齒輪泵的工作原理

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1、第一節(jié)齒 輪 泵 2-1-1 齒輪泵的工作原理簡(jiǎn)單構(gòu)造一對(duì)互相嚙合的齒輪 (The teeth meshed)主動(dòng)齒輪由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，齒頂和端面被泵體和前后端蓋包圍由于相嚙合齒的分隔，吸入腔和排出腔隔開(kāi)吸入和排出圖示方向回轉(zhuǎn)時(shí)，齒C退出嚙合，其齒間V增大，P降低，液體在吸入液面P作用下，經(jīng)吸入口流入隨著齒輪回轉(zhuǎn)，吸滿液體的齒間轉(zhuǎn)過(guò)吸入腔，沿殼壁轉(zhuǎn)到排出腔 當(dāng)重新進(jìn)入嚙合時(shí)，齒間的液體即被輪齒擠出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)泵如果反轉(zhuǎn)，吸排方向相反由于嚙合緊密，齒頂和端面間隙都小，液體不會(huì)大量漏回吸入腔磨擦面較多，只用來(lái)排送有潤(rùn)滑性的油液。 圖21為外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(external gear rotary

2、 pump) 2-1-2 齒輪泵的困油現(xiàn)象外齒輪泵一般采用漸開(kāi)線 (involute) 齒形為轉(zhuǎn)運(yùn)平穩(wěn)，要求齒輪的重迭系數(shù)大于1前一對(duì)嚙合齒尚未脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)齒便已進(jìn)入嚙合。在部分時(shí)間內(nèi)相鄰兩對(duì)齒會(huì)同時(shí)處于嚙合狀態(tài)，形成一個(gè)封閉空間，使一部分油液困在其中，而這封閉空間的容積又將隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化 (先縮小，然后增大)，從而產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 圖22 齒輪泵的困油現(xiàn)象 2-2-2 困油現(xiàn)象的危害和排除危害（當(dāng)封閉V減小時(shí)，液體受擠壓而P急劇升高，油液將從縫隙中強(qiáng)行擠出）產(chǎn)生噪音和振動(dòng)使軸承受到很大的徑向力功率損失增加。容積效率降低（而當(dāng)封閉V增大時(shí)，P下降，析出氣泡）對(duì)泵的工作性能和使用壽命都

3、有害排除(設(shè)法在封閉V變小時(shí)使之和排出腔溝通，而在增大時(shí)和吸入腔溝通)開(kāi)卸荷槽(圖22(b)的虛線)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，且對(duì)稱布置，泵正、反轉(zhuǎn)時(shí)都適用，因此被廣泛采用。對(duì)稱卸荷槽還不十分完善（還有噪音和振動(dòng)） 2-2-2 困油現(xiàn)象的危害和排除(1)不對(duì)稱卸荷槽兩個(gè)卸荷槽同時(shí)向吸入側(cè)移過(guò)適當(dāng)距離延長(zhǎng)了Va和排出腔相通的時(shí)間推遲了Vb和吸入腔相通的時(shí)間Vb中可能出現(xiàn)局部真空，但不十分嚴(yán)重這種卸荷槽能更好地解決困油問(wèn)題能多回收一部分高壓液體泵不允許反轉(zhuǎn)使用采用卸荷槽后困油現(xiàn)象影響大大減輕。 2-1-3 齒輪泵的徑向力-圖2-3徑向力增加軸承的負(fù)荷，影響泵的壽命工作P越高，徑向力就越大對(duì)高壓齒輪泵

4、，要設(shè)法限制徑向力，提高軸承壽命 2-1-4齒輪泵的流量-圖24 理論上帶到排出腔的油液體積應(yīng)等于齒間工作容積每轉(zhuǎn)的Qt應(yīng)為兩個(gè)齒輪全部齒間工作容積之和?？杉僭O(shè)齒間工作容積與齒的有效體積相等。 每轉(zhuǎn)Qt是一個(gè)齒輪的齒間工作容積與輪齒有效體積的總和近似等于齒的有效部分所掃過(guò)的一個(gè)徑向?qū)挾葹?m的環(huán)形體積 2-1-4 齒輪泵的流量公式用上述計(jì)算泵的Qt時(shí)，數(shù)值偏小應(yīng)乘上修正系數(shù)K。平均Qt為：式中：D分度圓直徑，mm； m模數(shù)(m=Dz，z為齒數(shù))，mm； B齒寬，mm； n轉(zhuǎn)速，rmin； ， K修正系數(shù)，一般為105115。min/102 6LBnmDkQt 2-1-4 齒輪泵的流量公式中、低

