第四章 液压泵和液压马达-外啮合齿轮泵3.2

外啮合齿轮泵华侨大学机电及自动化学院主讲人：任好玲2019年9月8日23.2齿轮泵（上）主要内容3.2.1外啮合齿轮泵工作原理3.2.2外啮合齿轮泵排量和流量3.2.3流量脉动和降低方法3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点重点难点外啮合齿轮泵的工作原理外啮合齿轮泵的结构特点33.2.1外啮合齿轮泵工作原理齿轮泵工作原理商用齿轮泵产品是否满足液压泵正常工作的三个基本条件？从动轮轴承衬套排油口泵壳体传动轴轴密封吸油口主动轮壳体密封43.2.1外啮合齿轮泵工作原理齿轮泵的基本结构（渐开线）齿轮啮合的条件：

直齿轮：模数相等；压力角相等

斜齿轮：模数相等，压力角相等，螺旋角相等，而且旋向相反商用齿轮泵产品53.2.1外啮合齿轮泵工作原理注意：压力能是靠容积的变化转换的，而不是靠运动速度。密闭容积在两啮合齿轮的外围；液体是经两侧从吸油口被运移到排油口的；齿轮泵工作原理左侧轮齿进入吸油区，逐渐脱离啮合，齿间槽容积增大，油液从吸油口流入，充满齿间槽；随着齿轮的进一步旋转，油液被齿槽带到右侧的压油区；在压油区，右侧轮齿逐渐进入啮合，齿间槽容积减小，油液压力升高，从泵的排出口压出。齿轮在泵体内旋转时，各个轮齿相继不断地退出和进入啮合，也就不断地完成吸油和压油动作，因此，泵能够连续地输出压力油。齿轮泵工作过程63.2.1外啮合齿轮泵工作原理齿轮泵的优点：外啮合齿轮泵利用齿轮和泵壳形成封闭容积的变化，完成液压泵的吸油和泵油功能，不需要配流装置，结构简单耐冲击，耐磨损、抗污染能力强，工作可靠，对恶劣工况具有良好的适应性渐开线齿轮制造工艺性好自吸性能好，无论在高、低转速甚至在手动情况下都能可靠地实现自吸。齿轮泵的缺点：排量不能调节，只能作定量泵使用流量脉动大、泄漏大、噪声高、效率低、零件的互换性差、径向载荷大及磨损后不易修复等缺点因此，一般应用于环境差、精度要求不高的场合，如工程机械、建筑机械、农用机械等。7外啮合齿轮泵的排量V=π(ra2-rf2)b=π(ra+rf)(ra-rf)b因为 ra+rf≈d ra-rf=h所以V

≈πdhb=

2πzm2b若假设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为z，模数为m，节圆直径为d，有效齿高为h，齿宽为b时，根据齿轮参数计算公式d=m·z，h≈2m，齿轮泵的排量近似为：3.2.2外啮合齿轮泵排量和流量V=

(6.66~7)zm2b定量泵83.2.2外啮合齿轮泵排量和流量外啮合齿轮泵的排量与齿数成正比、与模数的平方成正比。即排量对于模数的增加更为敏感：举个例子，当齿数变为原来的两倍时，齿轮泵的排量也变为原来的两倍；而当模数变为原来的两倍时，齿轮泵的排量则变为原来的四倍。由于齿轮的分度圆直径d=mz，而齿轮泵的体积主要由齿轮的外径来决定，因此为了使齿轮泵的体积尽量小，通常采用大模数少齿数的设计。外啮合齿轮泵的齿数一般在8~15之间，压力越高，齿数相对越少。原因除了要求体积最小化之外，还包括：

V=

(6.66~7)zm2b小的齿顶圆有利于减小径向不平衡力，高压泵对此比较敏感；高压泵对噪音和脉动的敏感性低，可以承受齿数少带来的噪音和脉动问题。93.2.3流量脉动和降低方法输出流量近似公式流量脉动流量不均匀系数与齿数的关系外啮合齿轮泵的齿数一般在8~15之间q=

