力士樂(lè)齒輪泵工作原理及結(jié)構(gòu)

齒輪泵
   齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結(jié)構(gòu)不同,齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵,而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用zui廣。下面以外嚙合齒輪泵為例來(lái)剖析齒輪泵。
   液壓齒輪泵主要包括：高壓定量齒輪泵，高壓雙聯(lián)齒輪泵，潤(rùn)滑泵，化工泵，雙向齒輪馬達(dá)，齒輪泵附調(diào)壓閥，齒輪泵附升降閥。
   齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)
   齒輪泵的工作原理如圖3-3所示，它是分離三片式結(jié)構(gòu)，三片是指泵蓋4，8和泵體7，泵體7內(nèi)裝有一對(duì)齒數(shù)相同、寬度和泵體接近而又互相嚙合的齒輪6，這對(duì)齒輪與兩端蓋和泵體形成一密封腔，并由齒輪的齒頂和嚙合線把密封腔劃分為兩部分，即吸油腔和壓油腔。兩齒輪分別用鍵固定在由滾針軸承支承的主動(dòng)軸12和從動(dòng)軸15上，主動(dòng)軸由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

力士樂(lè)齒輪泵工作原理及結(jié)構(gòu):如有疑問(wèn)我請(qǐng)，零七六九-八九七七 六零五八  ，劉向陽(yáng)

REXROTH力士樂(lè)齒輪泵CB—B齒輪泵的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，當(dāng)泵的主動(dòng)齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪泵右側(cè)（吸油腔）齒輪脫開(kāi)嚙合，齒輪的輪齒退出齒間，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管路、吸油腔進(jìn)入齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入齒間的油液被帶到另一側(cè)，進(jìn)入壓油腔。這時(shí)輪齒進(jìn)入嚙合，使密封容積逐漸減小，齒輪間部分的油液被擠出，形成了齒輪泵的壓油過(guò)程。齒輪嚙合時(shí)齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開(kāi)，起配油作用。當(dāng)齒輪泵的主動(dòng)齒輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒脫開(kāi)嚙合的一側(cè)，由于密封容積變大則不斷從油箱中吸油，輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)，由于密封容積減小則不斷地排油，這就是齒輪泵的工作原理。泵的前后蓋和泵體由兩個(gè)定位銷(xiāo)17定位，用6只螺釘固緊如圖3-3。為了保證齒輪能靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又要保證泄露zui小，在齒輪端面和泵蓋之間應(yīng)有適當(dāng)間隙（軸向間隙），對(duì)小流量泵軸向間隙為0.025~0.04mm，大流量泵為0.04~0.06mm。齒頂和泵體內(nèi)表面間的間隙（徑向間隙），由于密封帶長(zhǎng)，同時(shí)齒頂線速度形成的剪切流動(dòng)又和油液泄露方向相反，故對(duì)泄露的影響較小，這里要考慮的問(wèn)題是：當(dāng)齒輪受到不平衡的徑向力后，應(yīng)避免齒頂和泵體內(nèi)壁相碰，所以徑向間隙就可稍大，一般取0.13~0.16mm。
  為了防止壓力油從泵體和泵蓋間泄露到泵外，并減小壓緊螺釘?shù)睦Γ诒皿w兩側(cè)的端面上開(kāi)有油封卸荷槽16，使?jié)B入泵體和泵蓋間的壓力油引入吸油腔。在泵蓋和從動(dòng)軸上的小孔，其作用將泄露到軸承端部的壓力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同時(shí)也潤(rùn)滑了滾針軸承。