5、壓齒輪泵為使流量公式 Qt6.66zm2Bn 10-6 Lmin (24)高壓齒輪泵的流量公式：Qt7zm2Bn 10-6 Lmin (25) 2-1-4 提高齒輪泵理論流量的途徑增加齒輪的直徑、齒寬、轉(zhuǎn)速和減少齒數(shù)。 n過(guò)高會(huì)使輪齒轉(zhuǎn)過(guò)吸入腔的時(shí)間過(guò)短 n和直徑增加使齒輪的圓周速度增加，離心力加大增加吸入困難，齒根處P降低，可能析出氣體，導(dǎo)致Q減小，造成振動(dòng)和產(chǎn)生噪聲，甚至使泵無(wú)法工作。故最大圓周速度應(yīng)根據(jù)所輸油的粘度而予以限制， l最大圓周速度不超過(guò)56ms，l最高轉(zhuǎn)速一般在3000rmin左右。加大齒寬會(huì)使徑向力增大，齒面接觸線加長(zhǎng)，不易保持良好的密封。減少齒數(shù)雖可使齒間V加大而Q增加，

6、但會(huì)使Q的不均勻度加重。 2-1-4 影響齒輪泵v的主要因素1.密封間隙 (內(nèi)漏)齒輪端面和蓋板間的軸向間隙齒頂和泵體內(nèi)側(cè)的徑向間隙輪齒的嚙合線這些漏泄量約占總漏泄量的7080，漏泄量的大小是與間隙值的立方成正比，故密封間隙特別是軸向間隙對(duì)泵的v影響甚大。2.排出壓力 漏泄量與間隙兩端的壓差成正比。內(nèi)漏較多，在排P升高時(shí)，Q的下降要比往復(fù)泵大3.吸入壓力 吸入真空度增加時(shí)，氣體析出量增加， v亦將降低。 2-1-4 影響齒輪泵v的主要因素4.油液的溫度和粘度 (viscosity) 油液的T越高，越低，漏泄量就越大但油T過(guò)低則太大，又會(huì)使吸入條件變差，吸入真空度變大，析出氣體增多，也會(huì)使v下降

7、。5.轉(zhuǎn)速 漏泄量與n關(guān)系不大 n低Qt就小，會(huì)使v降低 當(dāng)n200300 rmin， v將降到不能容許的地步 n過(guò)高又會(huì)造成吸入困難，也使v降低。6.外齒輪泵的v =0.70.9，用間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置時(shí)， v可達(dá)0.80.96。 2-1-4 齒輪泵的特點(diǎn)1有一定的自吸能力能形成一定程度的真空，泵可裝得比滑油液面高。排送氣體時(shí)密封性差，故自吸能力不如往復(fù)泵應(yīng)注意：齒輪泵摩擦部位較多間隙較小 線速度較高起動(dòng)前齒輪表面必須有油，不允許干轉(zhuǎn)。2Qt是由工作部件的尺寸和n決定的，與Pd無(wú)關(guān)。3額定Pd與工作部件尺寸、n無(wú)關(guān) Pd取決于泵的密封性能和軸承承載能力為防泵過(guò)載，一般應(yīng)設(shè)安全閥。 2-1-4高壓

8、齒輪泵采取的措施液壓間隙自動(dòng)補(bǔ)償裝置軸向間隙補(bǔ)償在齒輪端面與泵體之間設(shè)浮動(dòng)元件將排出壓力引至該元件的外側(cè) (靠排出側(cè),橡皮圈限定區(qū)域內(nèi))使其液壓力稍大于內(nèi)側(cè)向外的液壓力（使浮動(dòng)元件貼靠齒輪） 自動(dòng)補(bǔ)償齒輪端面磨損而增加的間隙（軸向間隙始終很?。较蜷g隙自動(dòng)補(bǔ)償-有些高壓泵采用 2-1-4高壓齒輪泵采取的措施徑向力平衡措施用平衡或減小徑向力的措施用承載能力高的軸承，并改善軸承的潤(rùn)滑和冷卻條件。按額定排出壓力pH高低可分為：低壓齒輪泵(pH 2.5MPa)； 中壓齒輪泵(pH 2.58MPa)高壓齒輪泵(pH 8MPa)。 2-1-4 齒輪泵的特點(diǎn) 4.流量連續(xù)，有脈動(dòng)外嚙合齒輪泵Q在1127范圍

