齒輪泵的工作原理

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1、w第一節(jié)w齒 輪 泵 2-1-1 齒輪泵的工作原理w簡單構(gòu)造n一對互相嚙合的齒輪 (The teeth meshed)n主動輪由原動機帶動回轉(zhuǎn)，齒頂和端面被泵體和前后端蓋包圍n由于相嚙合齒的分隔，吸入腔和排出腔隔開w吸入和排出 n圖示方向回轉(zhuǎn)時，齒C退出嚙合，其齒間V增大，P降低，液體在吸入液面P作用下，經(jīng)吸入口流入n隨齒輪回轉(zhuǎn)，吸滿液體的齒間轉(zhuǎn)過吸入腔，沿殼壁轉(zhuǎn)到排出腔n當(dāng)重新進入嚙合時，齒間的液體即被輪齒擠出w結(jié)構(gòu)特點n泵如果反轉(zhuǎn)，吸排方向相反n嚙合緊密，齒頂和端面間隙都小，液體不會大量漏回吸入腔n磨擦面較多，只用來排送有潤滑性的油液 圖21外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)(external gear

2、rotary pump) 2-1-2 齒輪泵的困油現(xiàn)象w外齒輪泵一般采用漸開線 (involute) 齒形w為轉(zhuǎn)運平穩(wěn)，要求齒輪的重迭系數(shù)大于1w前一對嚙合齒尚未脫離嚙合時，后一對齒便已進入嚙合。w在部分時間內(nèi)相鄰兩對齒會同時處于嚙合狀態(tài)，形成一個封閉空間，使一部分油液困在其中，w而這封閉空間的容積又將隨著齒輪的轉(zhuǎn)動而變化 (先縮小，然后增大)，從而產(chǎn)生困油現(xiàn)象。 圖22 齒輪泵的困油現(xiàn)象 2-2-2 困油現(xiàn)象的危害和排除w危害（當(dāng)封閉V減小時，液體受擠壓而P急劇升高，油液將從縫隙中強行擠出）n產(chǎn)生噪音和振動n使軸承受到很大的徑向力n功率損失增加。n容積效率降低（當(dāng)封閉V增大時，P下降，析出氣

3、泡） n對泵的工作性能和使用壽命都有害w排除(設(shè)法在封閉V變小時使之和排出腔溝通，而在增大時和吸入腔溝通)n開卸荷槽(圖22(b)的虛線)。n結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，且對稱布置，泵正、反轉(zhuǎn)時都適用，因此被廣泛采用。n對稱卸荷槽還不十分完善（還有噪音和振動） 2-2-2 困油現(xiàn)象的危害和排除(1)w不對稱卸荷槽n兩個卸荷槽同時向吸入側(cè)移過適當(dāng)距離n延長了Va和排出腔相通的時間n推遲了Vb和吸入腔相通的時間l Vb中可能出現(xiàn)局部真空，但不十分嚴(yán)重 n這種卸荷槽能更好地解決困油問題n能多回收一部分高壓液體n泵不允許反轉(zhuǎn)使用w采用卸荷槽后困油現(xiàn)象影響大大減輕。 2-1-3 齒輪泵的徑向力-圖2-3w徑向力

4、增加軸承的負荷，影響泵的壽命w工作P越高，徑向力就越大w對高壓齒輪泵，要設(shè)法限制徑向力，提高軸承壽命 2-1-4齒輪泵的流量-圖24w 理論上帶到排出腔的油液體積應(yīng)等于齒間工作容積w每轉(zhuǎn)的Qt應(yīng)為兩個齒輪全部齒間工作容積之和。w可假設(shè)齒間工作容積與齒的有效體積相等。w每轉(zhuǎn)Qt n是一個齒輪的齒間工作容積與輪齒有效體積的總和n近似等于齒的有效部分所掃過的一個徑向?qū)挾葹?m的環(huán)形體積 2-1-4 齒輪泵的流量公式w用上述計算泵的Qt時，數(shù)值偏小w應(yīng)乘上修正系數(shù)K。平均Qt為：w式中：D分度圓直徑，mm；w m模數(shù)(m=Dz，z為齒數(shù))，mm；w B齒寬，mm；w n轉(zhuǎn)速，rmin； ，w K修正系

