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齿轮泵工作原理和结构


齿轮泵工作原理及结构
齿轮泵 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵,它一般做成定量泵,按结构不同, 齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵,而以外啮合齿轮泵应用最广。下面以 外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵。 液压齿轮泵主要包括: 高压定量齿轮泵, 高压双联齿轮泵, 润滑泵, 化工泵, 双向齿轮马达,齿轮泵附调压阀,齿轮泵附升降阀。 齿轮泵的工作原理和结构 齿轮泵的工作原理

如图 3-3 所示,它是分离三片式结构,三片是指泵盖 4,8 和泵体 7, 泵体 7 内装有一对齿数相同、 宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮 6, 这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔, 并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分 为两部分,即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴 12 和从动轴 15 上,主动轴由电动机带动旋转。

图 3-3 外啮合型齿 轮泵工作原理 CB—B 齿轮泵的结构如图 3-4 所示,当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时, 齿轮泵右侧(吸油腔)齿轮脱开啮合,齿轮的轮齿退出齿间,使密封容积增大, 形成局部真空,油箱中的油液在外界大气压的作用下,经吸油管路、吸油腔进入 齿间。随着齿轮的旋转,吸入齿间的油液被带到另一侧,进入压油腔。这时轮齿 进入啮合,使密封容积逐渐减小,齿轮间部分的油液被挤出,形成了齿轮泵的压 油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开,起配油作用。当齿轮泵

的主动齿轮由电动机带动不断旋转时,轮齿脱开啮合的一侧,由于密封容积变大 则不断从油箱中吸油,轮齿进入啮合的一侧,由于密封容积减小则不断地排油, 这就是齿轮泵的工作原理。泵的前后盖和泵体由两个定位销 17 定位,用 6 只螺 钉固紧如图 3-3。为了保证齿轮能灵活地转动,同时又要保证泄露最小,在齿轮 端面和泵盖之间应有适当间隙(轴向间隙),对小流量泵轴向间隙为 0.025~0.04mm,大流量泵为 0.04~0.06mm。齿顶和泵体内表面间的间隙(径向间 隙),由于密封带长,同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反, 故对泄露的影响较小,这里要考虑的问题是:当齿轮受到不平衡的径向力后,应 避免齿顶和泵体内壁相碰,所以径向间隙就可稍大,一般取 0.13~0.16mm。 为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外,并减小压紧螺钉的拉力,在泵体 两侧的端面上开有油封卸荷槽 16,使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。 在泵盖和从动轴上的小孔, 其作用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔 去,防止油液外溢,同时也润滑了滚针轴承。

图 3-4

CB—B 齿轮泵的结构

1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体 8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔 15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销 齿轮泵存在的问题
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1、 齿轮泵的困油问题 齿轮泵要能连续地供油,就要求齿轮啮合的重叠系数 ε 大于 1,也就是当一对齿轮尚未 脱开啮合时,另一对齿轮已进入啮合,这样,就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间,在两对 齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积,一部分油液也就被困在这一封闭容积 中〔见图 3-5(a)〕,齿轮连续旋转时,这一封闭容积便逐渐减小,到两啮合点处于节点两

侧的对称位置时〔见图?3-5(5)?〕,封闭容积为最小,齿轮再继续转动时,封闭容积又 逐渐增大,直到图 3-5(c)所示位置时,容积又变为最大。 在封闭容积减小时,被困油液受 到挤压,压力急剧上升,使轴承上突然受到很大的冲击载荷,使泵剧烈振动,这时高压油 从一切可能泄漏的缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热等。当封闭容积增大时,由 于没有油液补充,因此形成局部真空,使原来溶解于油液中的空气分离出来,形成了气 泡,油液中产生气泡后,会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油 现象。这种困油现象极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。

