第二节齿轮泵与齿轮马达

第二节齿轮泵与齿轮马达第1页，课件共66页，创作于2023年2月一、外啮合齿轮泵（一）组成与工作原理如图3-4所示为外啮合齿轮泵实物结构图。图3-4齿轮泵前、后泵盖，-泵体，主、被动齿轮等零部件第2页，课件共66页，创作于2023年2月图3-5齿轮泵工作原理第3页，课件共66页，创作于2023年2月外啮合齿轮泵的工作原理:一对相互啮合的齿轮，通过两齿轮的齿顶、中间啮合线和齿轮两端面，把泵体和泵盖围成的空间分成互不相通的吸油腔和压油腔。当齿轮按箭头方向旋转时，处于吸油腔的一对对轮齿连续退出啮合，使该腔容积变大形成一定的真空度，液压油箱的油在大气压力的作用下进入吸油腔。而处于排油腔的一对对轮齿则同时连续进入啮合，使排油腔容积不断减小，油液便被挤出进入高压管路。第4页，课件共66页，创作于2023年2月（二）排量与平均流量当齿轮转动一周，主、从动齿轮的轮齿把各自对方齿间的油液挤压出去一次，齿轮泵的排量可看作两个齿轮的齿间容积之和。假设齿间容积等于轮齿的体积，那么其排量就等于一个齿轮的齿间容积和轮齿体积的和，即相当于以有效齿高和齿宽构成的平面所扫过的环形体积（基圆和顶圆所围成的环形圆柱体的体积），若齿轮的齿数为z、模数为m、节圆直径为d（d=mz）、齿高为h（h=2m）、齿宽为b，于是齿轮泵的排量为：第5页，课件共66页，创作于2023年2月由于齿轮的齿形大多采用渐开线，齿轮在啮合过程中随着啮合点位置的移动，压油腔的容积变化率是不均匀的，故在每一瞬间压出油液的体积也不同，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。齿数逾少，脉动率就愈大，其值最高可达20℅以上。流量脉动会引起压力脉动，随之产生振动和噪声，这也限制了齿轮泵在高精度机械上的应用。第6页，课件共66页，创作于2023年2月（三）影响齿轮泵工作的不利因素

1、齿轮泵的困油现象为保证齿轮泵能连续平稳地工作，就要求齿轮啮合的重叠系数ε大于1，即当前一对轮齿尚未脱开啮合时，后一对轮齿已进入啮合，这样在某一瞬间会出现有两对轮齿同时处于啮合状态。此时，由啮合的两轮齿表面、啮合线及齿轮端面泵盖（或侧板等）围成了一个封闭容积（设存在齿侧间隙），一部分液体被困在这一封闭容积中，如图3-6所示。第7页，课件共66页，创作于2023年2月

图3-6齿轮泵的困油现象与困油卸荷槽第8页，课件共66页，创作于2023年2月随齿轮转动，这一封闭容积便逐渐减小，到两啮合线端点A、B处于节点P两侧的对称位置时（图3-6b），封闭容积变得最小；齿轮继续转动时，封闭容积又会逐渐增大，直到图3-6c所示位置时，密封容积变为最大；而后前一对轮齿退出啮合，密封容积短暂消失，齿轮再继续转动又会形成新的密封容积。第9页，课件共66页，创作于2023年2月在密封容积减小时，被困油液受挤压，压力急剧上升，使轴承突然受到很大冲击载荷，泵产生剧烈振动，高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，并缩短了泵的寿命；当密封容积增大时，由于没有油液及时补充，会形成局部真空，使溶解于油液中的空气分离出来，形成气泡，能引起噪声、气蚀，产生液压冲击；上述情况称为齿轮泵的困油现象。这种间断出现的困油现象极为严重地影响了泵的工作平稳性和使用寿命。第10页，课件共66页，创作于2023年2月为了克服困油现象，通常在齿轮两端的泵盖上（或侧板上等）开设困油卸荷槽。卸荷槽的开设方式有两种，即：1）对称式卸荷槽如图3-6a所示，当封闭容积变小时通过右边的卸荷槽（虚线）与压油腔相通，封闭容积增大时通过左边的卸荷槽与吸油腔相通（图3-6c）。第11页，课件共66页，创作于2023年2月两卸荷槽之间的理论距离a=tjcosα(tj–基节，α—压力角)。a的尺寸很重要，a与tjcosα相比过大时，不能彻底消除困油现象，而a小于tjcosα时，有会将吸、排油腔经封闭容积短时接通，降低泵的容积效率。采用对称式困油卸荷槽，当封闭容积减小时由于油液不易从即将关闭的缝隙中挤出，会产生节流阻力，封闭容积内的压力仍然较高，故这会增加泵轴承受的不平衡载荷，并且这部分油突然与吸油腔连通时还会引起压力冲击和噪声。第12页，课件共66页，创作于2023年2月2）非对称式卸荷槽若将卸荷槽向吸油腔平移一个距离，即为非对称式卸荷槽，实践证明这样能取得更好的卸荷效果。现在生产的齿轮泵，大多只在排油腔一侧开设卸荷槽，卸荷槽的位置向齿轮中心连线靠近，使封闭容积存在的整个周期均与排油腔相通，当封闭容积消逝时，后一对啮合的轮齿正好脱离卸荷槽，不使排油腔与吸油腔相通。第13页，课件共66页，创作于2023年2月2、径向不平衡力