9、內(nèi)，噪聲較大 Z越少， Q越大內(nèi)齒輪泵Q較小，約為1一3，噪聲也較小。 5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。工作部件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)泵閥允許采用較高n，通?？膳c電動(dòng)機(jī)直聯(lián) 與同樣Q的往復(fù)泵相比，尺寸、重量小易損件少，耐撞擊工作可靠 6磨擦面較多用于排送不含固體顆粒并具有潤(rùn)滑性的油類(lèi)。 2-1-4 齒輪泵的特點(diǎn)使用場(chǎng)合一般被用作排出P不高、Q不大，以及對(duì)Q和Pd的均勻性要求不很?chē)?yán)的油泵,如：滑油泵駁油泵液壓傳動(dòng)中的供油泵由于齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，又不易損壞，因而已開(kāi)發(fā)了高壓齒輪泵。如： 液壓泵。 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵有直齒、斜齒、人字齒等幾種齒輪，一般采用漸開(kāi)線齒形。見(jiàn)下圖主動(dòng)和從動(dòng)齒輪是由右和

10、左螺旋齒輪拼成的入字齒輪既能承受較大負(fù)荷，又可避免產(chǎn)生軸向推力。齒輪4空套在從動(dòng)軸上以補(bǔ)償制造、安裝時(shí)出現(xiàn)的誤差 具有一定的自整位能力齒輪兩端面有配合良好的蓋板泵軸裝在單列向心球軸承上。在泵體和端蓋之間墊有紙墊16紙墊厚度可改變齒輪端面與蓋板之間的軸向間隙。 圖25 外嚙合齒輪泵 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵防超過(guò)額定Pd，裝設(shè)有安全閥 (safety valve)安全閥閥體是一空心的圓柱體左端帶有錐形密封面當(dāng)作用在環(huán)形凸肩上的壓力超過(guò)彈簧值時(shí)，閥開(kāi)啟，溝通排、吸兩端泵的轉(zhuǎn)向必須符合規(guī)定為防止油液外漏，設(shè)有機(jī)械軸封 是廣泛使用的一種密封方式主要密封面是軸靜環(huán)11和動(dòng)環(huán)12構(gòu)成動(dòng)、靜環(huán)的材

11、料分別為硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料做成 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵靜環(huán)與軸封蓋之間靠密封圈密封動(dòng)環(huán)靠彈簧壓緊在靜環(huán)上，（摩擦力使轉(zhuǎn)）密封圈防止動(dòng)環(huán)與軸之間漏泄安裝時(shí)手推動(dòng)環(huán)壓縮彈簧松手后動(dòng)環(huán)應(yīng)能緩緩滑出太松則漏泄量過(guò)大 太緊則不能自動(dòng)滑出補(bǔ)償動(dòng)、靜環(huán)密封圈是機(jī)械密封的輔助密封元件機(jī)械軸封的基本特點(diǎn)：將由填料與軸之間的徑向曲面密封轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)環(huán)與靜環(huán)間的軸向端面密封。 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵與填料密封相比，機(jī)械軸封的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)密封性能好(2)使用壽命長(zhǎng)。(3)摩擦功耗少。(4)軸或軸套基本不被磨損(5)適用范圍廣，（用于高溫、高壓、有毒或有腐蝕性） 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒

