齿轮泵

齿轮泵•齿轮泵是利用啮合原理工作的，根据啮合形式的不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线做螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无限薄的齿轮曲线的啮合，因此螺杆泵放在齿轮泵中介绍。外啮合齿轮泵•结构组成–一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z–泵体–前后盖板–长短轴内啮合齿轮泵•结构组成采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30MPa。–一对相互啮合的小齿轮–泵体–前后盖板–月牙板•工作原理一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。•特点–无困油现象–流量脉动小，噪声低螺杆泵•工作原理相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。•特点流量均匀，噪声低；自吸性能好。6泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。图2.3外啮合齿轮泵的工作原理1—泵体(Housing);2—主动齿轮(DriverGear);3—从动齿轮(Drivengear)一、外啮合齿轮泵的结构及工作原理OperationoftheExternalGearPump结构及工作原理7左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封腔容积不断增大，构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。一、外啮合齿轮泵的结构及工作原理结构及工作原理8二、齿轮泵的结构特点外啮合齿轮泵的问题外啮合齿轮泵存在的问题有四个：外啮合齿轮泵的泄漏比较大外啮合齿轮泵的流量脉动大外啮合齿轮泵有径向不平衡力外啮合齿轮泵有困油问题9一）困油现象TrappingofOil图2.5齿轮泵困油现象及消除措施AB间的闭死容积逐步减小AB间的闭死容积逐步增大AB间的闭死容积达到最小齿轮啮合时的重叠系数(overlapcoefficient)必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。二、齿轮泵的结构特点10一）困油现象•受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；•若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小二、齿轮泵的结构特点11图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通卸荷槽一、困油的现象TrappingofOil二、齿轮泵的结构特点12卸荷措施：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽。开设卸荷槽的原则：两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。二、齿轮泵的结构特点图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施13二）齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿LeakagePassageandAutomaticCompensationofEndFaceClearance齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔：在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙SidePlates-endFaceClearance二是通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙——齿顶间隙TeethTipClearance一是通过齿轮啮合线处的间隙——齿侧间隙Meshing-TeethSideClearance二、齿轮泵的结构特点14为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。采用自动补偿端面间隙装置：浮动轴套式(FloatingBushBearing)或弹性侧板式(ElasticSidePlate)。原理：引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。浮动轴套式二、齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿一、齿轮泵的结构特点152.2.2齿轮泵的流量和脉动率(PulsatingRate)外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数(NumberofTeeth)为z，模数(ModulusofGear)为m，节圆直径(PitchDiameter)为d，有效齿高(EffectiveHeight)为h，齿宽(WidthofTeeth)为b时，根据齿轮参数计算公式有d=mz，h=2m，齿轮泵的排量近似为V=dhb=2zm2b（2.7）实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此,在实际计算中用3.33~3.50来代替上式中值，齿数少时取大值。由此得齿轮泵的输出流量(TheOutputFlowRate)为V=(6.66~7)zm2b（2.8）V=(6.66~7)zm2bnv（2.9）16齿轮泵的流量脉动若用qmax、qmin来表示最大、最小瞬时流量，q0表示平均流量，则流量脉动率(FlowPulsationRate)为0minmaxqqq（2.10）上式是齿轮泵的平均流量。实际上，在齿轮啮合过程中，排量是转角的周期函数，因此瞬时流量是脉动的。脉动的大小用脉动率表示。流量脉动率是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。V=(6.66~7)zm2bnv（2.9）2.2.2齿轮泵的流量和脉动率(PulsatingRate)17图2.4齿轮泵的结构1-壳体(Housing);2.主动齿轮(DriverGear);3-从动齿轮(DrivenGear);4-前端盖(FrontCover);5-后端盖(BackCover);6-浮动轴套(FloatingShaftSleeve);7-压力盖(PressureCover)2.2.3齿轮泵的结构特点ConstructionofGearPumps18在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。2.2.2.1齿轮泵的流量脉动2.2.2齿轮泵的结构特点19卸荷措施：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽。开设卸荷槽的原则：两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。2.2.2齿轮泵的结构特点图2.5齿轮泵的困油现象及消除措施202.2.2.3径向不平衡力RadialUnbalanceForce在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。压力越高，径向不平衡力越大，它能使泵轴弯曲，使定子偏磨，加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。常采取缩小压油口的办法减小径向不平衡力。2.2.2齿轮泵的结构特点液压径向力及平衡措施齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力F=KpBDeK为系数，对主动齿轮K=0.75；对从动齿轮K=0.85。液压径向力的平衡措施之一：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。22为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。采用自动补偿端面间隙装置：浮动轴套式(FloatingBushBearing)或弹性侧板式(ElasticSidePlate)。原理：引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。浮动轴套式2.2.2.4齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿2.2.3齿轮泵的结构特点内啮合齿轮泵•工作原理一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。•特点–无困油现象–流量脉动小，噪声低采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30MPa。242.2.4内啮合齿轮泵InternalGearPumps内啮合齿轮泵有渐开线齿形(Crescent)和摆线齿形(Grout)两种，其结构示意图见图2.6。图2.6内啮合齿轮泵1—外齿轮(externalgear)，2—内齿轮(internalgear)，3—隔板(Crescent-shapedSeal)渐开线齿形摆线齿形225内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。图2.6b)内啮合齿轮泵3—隔板，4—吸油，5—压油压油窗口吸油窗口月牙板从动内齿轮主动小齿轮渐开线齿形(Crescent)小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图2.6(a)。2.2.4内啮合齿轮泵InternalGearPumps26图2.6内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板主动小齿轮从动内齿轮摆线齿形(Grout)啮合齿轮泵又称摆线转子泵。在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板。如图2.6(b)。压油窗口吸油窗口2.2.4内啮合齿轮泵InternalGearPumps27内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低；但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低；一般用于中、低压系统，或作为补油泵；内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高压工况。2.2.4内啮合齿轮泵InternalGearPumps螺杆泵•工作原理相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。•特点流量均匀，噪声低；自吸性能好。