5、數(shù)，一般為105115。min/102 6LBnmDkQ t 2-1-4 齒輪泵的流量公式w中、低壓齒輪泵為使流量公式 Qt6.66zm2Bn 10-6 Lmin (24)w高壓齒輪泵的流量公式：Qt7zm2Bn 10-6 Lmin (25) 2-1-4 提高齒輪泵理論流量途徑w增加齒輪的直徑、齒寬、轉(zhuǎn)速和減少齒數(shù)。n n過高會使輪齒轉(zhuǎn)過吸入腔的時間過短n n和直徑增加使齒輪的圓周速度增加，離心力加大l增加吸入困難，齒根處P降低，可能析出氣體，導(dǎo)致Q減小，造成振動和產(chǎn)生噪聲，甚至使泵無法工作。 l故最大圓周速度應(yīng)根據(jù)所輸油的粘度而予以限制，w最大圓周速度不超過56ms，w最高轉(zhuǎn)速一般在3000

6、rmin左右。n加大齒寬會使徑向力增大，齒面接觸線加長，不易保持良好的密封。n減少齒數(shù)雖可使齒間V加大而Q增加，但會使Q的不均勻度加重。 2-1-4 影響齒輪泵v的主要因素密封間隙 (內(nèi)漏)n齒輪端面和蓋板間的軸向間隙n齒頂和泵體內(nèi)側(cè)的徑向間隙n輪齒的嚙合線n這些漏泄量約占總漏泄量的7080， n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泵的v影響甚大。排出壓力n漏泄量與間隙兩端的壓差成正比。n內(nèi)漏較多，在排P升高時，Q的下降要比往復(fù)泵大吸入壓力 n 吸入真空度增加時，氣體析出量增加， v亦將降低。 2-1-4 影響齒輪泵v的因素油液的溫度和粘度 (viscosity)n

7、油液的T越高，越低，漏泄量就越大n但油T過低則太大，又會使吸入條件變差，吸入真空度變大，析出氣體增多，也會使v下降。轉(zhuǎn)速 n 漏泄量與n關(guān)系不大n n低Qt就小，會使v降低l當(dāng)n200300 rmin， v將降到不能容許的地步n n過高又會造成吸入困難，也使v降低。外齒輪泵的v =0.70.9，用間隙自動補償裝置時， v可達0.80.96。 2-1-4 齒輪泵的特點1有一定的自吸能力n能形成一定程度的真空，泵可裝得比滑油液面高。n排送氣體時密封性差，故自吸能力不如往復(fù)泵n應(yīng)注意：l齒輪泵摩擦部位較多 l間隙較小l線速度較高l起動前齒輪表面必須有油，不允許干轉(zhuǎn)。2Qt是由工作部件的尺寸和n決定的

8、，與Pd無關(guān)。3額定Pd與工作部件尺寸、n無關(guān)n Pd取決于泵的密封性能和軸承承載能力n為防泵過載，一般應(yīng)設(shè)安全閥。 2-1-4高壓齒輪泵采取的措施w液壓間隙自動補償裝置n軸向間隙補償l在齒輪端面與泵體之間設(shè)浮動元件l將排出壓力引至該元件的外側(cè) (靠排出側(cè),橡皮圈限定區(qū)域內(nèi))l使其液壓力稍大于內(nèi)側(cè)向外的液壓力（使浮動元件貼靠齒輪） l自動補償齒輪端面磨損而增加的間隙（軸向間隙始終很小）n徑向間隙自動補償-有些高壓泵采用 2-1-4高壓齒輪泵采取的措施w徑向力平衡措施n用平衡或減小徑向力的措施n用承載能力高的軸承，并改善軸承的潤滑和冷卻條件。w按額定排出壓力pH高低可分為： l低壓齒輪泵(pH

9、2.5MPa)；l中壓齒輪泵(pH 2.58MPa)l高壓齒輪泵(pH 8MPa)。 2-1-4 齒輪泵的特點w 4.流量連續(xù)，有脈動n外嚙合齒輪泵Q在1127范圍內(nèi)，噪聲較大l Z越少， Q越大n內(nèi)齒輪泵Q較小，約為1一3，噪聲也較小。w 5結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。 n工作部件作回轉(zhuǎn)運動n無泵閥n允許采用較高n，通常可與電動機直聯(lián)n與同樣Q的往復(fù)泵相比，尺寸、重量小n易損件少，耐撞擊工作可靠w 6磨擦面較多n用于排送不含固體顆粒并具有潤滑性的油類。 2-1-4 齒輪泵的特點w使用場合w一般被用作排出P不高、Q不大，以及對Q和Pd的均勻性要求不很嚴(yán)的油泵,如：n滑油泵n駁油泵 n液壓傳動中的供油泵