齒輪泵存在的問(wèn)題
•        1、  齒輪泵的困油問(wèn)題
齒輪泵要能連續(xù)地供油,就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)ε大于1,也就是當(dāng)一對(duì)齒輪尚未脫開(kāi)嚙合時(shí),另一對(duì)齒輪已進(jìn)入嚙合,這樣,就出現(xiàn)同時(shí)有兩對(duì)齒輪嚙合的瞬間,在兩對(duì)齒輪的齒向嚙合線之間形成了一個(gè)封閉容積,一部分油液也就被困在這一封閉容積中〔見(jiàn)圖3-5（a）〕,齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí),這一封閉容積便逐漸減小,到兩嚙合點(diǎn)處于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱(chēng)位置時(shí)〔見(jiàn)圖3-5（b）〕,封閉容積為zui小,齒輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),封閉容積又逐漸增大,直到圖3-5（c）所示位置時(shí),容積又變?yōu)閦ui大。在封閉容積減小時(shí),被困油液受到擠壓,壓力急劇上升,使軸承上突然受到很大的沖擊載荷,使泵劇烈振動(dòng),這時(shí)高壓油從一切可能泄漏的縫隙中擠出,造成功率損失,使油液發(fā)熱等。當(dāng)封閉容積增大時(shí),由于沒(méi)有油液補(bǔ)充,因此形成局部真空,使原來(lái)溶解于油液中的空氣分離出來(lái),形成了氣泡,油液中產(chǎn)生氣泡后,會(huì)引起噪聲、氣蝕等一系列惡果。以上情況就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。這種困油現(xiàn)象極為嚴(yán)重地影響著泵的工作平穩(wěn)性和使用壽命。

為了消除困油現(xiàn)象,在CB—B型齒輪泵的泵蓋上銑出兩個(gè)困油卸荷凹槽,其幾何關(guān)系如圖3-6所示。卸荷槽的位置應(yīng)該使困油腔由大變小時(shí),能通過(guò)卸荷槽與壓油腔相通,而當(dāng)困油腔由小變大時(shí),能通過(guò)另一卸荷槽與吸油腔相通。兩卸荷槽之間的距離為a,必須保證在任何時(shí)候都不能使壓油腔和吸油腔互通。
  按上述對(duì)稱(chēng)開(kāi)的卸荷槽,當(dāng)困油封閉腔由大變至zui小時(shí)（圖3-6）,由于油液不易從即將關(guān)閉的縫隙中擠出,故封閉油壓仍將高于壓油腔壓力;齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)封閉腔和吸油腔相通的瞬間,高壓油又突然和吸油腔的低壓油相接觸,會(huì)引起沖擊和噪聲。于是CB—B型齒輪泵將卸荷槽的位置整個(gè)向吸油腔側(cè)平移了一個(gè)距離。這時(shí)封閉腔只有在由小變至zui大時(shí)才和壓油腔斷開(kāi),油壓沒(méi)有突變,封閉腔和吸油腔接通時(shí),封閉腔不會(huì)出現(xiàn)真空也沒(méi)有壓力沖擊,這樣改進(jìn)后,使齒輪泵的振動(dòng)和噪聲得到了進(jìn)一步改善。