12、輪泵缺點(diǎn)：制造工藝性要求高,價(jià)格較貴密封元件的拆裝更換比較麻煩對(duì)使用條件的要求也比較嚴(yán)格。如液體帶有磨料性懸浮固體顆粒，則機(jī)械軸封必須采用特殊的設(shè)計(jì)。回轉(zhuǎn)泵在低壓條件下也常采用皮碗密封 思考題17. 與填料密封相比，采用機(jī)械密封有哪些優(yōu)點(diǎn)?18機(jī)械密封在使用上要注意什么問(wèn)題?19齒輪泵有自吸能力，為什么新泵和大修后的泵起動(dòng)前要向泵內(nèi)灌油？20齒輪泵有何特點(diǎn)?高壓齒輪泵在結(jié)構(gòu)上有何特點(diǎn)? 選擇題判斷齒輪泵轉(zhuǎn)向的依據(jù)是 。 A 原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向 B 安全閥的位置 C 吸排口方向 D 齒輪嚙合狀況吸入管漏氣是齒輪泵產(chǎn)生嘈音的主要原因，一般可用 方法來(lái)檢測(cè)漏氣點(diǎn)。 A 澆油 B 燭火 C 煤油白粉法 D 鹵

13、素?zé)魴z漏齒輪泵困油現(xiàn)象不會(huì)導(dǎo)致 。 A 軸承負(fù)荷增大 B 工作噪聲增大 C 容積效率降低 D 排出壓力增大 選擇題消除齒輪泵困油的常用方法是 。 A 降低油溫 B 減少流量 C 在端蓋上開(kāi)卸荷槽 D 調(diào)整齒輪嚙合間隙在拆檢和裝配齒輪泵時(shí)應(yīng)注意檢查 間隙。 A 齒頂與泵殼 B 齒輪端面部位 C 齒嚙合處 D 泵軸伸出泵殼處 選擇題齒輪泵開(kāi)卸荷槽其流量 : A.稍有下降 B.稍有增加 C.不受影響 D.明顯增加齒輪泵會(huì)產(chǎn)生困油現(xiàn)象的原因 。 A 排出口太小 B 轉(zhuǎn)速較高 C齒輪端面間隙調(diào)整不當(dāng) D 部分時(shí)間兩對(duì)相鄰齒同時(shí)嚙合 限制齒輪泵轉(zhuǎn)速提高的主要原因是 。 A 原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速難以提高 B 會(huì)使軸承

14、負(fù)荷過(guò)大 C 會(huì)增加吸入困難 D 會(huì)使齒輪磨損過(guò)大 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵有兩種形式帶月牙形隔板的內(nèi)齒輪泵擺線轉(zhuǎn)子泵。 圖26所示為一種帶月牙形隔板的可逆轉(zhuǎn)內(nèi)嚙合齒輪泵。 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵齒環(huán)3與圓盤(pán)泵軸一體。底盤(pán)6上有月牙形隔板2和與泵軸偏心的短軸，短軸上空套著齒輪1。當(dāng)泵軸帶齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與其內(nèi)嚙合的齒輪也轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生吸排作用。底盤(pán)6的背面圓心處有帶彈簧的鋼球，當(dāng)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合力使底盤(pán)轉(zhuǎn)至其銷(xiāo)釘4卡到半圓形環(huán)槽的最右端位置為止(右上圖)，泵是下吸上排。 當(dāng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，嚙合力使底盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)180(右下圖)，泵的吸排方向不變。 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵優(yōu)點(diǎn)（與外嚙合齒輪泵相比）泵的

15、吸油區(qū)大、流速低、吸入性能好，流量脈動(dòng)小，流量脈動(dòng)率Q =13嚙合長(zhǎng)度較長(zhǎng)，工作平穩(wěn)，特殊齒形將困油現(xiàn)象減輕，或在齒環(huán)各齒谷中開(kāi)徑向孔導(dǎo)油，從而完全消除困油現(xiàn)象，噪聲很低。缺點(diǎn) 是制造工藝較復(fù)雜且漏泄途徑多， v低，6575。 2-1-6 轉(zhuǎn)子泵-圖27外轉(zhuǎn)子比內(nèi)轉(zhuǎn)子多一個(gè)齒，二者軸線偏心，異速轉(zhuǎn)動(dòng)。采用擺線齒形。采用皮碗軸封。皮碗的制造、安裝和維護(hù)較簡(jiǎn)單，成本低，但唇邊的磨損較重，功率消耗較大。 2-1-6 轉(zhuǎn)子泵特點(diǎn)轉(zhuǎn)子泵優(yōu)點(diǎn) 轉(zhuǎn)子泵配流口的中心角較大；且為側(cè)向吸入，不受離心力影響，故吸入性能好能用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)齒數(shù)較少，工作空間容積較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊兩個(gè)轉(zhuǎn)子同向回轉(zhuǎn)且只差一個(gè)齒，故相對(duì)滑動(dòng)速度

