2.2齿轮泵 齿轮液压泵(简称齿轮泵)是液压系统中常用的一种定量泵,具有结构简单、工作可靠、体积小、重量轻、成 本低、使用维修方便等特点。另外齿轮泵还具有自吸性能好、转速范围大、对滤油精度要求不高、对油液污染不敏 感等优点。齿轮泵的主要缺点是流量和压力脉动大、排量不可调、噪声也较大 齿轮泵按其啮合形式可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种,内啮合齿轮泵结构紧凑,运转平稳,噪声小,有良 好的高速性能,流量脉动小,但加工复杂,高压低速时容积效率低;外啮合齿轮泵工艺简单。目前应用较多的是外 啮合渐开线直齿形的齿轮泵 2.2.1外啮合齿轮泵 外啮合式齿轮泵的结构和工作原理 低压齿轮泵是由两个啮合的外齿轮、泵体、前后端盖及轴承等组成; 工作原理—封闭容积的变化,完成吸、排油。 2.外啮合齿轮泵的流量 (1)理论排量 首先研究近似的理论排量v2,假设齿轮齿间的工作容积等于齿轮牙齿 的体积,则 v=2rDk,B=27m2·2·B 式中:vB—齿轮泵的排量(m); Z—齿轮的齿数 外啮合齿轮泵的工作原理〔图22 1一泵件;2一主动齿轮;3一从动齿轮 n—齿轮的模数(m) B——齿轮的齿宽(m); D—齿轮的节圆直径(m),D=m; 画演示 h——齿轮有效工作高度(m)h=2m 实际上,齿间的容积比牙齿的体积稍大一些,所以上式要修正。 故理论排量v2=(66-70)mz:B 注意:齿数少时取大值 (2)实际流量(即输出流量) B=(66-700m2zB7D(m3) 说明:泵的排量和齿轮模数的平方成正比。在分度囻直径不变的前提下,模数越大,泵的排量越大 齿轮泵输出流量具有脉动性,即瞬时流量随齿轮转角的变化具有 脉动性。脉动性影响系统的平稳性。脉动的程度用脉动率来表示: gme -mm 转角 q 齿轮泵脉动率示意图 式中:—液压泵的流量脉动率; φ⑩一液压泵最大瞬时流量(m3/s) qm液压泵最小瞬时流量(m3s); qB理论流量。 啮合长度长,脉动率就大,当齿轮节圆直径相同时,齿数越多,则啮合长度变小,脉动率减少,但这样会使泵 的流量减少。一般来说Z↑(m)!,低压齿轮泵的齿数Z一般取13~19,高压齿轮泵Z一般取6~13 B不能太大,但也不能过小。太大时,会有离心作用,致使吸油腔不能吸满,产生空穴;太小时,”下降。 所以一般应在额定转速或接近额定转速下运转
2.2 齿轮泵 齿轮液压泵（简称齿轮泵）是液压系统中常用的一种定量泵,具有结构简单、工作可靠、体积小、重量轻、成 本低、使用维修方便等特点。另外齿轮泵还具有自吸性能好、转速范围大、对滤油精度要求不高、对油液污染不敏 感等优点。齿轮泵的主要缺点是流量和压力脉动大、排量不可调、噪声也较大。 齿轮泵按其啮合形式可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种，内啮合齿轮泵结构紧凑，运转平稳，噪声小，有良 好的高速性能，流量脉动小，但加工复杂，高压低速时容积效率低；外啮合齿轮泵工艺简单。目前应用较多的是外 啮合渐开线直齿形的齿轮泵。 2.2.1 外啮合齿轮泵 1.外啮合式齿轮泵的结构和工作原理 低压齿轮泵是由两个啮合的外齿轮、泵体、前后端盖及轴承等组成； 工作原理——封闭容积的变化，完成吸、排油。 2.外啮合齿轮泵的流量 （1）理论排量 首先研究近似的理论排量 ，假设齿轮齿间的工作容积等于齿轮牙齿 的体积，则： 式中： ——齿轮泵的排量（m3 /r）； Z——齿轮的齿数； m——齿轮的模数（m）； B ——齿轮的齿宽（m）； D——齿轮的节圆直径（m），D=mz； 动画演示 h——齿轮有效工作高度（m）h=2m。 实际上，齿间的容积比牙齿的体积稍大一些，所以上式要修正。 故理论排量 注意：齿数少时取大值。 （2）实际流量（即输出流量） （m3 /s） 说明：泵的排量和齿轮模数的平方成正比。在分度圆直径不变的前提下，模数越大，泵的排量越大。 齿轮泵输出流量具有脉动性，即瞬时流量随齿轮转角的变化具有 脉动性。脉动性影响系统的平稳性。脉动的程度用脉动率来表示： 式中： ——液压泵的流量脉动率； ——液压泵最大瞬时流量（m3 /s）； ——液压泵最小瞬时流量（m3 /s）； ——理论流量。 啮合长度长，脉动率就大，当齿轮节圆直径相同时，齿数越多，则啮合长度变小，脉动率减少，但这样会使泵 的流量减少。一般来说Z↑（m↓） ↓，低压齿轮泵的齿数Z一般取13～19，高压齿轮泵Z一般取6～13。 不能太大，但也不能过小。太大时，会有离心作用，致使吸油腔不能吸满，产生空穴；太小时， 下降。 所以一般应在额定转速或接近额定转速下运转