图 3-5 齿轮泵的困油现象 为了消除困油现象,在 CB—B 型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽,其几 何关系如图 3-6 所示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时,能通过卸荷槽与 压油腔相通,而当困油腔由小变大时,能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。 两卸荷槽 之间的距离为 a,必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。 按上述对称开的卸荷槽,当困油封闭腔由大变至最小时(图 3-6),由于油液不 易从即将关闭的缝隙中挤出,故封闭油压仍将高于压油腔压力;齿轮继续转动, 当 封闭腔和吸油腔相通的瞬间,高压油又突然和吸油腔的低压油相接触,会引起冲 击和噪声。 于是 CB—B 型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向吸油腔侧平移了一个距离。 这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开,油压没有突变,封闭腔和吸 油腔接通时,封闭腔不会出现真空也没有压力冲击,这样改进后,使齿轮泵的振动 和噪声得到了进一步改善。

图 3-6 齿轮泵的困油卸荷槽图

图 3-7 齿轮泵的径向不平衡力

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2、 径向不平衡力 齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。 如图 3-7 所示,泵的右侧为吸 油腔,左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄漏油,具有大 小不等的压力,就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。 液压力越高,这个不平衡力就越 大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体 内壁的摩擦等。 为了解决径向力不平衡问题,在有些齿轮泵上,采用开压力平衡槽的办 法来消除径向不平衡力,但这将使泄漏增大,容积效率降低等。CB—B 型齿轮泵则采用 缩小压油腔,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力,所以泵的压 油口孔径比吸油口孔径要小。

齿轮泵的流量计算 齿轮泵的流量计算 齿轮泵的排量 V 相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于 轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和, 即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积,即:

(3-10) 式中:D 为齿轮分度圆直径,D=mz(cm);h 为有效齿高,h=2m(cm);B 为齿轮宽 (cm);m 为齿轮模数(cm);z 为齿数。 实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中的 π 常以 3.33 代替,则式 (3-10)可写成: (3-11) 齿轮泵的流量 q(1/min)为:

(3-12) 式中:n 为齿轮泵转速(rpm);ηv 为齿轮泵的容积效率。 实际上齿轮泵的输油量是有脉动的,故式(3-12)所表示的是泵的平均输油量。 从上面公式可以看出流量和几个主要参数的关系为: (1)输油量与齿轮模数 m 的平方成正比。 (2)在泵的体积一定时,齿数少, 模数就大,故输油量增加,但流量脉动大;齿数增 加时,模数就小,输油量减少,流量脉动也小。用于机床上的低压齿轮泵,取 z=13~19,而中高压齿轮泵,取 z=6~14,齿数 z<14 时,要进行修正。

(3)输油量和齿宽 B、 转速 n 成正比。 一般齿宽 B=(6~10)m;转速 n 为 750r/min: 1000 r/min、1500r/min,转速过高,会造成吸油不足,转速过低,泵也不能正常 工作。一般齿轮的最大圆周速度不应大于 5~6m/s。 高压齿轮泵的特点 高压齿轮泵的特点 上述齿轮泵由于泄漏大(主要是端面泄漏,约占总泄漏量的 70%~80%),且存在 径向不平衡力,故压力不易提高。高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措 施,如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度;对泄漏量最大处的端面间 隙,采用了自动补偿装置等。下面对端面间隙的补偿装置作简单介绍。 1.浮动轴套式图 3-8(a)是浮动轴套式的间隙补偿装置。它利用泵的出口压力 油,引入齿轮轴上的浮动轴套 1 的外侧 A 腔,在液体压力作用下,使轴套紧贴齿轮 3 的侧面,因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵起动时, 靠弹簧 4 来产生预紧力, 保证了轴向间隙的密封。



3-8 2.浮动侧板式浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基本相似,它也是 利用泵的出口压力油引到浮动侧板 1 的背面〔见图 3-8(b)〕,使之紧贴于齿轮 2 的端面来补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。 3.挠性侧板式图 3-8(c)是挠性侧板式间隙补偿装置,它是利用泵的出口压力 油引到侧板的背面后,靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的,侧板的厚度较薄,内 侧面要耐磨(如烧结有 0.5~0.7mm 的磷青铜),这种结构采取一定措施后,易使侧 板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相适应。 3-9 内啮合齿轮泵 图 工作原理


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