10、w由于齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，又不易損壞，因而已開發(fā)了高壓齒輪泵。如：n液壓泵。 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵w有直齒、斜齒、人字齒等幾種齒輪，一般采用漸開線齒形。見下圖n主動和從動齒輪是由右和左螺旋齒輪拼成的入字齒輪l既能承受較大負荷，又可避免產(chǎn)生軸向推力。n齒輪4空套在從動軸上 l以補償制造、安裝時出現(xiàn)的誤差l具有一定的自整位能力n齒輪兩端面有配合良好的蓋板n泵軸裝在單列向心球軸承上。n在泵體和端蓋之間墊有紙墊16l紙墊厚度可改變齒輪端面與蓋板之間的軸向間隙。 圖25 外嚙合齒輪泵 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵w防超過額定Pd，裝設(shè)有安全閥 (safety valve)n安全

11、閥閥體是一空心的圓柱體n左端帶有錐形密封面n當(dāng)作用在環(huán)形凸肩上的壓力超過彈簧值時，閥開啟，溝通排、吸兩端 n泵的轉(zhuǎn)向必須符合規(guī)定w為防止油液外漏，設(shè)有機械軸封n是廣泛使用的一種密封方式n主要密封面是軸靜環(huán)11和動環(huán)12構(gòu)成n動、靜環(huán)的材料分別為硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料做成 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵w靜環(huán)與蓋之間靠密封圈密封w動環(huán)靠彈簧壓緊在靜環(huán)上，（摩擦力使轉(zhuǎn)）w密封圈防動環(huán)與軸之間漏泄n安裝時手推動環(huán)壓縮彈簧 n松手后動環(huán)應(yīng)能緩緩滑出n太松則漏泄量過大n太緊則不能自動滑出補償n動、靜環(huán)密封圈是機械密封的輔助密封元件w機械軸封的基本特點：n將由填料與軸之間的徑向曲面密封轉(zhuǎn)變?yōu)閯迎h(huán)與靜環(huán)間的

12、軸向端面密封。 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵w與填料密封相比，機械軸封的主要優(yōu)點是：n (1)密封性能好n (2)使用壽命長。n (3)摩擦功耗少。 n (4)軸或軸套基本不被磨損n (5)適用范圍廣，（用于高溫、高壓、有毒或有腐蝕性） Mechanical seals(1)w The provision of rotary shaft seals instead of the usual stuffing box and gland, where conditions are suitable, possesses many advantages. w The power absorb

13、ed is lower and is constant, whereas a gland excessively tightened causes a considerable increase in power absorbed. w In small pumps this may result in overloading the motor. Mechanical seals(1)w In addition maintenance costs are reduced, the rotary seal operating for long periods without wear or a

14、ttention. w A standard seal consists of a stationary carbon ring insert in the casing, or seal cover where such is provided, and against this a metal ring of easy clearance on the shaft sleeve rotates, contact between the faces being ensured by a lightly loaded coil spring. Mechanical seals(2)w The

15、rubbing faces of both carbon and metal rings are independently lapped to give a dead flat surface. w A synthetic rubber ring, of circular cross-section, contained between shaft sleeve and metal ring, in a groove in the latter, effectively prevents leakage between them. w The diameter of the groove i

16、s such that a squeeze is exerted on the rubber ring, thus a sufficient frictional force is provided to rotate the metal ring, with certain exceptions. w The width of the groove is, however, made considerably greater so that the metal ring is capable of free axial float with accompanying rolling acti

17、on of the rubber ring. Mechanical seals(3)w Materials used for the various seal parts are as follows: n Carbon stationary ring. n Synthetic rubber ring. n Bronze rotating ring with bronze spring for standard and all gunmetal pumps. n Stainless steel rotating ring for all iron pumps. w For non-lubric

