齒輪油泵的物理原理

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1、齒輪油泵的物理應(yīng)用作者： 齒輪油泵的簡(jiǎn)介 齒 輪 油 泵 是 通 過(guò) 一 對(duì) 參 數(shù) 和 結(jié) 構(gòu) 相 同 的 漸 開(kāi) 線 齒 輪的 相 互 滾 動(dòng) 嚙 合 ， 將 油 箱 內(nèi) 的 低 壓 油 升 至 能 做功 的 高 壓 油 的 重 要 部 件 。 是 把 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 機(jī) 械 能轉(zhuǎn) 換 成 液 壓 能 的 動(dòng) 力 裝 置 。 齒 輪 泵 的 結(jié) 構(gòu) 它 的 最 基 本 形 式 就 是 兩 個(gè) 尺 寸 相 同的 齒 輪 在 一 個(gè) 緊 密 配 合 的 殼 體 內(nèi) 相 互 嚙 合 旋 轉(zhuǎn) ，這 個(gè) 殼 體 的 內(nèi) 部 類 似 “ 8” 字 形 ， 兩 個(gè) 齒 輪 裝在 里 面 ， 齒 輪 的

2、外 徑 及 兩 側(cè) 與 殼 體 緊 密 配 合 。來(lái) 自 于 擠 出 機(jī) 的 物 料 在 吸 入 口 進(jìn) 入 兩 個(gè) 齒 輪 中間 ， 并 充 滿 這 一 空 間 ， 隨 著 齒 的 旋 轉(zhuǎn) 沿 殼 體 運(yùn)動(dòng) ， 最 后 在 兩 齒 嚙 合 時(shí) 排 出 。 油 泵 內(nèi) 部 齒 輪結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 化 圖 在 術(shù) 語(yǔ) 上 講 ， 齒 輪 泵 也 叫 正 排 量 裝 置 ， 即 像 一個(gè) 缸 筒 內(nèi) 的 活 塞 ， 當(dāng) 一 個(gè) 齒 進(jìn) 入 另 一 個(gè) 齒 的 流體 空 間 時(shí) ， 液 體 就 被 機(jī) 械 性 地 擠 排 出 來(lái) 。 因 為 液 體 KCB齒 輪 泵 是 不 可 壓 縮 的 ， 所 以 液

3、 體和 齒 就 不 能 在 同 一 時(shí) 間 占 據(jù) 同 一 空 間 ， 這 樣 ，液 體 就 被 排 除 了 。按 上 圖 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 所 示 由 于 齒 的 不 斷 嚙 合 ， 這 一 現(xiàn) 象 就 連 續(xù) 在 發(fā) 生 ，因 而 也 就 在 泵 的 出 口 提 供 了 一 個(gè) 連 續(xù) 排 除 量 ，泵 每 轉(zhuǎn) 一 轉(zhuǎn) ， 排 出 的 量 是 一 樣 的 。 隨 著 驅(qū) 動(dòng) 軸 的 不 間 斷 地 旋 轉(zhuǎn) ， 泵 也 就 不 間 斷 地排 出 流 體 。 齒 輪 泵 的 分 類 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

4、 泵 雙 向 齒 輪 馬 達(dá) 齒 輪 泵 附 調(diào) 壓 閥 齒 輪 泵 附 升 降 閥 齒輪泵的典型結(jié)構(gòu) 內(nèi)嚙合齒輪泵 齒 輪 油 泵 工 作 的 原 理 齒 輪 泵 是 用 兩 個(gè) 齒 輪 互 嚙 轉(zhuǎn) 動(dòng) 來(lái) 工 作 ， 對(duì) 介 質(zhì)要 求 不 高 。 一 般 的 壓 力 在 6MPa以 下 ， 流 量 較大 。 齒 輪 油 泵 在 泵 體 中 裝 有 一 對(duì) 回 轉(zhuǎn) 齒 輪 ， 一 個(gè) 主動(dòng) ， 一 個(gè) 被 動(dòng) ， 依 靠 兩 齒 輪 的 相 互 嚙 合 ， 把 泵內(nèi) 的 整 個(gè) 工 作 腔 分 兩 個(gè) 獨(dú) 立 的 部 分 。 A為 吸 入腔 ， B為 排 出 腔 。 齒 輪 油 泵 在 運(yùn)