齿轮泵中齿轮所受受平衡的径向力通过齿轮轴传递给轴承，是影响轴承寿命的又一主要因素。图3-7

齿轮泵径向力的分布

第14页，课件共66页，创作于2023年2月齿轮径向所受的液压力分布如图3-7所示。排油腔压力最大（泵的工作压力），吸油腔压力最小（为负压），泵体与每个齿顶尖隙均有压力降低，液压力的合力对主、被动齿轮都构成一个很大的径向负荷，合成后的径向液压力Fp作用于主、被动齿轮的方向如图所示。对主动齿轮，Fp和FT夹角较大，故合成后的径向力F1较小；被动齿轮所受两力Fp和FT夹角较小，故合成后的径向力F2很大。因此，齿轮泵的被动齿轮轴承往往先损坏，故在拆检齿轮泵时应首先检查被动齿轮轴和轴承。第15页，课件共66页，创作于2023年2月随着齿轮泵工作压力的提高，齿轮泵的齿轮轴和轴承所受的径向不平衡力很大，会使齿轮轴产生弯曲变形，加剧了齿顶对泵体的磨损，也严重影响着齿轮泵轴承的寿命，进而影响着泵的寿命。为了提高齿轮泵的使用寿命应设法减小径向不平衡力，通常在齿轮泵的结构上采取一些措施，如减小排油口尺寸（或将排油口制成矩形）、扩大压油区、扩大吸油区等。第16页，课件共66页，创作于2023年2月

另外还可通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。第17页，课件共66页，创作于2023年2月3、端面间隙泄漏

齿轮泵高压油的泄漏有三个途径：一是齿顶与泵体的径向间隙，二是轮齿啮合线的间隙，三是轮齿端面与前后泵盖（或侧板等）的轴向端面间隙。其中，径向间隙泄漏由于流动路线较长，泄漏量较小；轮齿啮合线的间隙在齿面正常的情况下很小，泄漏量更小；端面间隙泄漏在齿轮泵的内泄漏中所占比例较大，约为总量的75%~80%。第18页，课件共66页，创作于2023年2月在端面间隙泄漏的油液中，一部分直接漏到低压油腔，另一部分泄漏到轴承腔，对轴承起冷却与润滑作用，然后经泵体上的孔流回吸油腔，因此齿轮泵没有单独设置外泄漏油口。显然，齿轮泵的端面间隙泄漏是影响其容积效率的主要因素，为了提高容积效率，就必须采取有效措施减小端面间隙泄漏。第19页，课件共66页，创作于2023年2月一般讲，齿轮泵的端面间隙随着齿轮的运转会产生磨损而不断增加（低压齿轮泵采用固定端面间隙），因此通过合力设计端面间隙来提高容积效率是达不到目的的。现在生产的中高压齿轮泵常采用浮动轴套、弹性侧板、浮动侧板等措施，以实现端面间隙磨损后的自动补偿，使齿轮泵长期保持有较高的容积效率。第20页，课件共66页，创作于2023年2月第21页，课件共66页，创作于2023年2月对于齿轮泵，为了解决困油现象有些开设非对称式困油卸荷槽，为减小径向不平衡力和端面间隙泄漏而在泵体、泵盖、轴套等上采取多种措施，内部泄漏的油液又引入吸油腔，造成大多数泵的结构为非对称式，故一般来说齿轮泵不可用作齿轮马达，对已经装配后的齿轮泵只允许向一个方向旋转（有些泵可以通过重新装配实现反转）。第22页，课件共66页，创作于2023年2月（四）机械设备常用齿轮泵的典型结构

