齒輪泵的困油現(xiàn)象及其解決措施

作者： 2015年11月13日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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引言 　　齒輪泵屬于容積式泵,它是利用回轉(zhuǎn)部件在泵殼中的回轉(zhuǎn),造成工作空間的容積變化,從而達到吸排液體的目的。齒輪泵以其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、成本低、壽命長、抗污染能力強等優(yōu)點有著廣泛的應(yīng)用,可是齒輪泵又
　　引言
 
　　齒輪泵屬于容積式泵,它是利用回轉(zhuǎn)部件在泵殼中的回轉(zhuǎn),造成工作空間的容積變化,從而達到吸排液體的目的。齒輪泵以其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、成本低、壽命長、抗污染能力強等優(yōu)點有著廣泛的應(yīng)用,可是齒輪泵又因為工作時噪聲大、流量不均勻而在使用中帶來不便。所以,如何減小噪聲和改善流量均勻性是齒輪泵設(shè)計中面臨的重要的問題。通過研究得知,噪聲的產(chǎn)生和流量的均勻性差與齒輪泵的困油現(xiàn)象有著較大關(guān)系[1]。所以,如何防止齒輪泵的困油現(xiàn)象的產(chǎn)生有著重要的實際意義。本文力求通過分析困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,從而得出解決問題的較好方法。
 
　　1齒輪泵的基本結(jié)構(gòu)和原理

　　1.1基本結(jié)構(gòu)
 
　　齒輪泵按嚙合方式分有外(嚙合式)齒輪泵和內(nèi)(嚙合式)齒輪泵兩類。以外嚙合式齒輪泵為例,該齒輪泵的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
　　在泵殼3中裝有一對完全相同且互相嚙合的齒輪。其中被原動機帶動回轉(zhuǎn)的齒輪1稱為主動齒輪,它與主動軸之間用鍵連接;被主動齒輪帶動回轉(zhuǎn)的齒輪2稱為從動齒輪,它與從動軸之間或用鍵連接或滑套在從動軸上。主動軸與從動軸互相平行。主、從動齒輪分別被泵殼和泵的前后端蓋(圖中沒畫出)所包圍,形成密封空間。與吸入口4相通的吸入腔和與排出口5相通的排出腔由嚙合的輪齒A、B、C隔離。
 
　　1.2工作原理
 
　　當主動齒輪按圖示方向順時針回轉(zhuǎn)時,左側(cè)因齒C逐漸退出嚙合,其所占據(jù)的齒間容積逐漸增大,壓力相對降低,于是液體在吸入液面上的壓力作用下,經(jīng)吸入管和吸入口4流入該齒間。

　　圖1齒輪工作原理圖
1-主動齒輪;2-從動齒輪;3-泵殼;4-吸入口;5-排出口
 
　　隨著齒輪的回轉(zhuǎn),一個個吸滿液體的齒間轉(zhuǎn)過吸入腔,沿泵殼內(nèi)壁轉(zhuǎn)到右側(cè)的排出腔,實現(xiàn)液體的輸送,當右側(cè)輪齒逐漸進入嚙合時,充滿齒間的液體即被輪齒不斷擠出,并從排出口連續(xù)排出。
　　2齒輪泵的困油現(xiàn)象
 
　　齒輪泵的齒形一般都采用漸開線,為了保證齒輪轉(zhuǎn)動的連續(xù)和平穩(wěn),同時避免吸、排腔相互旁通,其重迭系數(shù)E需大于1,即在前一對嚙合的輪齒尚未完全脫離嚙合時,后一對輪齒已進入嚙合,因而就會出現(xiàn)二對以上的輪齒同時嚙合的情況,這樣就在兩嚙合線與泵端蓋間形成一個封閉空間(稱為困油容積),使一部分油液困在其中,如圖2-a所示。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動,困油容積逐漸減小,直至兩對輪齒的嚙合點轉(zhuǎn)至對稱于節(jié)點位置時,困油容積達到最小,如圖2-b所示。在這一過程中,殘留在困油容積中的油液被擠壓,壓力急劇上升(可達排出壓力的10倍以上),使齒輪、軸和軸承受到很大的徑向力,此時油液將從零件密封面的縫隙中被強行擠出,造成油液發(fā)熱而加快變質(zhì)。此過程稱為困油壓縮過程。

