圓柱齒輪流量傳感器運(yùn)用前景

1、圓柱齒輪流量傳感器的運(yùn)用前景    一、圓柱齒輪流量計(jì)的基本原理    圓柱齒輪流量計(jì)由一對(duì)幾何參數(shù)完全相同的齒輪、軸承、軸、殼體、放大器、電磁傳感器等部件組成。圖1為其結(jié)構(gòu)原理圖，兩嚙合齒輪將由殼體和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分。    圓柱齒輪流量計(jì)的力學(xué)原理    如圖2所示，E為、齒輪的嚙合點(diǎn)，h為齒輪的全齒高。嚙合點(diǎn)E到兩齒輪的齒根的距離分別為c和b，齒寬為B。當(dāng)流體通過(guò)圓柱齒輪流量計(jì)時(shí)，由于機(jī)械摩擦和流體自身流動(dòng)的能量損耗，使得進(jìn)油腔和出油腔間產(chǎn)生壓降，

2、即差壓p=p1-p2。其中，進(jìn)油腔內(nèi)高壓流體作用于進(jìn)油腔內(nèi)所有的輪齒，而嚙合的兩個(gè)輪齒的齒面只有一部分受高壓油的作用；由于c和b均小于齒高h(yuǎn)，所以在、齒輪上分別產(chǎn)生作用力p1B（h-c）和p1B（h-b）。同理，在出油腔中、齒輪也會(huì)分別受到作用力p2B（h-c）和p2B（h-b）。   作用力合成得出流體在、齒輪上的總作用力分別為B（p1-p2）（h-c）和B（p1-p2）（h-b），正是在這兩個(gè)力的作用下齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)流體被分隔為小的體積計(jì)量單元并帶到出口排出。這里進(jìn)行的受力分析的前提是，流體沿著齒輪軸向流入流出，即流體對(duì)齒輪的徑向沖擊很小，相應(yīng)作用于齒輪的動(dòng)壓

3、力可忽略。如果流體是沿齒輪的徑向流入則需相應(yīng)地記入動(dòng)壓對(duì)齒輪的作用力。因?yàn)閯?dòng)壓力隨流量同時(shí)變化，此時(shí)齒輪的受力情況就復(fù)雜得多，最終難以保證圓柱齒輪流量計(jì)的線性度，因此，筆者認(rèn)為這也是圓柱齒輪流量計(jì)通常被設(shè)計(jì)成流體沿著齒輪軸向流入流出的重要原因。   上?？祬R實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司制造的高精度油耗傳感器，該產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)唯一取得國(guó)家防爆/計(jì)量雙認(rèn)證的高科技產(chǎn)品，引進(jìn)油料管理的高科技手段,安裝高精度流量傳感器,取得國(guó)家防爆和計(jì)量認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)油料動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè),創(chuàng)新管理完善考評(píng)和獎(jiǎng)懲體系，夯實(shí)油田運(yùn)輸公司的可持續(xù)發(fā)展基礎(chǔ)。    二、圓柱齒

4、輪流量計(jì)測(cè)量誤差來(lái)源分析    由于齒輪之間以及與殼體之間是動(dòng)態(tài)配合，考慮齒輪嚙合和齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)潤(rùn)滑的需求，因此要求齒輪與殼體之間存在微小間隙，通常間隙高度h1<0.1mm。分析已知進(jìn)出口存在壓差，根據(jù)流體力學(xué)原理，間隙、壓差必然造成縫隙流動(dòng)，即泄漏。正是由于泄漏的存在使圓柱齒輪流量計(jì)實(shí)際儀表系數(shù)小于理論值，造成計(jì)量誤差。泄漏流量為：    式中：h1、b1、l縫隙的高度、寬度和長(zhǎng)度；流體動(dòng)力黏度；u0相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；p進(jìn)出口的差壓。    因?yàn)楦鏖g隙配合面間都存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以引入剪切流動(dòng)項(xiàng)u0b1h