由于齿轮泵运转时存在不利因素，影响了泵的正常工作及压力的提高，所以不同型号的齿轮泵在结构上采取了不同的措施来克服这些不利因素。下面介绍工程机械中常见的几种国产的外啮合齿轮泵，并介绍其检查与装配要点。第23页，课件共66页，创作于2023年2月1、CB系列齿轮泵CB系列齿轮泵的结构如图3-8所示，常用于液压转向系统、液力工程机械的变矩—变速系统中向液力变矩器和动力换档变速系统供油，其额定压力一般为9.8MPa，最高压力为13.5MPa，使用转速范围为1300~1625r/min，按其排量大小有多种规格（如排量有10、32、46、98mL/r），各规格泵零件的尺寸大小都不一样，但结构形式和组成基本相同。第24页，课件共66页，创作于2023年2月图3-8CB型齿轮泵—泵体，2—浮动轴套，3，11—被、主动齿轮，4—弹性导向钢丝，5—卸压片，6—密封圈，7—泵盖，第25页，课件共66页，创作于2023年2月该泵的前端轴套是可以浮动的，高压油通过泵体和前轴套之间的空隙被导至泵盖与前轴套间的空腔。在泵盖和前轴套间装有密封圈6及支承密封圈的卸压片5，卸压片上开设圆孔将低压油引入密封圈5所围成的面积中，此处是低压油，而此密封圈外是高压油。在压油腔一侧，轴套与齿轮端面的压力油对轴套产生一个推开力，但轴套与泵盖间的压力油又对轴套产生一个压紧力，两作用力基本共线，且轴套所受的压紧力大于推开力；在吸油腔一侧，轴套两端面都受低压油的作用。第26页，课件共66页，创作于2023年2月在泵工作时，前端轴套在液压力的作用下被轻轻压向齿轮，使齿轮两端面与前后轴套磨损后的间隙可以自动得到补偿，并能使轴套磨损较均匀。当轴套磨损太多，前轴套与泵盖之间的间隙太大时，密封圈5就不能起到密封作用，密封圈外的高压油会穿过密封圈向低压腔泄漏，影响泵的容积效率，为此装配时需测量此间隙，保证间隙大小为2.4~2.5mm，若太大时可在后轴套与泵体间加铜皮来调整间隙。第27页，课件共66页，创作于2023年2月2）拆检与装配要领①拆开检修时，必须用轻质柴油或煤油清洗全部零件，并用压缩空气吹净。②四个半轴套的位置不可随意调换，齿轮同侧的两个半轴套的厚度误差要求不超过0.005mm，最大不超过0.01mm。③轴套与齿轮的配合间用平尺检查不允许有漏光。④半轴套上开有与轴承腔相通的卸荷槽应放在吸油腔一侧。第28页，课件共66页，创作于2023年2月⑤导向弹簧钢丝安装时必须注意弹簧力的作用方向，在弹簧力的作用下，使两轴套的扭转方向与被动齿轮的旋转方向一致。只有在这样正确安装，才能保证消除困油现象的卸荷槽的错动而不至于使吸、压油腔相通。⑥卸压片应放在吸油腔一侧。⑦泵盖紧固螺钉应交替均匀拧紧。⑧转向需满足设备要求。第29页，课件共66页，创作于2023年2月2、CBF-E和CBF-F系列齿轮泵