18、ating liquids, such as ammonia, glycol, petrol, paraffin, transformer and quenching oil, etc., the rotating ring is made of stainless steel to give a harder surface. w These seals are specially designed to suit the dimensions of the standard shaft sleeves and stuffing boxes. 2-1-6 典型結(jié)構(gòu)-外嚙合齒輪泵w缺點：n制造

19、工藝性要求高,價格較貴n密封元件的拆裝更換比較麻煩n對使用條件的要求也比較嚴(yán)格。如液體帶有磨料性懸浮固體顆粒，則機械軸封必須采用特殊的設(shè)計。w回轉(zhuǎn)泵在低壓條件下也常采用皮碗密封 思考題1. 與填料密封相比，采用機械密封有哪些優(yōu)點?2機械密封在使用上要注意什么問題?3齒輪泵有自吸能力，為什么新泵和大修后的泵起動前要向泵內(nèi)灌油？4齒輪泵有何特點?高壓齒輪泵在結(jié)構(gòu)上有何特點? 選擇題w判斷齒輪泵轉(zhuǎn)向的依據(jù)是 。 A 原動機轉(zhuǎn)向 B 安全閥的位置 C 吸排口方向 D 齒輪嚙合狀況w吸入管漏氣是齒輪泵產(chǎn)生嘈音的主要原因，一般可用 方法來檢測漏氣點。 A 澆油 B 燭火 C 煤油白粉法 D 鹵素?zé)魴z漏w齒

20、輪泵困油現(xiàn)象不會導(dǎo)致 。 A 軸承負荷增大 B 工作噪聲增大 C 容積效率降低 D 排出壓力增大 選擇題w消除齒輪泵困油的常用方法是 。 A 降低油溫 B 減少流量 C 在端蓋上開卸荷槽 D 調(diào)整齒輪嚙合間隙w在拆檢和裝配齒輪泵時應(yīng)注意檢查 間隙。 A 齒頂與泵殼 B 齒輪端面部位 C 齒嚙合處 D 泵軸伸出泵殼處 選擇題w齒輪泵開卸荷槽其流量 : A.稍有下降 B.稍有增加 C.不受影響 D.明顯增加w齒輪泵會產(chǎn)生困油現(xiàn)象的原因 。 A 排出口太小 B 轉(zhuǎn)速較高 C齒輪端面間隙調(diào)整不當(dāng) D 部分時間兩對相鄰齒同時嚙合w 限制齒輪泵轉(zhuǎn)速提高的主要原因是 。 A 原動機轉(zhuǎn)速難以提高 B 會使軸承

21、負荷過大 C 會增加吸入困難 D 會使齒輪磨損過大 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵w有兩種形式n帶月牙形隔板的內(nèi)齒輪泵n擺線轉(zhuǎn)子泵。w 圖26所示為一種帶月牙形隔板的可逆轉(zhuǎn)內(nèi)嚙合齒輪泵。 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵w齒環(huán)3與圓盤泵軸一體。w底盤6上有月牙形隔板2和與泵軸偏心的短軸，短軸上空套著齒輪1。w當(dāng)泵軸帶齒環(huán)轉(zhuǎn)動時，與其內(nèi)嚙合的齒輪也轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生吸排作用。w底盤6的背面圓心處有帶彈簧的鋼球， n當(dāng)軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，嚙合力使底盤轉(zhuǎn)至其銷釘4卡到半圓形環(huán)槽的最右端位置為止，泵是下吸上排。n當(dāng)軸順時針轉(zhuǎn)動時，嚙合力使底盤轉(zhuǎn)過180，泵的吸排方向不變 2-1-6 內(nèi)嚙合齒輪泵w優(yōu)點（與外嚙合齒輪泵相比）n泵

