变排量齿轮泵的空化流动研究及验证

【摘要】机油泵是发动机润滑系统的核心部分，性能优良的机油泵可以节省能耗，减小发动机的振动和噪声，据研究表明，变排量机油泵能减少发动机油耗的0.5%-2%。空化现象普遍存在于机油泵中，它不仅影响机油泵的效率而且影响机泵的安全性和可靠性，一般引发泵的性能变化、材料侵蚀、结构破坏等问题。除此之外，空化会使机油泵产生振动和噪声，直接影响汽车的NVH性能，因此对机油泵的空化研究具有重要的意义。本文针对变排量齿轮泵开发过程中涉及到的流体分析及振动噪声分析做了研究，重点研究了变排量齿轮泵的空化特性、流动诱导噪声仿真方法及变排量齿轮泵的振动噪声试验分析。运用Pumplinx专业的泵阀流体分析软件建立了变排量齿轮泵的CFD模型，并详细介绍了变排量齿轮泵的CFD分析方法，为了验证模型及分析方法的正确性，通过机油泵综合性能试验测得出口流量与计算值对比分析，结果表明计算所得结果与实验结果基本一致。然后，基于此模型分析变排量齿轮泵的空化特性，研究发现变排量齿轮泵的空化主要发生在齿轮啮合处，同传统齿轮泵空化现象基本一致。另外，研究了进口压力、出口压力、卸荷槽对齿轮泵空化的影响，并发现合理的卸荷槽不仅能改善机油泵的空化现象，而且能减小齿轮泵内的压力波动，有利于减小齿轮泵的振动噪声。Pumplinx在机油泵分析方面具有强大的功能，但不能与其他软件联合计算，本文解决了Pumplinx软件与声学计算软件Actran联合计算的问题，并运用Actran中的Lighthill声类比方法，将机油泵内的流场信息转化为声源信息，计算齿轮泵的声传播，对计算得出的结果如Lighthill体声源时域结果、Lighthill体声源频域结果、声场声压级云图、机油泵周围的场点声压级频谱曲线进行分析。除此之外，研究空化对机油泵噪声的影响，研究发现空化影响整个分析频域内噪声，尤其是对齿轮泵的宽频带噪声影响较大，而对齿轮泵的离散噪声影响并不大。运用丹麦B&K公司PULSE测试系统进行变排量齿轮泵振动和噪声测试试验，应用试验方法分析变排量齿轮泵在高压工况、低压工况、启动工况和空化工况下的NVH特性。通过空化工况试验分析发现，空化影响2KHz~16KHz范围内的振动，且对8KHz~14KHz内的振动影响较大。另外，通过实验测得声压与Actran计算声压对比发现，Pumplinx和Actran计算得出的结果与试验吻合较好，这种方法可以用于机油泵流动诱导噪声的计算，对以后机油泵的设计有重要意义。
【作者】董旭旭；
【导师】徐兆坤；李一峰；
【作者基本信息】上海工程技术大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】变排量齿轮泵；空化；振动噪声；试验测试；频谱分析；

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