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1、外啮合齿轮泵困油现象及解决方法（河北科技大学，河北石家庄 050000）摘要：外啮合齿轮泵在现代工业中有着广泛的应用，本文解释了外啮合齿轮 泵的工作原理和困油现象的形成原因及其危害，并提出了解决措施阐述了卸荷 槽法及该方法的不足之处，又提出了改变齿形法和采用斜齿轮或人字齿轮的方 法，具有一定的研究价值。关键词：外啮合齿轮泵；困油现象；卸荷槽0、引言外啮合齿轮泵是一种常用容积式液压泵，具有结构简单、制造方便、价格低 廉、体积小、重量轻、自吸性能好、对油液污染不敏感和工作可靠等优点，在现 代工业设备中被广泛应用。外啮合齿轮泵工作时依靠一对相互啮合的齿轮来改变 吸油腔与压油腔的密闭容积，从而实现吸油
2、与压油。但是齿轮泵会产生困油现象， 困油现象不仅产生瞬间压力冲击，还会引起气蚀，从而导致振动和噪声。本文简 单介绍了外啮合齿轮泵的工作原理，针对困油现象形成的原因，提出有效的解决 措施，从而消除或者降低困油现象带来的危害。1、外啮合齿轮泵工作原理外啮合齿轮泵主要由一对几何参数完全相同的主动齿轮、从动齿轮、泵体、 传动轴和前后泵盖等主要零件组成。外啮合齿轮泵属于液压系统的动力元件，符 合动力元件工作原理的一般规律。第一、有密闭的工作容积。外啮合齿轮泵的工 作容积由两个相互啮合的齿轮的齿槽、泵体及两端的端盖组成。 第二、有周期 性的容积变化。外啮合齿轮泵周期性的容积变化存在于两个相互啮合齿轮的啮合
3、区域，齿轮的啮合线将密闭的容积分为吸油腔和压油腔。两个相互啮合的齿轮进 入啮合，密闭的容积减小，进行压油；两个相互啮合的齿轮脱开啮合，密闭的容 积增大进行吸油。(a)图3.8齿轮泵困油现象原理图挤压空穴2、困油现象形成原因及危害1 为了使齿轮平稳的啮合运转，吸、压油腔应严格地密封以及连续均匀地供油， 根据齿轮的啮合原理要使啮合齿轮平稳地运转必须使齿轮的重合度大于1（- 般取 = 1.05 1.3），即在齿轮泵工作时总有两对轮齿同时啮合，因此，就有一部 分油液困在两对轮齿所形成的封闭容腔之内，此封闭腔与吸、压油腔互不相通， 如图3.8所示。这个封闭容积先随齿轮转动逐渐减小（由图3.8a到图3.8
4、b），以 后又逐渐增大（由图3.8b到图3.8c）。封闭容积的减少会使被困油液受挤压而产 生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等机件也受到附加的不平衡负载 作用；封闭容积的增大又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生 空穴，这就是齿轮泵的困油现象。其封闭容积的变化如图3.9 所示。困油现象使 齿轮泵产生强烈的噪声并引起振动和气蚀，降低泵的容积效率，影响工作平稳性， 缩短使用寿命。oJ图3.9齿轮泵困油密封容积变化曲线3困油现象解决措施 31 卸荷槽法及其不足(1)卸荷槽法1消除困油的方法通常是在两端盖板上开一对矩形卸荷槽，如上图3.8d中的 虚线所示，开卸荷槽的原则是：当封闭容
