当前课程知识点：液压传动 > 第四章：液压泵及马达 > 4.3 齿轮泵的结构分析 > 4.3.2齿轮泵结构分析
欢迎来到液压传动慕课课堂
今天我们学习的内容是
齿轮泵的结构分析
上次课学习了齿轮泵的结构和工作原理
现在大家来考虑这样两个问题
一
如何保证齿轮泵的吸排油腔
始终互不沟通
二
如何保证齿轮泵密封容腔
工作的可靠性
带着这两个问题
我们来学习齿轮泵的结构分析
根据工作原理我们知道
齿轮泵是通过啮合线
将吸油腔和排油腔隔开的
那么为了可靠保证
吸排油腔不相互沟通
必须始终有一对齿轮相互啮合
但工程上
很难保证啮合系数始终等于1
所以设计时要求
齿轮啮合系数必须大于1
一般取1.05到1.1之间
这就意味着某一时刻
会有两对轮齿同时啮合
这样在两对轮齿的齿间
就会形成一个与吸油腔
排油腔均不相互沟通的闭死容腔
称为困油区
图中的阴影部分就是困油区
随着两个齿轮的转动
困油区的容积会发生变化
容积减小时 压力会急剧升高
而容积增大时又会产生真空
我们把这种困油区油液压力
急剧升高或降低的现象称为困油现象
我们看一下动画演示
后一对轮齿ab开始进入啮合
与前一对轮齿cd形成闭死容积
闭死容积由大变小
油压和油温升高
使齿轮和轴承
受到周期性的压力冲击
降低齿轮或轴承的使用寿命
闭死容积由小变大
产生真空
引起气蚀和噪声
那么该如何降低困油现象
对齿轮泵的影响呢
困油现象产生的根本原因
是由于困油区容积发生变化时
油液无法及时的排出和补入引起的
所以在容积减小时
及时的排油
而容积增大时
及时的补油
解决的方法
是在齿轮泵的前后端盖
或轴套上开卸荷槽
在困油区容积减小
并在达到最小之前
使困油区与排油区相通
及时的排油
过了最小容积之后
通过另一槽使困油区与吸油区相通
实现补油
这里需要特别注意的是卸荷槽的位置
开卸荷槽时必须保证任何时候
吸油腔和排油腔都不相通
即两卸荷槽间的距离
必须始终大于AB的横向距离才行
工程装备上往往需要的是
高压大推力的液压系统
如果选用齿轮泵
就必须要解决泵的泄漏问题
下面我们来看第二个问题
齿轮泵的泄漏问题
齿轮泵哪些地方会产生泄漏呢
主要有三个
两个齿轮的啮合处存在间隙
称为啮合点泄漏
这个泄漏量比较少
只占5%
啮合正常时一般不予考虑
齿顶圆与泵内壳体之间
存在径向间隙
称为顶隙泄漏
占总泄漏量的15%到20%
在高压情况下顶隙泄漏不能忽视
齿轮端面与端盖间存在轴向间隙
称为端面泄漏
占总泄漏量的75%到80%
泄漏会降低齿轮泵的容积效率
使泵压力提高受限
那么该如何保证密闭性呢
由于端面泄漏占大部分
所以主要是减小轴向间隙
通常在齿轮和端盖之间
增加浮动侧板或轴套
并且引入压力油作用在
侧板或轴套的侧面
使其紧贴在齿轮端面上
压力愈高 间隙愈小
可自动补偿端面磨损
减小间隙
这是采用浮动侧板
图中密封件的内部区域
就是加压区
这是采用浮动轴套
3字型密封件左侧高压
就是加压区
齿轮泵的第三个问题
是径向力不平衡
首先分析一下齿轮轴上所受的力
齿轮轴受到的力主要包括
液压力和啮合力
齿轮泵工作时
压力从排油腔到吸油腔依次递减
压力分布如左图所示
假设液压力都作用在齿顶圆上
并且主动齿轮和从动齿轮
所受的径向液压力相等
设为FP
齿轮啮合产生的径向力设为FT
作用在主动齿轮和从动齿轮上
大小相等 方向相反
分别将两个力合成
得到作用在主动齿轮轴上的力为F1
从动轮轴承上的力为F2
可以看出泵内齿轮
所受的径向力是不平衡的
而这个不平衡力会将齿轮压向一侧
径向力不平衡会产生以下影响
一
使齿轮泵壳体内壁产生偏磨
降低容积效率
并且压力越高
产生的径向力也就越大
甚至出现齿顶刮伤壳体的现象
也称为扫膛现象
二
齿轮受到径向作用力
通过驱动轴作用在轴承上
给轴承附加不平衡力
造成轴颈和轴承磨损
降低轴承的使用寿命
那么如何采取措施
减小径向不平衡力的影响呢
主要采取以下措施
一
缩小排油口的尺寸
减小受力面积
以减小径向力
大家看图中排油口的尺寸明显
小于吸油口尺寸