5、轉(zhuǎn) 時(shí) 主 動(dòng) 齒 輪 帶 動(dòng) 被 動(dòng) 齒 輪 旋 轉(zhuǎn) ，當(dāng) 齒 輪 從 嚙 合 到 脫 開(kāi) 時(shí) 在 吸 入 側(cè) （ A） 就 形 成局 部 真 空 ， 液 體 被 吸 入 。 被 吸 入 的 液 體 充 滿 齒 輪 的 各 個(gè) 齒 谷 而 帶 到 排 出側(cè) （ B） ， 齒 輪 進(jìn) 入 嚙 合 時(shí) 液 體 被 擠 出 ， 形 成高 壓 液 體 并 經(jīng) 泵 排 出 口 排 出 泵 外 。 1-軸承外環(huán) 2-堵頭 3-滾子 4-后泵蓋 5-鍵 6-齒輪 7-泵體8-前泵蓋 9-螺釘 10-壓環(huán)11-密封環(huán) 12-主動(dòng)軸 13-鍵 14-瀉油孔15-從動(dòng)軸 16-瀉油槽 17-定位銷 它 是 分

6、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) 。 當(dāng) 泵 的 主 動(dòng) 齒 輪 按 圖 示 箭 頭 方 向

7、 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)

8、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 油 泵 的 工 作 原 理 制 作 工 藝 上 的 尺 寸 及 要 求 泵 的 前 后 蓋 和 泵 體 由 兩 個(gè) 定 位 銷 17定 位 ，用 6只 螺 釘 固 緊 如 圖 。 為 了 保 證 齒 輪 能 靈

9、 活 地 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 同 時(shí) 又 要保 證 泄 露 最 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 0.0250.04mm， 大 流 量 泵為 0.040.06mm。 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

10、 齒 頂 和 泵 體 內(nèi) 壁 相 碰 ， 所 以 徑 向間 隙 就 可 稍 大 ， 一 般 取 0.130.16mm。 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 的 拉 力 ， 在 泵 體兩 側(cè) 的 端 面 上 開(kāi) 有 油 封 卸 荷 槽 16， 使 滲入 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 。

11、齒 輪 泵 的 流 量 的 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 ：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

12、體 積 稍 大 ,故 上 式 中 的 常 以 3.33代 替 ,則 式 (3-10)可寫(xiě) 成 ： 齒 輪 泵 的 流 量 q(1/min)為 ： 式 中 ： n為 齒 輪 泵 轉(zhuǎn) 速 (rpm);v為 齒 輪 泵 的容 積 效 率 。 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

13、 。 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 最 大 圓周 速 度 不 應(yīng) 大 于 5 6m/s。 提 高 齒 輪 泵 理 論 流 量 途 徑 由 上 式 可 知 ： 提 高 齒 輪 泵

14、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) 與 此 同 時(shí) ， 在 提 高 流 量 后 同 時(shí) 會(huì) 帶 來(lái) 一 些問(wèn) 題 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，最大圓周速度不超過(guò)56ms，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，但會(huì)使Q的不均勻度加重。 影 響 齒 輪 泵 v的

15、 主 要 因 素 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。 排 出 壓 力 吸 入 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 吸 入 真 空 度 增 加 時(shí) ， 氣 體 析 出 量 增 加 ， v亦 將 降 低 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。 轉(zhuǎn) 速 漏泄量

16、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。 外 齒 輪 泵 的 v =0.7 0.9， 用 間 隙 自 動(dòng) 補(bǔ) 償 裝 置時(shí) ， v可 達(dá) 0.8 0.96。 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)。 2 Qt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 、

17、 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 。 4.流 量 連 續(xù) ， 有 脈 動(dòng)外嚙合齒輪泵Q在1127范圍內(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。 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，

18、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。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

19、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 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。 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 齒 輪 泵 常 見(jiàn) 故 障 分 析 (1)不

20、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，新泵及拆修過(guò)的齒輪表面未澆油，難自吸；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)工 作 噪 聲 太 大噪聲根據(jù)產(chǎn)生的原因不同，可分兩類：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 感 謝 您 的 關(guān) 注 ！