4.困油现象 (1)产生原因:为保证传动的平稳性及吸排油腔的可靠密封(使吸油腔与排油腔被齿与齿的啮合接触线隔开 而不连通),防止啮合处泄漏,齿轮的重合度>1,这样就会出现困油现象 主动 主劝 BC最大,CA最小,困油腔最大 BC=CA,困油腔最小 a 困油容积 挤压 空穴 BC最小,CA最大,困油腔最大 c)位一转角 齿轮泵的困油现象原理〔图2-3 由于闭死容积大小的变化,造成液体压力急剧升高和降低的现象,称为困油现象。困油现象使齿轮泵工作时产 生噪声,容积效率降低,并影响齿轮泵的工作平稳性和寿命 (2)解决措施——在齿轮泵两侧的盖板上做卸荷槽。如图,在BC=CA时的B位置开槽与排油口相通,A位置 与吸油口相通,两槽不能相通。 主动 卸荷槽示意图 但要严格控制a的尺寸,若a太小,则两泄荷槽经闭死容积将泵的吸、排腔直接连通,使泵的容积效率下降;若 a太大,困油现象又不能彻底消除。 其原理是:当闭死容积处于最小位置时,卸荷槽不能与闭死容积相通,即闭死容积不能与吸、排油腔相通;当 闭死容积由最大逐渐减小时,通过卸荷槽与排油腔相通;当闭死容积由最小逐渐增大时,通过卸荷槽与吸油腔相 通 除了双泄荷槽之外,还可开设单个泄荷槽。在困油期间,闭死容积始终与排油腔(或吸油腔)相通。而在任何 时候,高、低压腔皆不互相沟通。 5.径向力
4.困油现象 （1）产生原因：为保证传动的平稳性及吸排油腔的可靠密封（使吸油腔与排油腔被齿与齿的啮合接触线隔开 而不连通），防止啮合处泄漏，齿轮的重合度 ，这样就会出现困油现象。 由于闭死容积大小的变化，造成液体压力急剧升高和降低的现象，称为困油现象。困油现象使齿轮泵工作时产 生噪声，容积效率降低，并影响齿轮泵的工作平稳性和寿命。 （2）解决措施——在齿轮泵两侧的盖板上做卸荷槽。如图，在BC＝CA时的B位置开槽与排油口相通，A位置 与吸油口相通，两槽不能相通。 但要严格控制a的尺寸，若a太小，则两泄荷槽经闭死容积将泵的吸、排腔直接连通，使泵的容积效率下降；若 a太大，困油现象又不能彻底消除。 其原理是：当闭死容积处于最小位置时，卸荷槽不能与闭死容积相通，即闭死容积不能与吸、排油腔相通；当 闭死容积由最大逐渐减小时，通过卸荷槽与排油腔相通；当闭死容积由最小逐渐增大时，通过卸荷槽与吸油腔相 通。 除了双泄荷槽之外，还可开设单个泄荷槽。在困油期间，闭死容积始终与排油腔（或吸油腔）相通。而在任何 时候，高、低压腔皆不互相沟通。 5.径向力
(1)产生原因:由于旋转的齿顶和泵壳体内壁间的径向泄漏,从排油腔到吸油腔的过渡范围内,压力是逐渐 下降的,由于径向压力不平衡而产生径向液压力y(如图阶梯式渐增);齿轮啮合力。(两轮上的方向相 反,大小相等);总径向力F=B+ 校P,合? 外啮合齿轮泵的径向作用力 合成径向力图 外啮合齿轮泵的压力平衡原理图 动画演示 (2)解决和改善措施 径向力大,将使轴承径向载荷増大,齿顶与壳内壁产生偏磨,同时也加剧轴承的磨损,降低轴承的使用寿命, 所以必须改进。其措施:开压力平衡槽,但这样会使内泄增加(如右上图),这种方法现在很少用了;缩小排油口 的尺寸,使排油腔的压力仅作用在1~2齿上,以减小ˉν值,同时适当增加齿顶和泵壳体内壁之间的间隙,是齿顶 不与泵壳体内壁接触。 6.泄问题 泄漏途径 (1)齿顶泄漏——因路途较长,泄漏量不大,占总泄漏量的15%~20% (2)齿轮啮合处泄漏——可提高制造安装精度,减少齿轮材料变形,泄漏量也不太大;(3)齿轮端面(也称 轴向)泄漏—泄漏量较大,约占75%~80% 对于低压泵,主要是采取提高加工制造精度、安装精度的方法,减少泄漏;对于中、高泵,端面泄漏则不能忽 采取措施:浮动轴套法或浮动侧板法。 