CBF-E和CBF-F系列齿轮泵的结构图，F系列泵的轴径较E系列粗，但结构相同。E系列为中、高压泵，其额定压力为15.7MPa，最高压力为19.6MPa；F系列为高压泵，额定压力为20.6MPa，最高压力为24.5MPa。两种泵的转速相同，排量在32mL/r以下的额定转速为2500r/min，最高转速为3000r/min；排量在32mL/r以上的泵额定转速为2000r/min，最高转速为2500r/min。第30页，课件共66页，创作于2023年2月图3-9CBF-E、CBF-F系列齿轮泵1－泵体，2－“O”形密封圈，３－泵盖，４－被动齿轮，５—主动齿轮、6－旋转轴密封，7－DU滑动轴承，８－组合“з”形密封圈，9—定位销，10－侧板，11－支撑板第31页，课件共66页，创作于2023年2月1）结构特点该类泵从结构上采用了可浮动的侧板来补偿齿轮泵的端面间隙泄漏。泵盖从外观上看是对称的，其高低压油腔侧均有一个小孔，但为适应机械不同转向的要求，只有一侧的孔与轴承腔相通，将泄漏到各轴承腔的液压油引回吸油腔。齿轮与泵体、泵盖之间装有浮动侧板10，侧板为双金属结构，铜合金面一侧对着齿轮端面，在排油腔一侧开有偏置式困油卸荷槽，克服齿轮泵的困油现象。出厂的泵无法通过重新装配来改变其转动方向。

第32页，课件共66页，创作于2023年2月在侧板与泵体、泵盖之间靠排油腔一侧装有组合式“з”形密封8，组合式“з”形密封圈的中间为橡胶密封件，内外两侧为尼龙和塑料支撑环，支撑环可以固定橡胶密封件的位置并增强耐压程度；在吸油腔侧放置支撑板11，其作用是固定侧板的位置，防止“з”形组合密封被冲坏。“з”型组合密封围起来的区域内为高压油，其产生的液压作用力略大于侧板对面（齿轮端面）液压油的作用力，当侧板与齿轮端面出现磨损时，侧板可自动向齿轮端面移动，减小轴向间隙的泄漏量，使齿轮泵保持较高的容积效率。第33页，课件共66页，创作于2023年2月该类泵的另一个特点是采用DU轴承，可实现无油润滑，DU轴承是由氟塑青铜材料制成的。这种材料具有良好的自润滑性能和化学稳定性。采用DU轴承的液压泵不但可实现干摩擦、寿命长、承载能力大，而且抗异物嵌入性也好，能使硬磨微粒挤压在轴承中，不产生拉伤磨损，在承受冲击载荷时，噪声也低。因此，近年来该类泵被广泛地应用在工程机械上。第34页，课件共66页，创作于2023年2月2）拆检与装配要领①泵体的扫镗痕迹大于0.015mm时应更换泵，侧板合金面若有明显的圆弧形磨损可更换侧板。②不要用砂纸或油石修磨轴承和轴颈。③侧板上带有卸荷槽的一面应与齿轮端面向对，并放在排油腔一侧。④切记将泵盖上的通孔(与轴承腔相通)放在吸油腔一侧。⑤支撑板放置在吸油腔侧，而组合式“з”形密封圈应放在高压腔侧，并应保持平整。⑥泵盖与泵体组合后，先在泵的对称位置上各装一个螺钉，拧至规定力矩，然后用同样的力矩拧紧剩余螺钉。第35页，课件共66页，创作于2023年2月3、CB-Fa系列齿轮泵

1）结构特点该泵由泵体3，前、后泵盖6和11，主、被动齿轮7和5，隔板1，侧板9等零件组成。在泵体与侧板之间设有弓形密封圈４，在侧板与隔板间有方形密封圈８，主、被动齿轮通过双金属滑动轴承１０支承在前、后泵盖上。前、后泵盖上开有通道，被动齿轮轴上有轴向通孔，将各轴承腔与吸油腔沟通，使滑动轴承形成差压润滑并使轴端密封不承受高压。

第36页，课件共66页，创作于2023年2月图3-10CB-Fa系列齿轮泵1－隔板，2－定位销，３－泵体，４－弓形密封圈，５、７－主、被动齿轮，６、11－前、后泵盖，８－方形密封圈，９－侧板，１０－滑动轴承