16、很小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn) 齒數(shù)少時(shí)流量和壓力脈動(dòng)較大而且密封性較差， v較低制造工藝不如漸開(kāi)線齒輪簡(jiǎn)單。 2-1-7 齒輪泵管理要點(diǎn)1. 注意泵的轉(zhuǎn)向和連接反轉(zhuǎn)會(huì)使吸排方向相反泵和電機(jī)保持良好對(duì)中，最好用撓性連接（flexibility）2. 齒輪泵雖有自吸能力起動(dòng)前泵內(nèi)要存有油液（否則嚴(yán)重摩損）吸油高度一般不大于0.5m。3. 機(jī)械軸封屬于較精密的部件拆裝時(shí)要防止損傷密封元件 安裝時(shí)應(yīng)在軸上涂滑油，按正確次序裝入，用手推動(dòng)環(huán)時(shí)應(yīng)有浮動(dòng)性。上緊軸封蓋時(shí)要均勻，機(jī)械軸封一定要防止干摩擦。 2-1-7 齒輪泵管理要點(diǎn)4. 不宜超額定P工作會(huì)使原動(dòng)機(jī)過(guò)載，加大軸承負(fù)荷，使工作部件變形，磨

17、損和漏泄增加，嚴(yán)重時(shí)造成卡阻。5. 要防止吸口真空度大于允許吸上真空度否則不能正常吸入當(dāng)吸入P過(guò)低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“氣穴現(xiàn)象” 油在低壓區(qū)析出許多氣泡，Q降低當(dāng)氣泡到高壓區(qū)時(shí)，空氣重新溶入油中，形成局部真空，四周的高壓油液就會(huì)以高速流過(guò)來(lái)填補(bǔ)產(chǎn)生液壓沖擊，并伴隨劇烈的噪聲 2-1-7 齒輪泵管理要點(diǎn)6. 保持合適的油溫和粘度運(yùn)動(dòng)粘度以2533 mm2s為宜粘度太小則漏泄增加，還容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象粘度過(guò)大同樣也會(huì)使v降低和吸入不正常。7. 要防止吸入空氣會(huì)使流量減少，而且產(chǎn)生噪聲。 2-1-7 齒輪泵管理要點(diǎn)8. 端面間隙對(duì)齒輪泵的自吸能力和v影響甚大可用壓軟鉛絲的方法測(cè)出 9. 高壓齒輪泵敏感度大吸油

18、口可用150目網(wǎng)式濾器液壓系統(tǒng)泵要求濾油精度3040m回油管路濾油器精度最好20m 2-1-7 齒輪泵常見(jiàn)故障分析(1)不能排油或流量不足不能建立足夠大的吸入真空度的原因：泵內(nèi)間隙過(guò)大，或新泵及拆修過(guò)的齒輪表面未澆油，難以自吸；泵n過(guò)低、反轉(zhuǎn)或卡阻吸入管漏氣或吸口露出液面。吸入真空度較大而不能正常吸入的原因： 吸高太大(一般應(yīng)不超過(guò)500mm)；油溫太低，粘度太大；吸入管路阻塞，如吸入濾器臟堵或容量太小，吸入閥未開(kāi)等油溫過(guò)高。 排出方面的問(wèn)題：排出管漏泄或旁通，安全閥或彈簧太松；排出閥未開(kāi)或排出管濾器堵塞，安全閥頂開(kāi) 2-1-7 齒輪泵常見(jiàn)故障分析(2)工作噪聲太大噪聲根據(jù)產(chǎn)生的原因不同，可分兩類(lèi)：液體噪聲，是由于漏入空氣或產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象而引起機(jī)械噪聲，對(duì)中不良、軸承損壞或松動(dòng)、安全閥跳動(dòng)、齒輪嚙合不良、泵軸彎曲或其它機(jī)械摩擦等。(3)磨損太快 油液含磨料性雜質(zhì)；長(zhǎng)期空轉(zhuǎn)；Pd過(guò)高，泵軸變形嚴(yán)重； 中心線不正。