二
开径向压力平衡槽
在吸油口到排油口过渡区
的端盖或轴套上
开液压平衡槽
离吸油口近的平衡槽和排油口相连
离排油口近的平衡槽和吸油口相连
这样能使径向力得到一定程度的平衡
但同时也会增加泄漏 降低容积效率
三
扩大高压区
将排油腔扩大到接近吸油腔一侧
只保持最后1到2个齿的齿顶
与壳体之间的间隙较小
而将其他部分齿顶间隙放大
对称区域内的径向力得到了平衡
四 扩大低压区
将吸油腔扩大到接近排油腔一侧
只留1.5到2个齿起密封作用
其特点是齿顶的周围大部分区域
都被低压油所包围
从而减小径向力
也能提高容积效率
缺点是结构稍比较复杂
本次课我们学习了齿轮泵的结构问题
即泄漏
困油现象和径向不平衡力
需要注意的是
齿轮泵的这三个问题
都是与生俱来的
不可能完全消除
只能尽量降低它们的影响
解决好的可以做成高压泵
否则只能做成低压泵
今天的课就到这里
谢谢大家
-1.1 液压传动的工作原理
--1.1.3小节测验
-1.2 液压传动系统的组成及图形符号
--小节测验
-1.3 章节讨论
--1.3.1讨论一
--1.3.2讨论二
-2.1 液压油的主要性质
--2.1.3小节测验
-2.2 液压油的污染与控制
--2.2.3小节测验
-2.3 章节讨论
--2.3.1讨论一
--2.3.2讨论二
-3.1 静止液体的力学特性
--3.1.3小节测验
-3.2 连续性方程
--3.2.3 小节测验
-3.3 伯努利方程
--3.3.3小节测验
-3.4 动量方程
--3.4.2小节测验
-3.5 液体流态的判定
--3.5.3小节测验
-3.6 液体流动时的能量损失
--3.6.3小节测验
-3.7 液体在小孔中的流动
--3.7.3小节测验
-3.8 液体在间隙中的流动
--3.8.3小节测验
-3.9 章节讨论
--3.9.1讨论一
--3.9.2讨论二
-4.1 液压泵概述
--4.1.3小节测验
-4.2 齿轮泵的结构及原理
--4.2.3小节测验
-4.3 齿轮泵的结构分析
--4.3.3小节测验
-4.4 叶片泵的结构及原理
--4.4.3小节测验
-4.5 叶片泵的结构分析
--4.5.3小节测验
-4.6柱塞泵的结构及原理
--4.6.3小节测验
-4.7 柱塞泵的结构分析
--4.7.3小节测验
-4.8 液压马达概述
--4.8.3小节测验
-4.9 章节讨论
--4.9.1讨论一
--4.9.2讨论二
-5.1液压缸的类型与原理
--5.1.3小节测验
-5.2液压缸的结构及安装
--5.2.3小节测验
-5.3 章节讨论
--5.3.1讨论一
--5.3.2讨论二
-6.1液压阀概述
--6.1.3小节测验
-6.2 单向阀
--6.2.3小节测验
-6.3 换向阀
--6.3.3小节测验
-6.4 溢流阀
--6.4.3小节测验
-6.5 减压阀
--6.5.3小节测验
-6.6 顺序阀
--6.6.3小节测验
-6.7 节流原理及节流阀
--6.7.3小节测验
-6.8 调速阀
--6.8.3小节测验
-6.9 章节讨论
--6.9.1讨论一
--6.9.2讨论二
-7.1密封元件
--7.1.3小节测验
-7.2蓄能器
--7.2.3小节测验
-7.3液压滤油器
--7.3.3小节测验
-7.4 章节讨论
--7.4.1讨论一
--7.4.2讨论二
-8.1调压回路
--小节测验
-8.2卸荷回路
--小节测验
-8.3平衡回路
--8.3.3小节测验
-8.4节流调速回路
--小节测验
-8.5容积调速回路
--小节测验
-8.6方向控制回路
--小节测验
-8.7顺序动作回路
--小节测验
-8.8同步控制回路
--小节测验
-8.9 汽车起重机液压系统支腿油路
--8.9.3小节测验
-8.10 汽车起重机的上装液压系统——回转及伸缩臂回路
--8.10.3小节测验
-8.11 汽车起重机的上装液压系统——变幅及起升回路
--小节测验
-8.12 章节讨论
