齒輪泵知識詳解

2/2齒輪泵知識詳解一、齒輪泵的概述、齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，它一般做成定量泵，按結(jié)構(gòu)不同，齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。相互嚙合的一對齒輪的齒頂圓柱和兩側(cè)端面，靠緊泵殼的內(nèi)壁，各齒槽與殼體內(nèi)壁之間圍成了一系列互不相通的密封工作空腔K。由嚙合輪齒隔開的D、G腔分別是與泵吸入口和排出口相通的吸入室和排出室。如圖所示（外嚙合）。當齒輪按圖所示方向旋轉(zhuǎn)時，由于嚙合輪齒逐漸退出嚙合狀態(tài)，使吸入室D的容積逐漸增大，壓力降低。在吸液池液面壓力和D腔內(nèi)低壓之間的壓差作用下，液體自吸入池經(jīng)吸液管和泵吸入口進入吸入室D。隨后又進入封閉的工作空間K，并由齒輪的轉(zhuǎn)動被帶至排出室G。因兩齒輪輪齒從上側(cè)開始逐漸進入嚙合狀態(tài)，一個齒輪的輪齒逐漸占據(jù)另一個齒輪的齒槽空間，使位于上側(cè)的排出室容積逐漸減小，室內(nèi)液體壓力升高，于是從泵排出口排出泵外。齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動，上述吸、排液過程就連續(xù)不斷進行了。齒輪泵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。來自于擠出機的物料在吸入口進入兩個齒輪中間，并充滿這一空間，隨著齒的旋轉(zhuǎn)沿殼體運動，最后在兩齒嚙合時排出。二、齒輪泵的工作原理齒輪泵的工作原理如圖所示，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，主動軸由電動機帶動旋轉(zhuǎn)。齒輪泵的結(jié)構(gòu)如圖所示，當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)，進入壓油腔。這時輪齒進入嚙合，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。當齒輪泵的主動齒輪由電動機帶動不斷旋轉(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，這就是齒輪泵的工作原理。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3-3。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)有適當間隙（軸向間隙），對小流量泵軸向間隙為0.025~0.04mm，大流量泵為0.04~0.06mm。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：當齒輪受到不平衡的徑向力后，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0.13~0.16mm。三、齒輪泵的分類和結(jié)構(gòu)特點1.按齒輪嚙合的形式可分為：外嚙合式和內(nèi)嚙合式。

2.按齒形曲線可分為：漸開線齒形式和擺線式。

3.按齒面形式可分為：直齒齒輪式、斜齒齒輪式、人字齒齒輪式、圓弧齒面的齒輪式。

4.按嚙合齒輪的個數(shù)分：二齒輪式和多齒輪式。

5.按齒輪級數(shù)可分為：單級齒輪泵和多級齒輪泵。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，體積小，重量輕，且有自吸能力強、對油液污染不敏感等特性，因而應(yīng)用較為廣泛。我國齒輪泵行業(yè)有兩大競爭優(yōu)勢：一方面是擁有低成本的競爭優(yōu)勢；另一方面是國內(nèi)的建筑、石油、石化、環(huán)保市場的高速增長及重大調(diào)水工程也為我國齒輪泵業(yè)的發(fā)展提供了重要支撐。我國持續(xù)增長的市場空間是國內(nèi)齒輪泵行業(yè)保持優(yōu)勢的先決條件。但是，徑向力不平衡、流動脈動大、噪聲大、軸承壽命短、零件的互換性差，磨損后不易修復(fù)，不可調(diào)節(jié)排量等缺點，讓齒輪泵的使用范圍受限。不能做變量泵用。具有以下特點

1、自吸性能好。

2、吸排方向完全取決于泵軸的回轉(zhuǎn)方向。

3、泵的流量不大、連續(xù)，但有脈動，噪音較大；脈動率在11%~27%，其不均勻度與齒輪齒數(shù)、形狀有關(guān)，斜齒輪比直齒輪不均勻度小，而人字齒輪又比斜齒輪不均勻度小，齒數(shù)越少脈動率越大。

4、理論流量由工作部件的尺寸和轉(zhuǎn)速決定，與排出壓力無關(guān)；排出壓力與負載的壓力有關(guān)。

5、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，易損件少（不需設(shè)吸排閥），耐沖擊，工作可靠，可與電機直接連接（不需設(shè)減速裝置）。

