率，ω为内齿轮与外齿轮的转动角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径，r5为外齿轮齿顶圆半径，r6为内齿轮齿顶圆半径。

举例来说，内啮合齿轮泵端面间隙内摩擦损失功率区域主要分为内齿轮泄漏区域和外齿轮泄漏区域，外齿轮内摩擦功率损失区域主要包括外齿轮的齿根圆到轮轴区域以及外齿轮的齿根圆到齿顶圆区域，内齿轮内摩擦功率损失区域主要包括内齿轮的齿根圆到外圆区域以及内齿轮的齿根圆到齿顶圆区域。

以外齿轮为例计算其端面间隙流体内摩擦力为：

浮动侧板的外形可看过半圆形，从外齿轮的齿根圆到轮轴区域选取一微小面积：

da＝πrdr；

设外齿轮的转动角速度为ω，内齿轮与外齿轮的角速度相等同样为ω，则所取微小面积线转动线速度为：

v＝ωr；

故外齿轮的齿根圆到轮轴之间的内摩擦损失功率为：

其中，δ为端面间隙，ω为外齿轮转动角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r3为外齿轮齿根圆半径，r4为外齿轮轮轴半径。

浮动侧板的形状近似于半圆形，则内外齿轮均只有一半的面积与浮动侧板之间有摩擦间隙存在，则在外齿轮的齿根圆与齿顶圆区域内，轮齿所占区域为：

故外齿轮的齿根圆到齿顶圆区域的内摩擦损失功率为：

其中，δ为端面间隙，ω为外齿轮转动角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r3为外齿轮齿根圆半径，r5为外齿轮齿顶圆半径。

同理可得，内齿轮的齿根圆到外圆区域的内摩擦损失功率为：

其中，δ为端面间隙，ω为内齿轮转动角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r2为内齿轮外圆半径。

内齿轮齿根圆到齿顶圆区域的内摩擦损失功率为：

其中，δ为端面间隙，ω为内齿轮转动角速度，τ0为剪切屈服应力，k为稠度系数，n为剪切变稀指数，r1为内齿轮齿根圆半径，r6为内齿轮齿顶圆半径。

故内啮合齿轮泵的端面间隙的内摩擦损失总功率为：

pf＝2(p1+p2+p3+p4)。

在一些可选实施例中，所述端面间隙的生成模型为：

f(x)＝p＝min(pq+pf)；

其中，p为总损失功率，pq为内啮合齿轮泵的泄漏损失功率，pf为内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率。

举例来说，端面间隙主要引发了泄漏损失功率与内摩擦损失功率，将两者相加作为端面间隙的生成模型，通过输入端面间隙以及内齿轮与外齿轮的特征参数，可求解出端面间隙带来的损失功率值，同理可知，将内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，同时将总损失功率设定为最小值，故在已知内齿轮与外齿轮的特征参数与总损失功率的前提下，可求解出内啮合齿轮泵的端面间隙。

一种内啮合齿轮泵的端面间隙调整装置，如图6所示，包括：

数据获取模块100，用于获取内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数；

计算模块200，用于将内啮合齿轮泵的内齿轮与外齿轮的特征参数输入端面间隙的生成模型中，输出生成结果；

调整模块300，用于依据生成结果对内啮合齿轮泵的端面间隙进行调整；

建模模块一10，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型；

建模模块二20，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型；

耦合模块30，用于将内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型与内啮合齿轮泵的内摩擦损失功率的生成模型进行耦合，得到端面间隙的生成模型。

可选的，如图7所示，所述建模模块一10包括：

建模单元一11，用于建立基于内齿轮与外齿轮的特征参数和端面间隙的内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型；

建模单元二12，用于依据内啮合齿轮泵的端面泄漏量的计算模型建立内啮合齿轮泵的泄漏损失功率的生成模型。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。