第37页，课件共66页，创作于2023年2月该泵的主要特征是采用弹性侧板以减少端面间隙的泄漏量，提高容积效率。侧板是在钢的基体上烧结一层磷青铜粉末合金与齿轮端面配合。侧板前后各一块，其中一块在合金面开有困油卸荷槽，与轴承腔相通的卸荷槽应放在吸油腔一侧，侧板的周边搭接在泵体上。前、后泵盖上在排油腔一侧铣有弓形环槽，弓形环槽内装有橡胶密封圈与紫铜保持架a（放大图）以提高密封效果。对于不同转向的泵，弓形环槽在前盖的开法不同，图A-A视图Ⅰ为正转泵的前泵盖，A-A视图Ⅱ为反转泵的前泵盖。因此，它的旋转方向不能通过重新装配来改变。第38页，课件共66页，创作于2023年2月在排油腔一侧，侧板的合金面受到排油腔和各齿间油液的液压力，此力将侧板推开齿轮端面；同时高压腔的油充满弓形密封圈内，油液压力从侧板的背面作用于侧板，使侧板向齿轮端面压紧；侧板两面液压作用力基本共线，方向相反，且压紧力大于推开力。当出现轴向间隙时，由于侧板边缘与泵体搭接，在液压不平衡力的作用下便产生弹性变形，向齿轮端面靠近，以减小轴向间隙，实现端面间隙的自动补偿。第39页，课件共66页，创作于2023年2月2）装配要领①在分解泵时先判断泵的转向，装配时根据转动方向，帮助正确装配。②后泵盖开有弓形环槽一侧和侧板上带有通孔侧要对应前泵盖上弓形环槽一侧，即都应在高压腔侧。③安放弓形保持架时要注意放平，不要碰坏原形，否则高边将翘出压在槽外，造成泄漏。④要认真清洗滑动轴承和孔道，防止硬质颗粒残留泵内，保护侧板合金面不受损伤。

