齒輪泵存在的幾個問題及其工作原理

2021-01-15 慧聰網

    齒輪泵是液壓系統中廣泛採用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結構不同.齒輪泵分為外吡合齒輪泵和內嚙合齒輪採,外嚙合齒輪泵應用最廣。

    齒輪泵的工作原理如圖3-3所示。齒輪泵主要由一對齒輪、外殼、泵蓋、軸及軸承和密封蓋板等組成。在泵體內有一對外嚙合齒輪,齒輪兩端面靠蓋板密封,這樣泵體,蓋板和齒輪的各齒槽就形成多個密封腔,輪齒嚙合線又將左右兩密封腔隔開而形成吸、壓油腔。當齒輪按圖示方向旋轉時,吸油腔(右側)內的輪齒不斷脫開嚙合,使其密封容積不斷增大而形成一定真空,在大氣壓力作用下從油箱吸進油液,隨著齒輪的旋轉,齒槽內的油液被帶到壓油腔(左側)申壓油腔內的輪齒不斷進人嚙合,使其密封容積不斷減小,油液被壓出。隨著齒輪不停地旋轉,齒輪泵就不斷地吸油和排油。


    齒輪泵主要存在的三大問題是洩漏、困油和徑向液壓力不平衡,這三個問題影響著齒輪泵的工作性能和使用壽命,因此各種齒輪泵都採取了不同的結構措施來解決這些問題。

    1.洩漏 

    洩漏是液壓泵不可避免的問題,齒輪泵的內洩漏有軸向洩漏、徑向洩漏和嚙合線洩漏。

    1)軸向洩漏

    齒輪端面和端蓋之間的間隙為軸向間隙,軸向間隙引起的洩漏為軸向洩漏。因為洩漏途徑短,洩漏面積大,所以軸向洩漏的洩漏量最大,可佔總洩漏量的75%~80%。軸向間隙大,洩漏量就大,容積效率降低;軸向間隙過小,雖然洩漏量減小,但會使機械摩擦損失增加, 從而使機械效率降低。因此齒輪泵必須嚴格控制軸向問隙,保證總效率不能太低。

    2)徑向洩漏

    齒輪齒頂圓面與泵體之間的問隙為徑向間隙,徑向間隙引起的洩漏為徑向洩漏。由於徑向間隙洩漏途徑長,所以洩漏量小,佔總洩漏量的15%~20%。

    3)嚙合線洩漏

    兩個齒輪的輪齒間的嚙合縫隙為喻合間隙,嚙合間隙引起的洩漏為嚙合線洩漏。其洩漏量最小,佔總洩漏量的4%~5%。

    2.困油

    由於要求齒輪泵能夠平穩運轉,齒輪嚙合的重疊係數必須大於1,即前一對輪齒沒有脫離嚙合,後一對輪齒必須進人嚙合,這樣兩對輪齒同時嚙合,形成一個密封空間,此密封空間既不和吸油腔相通,也不和排油腔相通被稱為閉死容積。如圖3-4所示,隨著齒輪的旋轉, 閉死容積的大小不斷變化。幵始時閉死容積為錄大,隨著齒輪的旋轉,閉死容積逐漸減小(圖3-4(a)到圖3-4(b)的過程),直到兩個嚙合點處於節點的對稱位置時,閉死容積達到最小,由於油液的可壓縮性很小,被困油液被擠壓,壓力急劇升離,迫使油液從嚙合冏隙強行擠出,齒輪和軸承受到很大的徑向力。當隨著齒輪的繼續旋轉,閉死容積又逐漸增大(圖3-4 (b)到圖3-4(c)的過程),閉死容積內形成局部真空,由於沒有油液的補充,使油液中的氣體分離出來,產生氣穴現象,引起齒輪泵的振動和噪聲,這就是困油現象。綜上所述,由於閉死容積的變化,導致壓力急劇升高或下降的現象訧稱為困油現象。有閉死容積不一定產生困油現象,當閉死容積不變化時,不產生困油現象,當閉死容積變化時,就產生困油現象;有困油觀象產生,就一定有閉死容積存在。


    由於困油現象產生的危害極大,會引起齒輪泵的振動和噪聲,加劇齒輪齒面和軸承的, 輯,產重時還會導致軸彎曲和齒面腐蝕,大大縮短了齒輪滎的使用壽命。因此必須消除困油現象。

    消除齒輪泵困油現象的方法是在兩側端蓋上銑兩條卸荷槽,如圖3-4(d)所示,開卸荷槽的條件是閉死容積由小變大時通過卸荷槽與吸油腔相通;閉死容積由大變小時通過卸荷槽與排油腔相通;閉死容積處於最小位置時,閉死容積和兩個卸荷槽均不通,即不和吸、排油腔相通,保證密封。一般卸荷槽是非對稱幵設的,往往是向吸油腔偏移。如果齒輪的分度圓壓力角為α=20°。模數為m的標準漸開線齒輪,則兩卸荷槽尺寸為:卸荷槽間距a=2.78m,在壓油腔一側必須保證卸荷槽與兩齒輪中心連線間的距離b≥0.8m,另一方面為使卸荷槽暢通,必須保證槽寬c>2.5m,槽深h≥0.8m,如圖3-4(e)所示。

    3.徑向液壓力不平衡

    齒輪泵工作時,因為排油壓力大於吸油壓力,從排油腔到吸油腔,齒輪頂圓圓周徑向壓力是線性階梯變化的,從而產生徑向力不平衡,如圖3-5所示。對於中、高壓齒輪泵,其軸承負載是非常大的。因此,齒輪泵的使用壽命幾乎取決於軸承的使用壽命,要延長齒輪泵的使用壽命,必須減少機械磨損,減小徑向力不平衡。同時,徑向力不平衡也會引起軸彎曲變形和齒輪的嚴童磨損。尤其是從動輪,在嚙合力作用下,總的受力會更大,因此從動輪比主動輪的軸承磨扳更快。齒輪的徑向合力為

    主動輪的徑向合力 F=7.5pDB

    從動輪的徑向合力 F=8.5pDB

    式中:p-齒輪泵的工作壓力(Mpa);

    D-齒頂圓直徑(cm);

    B-齒輪寬度(cm);

    通過分析可知,必須在結構採取一定的措施,減少齒輪泵的徑向合力,從而延長齒輪泵的壽命。採取的措施如下。

    (1)縮小排油口尺寸,使高壓油作用在齒輪上的面積縮小,從而減小作用在齒輪上的徑向力。

    (2)適當增大徑向間隙.增大齒頂圓與泵體內孔的問隙,以平衡徑向力不平衡。但增大徑向間隙會使洩漏增加,容積效率降低,因此髙壓泵不宜釆用此方法。

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