(6.66~7)zm2bnηv10减小流量脉动的方法增加齿数采用两对齿轮副交叉叠放采用无间隙的斜齿啮合齿轮等等普通双排齿轮两对齿轮副交叉叠放15齿3.2.3流量脉动和降低方法无间隙的斜齿啮合齿轮113.2.4外啮合齿轮泵的结构特点外啮合齿轮运转时泄漏途径有三：齿顶与齿轮壳内壁的间隙（径向间隙泄漏），占10～15﹪；齿面啮合处的泄漏；端面泄漏占80％—85％

当压力增加时，前两者不会改变，但后者挠度大增，此为外啮合齿轮泵泄漏最主要的原因，故不适合用作高压泵。泄漏12轴向间隙齿端面与轴承座圈或盖板之间的间隙。泄漏量和轴向间隙的三次方成正比。轴向间隙增加0.1mm，泵容积效率降低20%；低压泵轴向间隙尺寸小流量0.025mm-0.04mm;大流量0.04mm-0.06mm中高压压泵轴向间隙尺寸利用剩余压力设计法对轴向间隙进行油膜设计，实现轴向间隙自动补偿3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点泄漏解决方法

端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套、浮动侧板。在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍为大于正面的液压力，其差值为一层很薄的油膜承受；图4-4带浮动轴套的齿轮泵间隙自动补偿3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点泄漏8字形浮动轴套3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点泄漏3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点偏心8字形浮动轴套泄漏3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点同心8字形浮动轴套泄漏低压泵：固定间隙设计法，径向间隙大约0.03-0.1mm高压泵：自动补偿3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力F1=7.5pbDsF2=8.5pbDs径向力由液体压力产生的径向力Fp和齿轮啮合产生的径向力FT组成主动轮：径向力FT向上，使合力F1减小从动轮：径向力FT向下，使合力F2增大选择轴承时，应按照F2进行选择和设计3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力合理设计齿宽b和齿顶圆直径Ds缩小压油腔尺寸；扩大压油腔到吸油腔；扩大吸油腔到压油腔；液压平衡法；减小径向力的措施3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力合理设计齿宽b和齿顶圆直径Ds压力等级（bar）３５７０１０５１４０１６０１０.８０.６０.４０.３５F1=7.5pbDsF2=8.5pbDs3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力缩小压油口面积3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力扩大到吸油侧3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力液压平衡法3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点径向不平衡力AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。齿轮泵中需开卸荷槽解决困油现象的是正齿轮泵。斜齿轮或人字齿轮一对齿在排出腔端刚啮合形成齿封空间时，靠吸入腔的另一端已即将脱开，困油现象不严重3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点困油现象困油的危害（当封闭V减小时，液体受挤压而P急剧升高，油液将从缝隙中强行挤出）产生噪音和振动使轴承受到很大的径向力功率损失增加。容积效率降低（当封闭V增大时，P下降，析出气泡）对泵的工作性能和使用寿命都有害3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点困油现象措施——在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则：两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。结构简单，容易加工，且对称布置，泵正、反转时都适用，因此被广泛采用。对称卸荷槽还不十分完善（还有噪音和振动）3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点困油现象不对称卸荷槽两个卸荷槽同时向吸入侧移过适当距离延长了Vb和排出腔相通的时间推迟了Va和吸入腔相通的时间Vb中可能出现局部真空，但不十分严重这种卸荷槽能更好地解决困油问题能多回收一部分高压液体泵不允许反转使用采用卸荷槽后困油现象影响大大减轻。3.2.4外啮合齿轮泵的结构特点困油现象31小结外啮合齿轮泵的工作原理：排量不可变——定量泵存在流量脉动泄漏通道径向不平衡力困油现象外啮合齿轮泵的特点：优点：（1）结构简单、成本低

（2）对恶劣工况的适应性好

（3）自吸性好缺点：A）排量不能调节，只能是定量泵 B）流量脉动大、容积效率低、噪声高因此，齿轮泵常常应用于工程机械、建筑机械、农用机械等环境