北航液压传动课件第2讲

1、2-2 2-2 齿轮泵和齿轮马达齿轮泵和齿轮马达n齿轮泵：结构简单，价格低廉，体积小，重量轻，结构简单，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。n齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。 n齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。22-2 齿轮泵和齿轮马达一、齿轮泵工作原理一、齿轮泵工作原理 主要组成： 齿轮1对（主、从）、壳体、端盖、传动轴； 工作原理： ？哪一边是吸

2、、排油腔？ 工作容积： 齿谷、壳体和端盖围成； 职能符号：2-2 齿轮泵和齿轮马达2-2 齿轮泵和齿轮马达二、齿轮泵的流量计算二、齿轮泵的流量计算 流/排量是泵的主要参数（一）理论流量 假设：两个等径的标准齿轮、不计任何损失、 、 排量 = 两个齿轮的齿谷容积之和 = 一个齿轮的环形容积 （参见图2-4）谷齿VVdmbbmdqb22, 22bZmqbmZd bbblbnbZmnqQ22. 当Z=712时， 齿轮尺寸不同时，以主动轮为准； 三个齿轮时流量提高一倍。谷齿VVbZmqb2)766.6(2-2 齿轮泵和齿轮马达问题引出以上是平均流量计算，实际流量有脉动，欲提高品质 - 研究瞬时流量/流

3、量脉动（二）瞬时流量及流量脉动 压油腔容积呈周期变化流量脉动压力脉动影响工作平稳性分析思路 能量守恒 Q参见图2-5（元件，北航），液体压力对轮1的瞬时阻力矩为MpQ 221212122cececececetRRpbRRRRbpRRRRbpM啮合点C沿啮合线运动，见图2-6，由余弦定理得sin2)2cos(222222RxxRRxxRRc2022-5-3062-2 齿轮泵和齿轮马达问题引出以上是平均流量计算，实际流量有脉动，欲提高品质 - 研究瞬时流量/流量脉动（二）瞬时流量及流量脉动 压油腔容积呈周期变化流量脉动压力脉动影响工作平稳性分析思路 能量守恒 Q参见图2-5（元件，北航），液体压力

4、对轮1的瞬时阻力矩为MpQ 221212122cececececetRRpbRRRRbpRRRRbpM啮合点C沿啮合线运动，见图2-6，由余弦定理得sin2)2cos(222222RxxRRxxRRc2022-5-3072-2 齿轮泵和齿轮马达sin2212221RxxRRpbMet所以有同理有sin2212222RxxRRpbMet驱动力矩为22221xRRpbMMMettt由能量守恒ttpQM所以有)(222xRRbQet是x的函数当C与K重合（x=0）时，有当C远离K（x=L/2）时，有4222minLRRbQet22maxRRbQetL是啮合线长度，cosmL 2022-5-3082-

5、2 齿轮泵和齿轮马达图2-7为齿轮泵的瞬时流量图。 流量脉动率亦即所以，有限增加齿数或加大压力角可以减少脉动率 流量脉动的危害：诱发共振诱发共振minmaxminmaxminmaxminmax22ttttttttQQQQQQQQ21cos141222Z 解决方法：改变结构参数、改变结构、加蓄能器改变结构参数、改变结构、加蓄能器2022-5-3092-2 齿轮泵和齿轮马达三、齿轮泵的实际流量及其影响因素三、齿轮泵的实际流量及其影响因素 （一）齿轮泵的实际流量 所以齿轮泵的实际流量 VblbsbQQVcbVlbVb容积效率 泄漏损失 充填损失 VbbsbbnZmQ22齿轮泵的容积效率一般为：0.7

6、 0.95 2022-5-30102-2 齿轮泵和齿轮马达（二）影响流量因素的分析 （上述各项均为影响因素）1.泄漏损失和充填损失 泄漏损失 充填损失 径向间隙-路径长、阻力大、有逆向运动 端面间隙-路径短而宽 大（75%80%）吸油不足-转速高、吸油压力低气穴 无效容积-齿谷中未排除的容积、气体所占体积 2.转速 eeDvn转速上限受到许用齿顶圆切向速度的限制，与液体黏度有关 参见表2-1 2022-5-30112-2 齿轮泵和齿轮马达3.齿数 Z VbbsbZmbnQ22由 知sbQd( m 不变时） 尺寸重量而以 代入实际流量公式，则有Zdm VbbsbnZdbQ22 Z （d 不变）s