22、的吸油區(qū)大、流速低、吸入性能好，n流量脈動小，流量脈動率Q =13n嚙合長度較長，工作平穩(wěn)，n特殊齒形將困油現(xiàn)象減輕，或在齒環(huán)各齒谷中開徑向孔導(dǎo)油，從而完全消除困油現(xiàn)象， n噪聲很低。w缺點n是制造工藝較復(fù)雜n且漏泄途徑多，n v低，6575。 2-1-6 轉(zhuǎn)子泵-圖27w外轉(zhuǎn)子比內(nèi)轉(zhuǎn)子多一個齒，二者軸線偏心，異速轉(zhuǎn)動。采用擺線齒形。采用皮碗軸封。w皮碗的制造、安裝和維護較簡單，成本低，但唇邊的磨損較重，功率消耗較大。 2-1-6 轉(zhuǎn)子泵特點w轉(zhuǎn)子泵優(yōu)點n 轉(zhuǎn)子泵配流口的中心角較大；且為側(cè)向吸入，不受離心力影響，故吸入性能好n能用于高速運轉(zhuǎn)n齒數(shù)較少，工作空間容積較大 n結(jié)構(gòu)簡單緊湊n兩個轉(zhuǎn)子

23、同向回轉(zhuǎn)且只差一個齒，故相對滑動速度很小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，壽命長。w缺點n齒數(shù)少時流量和壓力脈動較大n而且密封性較差， v較低n制造工藝不如漸開線齒輪簡單。 2-1-7 齒輪泵管理要點1. 注意泵的轉(zhuǎn)向和連接n反轉(zhuǎn)會使吸排方向相反n泵和電機保持良好對中，最好用撓性連接（flexibility）2. 齒輪泵雖有自吸能力n起動前泵內(nèi)要存有油液（否則嚴(yán)重摩損） n吸油高度一般不大于0.5m。3. 機械軸封屬于較精密的部件n拆裝時要防止損傷密封元件n安裝時應(yīng)在軸上涂滑油，按正確次序裝入，用手推動環(huán)時應(yīng)有浮動性。n上緊軸封蓋時要均勻，機械軸封一定要防止干摩擦。 2-1-7 齒輪泵管理要點4. 不宜超額

24、定P工作n會使原動機過載，加大軸承負荷，使工作部件變形，磨損和漏泄增加，嚴(yán)重時造成卡阻。5. 要防止吸口真空度大于允許吸上真空度n否則不能正常吸入 n當(dāng)吸入P過低時，會產(chǎn)生“氣穴現(xiàn)象”l油在低壓區(qū)析出許多氣泡，Q降低l當(dāng)氣泡到高壓區(qū)時，空氣重新溶入油中，形成局部真空，四周的高壓油液就會以高速流過來填補l產(chǎn)生液壓沖擊，并伴隨劇烈的噪聲 2-1-7 齒輪泵管理要點6. 保持合適的油溫和粘度n運動粘度以2533 mm2s為宜n粘度太小則漏泄增加，還容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象n粘度過大同樣也會使v降低和吸入不正常。7. 要防止吸入空氣 n會使流量減少，而且產(chǎn)生噪聲。 2-1-7 齒輪泵管理要點8. 端面間隙對齒

25、輪泵的自吸能力和v影響甚大n可用壓軟鉛絲的方法測出 9. 高壓齒輪泵敏感度大 n吸油口可用150目網(wǎng)式濾器n液壓系統(tǒng)泵要求濾油精度3040mn回油管路濾油器精度最好20m 2-1-7 齒輪泵常見故障分析(1)不能排油或流量不足n不能建立足夠大的吸入真空度的原因：l泵內(nèi)間隙過大，新泵及拆修過的齒輪表面未澆油，難自吸；l泵n過低、反轉(zhuǎn)或卡阻l吸入管漏氣或吸口露出液面。 n吸入真空度較大而不能正常吸入的原因：l吸高太大(一般應(yīng)不超過500mm)；l油溫太低，粘度太大；l吸入管路阻塞，如吸入濾器臟堵或容量太小，吸入閥未開等l油溫過高。n 排出方面的問題：l排出管漏泄或旁通，安全閥或彈簧太松；l排出閥未開或排出管濾器堵塞，安全閥頂開 2-1-7 齒輪泵常見故障分析(2)工作噪聲太大n噪聲根據(jù)產(chǎn)生的原因不同，可分兩類：l液體噪聲，是由于漏入空氣或產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象而引起l機械噪聲，對中不良、軸承損壞或松動、安全閥跳動、齒輪嚙合不良、泵軸彎曲或其它機械摩擦等。(3)磨損太快 n油液含磨料性雜質(zhì)；n長期空轉(zhuǎn)；n Pd過高，泵軸變形嚴(yán)重；n中心線不正。