圖3-6 齒輪泵的困油卸荷槽圖     圖3-7 齒輪泵的徑向不平衡力

2、  徑向不平衡力
齒輪泵工作時(shí),在齒輪和軸承上承受徑向液壓力的作用。如圖3-7所示,泵的右側(cè)為吸油腔,左側(cè)為壓油腔。在壓油腔內(nèi)有液壓力作用于齒輪上,沿著齒頂?shù)男孤┯?具有大小不等的壓力,就是齒輪和軸承受到的徑向不平衡力。液壓力越高,這個(gè)不平衡力就越大,其結(jié)果不僅加速了軸承的磨損,降低了軸承的壽命,甚至使軸變形,造成齒頂和泵體內(nèi)壁的摩擦等。為了解決徑向力不平衡問(wèn)題,在有些齒輪泵上,采用開(kāi)壓力平衡槽的辦法來(lái)消除徑向不平衡力,但這將使泄漏增大,容積效率降低等。CB—B型齒輪泵則采用縮小壓油腔,以減少液壓力對(duì)齒頂部分的作用面積來(lái)減小徑向不平衡力,所以泵的壓油口孔徑比吸油口孔徑要小。
    齒輪泵的流量計(jì)算
   齒輪泵的排量V相當(dāng)于一對(duì)齒輪所有齒谷容積之和,假如齒谷容積大致等于輪齒的體積,那么齒輪泵的排量等于一個(gè)齒輪的齒谷容積和輪齒容積體積的總和,即相當(dāng)于以有效齒高（h=2m）和齒寬構(gòu)成的平面所掃過(guò)的環(huán)形體積,即：
           （3-10）
   式中：D為齒輪分度圓直徑，D=mz（cm）;h為有效齒高,h=2m（cm）；B為齒輪寬（cm）;m為齒輪模數(shù)（cm）；z為齒數(shù)。
  實(shí)際上齒谷的容積要比輪齒的體積稍大,故上式中的π常以3.33代替,則式（3-10）可寫(xiě)成：
           （3-11）
  齒輪泵的流量q（1/min）為：
            （3-12）
     式中：n為齒輪泵轉(zhuǎn)速（rpm）;ηv為齒輪泵的容積效率。
   實(shí)際上齒輪泵的輸油量是有脈動(dòng)的,故式（3-12）所表示的是泵的平均輸油量。
   從上面公式可以看出流量和幾個(gè)主要參數(shù)的關(guān)系為:
（1）輸油量與齒輪模數(shù)m的平方成正比。
（2）在泵的體積一定時(shí),齒數(shù)少，模數(shù)就大,故輸油量增加,但流量脈動(dòng)大;齒數(shù)增加時(shí)，模數(shù)就小,輸油量減少,流量脈動(dòng)也小。用于機(jī)床上的低壓齒輪泵,取z=13～19,而中高壓齒輪泵,取z=6～14,齒數(shù)z＜14時(shí),要進(jìn)行修正。
（3）輸油量和齒寬B、轉(zhuǎn)速n成正比。一般齒寬B=（6～10）m;轉(zhuǎn)速n為750r/min：1000 r/min、1500r/min,轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)造成吸油不足,轉(zhuǎn)速過(guò)低，泵也不能正常工作。一般齒輪的zui大圓周速度不應(yīng)大于5～6m/s。
     高壓齒輪泵的特點(diǎn)
  上述齒輪泵由于泄漏大（主要是端面泄漏,約占總泄漏量的70%～80%）,且存在徑向不平衡力,故壓力不易提高。高壓齒輪泵主要是針對(duì)上述問(wèn)題采取了一些措施,如盡量減小徑向不平衡力和提高軸與軸承的剛度;對(duì)泄漏量zui大處的端面間隙,采用了自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。下面對(duì)端面間隙的補(bǔ)償裝置作簡(jiǎn)單介紹。
  1.浮動(dòng)軸套式圖3-8（a）是浮動(dòng)軸套式的間隙補(bǔ)償裝置。它利用泵的出口壓力油,引入齒輪軸上的浮動(dòng)軸套1的外側(cè)A腔,在液體壓力作用下,使軸套緊貼齒輪3的側(cè)面,因而可以消除間隙并可補(bǔ)償齒輪側(cè)面和軸套間的磨損量。在泵起動(dòng)時(shí),靠彈簧4來(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力,
保證了軸向間隙的密封。

圖3-8   
  2.浮動(dòng)側(cè)板式浮動(dòng)側(cè)板式補(bǔ)償裝置的工作原理與浮動(dòng)軸套式基本相似,它也是利用泵的出口壓力油引到浮動(dòng)側(cè)板1的背面〔見(jiàn)圖3-8（b）〕,使之緊貼于齒輪2的端面來(lái)補(bǔ)償間隙。起動(dòng)時(shí),浮動(dòng)側(cè)板靠密封圈來(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力。
  3.撓性側(cè)板式圖3-8（c）是撓性側(cè)板式間隙補(bǔ)償裝置,它是利用泵的出口壓力油引到側(cè)板的背面后,靠側(cè)板自身的變形來(lái)補(bǔ)償端面間隙的,側(cè)板的厚度較薄,內(nèi)側(cè)面要耐磨（如燒結(jié)有0.5～0.7mm的磷青銅）,這種結(jié)構(gòu)采取一定措施后,易使側(cè)板外側(cè)面的壓力分布大體上和齒輪側(cè)面的壓力分布相適應(yīng)。圖3-9內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理

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