轴向间隙补偿装置示意图(图2-5a 1一浮动轴套;2一乐件;3-仿轮轴:4—婵簧 启动时,弹竇4起作用,之后泵的出口压力油进入A腔,A腔油压使轴套紧贴齿轮的侧面,因而可以消除间隙并 可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。 图2—Tb是浮动侧板式的间隙补偿原理图。它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板5的背面,使之紧贴于齿轮 的端面来消除并补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。图2-7c是挠性侧板式的间隙补偿原理图。它 同样是利用泵的出口压力油引到挠性侧板6的背面,靠挠性侧板自身的变形来补偿间隙
（1）产生原因：由于旋转的齿顶和泵壳体内壁间的径向泄漏，从排油腔到吸油腔的过渡范围内，压力是逐渐 下降的，由于径向压力不平衡而产生径向液压力 （如图阶梯式渐增）；齿轮啮合力 （两轮上的 方向相 反，大小相等）；总径向力 。 动画演示 （2）解决和改善措施 径向力大，将使轴承径向载荷增大，齿顶与壳内壁产生偏磨，同时也加剧轴承的磨损，降低轴承的使用寿命， 所以必须改进。其措施：开压力平衡槽，但这样会使内泄增加（如右上图），这种方法现在很少用了；缩小排油口 的尺寸，使排油腔的压力仅作用在1～2齿上，以减小 值，同时适当增加齿顶和泵壳体内壁之间的间隙，是齿顶 不与泵壳体内壁接触。 6.泄漏问题 泄漏途径： （1）齿顶泄漏——因路途较长，泄漏量不大，占总泄漏量的15％～20％； （2）齿轮啮合处泄漏——可提高制造安装精度，减少齿轮材料变形，泄漏量也不太大；（3）齿轮端面（也称 轴向）泄漏——泄漏量较大，约占75％～80％。 对于低压泵，主要是采取提高加工制造精度、安装精度的方法，减少泄漏；对于中、高泵，端面泄漏则不能忽 视。 采取措施：浮动轴套法或浮动侧板法。 启动时，弹簧4起作用，之后泵的出口压力油进入A腔，A腔油压使轴套紧贴齿轮的侧面，因而可以消除间隙并 可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。 图2—7b是浮动侧板式的间隙补偿原理图。它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板5的背面，使之紧贴于齿轮 的端面来消除并补偿间隙。起动时，浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。图2–7c是挠性侧板式的间隙补偿原理图。它 同样是利用泵的出口压力油引到挠性侧板6的背面，靠挠性侧板自身的变形来补偿间隙
浮动侧板式间隙补偿原理图〔图2-5b 扰性侧板式间隙补偿原理图〔图2-5c 2.2.2内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵分渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种,本文仅对渐开线齿轮泵作简要叙述。 内啮合渐开线齿轮泵主要由内齿环、外齿轮、月牙板等组成。下图为内啮合齿轮泵的工作原理图,内齿环和外 齿轮相啮合,月牙板将吸油腔与排油腔隔开,当传动轴带动外齿轮旋转时,与此相啮合的内齿环也随着旋转,吸油 腔由于齿轮脱开容积不断增大而连续吸油,吸入的油液经月牙隔板后进λ压油腔,压油腔由于齿轮啮合容积不断减 小而将油液连续排出 1—外齿轮〔士动齿轮); 2一内您轮〔从动仿轮 锋油胺 内啮合齿轮泵工作原理〔图2-6) 动画演示 内啮合齿轮泵的优点:内啮合齿轮泵相对外啮合齿轮泵可做到无困油现象,流量脉动小,因此相应地压力脉动 及噪声也都小;结构紧凑、尺寸小、重量轻;由于齿轮相对速度小,可以高速旋转;又由于内外齿轮转向相同,齿 轮相对滑动速度小,因此磨损小,寿命长。 其主要缺点是,工艺性不如外啮合齿轮泵,造价高。 2.2.3螺杆泵 螺杄泵实质上是—种外啮合摆线齿轮泵,按其螺杄根数分为单螺杄泵、双螺杄泵、三螺杄泵、四螺杄泵和五螺 杄泵等;按螺杄截面分分为摆线齿形、摆线-渐开线齿形和囻形齿型三种不同形式的螺杄泵 下图为三螺杆泵的结构简图。在三螺杄泵壳体内平行地安装着三根互为啮合的双头螺杆,主动螺杄为中间凸 螺杄3,上、下两根凹螺杄4和5为从动螺杄
