齒輪泵結構原理和主要問題

齒輪泵是液壓系統中廣泛采用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結構不同,齒輪泵分爲外齧合齒輪泵和內齧合齒輪泵,而以外齧合齒輪泵應用最廣。下面以外齧合齒輪泵爲例來剖析齒輪泵。

液壓齒輪泵主要包括:高壓定量齒輪泵,高壓雙聯齒輪泵,潤滑泵,化工泵,雙向齒輪馬達,齒輪泵附調壓閥,齒輪泵附升降閥。

齒輪泵的工作原理和結構
它是分離三片式結構,三片是指泵蓋和泵體,泵體內裝有一對齒數相同、寬度和泵體接近而又互相齧合的齒輪,這對齒輪與兩端蓋和泵體形成一密封腔,並由齒輪的齒頂和齧合線把密封腔劃分爲兩部分,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軸和從動軸上,主動軸由電動機帶動旋轉。

當泵的主動齒輪按圖示箭頭方向旋轉時,齒輪泵右側(吸油腔)齒輪脫開齧合,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,經吸油管路、吸油腔進入齒間。隨著齒輪的旋轉,吸入齒間的油液被帶到另一側,進入壓油腔。這時輪齒進入齧合,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程。齒輪齧合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開,起配油作用。當齒輪泵的主動齒輪由電動機帶動不斷旋轉時,輪齒脫開齧合的一側,由于密封容積變大則不斷從油箱中吸油,輪齒進入齧合的一側,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。泵的前後蓋和泵體由兩個定位銷17定位,用6只螺釘固緊。爲了保證齒輪能靈活地轉動,同時又要保證泄露最小,在齒輪端面和泵蓋之間應有適當間隙(軸向間隙),對小流量泵軸向間隙爲0.025~0.04mm,大流量泵爲0.04~0.06mm。齒頂和泵體內表面間的間隙(徑向間隙),由于密封帶長,同時齒頂線速度形成的剪切流動又和油液泄露方向相反,故對泄露的影響較小,這裏要考慮的問題是:當齒輪受到不平衡的徑向力後,應避免齒頂和泵體內壁相碰,所以徑向間隙就可稍大,一般取0.13~0.16mm。

爲了防止壓力油從泵體和泵蓋間泄露到泵外,並減小壓緊螺釘的拉力,在泵體兩側的端面上開有油封卸荷槽,使滲入泵體和泵蓋間的壓力油引入吸油腔。在泵蓋和從動軸上的小孔,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,同時也潤滑了滾針軸承。

1、 齿轮泵的困油问题
齒輪泵要能連續地供油,就要求齒輪齧合的重疊系數ε大于1,也就是當一對齒輪尚未脫開齧合時,另一對齒輪已進入齧合,這樣,就出現同時有兩對齒輪齧合的瞬間,在兩對齒輪的齒向齧合線之間形成了一個封閉容積,一部分油液也就被困在這一封閉容積中,齒輪連續旋轉時,這一封閉容積便逐漸減小,到兩齧合點處于節點兩側的對稱位置時,封閉容積爲最小,齒輪再繼續轉動時,封閉容積又逐漸增大,直到容積又變爲最大。在封閉容積減小時,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,這時高壓油從一切可能泄漏的縫隙中擠出,造成功率損失,使油液發熱等。當封閉容積增大時,由于沒有油液補充,因此形成局部真空,使原來溶解于油液中的空氣分離出來,形成了氣泡,油液中産生氣泡後,會引起噪聲、氣蝕等一系列惡果。以上情況就是齒輪泵的困油現象。這種困油現象極爲嚴重地影響著泵的工作平穩性和使用壽命。

爲了消除困油現象,在CB—B型齒輪泵的泵蓋上銑出兩個困油卸荷凹槽,其幾何關系卸荷槽的位置應該使困油腔由大變小時,能通過卸荷槽與壓油腔相通,而當困油腔由小變大時,能通過另一卸荷槽與吸油腔相通。兩卸荷槽之間的距離爲a,必須保證在任何時候都不能使壓油腔和吸油腔互通。

按上述對稱開的卸荷槽,當困油封閉腔由大變至最小時,由于油液不易從即將關閉的縫隙中擠出,故封閉油壓仍將高于壓油腔壓力;齒輪繼續轉動,當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,會引起沖擊和噪聲。于是CB—B型齒輪泵將卸荷槽的位置整個向吸油腔側平移了一個距離。這時封閉腔只有在由小變至最大時才和壓油腔斷開,油壓沒有突變,封閉腔和吸油腔接通時,封閉腔不會出現真空也沒有壓力沖擊,這樣改進後,使齒輪泵的振動和噪聲得到了進一步改善。

2、 径向不平衡力

齒輪泵工作時,在齒輪和軸承上承受徑向液壓力的作用。如圖3-7所示,泵的右側爲吸油腔,左側爲壓油腔。在壓油腔內有液壓力作用于齒輪上,沿著齒頂的泄漏油,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,這個不平衡力就越大,其結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,造成齒頂和泵體內壁的摩擦等。爲了解決徑向力不平衡問題,在有些齒輪泵上,采用開壓力平衡槽的辦法來消除徑向不平衡力,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,以減少液壓力對齒頂部分的作用面積來減小徑向不平衡力,所以泵的壓油口孔徑比吸油口孔徑要小。

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