6、磨擦面多，不宜排送含固體顆粒的液體，宜排送油類。四、齒輪泵的適用場合及類別齒輪泵適用于輸送介質(zhì)溫度≤170℃，粘度不大于100mm2/s的重油、燃油、機械油、等有潤滑性的以及性能類似的其他油類介質(zhì)，此類泵型一般用于石油、化工、機械工程等場合。齒輪泵分外嚙合及內(nèi)嚙合兩種。前者構(gòu)造簡單，價格便宜，應(yīng)用廣泛;后者制造復(fù)雜，采用較少，但由于其體積小、重量輕、流量均勻、效率高，壽命較長，因而適于某些體積要求緊湊、重量要求很輕的機器上(如飛機)。為了提高泵的流量均勻性和運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，可采用螺旋齒輪或人字齒輪，在結(jié)構(gòu)上可以做成單級泵、雙級泵或雙聯(lián)泵。與葉片泵、柱塞泵相比，齒輪泵效率較低，吸油高度一般不大于500mm。由于效率較低、壓力不太高、流量不大，因而多用于速度中等，作用力不大的簡單液壓系統(tǒng)中，有時也用來作輔助液壓泵。一般工程機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械及機床等行業(yè)均可應(yīng)用。五、齒輪泵的選型原則和選型基本條件根據(jù)齒輪泵選型原則和選型基本條件，具體操作如下：

1、根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運轉(zhuǎn)條件，確定選擇臥式、立式和其它型式（管道式、潛水式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式等）的齒輪泵。

2、根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì)，確定清水齒輪泵，熱水齒輪泵還是油齒輪泵、化工齒輪泵或耐腐蝕齒輪泵或雜質(zhì)齒輪泵，或者采用無堵塞齒輪泵。

安裝在爆炸區(qū)域的齒輪泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級，采用相應(yīng)的防爆電動機。

3、根據(jù)流量大小，確定選單吸齒輪泵還是雙吸齒輪泵；根據(jù)揚程高低，選單級齒輪泵還是多級齒輪泵，高轉(zhuǎn)速齒輪泵還是低轉(zhuǎn)速齒輪泵（空調(diào)齒輪泵）、多級齒輪泵效率比單級齒輪泵低，如選單級齒輪泵和多級齒輪泵同樣都能用時，首先選用單級齒輪泵。

4、確定齒輪泵的具體型號，確定選用什么系列的齒輪泵后，就可按最大流量，（在沒有最大流量時，通?？扇≌Ａ髁康?.1倍作為最大流量），取放大5%—10%余量后的揚程這兩個性能的主要參數(shù)，在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號。操作如下：利用齒輪泵特性曲線，在橫坐標上找到所需流量值，在縱坐標上找到所需揚程值，從兩值分別向上和向右引垂線或水平線，兩線交點正好落在特性曲線上，則該齒輪泵就是要選的齒輪泵，但是這種理想情況一般很少，通常會碰上下列兩種情況：第一種：交點在特性曲線上方，這說明流量滿足要求，但揚程不夠，此時，若揚程相差不多，或相差5%左右，仍可選用，若揚程相差很多，則選揚程較大的齒輪泵?；蛟O(shè)法減小管路阻力損失。第二種：交點在特性曲線下方，在齒輪泵特性曲線扇狀梯形范圍內(nèi)，就初步定下此型號，然后根據(jù)揚程相差多少，來決定是否切割葉輪直徑，若揚程相差很小，就不切割，若揚程相差很大，就按所需Q、H，根據(jù)其切割公式，切割葉輪直徑，若交點不落在扇狀梯形范圍內(nèi)，應(yīng)選揚程較小的齒輪泵。選齒輪泵時，有時須考慮生產(chǎn)工藝要求，選用不同形狀Q-H特性曲線。5、齒輪泵型號確定后，對水齒輪泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的齒輪泵，需再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上，根據(jù)該型號性能表或性能曲線進行校改，看正常工作點是否落在該齒輪泵優(yōu)先工作區(qū)。6、對于輸送粘度大于20mm2/s的液體齒輪泵（或密度大于1000kg/m3），一定要把以水實驗齒輪泵特性曲線換算成該粘度（或者該密度下）的性能曲線，特別要對吸入性能和輸入功率進行認真計算或較核。7、確定齒輪泵的臺數(shù)和備用率：對正常運轉(zhuǎn)的齒輪泵，一般只用一臺，因為一臺大齒輪泵與并聯(lián)工作的兩臺小齒輪泵相當，（指揚程、流量相同），大齒輪泵效率高于小齒輪泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺大齒輪泵，而不用兩臺小齒輪泵，但遇有下列情況時，可考慮兩臺齒輪泵并聯(lián)合作，流量很大，一臺齒輪泵達不到此流量。對于需要有50%的備用率大型齒輪泵，可改兩臺較小的齒輪泵工作，兩臺備用（共三臺）。對某些大型齒輪泵，可選用70%流量要求的齒輪泵并聯(lián)操作，不用備用齒輪泵，在一臺齒輪泵檢修時，另一臺齒輪泵仍然承擔生產(chǎn)上70%的輸送。對需24小時連續(xù)不停運轉(zhuǎn)的齒輪泵，應(yīng)備用三臺齒輪泵，一臺運轉(zhuǎn)，一臺備用，一臺維修。8、一般情況下，客戶可提交其“選齒輪泵的基本條件”，由泵制造企業(yè)給予選型或者推薦更好的齒輪泵產(chǎn)品。如果設(shè)計院在設(shè)計裝置設(shè)備時，對齒輪泵的型號已經(jīng)確定，按設(shè)計院要求配置。齒輪泵選型時要綜合考慮工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、定量或變量、變量方式、容積效率、總效率、壽命及原動機的種類、噪聲、壓力脈動率、自吸能力等,還要考慮與液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟性、維修性等：這些因素,有些已寫在產(chǎn)品樣本或技術(shù)資料里,要仔細研究,不明確的地方最好咨詢正規(guī)齒輪泵生產(chǎn)廠家相關(guān)齒輪泵選型手冊內(nèi)容。六、齒輪泵的困油現(xiàn)象和徑向力齒輪泵的嚙合過程中，同時嚙合的齒輪對數(shù)應(yīng)該多于一對，即重疊系數(shù)ε應(yīng)大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齒間的油液就被困在兩對同時嚙合的輪齒所形成的一個封閉空間內(nèi)，這個空間的容積又將隨著齒輪的轉(zhuǎn)動而變化。這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。若整個嚙合過程中有某段時間嚙合的齒輪對數(shù)少于1對，即ε＜1時，油泵的輸油率就很不均勻，出現(xiàn)時而壓送油，時而不壓送油，瞬時流量的差值可達30％，齒輪泵不能正常工作。ε=1的情況也不能保證齒輪泵正常工作。困油現(xiàn)象危害：軸承負荷增大、功率損失增加、油液發(fā)熱、引起噪音和振動、影響油泵的工作性能、平穩(wěn)性和壽命。說明：封閉空間的容積是動態(tài)變化的，由大變小再由小變大。變小時：油液不可壓縮，油液被擠壓，壓力升高，就從零件接合面的縫隙中強行擠出（這個壓力比油泵的工作壓力高很多，甚至可達幾百個大氣壓），使齒輪和軸承受到很大的徑向壓力和附加載荷。變大時，產(chǎn)生局部真空，空氣析出，發(fā)生汽化，引起汽蝕。解決方法（消除、減輕的基點是泄壓）：