第40页，课件共66页，创作于2023年2月3、CBG系列齿轮泵

CBG系列齿轮泵在工程机械液压传动系统中应用较为普遍，如装载机、推土机、平地机、自卸车等设备上常用该类型泵作为工作机构的液压动力源，其额定压力一般为16MPa，额定转速为2000r/min。CBG系列泵可分为CBG1、CBG2、CBG3三个组别，但其工作原理与结构特点完全一样，图3-9和图3-10分别为泵的零件分解图和结构图。第41页，课件共66页，创作于2023年2月图3-10CBG系列齿轮泵零件分解图3-前泵盖，4、13-密封环，6、10-侧板，7-泵体，8-O型密封圈，14-后泵盖，15、16-主、被动齿轮第42页，课件共66页，创作于2023年2月1）结构特点该泵的特点之一是采用固定侧板。前、后侧板6和10被前后泵盖压紧在泵体上，轴向不能活动。侧板的材料为8号钢，钢背上烧结青铜材料或高锡铝合金耐磨材料，通过控制泵体厚度与齿轮宽度的加工精度，保证齿轮与侧板间的轴向间隙为0.05~0.10mm。在实际使用相当长一段时间后，此间隙增大不多，证明齿轮端面与侧板磨损很少。第43页，课件共66页，创作于2023年2月与之相比，采用浮动轴套（侧板等）虽可自动补偿轴向间隙，但轴套在油压作用下始终贴紧齿轮端面，配合面磨损较快。该泵的第二个特点是采用二次密封。在主动齿轮轴的两端装有密封环4和13，在泵盖、侧板和轴承之间装有O型密封圈5和11。高压油经齿轮端面与侧板之间的间隙漏到各轴承腔f，各轴承腔的油是连通的。第44页，课件共66页，创作于2023年2月轴承腔的压力油向低压腔泄漏有两条途径：其一是通过O型密封圈11进入侧板和泵盖的d槽，在经侧板上的通孔b流向吸油腔，因为该处密封的各零件无相对运动，只要密封件完好，就能保证密封效果而不产生泄漏；其二是沿主动齿轮轴向两端轴与密封环4和13间的径向间隙以及密封环和前后泵盖的轴向间隙泄漏到骨架油封处的g腔，经前后泵盖上的孔c到槽d，再经侧板上的孔b流回吸油腔。第45页，课件共66页，创作于2023年2月只要保证密封环与齿轮轴的配合间隙以及密封环突缘端面与泵盖台阶的轴向间隙，就可以使通过这里的泄漏量很小。所谓二次密封是指齿轮端面与侧板间的密封为一次密封，泄漏到轴承腔的油经密封环4、13的密封为第二次密封。这样高压油从排油腔泄漏到吸油腔要经过两次密封，且由于二次密封产生的节流阻力，使得f腔形成了较高的压力，液压油在经过第一次端面间隙密封泄漏时，压力差大大减小，从而使泵的轴向间隙泄漏显著降低，有效地提高了容积效率。第46页，课件共66页，创作于2023年2月图3-11CBG系列齿轮泵结构图1、2-骨架油封，3、14-前后泵盖，4、13-密封环，5、8、11-O型密封圈，6、10-侧板，7-泵体，9-定位销，12-轴承，15、16-主、被动齿轮第47页，课件共66页，创作于2023年2月固定侧板上盲孔a是为解决困油现象而开设的卸荷槽，而通孔b的作用是将经过两次密封后流到c槽的泄漏油引回吸油腔。另外该系列泵出厂后经过重新装配可以改变转向，如果必须改变转向，可将泵体和两侧板旋转180°，重新装配即可。第48页，课件共66页，创作于2023年2月2）拆检与装配要领①检查侧板是否有严重烧伤和磨痕，合金层是否有严重磨损、脱落或偏磨；密封环4和13与轴颈的配合间隙应小于0.05mm，超差应修理或更换；用千分尺测量轴和轴承滚子之间的间隙是否大于0.075mm，如超过此值应更换轴承。②泵的转向与机械的要求相适应。在分解泵时可在前后泵盖和泵体上作上记号。③侧板上的通孔b应放在吸油腔侧，否则高压油会冲坏轴端骨架油封。第49页，课件共66页，创作于2023年2月④轴承装在泵盖内后，轴承端面应低于泵盖端面0.05～0.15mm。⑤将O型密封圈5、11放入前后泵盖的轴承外边密封槽内，再将尼龙挡圈放在O型圈上面，压平后自然弹出0.3mm左右为宜。⑥输入轴上的旋转轴骨架油封在装配时，里面的油封唇口朝里，用以防止向外漏油；外面的唇口朝外，用于防尘。⑦装配完毕，向泵内注入清洁液压油，用手可以转动，无卡阻或过紧感觉。第50页，课件共66页，创作于2023年2月（五）外啮合齿轮马达

齿轮马达的工作原理如图3-12所示，假如转矩通过中心O′输出，出油口压力为零。图3-12齿轮马达工作原理

第51页，课件共66页，创作于2023年2月当高压油输入进油腔时，轮齿2和2′两面都受高压油的作用而相互平衡，轮齿3和3′受高压油作用整个齿面上的液压力对回转中心产生顺时针方向转矩，在啮合点A处轮齿1和1′的部分齿面（从啮合线到齿根）所受液压力则产生逆时针方向的转矩，由于轮齿1和1′液压力所产生的转矩小于顺时针方向转矩，齿轮在此不平衡转矩的作用下旋转，拖动外负载做功。第52页，课件共66页，创作于2023年2月齿轮马达的转速是由供入的高压油的流量决定的，且其存在力矩脉动。在马达高速运转时，由于其转动部分的转动惯量在起作用，可以大大减轻马达力矩的脉动程度；当转速较低时，力矩脉动就很显著，故其低速稳定性较差。所以，齿轮马达宜用于高速且转动惯量较大场合。第53页，课件共66页，创作于2023年2月图3-13所示为CM-F齿轮马达的结构图。它与CB-F系列齿轮泵的结构基本相同，但由于马达需要带负荷起动，而且要能正反转，所以它们的实际结构仍有差别。图3-13CM-F齿轮马达第54页，课件共66页，创作于2023年2月齿轮马达与泵相比有以下特征：1、齿轮马达进、回油通道对称分布，通径相同，以便正反转时性能一样。2、齿轮马达有外泄漏油口。齿轮泵的内泄漏可以引回吸油腔；而马达在正反转时其进、出油腔相