看完这十个要点,你就是齿轮泵专家了

液压马达工程师2020-03-25 16:16:09

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齿轮泵的特点

齿轮泵属于容积式泵,利用泵缸内容积的变化来输送液体的泵,具有以下特点
1、自吸性能好。
2、吸排方向完全取决于泵轴的回转方向。
3、泵的流量不大、连续,但有脉动,噪音较大;脉动率在11%~27%,其不均匀度与齿轮齿数、形状有关,斜齿轮比直齿轮不均匀度小,而人字齿轮又比斜齿轮不均匀度小,齿数越少脉动率越大。
4、理论流量由工作部件的尺寸和转速决定,与排出压力无关;排出压力与负载的压力有关。
5、结构简单、价格低廉,易损件少(不需设吸排阀),耐冲击,工作可靠,可与电机直接连接(不需设减速装置)。
6、磨擦面多,不宜排送含固体颗粒的液体,宜排送油类。
齿轮泵的分类

1、按齿轮泵的结构特点分为


2、按齿轮泵的承压能力分为

低压泵≤2.5MPa; 中压泵=2.5~8MPa; 高压泵≥8MPa;

齿轮泵应用场合
齿轮泵用于输送粘性较大的液体,如润滑油和燃烧油,不宜输送粘性较低的液体(例如水和汽油等),不宜输送含有颗粒杂质的液体(影响泵的使用寿命),可作为润滑系统油泵和液压系统油泵,广泛用于发动机、汽轮机、离心压缩机、机床以及其他设备。齿轮泵工艺要求高,不易获得精确的匹配。
外齿轮泵工作原理

.外齿轮泵的工作原理(这里仅讨论使用圆柱齿轮的齿轮泵)

基本结构组成:齿轮(主动齿轮、从动齿轮)、泵体、吸入口、排出口。

装配关系:主动齿轮和从动齿轮分别安装在两根平行的转轴上;两根平行的泵转轴由泵体和端盖支承;两齿轮被安装在泵体内。

工作原理:泵轴带动一对互相啮合的齿轮按图示方向转动,退出啮合的一侧,容积空间逐渐增大,形成真空,油液便被吸入;而进入啮合的一侧,容积空间逐渐减小,油压升高,就将油液推入压力管路。(退出啮合的是吸油腔,进入啮合的是压油腔转动方向改变,吸排油方向也就跟着改变。)

齿轮泵的困油现象

齿轮泵的啮合过程中,同时啮合的齿轮对数应该多于一对,即重叠系数ε应大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齿间的油液就被困在两对同时啮合的轮齿所形成的一个封闭空间内,这个空间的容积又将随着齿轮的转动而变化。这就是齿轮泵的困油现象
若整个啮合过程中有某段时间啮合的齿轮对数少于1对,即ε<1时,油泵的输油率就很不均匀,出现时而压送油,时而不压送油,瞬时流量的差值可达30%,齿轮泵不能正常工作。ε=1的情况也不能保证齿轮泵正常工作。
困油现象危害:轴承负荷增大、功率损失增加、油液发热、引起噪音和振动、影响油泵的工作性能、平稳性和寿命。
说明:封闭空间的容积是动态变化的,由大变小再由小变大。变小时:油液不可压缩,油液被挤压,压力升高,就从零件接合面的缝隙中强行挤出(这个压力比油泵的工作压力高很多,甚至可达几百个大气压),使齿轮和轴承受到很大的径向压力和附加载荷。变大时,产生局部真空,空气析出,发生汽化,引起汽蚀。
解决方法(消除、减轻的基点是泄压):
①修正齿形   使封闭空间的容积变化减到最小,该法应用较少。
②泄压孔法    在从动齿轮的齿顶到齿根钻径向通孔,在从动齿轮轴上铣出两条沟槽(加工复杂)。

③泄压槽(卸荷槽)法   在泵两侧盖的内侧,沿轮齿节圆的公切线方向,开出四个长方形的凹槽(在每个侧盖的进排油方向各开一个)。凹槽的距离,必须大于一个轮齿齿间的厚度,以免使吸排腔直接沟通。
泄压槽法分为
对称泄压槽法:泵能正反转,能大大减轻困油现象,但不完善;
非对称泄压槽法:即向吸入侧方向移过一个适当距离,该法能多回收一部分高压液体,噪音显著下降,但泵不允许反转。

消减困油现象应用最多最广是泄压槽法

齿轮泵的径向力
径向力产生原因
①作用在齿轮外圆上的压力分布是不相同的,从压油腔到吸油腔油液的压力分布是逐步分级降低,有压差存在而产生的径向力;
②齿顶与泵体内表面有径向间隙;油液的不均匀力的合力作用在泵轴上,使轴承受到单向压力而产生的径向力。