7、bQm ( d不变） 强度Z过小有根切，需修正；若变位齿顶变尖2022-5-30122-2 齿轮泵和齿轮马达4.模数 因为 正比于m的平方、d正比于m，所以sbQ增大m 是整体有利的 b （d 不变）sbQ径向力 轴承载荷综合考虑各因素，合理选择参数5.齿宽 加工精度增加（以保证线密封）2022-5-30132-2 齿轮泵和齿轮马达四、轮泵中的一些现象四、轮泵中的一些现象 （一）闭死现象 重叠(啮合)系数 1 封闭容积、封闭容积体积变化 闭死（困油）现象。解决方法：开卸荷槽2022-5-30142-2 齿轮泵和齿轮马达 卸荷槽原则：1）高低压腔不串通 2）封闭容积或与高腔相 通，或与低压腔相同

8、槽间距与油液闭死容积最小位置适应相关尺寸见图2-10及21页的计算公式； 卸荷槽特点：结构简单、加工容易、适合齿数较少、侧隙较大的情况 对于无侧隙或小侧隙 困油区分隔成两个，且在闭死总容积开始减小的初期压油腔侧的小困油区还在减小 应延长其在高压腔的时间 卸荷槽向吸油腔侧偏移 可多排一部分压力油、另一侧可能出现真空，但不严重。2022-5-30152-2 齿轮泵和齿轮马达（二）气穴现象 压力（至空气分离压）气液分离气泡； 压力（饱和蒸汽压）汽化沸腾大量气泡（气穴）； 气穴带入高压区气泡急剧破灭缩小体积压力/温度冲击 表面剥蚀损坏（气蚀）在飞机液压系统中，判定气穴产生的标志是空气分离压为确保不产生

9、气穴，最低吸油压力为=空气分离压+速度引起的真空度+吸管内局部损失+安全储备压力KricfrppRRgpp222max022022-5-30162-2 齿轮泵和齿轮马达引出：压力增加泄漏增加效率下降 不平衡径向力增加轴承易损 结构上想办法 防止气穴/气蚀的措施（ ） 1） （负吸油高度、增压油箱、辅助增压泵）； 2） （增大吸油管径、避免吸油管急转弯）； 3）避免空气的直接进入（良好的密封）； 4）齿面采用高强度材料、提高表面光洁度。0rpKprp2022-5-3017五、外啮合齿轮泵的结构特点 （一）（一） 提高容积效率的措施提高容积效率的措施1.轴向间隙自动补偿 浮动衬套（浮动侧板、弹性侧

10、板）（1）原理 动密封条件：总压紧力 平均反推力 而，总压紧力=液压压紧力+弹性压紧力 注意：压紧力不应大于反推力太多（pv 值的限制）；作用线重合（否则 倾斜、偏磨、漏损增加）？启泵前怎样建立压紧力2022-5-3018五、外啮合齿轮泵的结构特点 （2）轴向间隙补偿装置的几种结构 1）8字形浮动轴套 特点：结构简单、容易加工、力作用线不重合2022-5-3019五、外啮合齿轮泵的结构特点 2）偏心8字形浮动轴套 特点：力作用线重合、加工工艺较复杂2022-5-3020五、外啮合齿轮泵的结构特点 3）偏心油压活塞浮动轴套 特点：力作用线重合、工艺性较好？启泵前怎样建立压紧力2022-5-302

11、1五、外啮合齿轮泵的结构特点 4）弹性侧板（挠性侧板）式轴向间隙补偿装置 原理：压力油使侧板弹性变形，补偿轴向间隙 特点：密封结构复杂、变形不均匀磨损不均匀（已不再使用）2.2. 减小径向力的结构措施偿减小径向力的结构措施偿 （1）径向力 1）斜坡-台阶状分布； 2）压油腔侧 吸油腔侧； 3）可近似为直线关系。2022-5-3022 1）是油压力矩反作用结果，垂直于啮合面； 2）主动轮方向向上，从动轮方向向下。（2）啮合力）啮合力（3）合成径向力）合成径向力MyPPP液压力 啮合力特点：主动轮受力 从动轮受力 （？为什么？） 经验公式 K=0.75(主动轮）/0.85（从动轮）bpDKPe所以