2.2.2内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵分渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种，本文仅对渐开线齿轮泵作简要叙述。 内啮合渐开线齿轮泵主要由内齿环、外齿轮、月牙板等组成。下图为内啮合齿轮泵的工作原理图，内齿环和外 齿轮相啮合，月牙板将吸油腔与排油腔隔开，当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿环也随着旋转，吸油 腔由于齿轮脱开容积不断增大而连续吸油，吸入的油液经月牙隔板后进入压油腔，压油腔由于齿轮啮合容积不断减 小而将油液连续排出。 动画演示 内啮合齿轮泵的优点：内啮合齿轮泵相对外啮合齿轮泵可做到无困油现象，流量脉动小，因此相应地压力脉动 及噪声也都小；结构紧凑、尺寸小、重量轻；由于齿轮相对速度小，可以高速旋转；又由于内外齿轮转向相同，齿 轮相对滑动速度小，因此磨损小，寿命长。 其主要缺点是，工艺性不如外啮合齿轮泵，造价高。 2.2.3 螺杆泵 螺杆泵实质上是一种外啮合摆线齿轮泵，按其螺杆根数分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、四螺杆泵和五螺 杆泵等；按螺杆截面分分为摆线齿形、摆线-渐开线齿形和圆形齿型三种不同形式的螺杆泵。 下图为三螺杆泵的结构简图。在三螺杆泵壳体2内平行地安装着三根互为啮合的双头螺杆，主动螺杆为中间凸 螺杆3，上、下两根凹螺杆4和5为从动螺杆
螺杆泵结构简图 l一后盖:2一壳体:3一主动螺杆(凸螺杆):4、5—从动螺杆(凹螺杆):6一前盖。 图中,三根螺杄的外囻与壳体对应弧面保持着良好的配合,螺杄的啮合线将主动螺杄和从动螺杄的螺旋槽分割 成多个相互隔离、互不相通的密封工作腔。当传动轴(与凸螺杄为一整体)如图示方向旋转时,这些密封工作腔随 着螺杄的转动一个接一个地在左端形成,并不断地从左向右移动,在右端消失。主动螺杄毎转一周,毎个密封工作 腔便移动—个导程。密封工作腔在左端行成时逐渐増大将油液吸λ来完成进油工作,在右面的工作腔逐渐减小直至 消失因而将油液压岀完成排油工作。螺杄直径愈大,螺旋槽愈深,螺杄泵的排量愈大;螺杄愈长,进、排油口之间 的密封层次越多,密封就越好,螺杆泵的额定压力就愈高。 螺杄泵与其它容积式液压泵相比,具有结构紧凑,体积小,重量轻,自吸能力强,运转平稳,流量无脉动,噪 声小,对油液污染不敏感,工作寿命长等优点。目前常用在精密机床上和用来输送黏度大或含有颗粒物质的液体 螺杄泵的缺点是其制造工艺复杂,加工精度要求高,因此应用受到限制
螺杆泵结构简图 1—后盖；2—壳体；3—主动螺杆（凸螺杆）；4、5—从动螺杆（凹螺杆）； 6—前盖。 图中，三根螺杆的外圆与壳体对应弧面保持着良好的配合，螺杆的啮合线将主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分割 成多个相互隔离、互不相通的密封工作腔。当传动轴（与凸螺杆为一整体）如图示方向旋转时，这些密封工作腔随 着螺杆的转动一个接一个地在左端形成，并不断地从左向右移动，在右端消失。主动螺杆每转一周，每个密封工作 腔便移动一个导程。密封工作腔在左端行成时逐渐增大将油液吸入来完成进油工作，在右面的工作腔逐渐减小直至 消失因而将油液压出完成排油工作。螺杆直径愈大，螺旋槽愈深，螺杆泵的排量愈大；螺杆愈长，进、排油口之间 的密封层次越多，密封就越好，螺杆泵的额定压力就愈高。 螺杆泵与其它容积式液压泵相比，具有结构紧凑，体积小，重量轻，自吸能力强，运转平稳，流量无脉动，噪 声小，对油液污染不敏感，工作寿命长等优点。目前常用在精密机床上和用来输送黏度大或含有颗粒物质的液体。 螺杆泵的缺点是其制造工艺复杂，加工精度要求高，因此应用受到限制