齿轮油泵的物理原理

齿轮油泵的物理应用作者： 齿轮油泵的简介 齿 轮 油 泵 是 通 过 一 对 参 数 和 结 构 相 同 的 渐 开 线 齿 轮的 相 互 滚 动 啮 合 ， 将 油 箱 内 的 低 压 油 升 至 能 做功 的 高 压 油 的 重 要 部 件 。 是 把 发 动 机 的 机 械 能转 换 成 液 压 能 的 动 力 装 置 。 齿 轮 泵 的 结 构 它 的 最 基 本 形 式 就 是 两 个 尺 寸 相 同的 齿 轮 在 一 个 紧 密 配 合 的 壳 体 内 相 互 啮 合 旋 转 ，这 个 壳 体 的 内 部 类 似 “ 8” 字 形 ， 两 个 齿 轮 装在 里 面 ， 齿 轮 的 外 径 及 两 侧 与 壳 体 紧 密 配 合 。来 自 于 挤 出 机 的 物 料 在 吸 入 口 进 入 两 个 齿 轮 中间 ， 并 充 满 这 一 空 间 ， 随 着 齿 的 旋 转 沿 壳 体 运动 ， 最 后 在 两 齿 啮 合 时 排 出 。 油 泵 内 部 齿 轮结 构 简 化 图 在 术 语 上 讲 ， 齿 轮 泵 也 叫 正 排 量 装 置 ， 即 像 一个 缸 筒 内 的 活 塞 ， 当 一 个 齿 进 入 另 一 个 齿 的 流体 空 间 时 ， 液 体 就 被 机 械 性 地 挤 排 出 来 。 因 为 液 体 KCB齿 轮 泵 是 不 可 压 缩 的 ， 所 以 液 体和 齿 就 不 能 在 同 一 时 间 占 据 同 一 空 间 ， 这 样 ，液 体 就 被 排 除 了 。按 上 图 内 部 结 构 所 示 由 于 齿 的 不 断 啮 合 ， 这 一 现 象 就 连 续 在 发 生 ，因 而 也 就 在 泵 的 出 口 提 供 了 一 个 连 续 排 除 量 ，泵 每 转 一 转 ， 排 出 的 量 是 一 样 的 。 随 着 驱 动 轴 的 不 间 断 地 旋 转 ， 泵 也 就 不 间 断 地排 出 流 体 。 齿 轮 泵 的 分 类 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 齿轮泵的典型结构 内啮合齿轮泵 齿 轮 油 泵 工 作 的 原 理 齿 轮 泵 是 用 两 个 齿 轮 互 啮 转 动 来 工 作 ， 对 介 质要 求 不 高 。 一 般 的 压 力 在 6MPa以 下 ， 流 量 较大 。 齿 轮 油 泵 在 泵 体 中 装 有 一 对 回 转 齿 轮 ， 一 个 主动 ， 一 个 被 动 ， 依 靠 两 齿 轮 的 相 互 啮 合 ， 把 泵内 的 整 个 工 作 腔 分 两 个 独 立 的 部 分 。 A为 吸 入腔 ， B为 排 出 腔 。 齿 轮 油 泵 在 运 转 时 主 动 齿 轮 带 动 被 动 齿 轮 旋 转 ，当 齿 轮 从 啮 合 到 脱 开 时 在 吸 入 侧 （ A） 就 形 成局 部 真 空 ， 液 体 被 吸 入 。 被 吸 入 的 液 体 充 满 齿 轮 的 各 个 齿 谷 而 带 到 排 出侧 （ B） ， 齿 轮 进 入 啮 合 时 液 体 被 挤 出 ， 形 成高 压 液 体 并 经 泵 排 出 口 排 出 泵 外 。 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 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 。 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 油 泵 的 工 作 原 理 制 作 工 艺 上 的 尺 寸 及 要 求 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 。 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 0.0250.04mm， 大 流 量 泵为 0.040.06mm。 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 0.130.16mm。 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 。 齿 轮 泵 的 流 量 的 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 ：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 常 以 3.33代 替 ,则 式 (3-10)可写 成 ： 齿 轮 泵 的 流 量 q(1/min)为 ： 式 中 ： n为 齿 轮 泵 转 速 (rpm);v为 齿 轮 泵 的容 积 效 率 。 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。 