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水液压传动技术直接以天然水或自来水作为工作介质,既具有液压技术的共性优点,又具有节省资源、经济环保、动态性能好、系统效率高、应用范围广等突出的特点。水液压传动技术适应了环境保护和可持续发展的要求,可大幅提高经济效益,已成为液压工业技术进步与创新的主要领域之一。 液压泵是液压系统的动力源。齿轮泵排量范围适中、结构简单、成本低、工业应用广、在产量上占绝对优势,而内啮合齿轮泵更具有工作效率高、结构紧凑、运转平稳、压力高、磨损小等突出优点。当前,水液压柱塞泵已经研制并形成产品,而水液压内啮合齿轮泵的研究和产品在国内外未见报道。 本文以水液压内啮合齿轮泵为研究对象,以达到工程应用的技术性能为研究目标,采用水液压技术相关成果的文献研究、水液压泵的样本分析与试验研究、水液压技术理论探索与数学建模、适用现代工程材料和先进制造技术应用分析、水液压泵设计与制造的实践与验证等研究方法和研究过程,完成了水液压内啮合齿轮泵的理论分析与试验研究,达到了研究目标。所获得的理论和实践方面的创造性结果对水液压内啮合齿轮泵的研制具有指导意义和应用价值: 通过文献研究,全面综述了国内外水液压技术的现状、水平、主要问题和发展方向,并着重分析了与研究对象相关的研究成果;阐述了水液压元件的共性问题就是要综合运用结构设计方法并采用新材料和新工艺,克服其内部严重的泄漏、磨损、腐蚀与气蚀,确保其工作性能和使用寿命。 以NB型和IPH型两种典型的内啮合齿轮泵为样本,针对NB型泵进行了水介质液压试验,获得了实际的特性曲线及其失效形式并用于指导水液压泵的研究;参考IPH型泵进行水液压内啮合齿轮泵的总体结构设计。 在水液压内啮合齿轮泵的理论探索方面,建立了求解水液压内啮合齿轮泵运动副最佳间隙的数学模型,实际推导并计算出水液压内啮合齿轮泵齿轮副的最佳轴向间隙和最佳径向间隙、以及滑动轴承的最佳间隙,具体指导泵的结构设计;建立了水液压内啮合齿轮泵理论泄漏流量的数学模型并进行了试验验证,形成了流量和容积效率的仿真分析的理论基础;建立了水液压内啮合齿轮泵流量脉动的数学模型,分析了各主要影响因素,为传动零件的设计提供了指导性意见。此外,通过数学模型、传递函数和方框图,分析了水液压内啮合齿轮泵的动态特性。 根据适用新材料和新技术的应用研究,全面分析了水液压元件适用的工程材料及其特性以及水液压元件适用的表面工艺及其特点,为水液压元件的设计和制造提供了依据。 完成了水液压内啮合齿轮泵的设计及其主要零件的制造,确定了各主要零部件所适用的工程材料及其表面工程方法,完成了水液压泵的性能、磨损和破坏性试验,获得了泵的工作性能指标,验证了设计和制造方案。 经过测试,水液压内啮合齿轮泵达到了研究目标所确定的性能指标:工作压力为6.3MPa时,其容积效率为85%、总效率为74%,基本达到工程应用的水平。