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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(dá)到吸排液體的目的。齒輪泵以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、成本低、壽命長(zhǎng)、抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)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(dá)到吸排液體的目的。齒輪泵以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、成本低、壽命長(zhǎng)、抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)有著廣泛的應(yīng)用,可是齒輪泵又因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)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(jì)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(shí)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(duì)完全相同且互相嚙合的齒輪。其中被原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)的齒輪1稱為主動(dòng)齒輪,它與主動(dòng)軸之間用鍵連接;被主動(dòng)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)的齒輪2稱為從動(dòng)齒輪,它與從動(dòng)軸之間或用鍵連接或滑套在從動(dòng)軸上。主動(dòng)軸與從動(dòng)軸互相平行。主、從動(dòng)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(dāng)主動(dòng)齒輪按圖示方向順時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí),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(duì)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(dòng)齒輪;2-從動(dòng)齒輪;3-泵殼;4-吸入口;5-排出口
 
　　隨著齒輪的回轉(zhuǎn),一個(gè)個(gè)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(shí)現(xiàn)液體的輸送,當(dāng)右側(cè)輪齒逐漸進(jìn)入嚙合時(shí),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(dòng)的連續(xù)和平穩(wěn),同時(shí)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(duì)嚙合的輪齒尚未完全脫離嚙合時(shí),后一對(duì)輪齒已進(jìn)入嚙合,因而就會(huì)出現(xiàn)二對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合的情況,這樣就在兩嚙合線與泵端蓋間形成一個(gè)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(dòng),困油容積逐漸減小,直至兩對(duì)輪齒的嚙合點(diǎn)轉(zhuǎn)至對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)位置時(shí),困油容積達(dá)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(dá)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(shí)油液將從零件密封面的縫隙中被強(qiáng)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(dòng),困油容積又逐漸增大,直至前一對(duì)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(shí)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(huì)消失。結(jié)果導(dǎo)致容積效率的降低,產(chǎn)生振動(dòng)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(shí),不僅使輪齒和軸承負(fù)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(huì)導(dǎo)致泵的排量減小,產(chǎn)生振動(dòng)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(shí)使之與排出腔溝通,增大時(shí)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(guó)泵類設(shè)計(jì)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(gè)凹槽,稱為卸壓槽。兩槽相對(duì)于兩齒輪中心連線成對(duì)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(jì)算。

　　圖3卸壓槽法
 
　　困油容積最小時(shí)兩對(duì)嚙合齒的嚙合點(diǎn)A、B的垂直距離

　　
　　可見,在困油容積達(dá)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(dá)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(dòng)齒輪的每一個(gè)齒頂和齒根均徑向鉆孔,從動(dòng)軸上切出兩條月牙形溝槽,從動(dòng)齒輪滑套在從動(dòng)軸上。當(dāng)困油壓縮時(shí),困油容積中的高壓油可通過從動(dòng)齒輪齒頂或齒根的相應(yīng)鉆孔和從動(dòng)軸上的溝槽引向排出腔;而困油膨脹時(shí),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(dòng)齒廓的嚙合點(diǎn)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(dòng)齒輪上加工成當(dāng)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(dòng)齒輪的齒廓和修正的從動(dòng)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(dá)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(dāng)采用斜齒輪或人字齒輪時(shí),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(diǎn)性的逐漸嚙合和逐漸退出,因此不會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)和噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。但采用斜齒輪,會(huì)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(jià)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(duì)于齒輪泵的困油現(xiàn)象,結(jié)合其產(chǎn)生的機(jī)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(shí)現(xiàn)減小噪聲和改善流量均勻性。
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