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1、齒輪油泵的物理應(yīng)用,作者: ,齒輪油泵的簡介,齒輪油泵 是通過一對參數(shù)和結(jié)構(gòu)相同的漸開線齒輪的相互滾動嚙合,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)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的動力裝置。,齒輪泵的結(jié)構(gòu) 它的最基本形式就是兩個尺寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn),這個殼體的內(nèi)部類似“8”字形,兩個齒輪裝在里面,齒輪的外徑及兩側(cè)與殼體緊密配合。來自于擠出機(jī)的物料在吸入口進(jìn)入兩個齒輪中間,并充滿這一空間,隨著齒的旋轉(zhuǎn)沿殼體運(yùn)動,最后在兩齒嚙合時排出。,油泵內(nèi)部齒輪結(jié)構(gòu)簡化圖,在術(shù)語上講,齒輪泵也叫正排量裝置,即像一個缸筒內(nèi)的活塞,當(dāng)一個齒進(jìn)入另一個齒的流體空間時
2、,液體就被機(jī)械性地擠排出來。 因?yàn)橐后wKCB齒輪泵是不可壓縮的,所以液體和齒就不能在同一時間占據(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 潤滑泵 化工泵 雙向齒輪馬達(dá) 齒輪泵附調(diào)壓閥 齒輪泵附升降閥,齒輪油泵工作的原理,齒輪泵是用兩個齒輪互嚙轉(zhuǎn)動來工作,對介質(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回轉(zhuǎn)齒輪
3、,一個主動,一個被動,依靠兩齒輪的相互嚙合,把泵內(nèi)的整個工作腔分兩個獨(dú)立的部分。A為吸入腔,B為排出腔。,齒輪油泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時主動齒輪帶動被動齒輪旋轉(zhuǎn),當(dāng)齒輪從嚙合到脫開時在吸入側(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齒谷而帶到排出側(cè)(B),齒輪進(jìn)入嚙合時液體被擠出,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-主動軸 13-鍵 14-瀉油孔15-從動軸 16-瀉油槽 17-定位銷,它是分離三片式結(jié)構(gòu),三片是指泵蓋4,8和泵體7,泵體7內(nèi)裝有一對齒數(shù)相同、寬度
4、和泵體接近而又互相嚙合的齒輪6,這對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軸12和從動軸15上,主動軸由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。,當(dāng)泵的主動齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時,齒輪泵右側(cè)(吸油腔)齒輪脫開嚙合,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程。齒輪嚙合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開,起配油作用。
5、,當(dāng)齒輪泵的主動齒輪由電動機(jī)帶動不斷旋轉(zhuǎn)時,輪齒脫開嚙合的一側(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定位銷17定位,用6只螺釘固緊如圖。 為了保證齒輪能靈活地轉(zhuǎn)動,同時又要保證泄露最小,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,同時齒頂線速度形成的剪切流動又和油液泄露方向相反,故對泄露的影響較小,這里要考慮的問題是:當(dāng)齒輪受到不平衡的徑向力后
6、,應(yīng)避免齒頂和泵體內(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?shù)睦Γ诒皿w兩側(cè)的端面上開有油封卸荷槽16,使?jié)B入泵體和泵蓋間的壓力油引入吸油腔。 在泵蓋和從動軸上的小孔,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,同時也潤滑了滾針軸承。,齒輪泵的流量的計算,齒輪泵的排量V相當(dāng)于一對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)成的平面所掃過的環(huán)形體積,即:,式中:D為齒輪分度圓直徑,D=mz(cm
7、);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體積稍大,故上式中的常以3.33代替,則式(3-10)可寫成:,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,齒數(shù)少,模數(shù)就大,故輸油量增加,但流量脈動大;齒數(shù)增加時,模數(shù)就小,輸油量減少,流量脈動也小。用于機(jī)床上的低壓齒輪泵,取z=1319,而中高壓齒輪泵,取z=614,齒數(shù)z14時,要進(jìn)行修正。,(3)輸油量和齒寬B、轉(zhuǎn)
8、速n成正比。一般齒寬B=(610)m;轉(zhuǎn)速n為750r/min:1000 r/min、1500r/min,轉(zhuǎn)速過高,會造成吸油不足,轉(zhuǎn)速過低,泵也不能正常工作。一般齒輪的最大圓周速度不應(yīng)大于56m/s。,提高齒輪泵理論流量途徑,由上式可知: 提高齒輪泵理論流量的途徑 增加齒輪的直徑、齒寬、轉(zhuǎn)速和減少齒數(shù),與此同時,在提高流量后同時會帶來一些問題 n過高會使輪齒轉(zhuǎn)過吸入腔的時間過短 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,造成振動和產(chǎn)生噪聲,甚至使泵無法工作。 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56m
9、s, 最高轉(zhuǎn)速一般在3000rmin左右。 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。 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。,影響齒輪泵v的主要因素,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,Q的下降要比往復(fù)泵大 吸入真空度增加時,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,
10、越低,漏泄量就越大 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,漏泄量與n關(guān)系不大 n低Qt就小,會使v降低 當(dāng)n<200300 rmin, v將降到不能容許的地步 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(bǔ)償裝置時, v可達(dá)0.80.96。,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,與Pd無關(guān)。 3額定Pd
11、與工作部件尺寸、n無關(guān) Pd取決于泵的密封性能和軸承承載能力 為防泵過載,一般應(yīng)設(shè)安全閥。,4.流量連續(xù),有脈動 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)簡單,價格低廉 工作部件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動 無泵閥 允許采用較高n,通常可與電動機(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)會使吸排方向相反 泵和電機(jī)保持良好對中,最好用撓性連接(flexibility) 2. 齒輪泵雖有自吸能力 起動前泵內(nèi)要存有油液(否則
12、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 拆裝時要防止損傷密封元件 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。 上緊軸封蓋時要均勻,機(jī)械軸封一定要防止干摩擦。 4. 不宜超額定P工作 會使原動機(jī)過載,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過低時,會產(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(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)動粘度以
13、2533 mm2s為宜 粘度太小則漏泄增加,還容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象 粘度過大同樣也會使v降低和吸入不正常。 7. 要防止吸入空氣 會使流量減少,而且產(chǎn)生噪聲。,8. 端面間隙對齒輪泵的自吸能力和v影響甚大 可用壓軟鉛絲的方法測出 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,齒輪泵常見故障分析,(1)不能排油或流量不足 不能建立足夠大的吸入真空度的原因: 泵內(nèi)間隙過大,新泵及拆修過的齒輪表面未澆油,難自吸; 泵n過低、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,吸入閥未開等 油溫過高。 排出方面的問題: 排出管漏泄或旁通,安全閥或彈簧太松; 排出閥未開或排出管濾器堵塞,安全閥頂開,(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(jī)械摩擦等。,(3)磨損太快 油液含磨料性雜質(zhì); 長期空轉(zhuǎn); Pd過高,泵軸變形嚴(yán)重; 中心線不正,感謝您的關(guān)注!,,,