齿轮泵知识大全

齿轮泵(gear pump)


齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为低压齿轮泵( ≤2.5MPa)、中压齿轮泵( >2.5～8MPa)、中高压齿轮泵( >8～16MPa)和高压齿轮泵( >16～32MPa)四种。目前国内生产和应用较多的是中、低压和中高压齿轮泵，高压齿轮泵正处在发展和研制阶段。


齿轮泵按啮合形式的不同，齿轮泵可分为内啮合和外啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用更广泛，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。


一、外啮合齿轮泵(gear-on-gear pump)


1、外啮合齿轮泵的结构及工作原理


外啮合齿轮泵的工作原理和结构如图所示。泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿轮2和3与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入吸油腔，并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。在齿轮泵的啮合过程中，相巨啮合的轮齿、端盖及泵体(壳体)（啮合点沿啮合线），把吸油区和压油区分开。

外啮合齿轮泵的工作原理


1-泵体;2.主动齿轮;3-从动齿轮



2、齿轮泵的流量和脉动率


外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和，若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为 ，模数为 ，节圆直经为 ，有效齿高为 ，齿宽为 时，根据齿轮参数计算公式有 ， ，齿轮泵的排量近似为

实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此,在实际计算中用3.33~3.50来代替上式中 值，齿数少时取大值。齿轮泵的排量为

由此得齿轮泵的输出流量为

实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在排量脉动，瞬时流量也是脉动的。
当齿轮转动时，啮合点的位置将沿啮合线移动，因而压油腔的体积变化率（即泵的排油线）发生周期性变化。

外啮合齿轮泵的瞬时流量

式中 ---齿轮宽度； ---的齿顶圆半径； ---节圆半径；
---齿轮啮合点到啮合节点的距离。
随着齿轮的转动，其啮合点不断变化，因而啮合点与节点之间的距离也发生变化。从上式可以看到，值的变化会造成齿轮泵的瞬时流量值的变化，这就是泵的流量脉动。显然齿轮的齿数越多，脉动越小。下面给出不同齿数时齿轮泵流量不均匀系数。

z 6 8 10 12 14 16 20

34.7 26.3 21.2 17.8 15.3 13.4 10.7

流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起共振，加剧振动和噪声。若用 、 来表示最大、最小瞬时流量， 表示平均流量，则流量脉动率为

它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。相应的内啮合齿轮泵比外内啮合齿轮泵的流量脉动率要小得多。


3、齿轮泵的结构特点


如图所示，齿轮泵因受其自身结构的影响，在结构性能上其有以下特征。

齿轮泵的结构图
1-壳体;2.主动齿轮;3-从动齿轮;4-前端盖;5-后端盖;6-浮动轴套;7-压力盖

(1)、困油的现象


齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于1，即至少有一对以上的轮齿同时啮合（有时可有两对齿轮同时啮合），因此，在工作过程中，就有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，如图所示，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化。图(a)到(b)，密封容积逐渐减小；图(b)到(c)，密封容积逐渐增大；图（c）到（d）密封容积又会减小，如此产生了密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。（
困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和汽蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽，见图（d）中的虚线方框。当封闭容积减小时，通过右边的卸菏槽与压油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔通，两卸荷糟的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。


齿轮泵的困油现象及消除措施


(2)、径向不平衡力


在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，径向不平衡力很大时，能使泵轴弯曲，导致齿顶压向定子的低压端，使定子偏磨，同时也加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时，适当增大径向间隙，使齿顶不与定子内表面产生金属接触，并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。


(3)、齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿


在液压泵中，运动件间的密封是靠微小间隙密封的，这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，同时，高压腔的油液通过间隙向低压腔的泄漏是不可避免的；齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经泄漏到吸油腔去：一是通过齿轮啮合线处的间隙——齿侧间隙，二是通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙——齿顶间隙，三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，一般占总泄漏量的75%～80%，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。因此，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面间隙进行自动补偿。


通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种，其原理都是引入压力油使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。齿轮泵的浮动轴套是浮动安装的，轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通，当泵工作时，浮动轴套受油压的作用而压向齿轮端面，将齿轮两侧面压紧，从而补偿了端面间隙。


(4)、齿轮泵的优缺点及应用


齿轮泵的主要优点是结构简单紧凑，体积小，重量轻，工艺性好，价格便宜，自吸能力强，对油液污染不敏感，转速范围大，维护方便，工作可靠。它的缺点是径向不平衡力大，泄漏大，流量脉动大，噪声较高，不能做变量泵使用。


低压齿轮泵已广泛应用在低压(2.5MPa以下)的液压系统中，如机床以及各种补油、润滑和冷却装置等，齿轮泵在结构上采取一定措施后，可以达到较高的工作压力。中压齿轮泵主要用于机床、轧钢设备的液压系统。中高压和高压齿轮泵主要用于农林机械、工程机械、船舶机械和航空技术中。


二、内啮合齿轮泵(gear-within-gear pump)

内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意可见图。这两种内啮合齿轮泵工作原理和主要特点皆同于外啮合齿轮泵。在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图（a）；摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵，在这种泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板，如图（b）。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。

内啮合齿轮泵
1-吸油腔，2.压油腔，3-隔板

与外啮合齿轮泵相比，内啮合齿轮泵内可做到无困油现象，流量脉动小。内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声低，在高转速工作时有较高的容积效率。但在低速、高压下工作时，压力脉动大，容积效率低，所以一般用于中、低压系统。在闭式系统中，常用这种泵作为补油泵。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难，价格较贵，且不适合高速高压工况。