5、积减小时，使卸荷槽与压油腔相通以便 将封闭容积的油液排到压油腔；当封闭容积增大时，使卸荷槽与吸油腔相通，这 时吸油腔的油补入，避免产生真空，这样使困油现象得以消除，在开卸荷槽时， 必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使齿轮泵 的容积效率降低；若卸荷槽间距过大则困油现象不能彻底消除，所以当两齿轮为 无变位的标准啮合时，两卸荷槽之间的距离应为：a = tcosa 二nmcosa*cosa式中：a齿轮压力角；t标准齿轮的基圆齿距。 (2)解析卸荷槽法的不足2利用卸荷槽结构, 只是减弱或降低它的有害影响 , 不可能从根本上 得到消 除。分析其原因:两卸荷槽之间的距离d。该距离
6、太大,起不到减弱或降低困 油危害的作用 ;该距离太小 , 困油区将高、 低压串通 , 破坏了液压泵的工作条 件。由齿轮啮合过程可知 :在排油腔刚刚进入啮合的啮合线至两齿轮中心线之间 的距离 c 为最大 , 随着齿轮的转动 , 该距离逐渐减小。所以要想将困油区受挤 压的油液经排油腔排出 , 就必须使排油腔的卸荷槽与齿轮中心线之间的距离 y 小于c而大于a,即:a y vc。而在相对应的吸油腔,另一对轮齿的啮合线至 两齿轮中心线之间的距离 b 为最小 , 随着齿轮的转动 , 该距离逐渐增大直至 轮齿脱开啮合点。所以要想使困油区出现真空的油液经吸油腔得到 补充 , 就必须使吸油腔的卸荷槽与两齿轮中心
7、线之间的距离 x 小于 m 而大于 b, 即 :bx m 。土动主动(C)(d)在齿轮转动过程中 , 分析 a y c、 b x m 可 知 :闭死容积 y - a、 x - b 内的油液既不能经排油腔 排出 , 也不能经吸油腔得到补充。这就是利用吸、 排 油腔卸荷槽结构消除困油现象的不足之处 , 它只能减 弱或降低困油危害 , 并不可能从根本上得到消除 32 改变齿形法3 (1)采用非对称齿形采用一种双模数非对称的渐开线齿形，使轮齿工作面的模数小，非工作面的 模数大。采用这种特殊结构就相当于在齿顶圆直径不变的情况下，增大了齿轮的 齿数，实验证明，有效流量增加了 10%,脉动率下降了 40%,
8、噪声下降了十几 个分贝。(2)采用圆弧齿形 圆弧齿形的齿轮具有齿数少、体积小、无根切、无脉动、噪声小和传动平稳 等优点。由于这种齿形在工作的时候,具有连续啮合的特点,因此它能够保证连 续而均匀的供油和传动的平稳性。但是在实际工作中,必须在整个齿宽方向错开 l4 周节的整数倍，通常取半个齿距，即在结构上采用螺旋齿轮，这时由于不 同截面上的瞬时流量可以相互补偿，从而达到消除流量脉动的目的。实验证明， 采用这种齿形，其噪声可降低13 分贝左右，而且其他性能也很优越。33 采用斜齿轮或人字齿轮4困油现象易产生于直齿圆柱外啮合齿轮泵中，当采用斜齿轮或人字齿轮时， 由于齿轮的啮合过程不像直齿圆柱齿轮那样突
9、然地作线性接触和突然地作线性 脱开，而是逐渐的进入啮合和逐渐的退出啮合，因此在通常情况下不会产生困油 现象。4 结束语根据外啮合齿轮泵的工作原理，针对其困油现象，结合形成原因，我们可以 采用卸荷槽法、改变齿形法以及采用斜齿轮或人字齿轮方法来有效的降低齿轮泵 困油现象的发生，实现减小噪声和改善流量均匀性的目的，提高齿轮泵的使用寿 命。参考文献：1姜继海、宋锦春、高常识， 液压与气压传动，第二版，北京：高等教育 出版社，2009.2牛兰芹 , .消除齿轮泵困油现象的新措施 J . 液压与气动, 2006 (6):56- 58.3 .王懋瑶，夜压传动与控制M，第一版.北京：机械工业出版社，1986 .4 高文捷、高尚、李吉中、吴伟伟斜齿齿轮泵困油机理与解除困油 的方法J 机械工程与自动化，2010，
外啮合齿轮泵困油现象及解决方法