5、1/2，其中齒頂圓與殼體內(nèi)圓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為u0=wra，并與泄漏方向一致，因此取“+”，齒輪端面和前后配合面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，但由于是圓周運(yùn)動(dòng)，可近似認(rèn)為剪切流動(dòng)被對(duì)稱抵消。齒嚙合區(qū)由于間隙可忽略，因此泄漏量很小。上述3處泄漏中端面間隙泄漏量最大，約占總泄漏量的3/4以上。由以上分析可得泄漏量近似與縫隙高度h13、差壓p成正比，與流體動(dòng)力學(xué)黏度成反比。因此，要保證圓柱齒輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度，縫隙高度h1是一個(gè)關(guān)鍵因素。針對(duì)間隙高度就要求提高齒輪、殼體和軸加工準(zhǔn)確度和改進(jìn)裝配工藝，保證齒輪端面與殼體的間隙適中并具備很好的平行度。兩齒輪軸的平行度與中心距，以及殼體上軸孔的同軸度也是設(shè)計(jì)、機(jī)

6、械加工和裝配的重點(diǎn)保證參數(shù)，采用數(shù)控加工機(jī)床作為加工兩軸孔的工具，其同軸度的誤差基本為零。這些措施能有效避免機(jī)械磨損，降低流量計(jì)壓力損失，避免因磨損而造成間隙變大。要素決定了圓柱齒輪流量計(jì)是否適用于中高黏度流體（黏度在20cst以上）的流量測(cè)量，如潤(rùn)滑油和液壓油品的測(cè)量。同時(shí)也要注意黏度的增大會(huì)使壓力損失Vp迅速增加，因此，設(shè)計(jì)和選用時(shí)只有考慮了這對(duì)矛盾參數(shù)的平衡點(diǎn)，才能達(dá)到最好的測(cè)量效果。    另外一個(gè)重要誤差來(lái)源是溫度變化。由于流量計(jì)材料的熱膨脹性，溫度的變化必然引起齒容量的變化，并造成計(jì)量誤差，因此，溫度變化大時(shí)應(yīng)考慮對(duì)齒容量和對(duì)應(yīng)流量進(jìn)行修正，如溫度t的

7、實(shí)際齒容量可近似表示為：    式中：V220時(shí)的齒容量；b齒輪材料的熱膨脹系數(shù)。    由于齒輪和殼體材料不同，熱膨脹系數(shù)也有所差異，溫度的變化也將引起各配合間隙的變化，帶來(lái)一系列連鎖效應(yīng)。因此，研制過(guò)程中不能孤立地考慮各要素，要綜合考慮尋求各要素的最佳平衡點(diǎn)，必要時(shí)要做大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)以確定最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)，這樣才能保證研制出的圓柱齒輪流量計(jì)更加接近理想的數(shù)學(xué)模型而減小測(cè)量誤差。    三、圓柱齒輪流量計(jì)的選用注意事項(xiàng)    由于圓柱齒輪流量計(jì)直接依靠輪齒嚙合工作，

8、因此為減小齒輪、軸承的磨損和卡死現(xiàn)象，要求介質(zhì)清潔度較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)通過(guò)流量計(jì)。圓柱齒輪流量計(jì)會(huì)使流場(chǎng)產(chǎn)生脈動(dòng)，而且大流量時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大壓力損失和強(qiáng)噪音，噪音最高可達(dá)72dB以上?，F(xiàn)階段圓柱齒輪流量計(jì)主要依賴進(jìn)口，因此購(gòu)置成本較高，且進(jìn)口也給技術(shù)支持和售后帶來(lái)不便。然而由于磨損的必然存在，因此，必須按照規(guī)定及時(shí)對(duì)圓柱齒輪流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，以便及時(shí)掌握最新的儀表參數(shù)。    四、結(jié)論    圓柱齒輪流量計(jì)屬于容積式流量計(jì)，適用于油、脂、溶劑、聚氨酯、剎車油、液壓油和其他一些無(wú)顆粒的潤(rùn)滑性液體的流量測(cè)量，廣泛用于航空、航天、化工等多種軍用和民用領(lǐng)域的流量測(cè)量。但當(dāng)前圓柱齒輪流量計(jì)主要依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化水平很低，這其中不乏技術(shù)方面的原因。研制高精度圓柱齒輪流量計(jì)要重視學(xué)習(xí)國(guó)外已成熟的圓柱齒輪流量計(jì)研制經(jīng)驗(yàn)，研制過(guò)程中要結(jié)合相關(guān)學(xué)科知識(shí)，把握住關(guān)鍵因素。如核心零部件即齒輪與殼體的參數(shù)設(shè)計(jì)、高精度的機(jī)加工、合理的加工和裝配工藝、零部件