①修正齒形使封閉空間的容積變化減到最小，該法應(yīng)用較少。

②泄壓孔法在從動齒輪的齒頂?shù)烬X根鉆徑向通孔，在從動齒輪軸上銑出兩條溝槽（加工復(fù)雜）。

③泄壓槽（卸荷槽）法在泵兩側(cè)蓋的內(nèi)側(cè)，沿輪齒節(jié)圓的公切線方向，開出四個長方形的凹槽（在每個側(cè)蓋的進排油方向各開一個）。凹槽的距離，必須大于一個輪齒齒間的厚度，以免使吸排腔直接溝通。

泄壓槽法分為對稱泄壓槽法：泵能正反轉(zhuǎn)，能大大減輕困油現(xiàn)象，但不完善；非對稱泄壓槽法：即向吸入側(cè)方向移過一個適當距離，該法能多回收一部分高壓液體，噪音顯著下降，但泵不允許反轉(zhuǎn)。消減困油現(xiàn)象應(yīng)用最多最廣是泄壓槽法

徑向力產(chǎn)生原因①作用在齒輪外圓上的壓力分布是不相同的，從壓油腔到吸油腔油液的壓力分布是逐步分級降低，有壓差存在而產(chǎn)生的徑向力；②齒頂與泵體內(nèi)表面有徑向間隙；油液的不均勻力的合力作用在泵軸上，使軸承受到單向壓力而產(chǎn)生的徑向力。油泵工作壓力越高，徑向力越大。主動齒輪上所受的徑向力的合力F1：較小。從動齒輪上所受的徑向力的合力F2：較大，F(xiàn)2＞F1。因為齒輪的嚙合點是不斷變化的，故其力的大小、方向均顯周期性變化。徑向力的危害振動、噪音，導(dǎo)致軸承早期損壞，影響使用壽命。

減少徑向力的措施：

1、減小壓油口尺寸。使壓油腔作用在齒輪上的面積減小到1~2個齒輪的范圍。

2、開液壓平衡槽。在吸油口到壓油口過渡區(qū)內(nèi)的端蓋或軸承上開兩個液壓平衡槽，使壓油口、吸油口分別與離吸油口、壓油口較近的平衡槽相通，這樣徑向力會得到一定的平衡。