12、，一般设计时仅考虑从动轮 引出压力提高径向力更大轴承寿命下降-考虑减小径向力1）合理选择齿宽和齿顶圆直径合理选择齿宽和齿顶圆直径 高压时：小齿宽、大直径； 低压时：大齿宽、小直径。2 2）减小压油口直径）减小压油口直径 使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，减小高压作用面积;3 3）扩大压油腔）扩大压油腔（沿齿顶周向） 仅保留1至2个齿封油，可部分平衡径向力 （压差的80%在接近吸油腔处）减小径向力偏载的措施减小径向力偏载的措施：特点： 结构简单（扩大低压区还需另加补偿结构）； 过渡区小反推力稳定端面间隙稳定； 可“扫膛”加工径向间隙可大大下降减少泄漏。4 4）采用滚针轴承或滑动轴承；

13、）采用滚针轴承或滑动轴承；5 5）开减载槽）开减载槽 即将齿槽中的高压区引向低压吸油口，齿槽的低压区引向高压的排油口； 采取减小径向力的结构措施 在开困油卸荷槽的同时，还应尽可能减小重叠系数，以减小冲击载荷。 对轴承进行充分的润滑和冷却。 采用高精度高 值的滚针轴承或提高滑动轴承材料的性能。 pv提高轴承寿命的措施提高轴承寿命的措施外啮合齿轮泵的设计要点外啮合齿轮泵的设计要点 1 确定齿轮各参数； 2 选定工作液；3 确定齿轮泵的转速；4 校核排量q是否符合设计参数提出的要求；5 动力参数计算；6. 结构设计。在结构设计时应考虑以下几个内容： 减轻径向力的结构措施； 采用三块板式结构（前盖板、

14、泵体和后盖板）还是采用两块式结构； 齿轮做成一个整体，还是做成分离式通过键连接；采用滚针轴承还是滑动轴承。采用什么形式的补偿装置。确定腔体尺寸。轴承负荷、传动轴、主动轴的计算。齿轮强度校核。轴承设计计算。泵体强度计算及连接螺栓钉的计算。 按结构分：渐开线内啮合齿轮泵、转子齿轮泵（一）渐开线内啮合齿轮泵 特点：1）结构紧凑、吸油性能好；2）流量均匀性好；3）结构复杂。加工工艺性差。 2.2.5 内啮合齿轮泵二二 转子泵转子泵内转子内转子1 1为齿轮，有为齿轮，有6 6个齿。外个齿。外转子转子2 2为内齿轮，有为内齿轮，有7 7个齿。内个齿。内外转子的偏心距为外转子的偏心距为e e。当内转子。当内

15、转子旋转时外转子同时旋转，内外旋转时外转子同时旋转，内外转子能自动形成几个独立的密转子能自动形成几个独立的密封容积，摆线泵按图示封容积，摆线泵按图示 方向旋方向旋转时，右半部分的封闭容积增转时，右半部分的封闭容积增大，形成局部真空大，形成局部真空, ,并通过配油并通过配油窗口窗口B B从油箱吸油从油箱吸油(b(b图图) )。当转。当转子转到图子转到图c c位置时位置时, ,封闭容积为封闭容积为最大。在图最大。在图d d，油从，油从A A输出输出。转子泵（摆线式） 特点：齿数少、结构更紧凑简单；内外速差小、配油窗口大、吸油充分； 离心力有助于吸油，适应高速；齿面磨损小、运动平稳、噪音小； 高压低速时效率低。图中为内啮合齿轮泵实物结构图中为内啮合齿轮泵实物结构2022-5-3034八、齿轮马达特点：简单、脉动大、低速时效率低?: 齿轮马达无动力输出轴时有何用处？练习n泵的额定流量为100L/min ，额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为m=0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为2.5MPa时，流量为100.7L/min，求：n1、泵的容积效率；n2、如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，估算泵的流