油泵工作压力越高,径向力越大。主动齿轮上所受的径向力的合力F1:较小。从动齿轮上所受的径向力的合力F2:较大,F2>F1。因为齿轮的啮合点是不断变化的,故其力的大小、方向均显周期性变化。
径向力的危害 
振动、噪音,导致轴承早期损坏,影响使用寿命。
减少径向力的措施:
1、减小压油口尺寸。使压油腔作用在齿轮上的面积减小到1~2个齿轮的范围。
2、开液压平衡槽。在吸油口到压油口过渡区内的端盖或轴承上开两个液压平衡槽,使压油口、吸油口分别与离吸油口、压油口较近的平衡槽相通,这样径向力会得到一定的平衡。
3、扩大高压区。将压油腔扩大到接近吸油腔一侧,只保持最后一两个齿顶与壳体之间的间隙较小,将其他部分齿顶的间隙放大。使得在很大的顶隙区域内的压力都等于出口压力,最终达到对称区域的径向力得到平衡,减小了作用在轴承上的径向力的目的。

齿轮泵的流量

齿轮泵流量公式:

Qt= KπD 2m B n×10-6= 2πK D m B n × 10-6 L/min

D—分度圆直径,mm;  D=mz, mm,  z—齿数   m—模数   m=D/z,mm;   b—齿宽,mm;  n—转速,r/min;     K—修正系数,一般为1.05~1.15。
中低压齿轮泵的流量:[取K≈1.06   2πK= 6.66]
               Qt= 6.66 Z m2 B n×10-6      L/min
高压齿轮泵的流量: [取2πK= 7 ]
                  Qt= 7 Z m2 B n×10-6      L/min
测算Qt:对于标准齿轮    m=De /( Z + 2)  De -齿顶圆直径
        对于变位齿轮   m=De /( Z + 3)
齿轮泵容积效率的影响因素分析
1.  密封间隙  存在径向间隙(齿顶间隙)、轴向间隙(端面间隙)和齿侧间隙 ,齿轮泵的轴向间隙(端面间隙)漏泄量最大,占总漏泄量的70~80%。
2.吸入压力:吸入压力降低,气体析出,ηv 下降
3.排出压力:排出压力升高,漏泄增加, ηv 下降
4.温度和粘度: 油温升高,粘度下降,气体析出,漏泄增加,ηv 下降
5.转速  漏泄量与转速关系不大,但也不能太高或太低。转速太高,油液的离心力大,油液难于充满齿腔,齿根会出现真空而汽化,影响吸入,产生振动、噪音,ηv 下降(最高转速限制在3000 r/min以下);转速太低ηv 下降(转速应在200~300 r/min以上)
齿轮泵自吸能力
泵的自吸能力是指泵在额定转速下,从低于泵下端的开式油箱中自行吸油的能力。吸油能力的大小,常以吸油高度(或者用真空度)表示。
泵的自吸能力的实质,是因泵的吸油腔形成局部真空,油箱中的液压油在大气压力的作用下流入吸油腔。所以液压泵吸油腔内真空度越大,则吸油高度越高。但真空度的数值受气蚀条件的限制。不论吸油高度、吸油口的流速口或吸油管的水力损失。中哪一项增加,都将影响液压泵的压力下降。当下降到低于当时温度下油液的空气分离压时,就会产生空穴和气蚀现象,从而使振动和噪声显著增加,流量和效率显著降低,甚至可能使液压泵的零件破坏。因此,液压泵的吸油高度不能过高,一般泵所允许的吸油高度不超过500mm。当安装高度确定以后,随着液压泵转速的提高和流量的增大,将同时增大,同样有产生气蚀的危险。因此在选择液压泵时,必须使其转速在规定的许可范围之内,同时应把吸油管选得大一些,以限制吸油口流速砚。并且尽量不要在吸油管道上安装不必要的附件,以减少吸油管道的水力损失。
此外,油的粘度对吸油阻力也有一定的影响。粘度太大时,将影响泵的自吸能力。
对自吸能力较差的液压泵。一般应采取如下措施:
(1)将液压泵安装在油箱液面以下工作;
(2)采用封闭式油箱,以增加油箱液面的压力(一般预压力为0.5~2.5 bar);
 (3)采用补油泵供油,一般补油压力为3~5bar。
不同类型的油泵其自吸能力是不同的,所以自吸能力也是衡量液压泵的性能指标之一。
齿轮泵的使用要点
1、注意泵的转向和连接  一般齿轮泵有既定的转向,检修时应注意马达接线不要接错,反转会使吸排方向相反。泵和电机应保持良好对中,联轴节不同心度应在0.1mm以内。由于泵轴工作时有弯曲变形,最好能使用挠性连接。
2、齿轮泵虽有自吸能力,但决不允许干吸   起动前摩擦部件的表面一定要存有油液,否则短时间的高速回转也会造成严重摩擦。
3、机械轴封属于较精密的部件,拆装时要防止损伤密封元件。
4、不宜在超出额定压力的情况下工作     否则会使原动机过载,加大轴承负荷,并使工作部件变形,磨损和漏泄增加,严重时甚至造成卡阻。
5、要防止吸口真空度大于允许吸上真空度,否则不能正常吸入。
6、工作中应保持油温和粘度合适  工作油温范围为-20~80℃。粘度太小则漏泄增加。还容易产生气穴现象;粘度过大同样也会使容积效率降低和吸入不正常。
7、工作中要防止吸入空气  吸入空气不但会使流量减少,而且是产生噪音的主要原因。
8、端面间隙对齿轮泵的自吸能力和容积效率影响甚大。
9、应有过滤器(高压齿轮泵对污染敏感度高)


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