3、擴大高壓區(qū)。將壓油腔擴大到接近吸油腔一側(cè)，只保持最后一兩個齒頂與殼體之間的間隙較小，將其他部分齒頂?shù)拈g隙放大。使得在很大的頂隙區(qū)域內(nèi)的壓力都等于出口壓力，最終達到對稱區(qū)域的徑向力得到平衡，減小了作用在軸承上的徑向力的目的。七、齒輪泵的流量和容積效率的影響因素分析

齒輪泵流量公式：

Qt=KπD2mBn×10-6=2πKDmBn×10-6L/minD—分度圓直徑，mm;D=mz,mm,z—齒數(shù)m—模數(shù)m=D/z，mm;b—齒寬，mm;n—轉(zhuǎn)速，r/min;K—修正系數(shù)，一般為1.05～1.15。

中低壓齒輪泵的流量：[取K≈1.062πK=6.66]；

Qt=6.66Zm2Bn×10-6L/min；

高壓齒輪泵的流量：[取2πK=7]；

Qt=7Zm2Bn×10-6L/min；

測算Qt：對于標準齒輪m=De/（Z+2）De-齒頂圓直徑對于變位齒輪m=De/（Z+3）；

容積效率的影響因素

1.密封間隙存在徑向間隙（齒頂間隙）、軸向間隙（端面間隙）和齒側(cè)間隙，齒輪泵的軸向間隙（端面間隙）漏泄量最大，占總漏泄量的70～80％。

2.吸入壓力：吸入壓力降低，氣體析出，ηv下降；

3.排出壓力：排出壓力升高，漏泄增加，ηv下降；

4.溫度和粘度：油溫升高，粘度下降，氣體析出，漏泄增加，ηv下降；

5.轉(zhuǎn)速漏泄量與轉(zhuǎn)速關(guān)系不大，但也不能太高或太低。轉(zhuǎn)速太高，油液的離心力大，油液難于充滿齒腔，齒根會出現(xiàn)真空而汽化，影響吸入，產(chǎn)生振動、噪音，ηv下降（最高轉(zhuǎn)速限制在3000r/min以下）；轉(zhuǎn)速太低ηv下降（轉(zhuǎn)速應(yīng)在200~300r/min以上）；八、齒輪泵的自吸能力和使用要點泵的自吸能力是指泵在額定轉(zhuǎn)速下，從低于泵下端的開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。泵的自吸能力的實質(zhì)，是因泵的吸油腔形成局部真空，油箱中的液壓油在大氣壓力的作用下流入吸油腔。所以液壓泵吸油腔內(nèi)真空度越大，則吸油高度越高。但真空度的數(shù)值受氣蝕條件的限制。不論吸油高度、吸油口的流速口或吸油管的水力損失。中哪一項增加，都將影響液壓泵的壓力下降。當下降到低于當時溫度下油液的空氣分離壓時，就會產(chǎn)生空穴和氣蝕現(xiàn)象，從而使振動和噪聲顯著增加，流量和效率顯著降低，甚至可能使液壓泵的零件破壞。因此，液壓泵的吸油高度不能過高，一般泵所允許的吸油高度不超過500mm。當安裝高度確定以后，隨著液壓泵轉(zhuǎn)速的提高和流量的增大，將同時增大，同樣有產(chǎn)生氣蝕的危險。因此在選擇液壓泵時，必須使其轉(zhuǎn)速在規(guī)定的許可范圍之內(nèi)，同時應(yīng)把吸油管選得大一些，以限制吸油口流速硯。并且盡量不要在吸油管道上安裝不必要的附件，以減少吸油管道的水力損失。此外，油的粘度對吸油阻力也有一定的影響。粘度太大時，將影響泵的自吸能力。對自吸能力較差的液壓泵；一般應(yīng)采取如下措施：

(1)將液壓泵安裝在油箱液面以下工作；

(2)采用封閉式油箱，以增加油箱液面的壓力(一般預(yù)壓力為0．5～2．5bar)；

(3)采用補油泵供油，一般補油壓力為3～5bar。不同類型的油泵其自吸能力是不同的，所以自吸能力也是衡量液壓泵的性能指標之一。使用要點：

1、注意泵的轉(zhuǎn)向和連接一般齒輪泵有既定的轉(zhuǎn)向，檢修時應(yīng)注意馬達接線不要接錯，反轉(zhuǎn)會使吸排方向相反。泵和電機應(yīng)保持良好對中，聯(lián)軸節(jié)不同心度應(yīng)在0.1mm以內(nèi)。由于泵軸工作時有彎曲變形，最好能使用撓性連接。

2、齒輪泵雖有自吸能力，但決不允許干吸起動前摩擦部件的表面一定要存有油液，否則短時間的高速回轉(zhuǎn)也會造成嚴重摩擦。

3、機械軸封屬于較精密的部件，拆裝時要防止損傷密封元件。

4、不宜在超出額定壓力的情況下工作否則會使原動機過載，加大軸承負荷，并使工作部件變