　　圖2齒輪泵的困油現(xiàn)象
 
　　其后,隨著齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動,困油容積又逐漸增大,直至前一對輪齒脫開嚙合為止,如圖2-c所示。在這一過程中,因困油容積中不能及時充入油液而使其內(nèi)壓力急劇下降,溶于油中的氣體析出而產(chǎn)生氣泡,這些氣泡被帶到吸入腔,不但妨礙油液充人齒間,而且隨壓力升高又會消失。結(jié)果導致容積效率的降低,產(chǎn)生振動和噪聲。這一過程稱為因油膨脹過程。
 
　　可見,困油現(xiàn)象就是困油容積的變化造成其內(nèi)壓力急劇升降的現(xiàn)象。泵發(fā)生因油時,不僅使輪齒和軸承負荷增加而降低泵的使用壽命,油溫升高而加快油的變質(zhì),而且會導致泵的排量減小,產(chǎn)生振動和噪聲,使泵的工作極不平穩(wěn)。
 
　　3困油現(xiàn)象的解決措施根據(jù)困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,只要能在不使吸、排腔旁通的前提下,設(shè)法在困油容積變小時使之與排出腔溝通,增大時與吸入腔溝通,上述因困油而產(chǎn)生的弊端即可消除。具體的方法有多種,現(xiàn)介紹如下:
 
　　3.1卸壓槽法
 
　　這種方法是我國泵類設(shè)計所推薦的方法,也是最常用的一種卸壓方法。在油泵的兩端蓋內(nèi)側(cè),沿兩齒輪節(jié)圓公切線方向,相應(yīng)于吸排腔位置各挖兩個凹槽,稱為卸壓槽。兩槽相對于兩齒輪中心連線成對稱布置,如圖3的虛線所示。卸壓槽的尺寸可按照如下方法計算。

　　圖3卸壓槽法
 
　　困油容積最小時兩對嚙合齒的嚙合點A、B的垂直距離

　　
　　可見,在困油容積達到最小值前或超過最小值以后,不管困油容積是增還是減,齒輪泵或通過右邊的卸壓槽把其內(nèi)的油液引至排出腔,或通過左邊卸壓槽把吸入腔的油液引入困油容積。這樣就消除了困油壓縮和困油膨脹,從而達到消除困油現(xiàn)象的目的。
　　3.2卸壓孔法
 
　　卸壓孔結(jié)構(gòu)如圖4所示。在從動齒輪的每一個齒頂和齒根均徑向鉆孔,從動軸上切出兩條月牙形溝槽,從動齒輪滑套在從動軸上。當困油壓縮時,困油容積中的高壓油可通過從動齒輪齒頂或齒根的相應(yīng)鉆孔和從動軸上的溝槽引向排出腔;而困油膨脹時,吸入腔的油液則可通過相應(yīng)鉆孔和溝槽引入困油容積,從而消除了困油現(xiàn)象。圓孔中心所處的位置應(yīng)使圓孔能和從動齒廓的嚙合點相切,故其中心應(yīng)在嚙合線上。

　　圖4卸壓孔

　　圖5修正齒形方法
 
　　3.3修正齒形法
 
　　此法為在從動齒輪上加工成當a0=50b角的卸壓面(即削瘦齒面),如圖5所示。這樣,構(gòu)成困油容積的兩嚙合線中的后一嚙合線就為主動齒輪的齒廓和修正的從動齒輪齒廓的斜面間的很小間隙所代替,使困油容積與排出空間相通,達到卸壓的目的。
　　3.4采用斜齒輪或人字齒輪
 
　　困油現(xiàn)象只產(chǎn)生于正齒輪泵中,當采用斜齒輪或人字齒輪時,齒輪的嚙合過程不象正齒輪那樣突然作線性接觸和突然作線性脫開,而是作點性的逐漸嚙合和逐漸退出,因此不會產(chǎn)生困油現(xiàn)象。
 
　　采用上述兩齒形的泵,具有排量更均勻,運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)和噪聲小的優(yōu)點。但采用斜齒輪,會產(chǎn)生軸向推力,需加設(shè)止推軸承;人字齒輪雖然不產(chǎn)生軸向推力,但加工困難、造價高。為此,大排量的齒輪泵常采用兩組斜齒輪組成的人字齒輪。
 
　　4結(jié)束語
 
　　對于齒輪泵的困油現(xiàn)象,結(jié)合其產(chǎn)生的機理,我們可以采用卸壓槽法、卸壓孔法、修正齒形法以及采用斜齒輪或人字齒輪的方法來解決,最終實現(xiàn)減小噪聲和改善流量均勻性。
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標簽：齒輪泵

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