提 高 齿 轮 泵 理 论 流 量 途 径 由 上 式 可 知 ： 提 高 齿 轮 泵 理 论 流 量 的 途 径 增 加 齿 轮 的 直 径 、 齿 宽 、 转 速 和 减 少齿 数 与 此 同 时 ， 在 提 高 流 量 后 同 时 会 带 来 一 些问 题 n过高会使轮齿转过吸入腔的时间过短 n和直径增加使齿轮的圆周速度增加，离心力加大增加吸入困难，齿根处P降低，可能析出气体，导致Q减小，造成振动和产生噪声，甚至使泵无法工作。故最大圆周速度应根据所输油的粘度而予以限制，最大圆周速度不超过56ms，最高转速一般在3000rmin左右。加大齿宽会使径向力增大，齿面接触线加长，不易保持良好的密封。减少齿数虽可使齿间V加大而Q增加，但会使Q的不均匀度加重。 影 响 齿 轮 泵 v的 主 要 因 素 密 封 间 隙 (内 漏 )齿轮端面和盖板间的轴向间隙齿顶和泵体内侧的径向间隙轮齿的啮合线这些漏泄量约占总漏泄量的7080，漏泄量的大小是与间隙值的立方成正比，故密封间隙特别是轴向间隙对泵的v影响甚大。 排 出 压 力 吸 入 压 力 漏泄量与间隙两端的压差成正比。内漏较多，在排P升高时，Q的下降要比往复泵大 吸 入 真 空 度 增 加 时 ， 气 体 析 出 量 增 加 ， v亦 将 降 低 油 液 的 温 度 和 粘 度 (viscosity)油液的T越高，越低，漏泄量就越大但油T过低则太大，又会使吸入条件变差，吸入真空度变大，析出气体增多，也会使v下降。 转 速 漏泄量与n关系不大 n低Qt就小，会使v降低当n200300 rmin， v将降到不能容许的地步 n过高又会造成吸入困难，也使v降低。 外 齿 轮 泵 的 v =0.7 0.9， 用 间 隙 自 动 补 偿 装 置时 ， v可 达 0.8 0.96。 齿 轮 泵 的 特 点 1 有 一 定 的 自 吸 能 力能形成一定程度的真空，泵可装得比滑油液面高。排送气体时密封性差，故自吸能力不如往复泵应注意：齿轮泵摩擦部位较多间隙较小线速度较高起动前齿轮表面必须有油，不允许干转。 2 Qt是 由 工 作 部 件 的 尺 寸 和 n决 定 的 ， 与 Pd无 关 。3 额 定 Pd与 工 作 部 件 尺 寸 、 n无 关 Pd取 决 于 泵 的 密 封 性 能 和 轴 承 承 载 能 力 为 防 泵 过 载 ， 一 般 应 设 安 全 阀 。 4.流 量 连 续 ， 有 脉 动外啮合齿轮泵Q在1127范围内，噪声较大 Z越少， Q越大内齿轮泵Q较小，约为1一3，噪声也较小。 5 结 构 简 单 ， 价 格 低 廉工作部件作回转运动无泵阀允许采用较高n，通常可与电动机直联与同样Q的往复泵相比，尺寸、重量小易损件少，耐撞击工作可靠 6 磨 擦 面 较 多用于排送不含固体颗粒并具有润滑性的油类。 齿 轮 泵 管 理 要 点 1. 注 意 泵 的 转 向 和 连 接反转会使吸排方向相反泵和电机保持良好对中，最好用挠性连接（flexibility）2. 齿 轮 泵 虽 有 自 吸 能 力起动前泵内要存有油液（否则严重摩损）吸油高度一般不大于0.5m。 3. 机 械 轴 封 属 于 较 精 密 的 部 件拆装时要防止损伤密封元件安装时应在轴上涂滑油，按正确次序装入，用手推动环时应有浮动性。上紧轴封盖时要均匀，机械轴封一定要防止干摩擦。4. 不 宜 超 额 定 P工 作会使原动机过载，加大轴承负荷，使工作部件变形，磨损和漏泄增加，严重时造成卡阻。 5. 要 防 止 吸 口 真 空 度 大 于 允 许 吸 上 真 空 度否则不能正常吸入当吸入P过低时，会产生“气穴现象”油在低压区析出许多气泡，Q降低当气泡到高压区时，空气重新溶入油中，形成局部真空，四周的高压油液就会以高速流过来填补产生液压冲击，并伴随剧烈的噪声 6. 保 持 合 适 的 油 温 和 粘 度运动粘度以2533 mm2s为宜粘度太小则漏泄增加，还容易产生气穴现象粘度过大同样也会使v降低和吸入不正常。7. 要 防 止 吸 入 空 气会使流量减少，而且产生噪声。 8. 端 面 间 隙 对 齿 轮 泵 的 自 吸 能 力 和 v影 响甚 大可用压软铅丝的方法测出 9. 高 压 齿 轮 泵 敏 感 度 大吸油口可用150目网式滤器液压系统泵要求滤油精度3040m回油管路滤油器精度最好20m 齿 轮 泵 常 见 故 障 分 析 (1)不 能 排 油 或 流 量 不 足不能建立足够大的吸入真空度的原因：泵内间隙过大，新泵及拆修过的齿轮表面未浇油，难自吸；泵n过低、反转或卡阻吸入管漏气或吸口露出液面。 吸入真空度较大而不能正常吸入的原因：吸高太大(一般应不超过500mm)；油温太低，粘度太大；吸入管路阻塞，如吸入滤器脏堵或容量太小，吸入阀未开等油温过高。 排出方面的问题：排出管漏泄或旁通，安全阀或弹簧太松；排出阀未开或排出管滤器堵塞，安全阀顶开 (2)工 作 噪 声 太 大噪声根据产生的原因不同，可分两类：液体噪声，是由于漏入空气或产生气穴现象而引起机械噪声，对中不良、轴承损坏或松动、安全阀跳动、齿轮啮合不良、泵轴弯曲或其它机械摩擦等。 (3)磨 损 太 快 油液含磨料性杂质；长期空转； Pd过高，泵轴变形严重；中心线不正 感 谢 您 的 关 注 ！