外啮合齿轮泵 (2)

浅谈外啮合齿轮泵的困油现象， 相信大家对这个东西肯定不陌生，有些甲友绝对更了解这个东西，那我今天如果有讲的不到位的地方也请别见怪，还望大家慷慨指出。看过我帖子的甲友们都会知道一点，液压泵一般分为齿轮式、柱塞式和叶片式三大类，热心的甲友可以到这里看看今天我讲到的这款泵，在挖掘机上基本是淘汰了，淘汰的原因有很多，而今天我要讲的困油现象也是其中的原因之一。但是目前应用依然十分广泛，比如汽车的升斗泵，它的主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。下面是这款泵的立体剖视图。工作原理的话我相信大家都明白，有不明白的可以参照我上面提到的那篇帖子及结合下图进行了解，今天在这里就不多讲了。泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件构成。齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于1，即总会出现两对齿轮同时啮合，并且有一部分油液被困在两对齿轮所形成的的封闭空腔之间。可能图片有点小，不好意思啊！我没找到大点的图片，就借助上图开始讲解吧！上图从a到c的过程中，这个封闭空腔的容积开始随着齿轮的转动逐渐减小，然后从c到e，又逐渐开始加大。封闭空腔的减小会使被困油液受挤压而产生很高的压力，从缝隙挤出，油液发热，并使机件如轴承等受到额外的负载，而封闭空腔容积的增大优惠造成局部真空，使油液中溶解的气体分离，产生空穴现象，这些都将使泵产生强烈的噪音，这就是齿轮泵的困油现象。困油现象的危害也很明显，会使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和汽蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽，如上图中的虚线方框，当封闭容积减小时，通过右边的卸菏槽与压油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔通，两卸荷糟的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，径向不平衡力很大时，能使泵轴弯曲，导致齿顶压向定子的低压端，使定子偏磨，同时也加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时，适当增大径向间隙，使齿顶不与定子内表面产生金属接触，并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。并且，外啮合齿轮泵内高压腔内的液压油，还会泄露到低压腔中去，比如通过齿轮啮合的缝隙、通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙、通过齿轮两侧面和侧端盖板的端面间隙。正是由于这个原因，普通齿轮泵的效率比较低，还很难提高齿轮泵的输出压力。那么如何来解决这个问题呢？毋庸置疑的是要减少泄露。下面给大家介绍三种减少泄露的方法。1.浮动轴套式 如图a,它利用泵的出口压力油，引入齿轮轴上的浮动轴套1的外侧A腔，在液体压力作用下，使轴套紧贴齿轮3的侧面，因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵起动时，靠弹簧4来产生预紧力，保证了轴向间隙的密封。2.浮动侧板式 如图b，其工作原理与浮动轴套式基本相似，它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板1的背面，使之紧贴于齿轮2的端面来补偿间隙。起动时，浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。3.挠性侧板式 如图c ，是挠性侧板式间隙补偿装置，它是利用泵的出口压力油引到侧板的背面后，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的。齿轮油泵产生径向不平衡力的原因及减小办法由齿轮油泵的工作原理可知，油液是从吸入腔吸入到齿槽，后沿着泵体内侧壁被带到排出腔排出的，由于吸入腔压力最低，一般低于大气压力，而排出腔压力最高。沿泵体内壁作用在齿顶外周的压力是变化的，是从吸入腔到排出腔是逐步升高，这一区域又称压力过渡区。此压力对齿轮产生径向力，作用在齿顶外周的径向力分布状况如图7所示。它的合力F1和F2径向作用在齿顶外周，并传递到齿轮轴上，使齿轮轴向吸入腔方向产生弯曲变形，同时轴承也受到单向的径向力，使其磨损不均匀。齿轮油泵的排出压力越高，齿轮齿顶圆直径D2及齿宽B越大，这种不平衡的径向力也就越大，它直接影响到齿轮和轴承的寿命。为了减小作用在齿轮上因油液压力引起的径向不平衡力，可采用以下的几种方法。1、合理地选好齿轮油泵外形尺寸2、在压力过渡区开压力平衡槽如图8所示，在泵的端盖或泵体上开有压力平衡槽a和b，并有孔道分别和吸入腔A及排出腔B相沟通。这样就可以使径向力达到近似相互平衡.但这种结构的压力平衡槽a和b使高压腔与低压腔相靠近，要引起泵内部泄露增加，使泵的容积效率有所降低。3、减小齿轮油泵的排出角某些CB型齿轮油泵，为了使容积效率不降低，又能减小径向不平衡力，是采取减小排出口角度，这角度越小越好，使最高压力的油液仅作用到一、二个齿的范围。为了避免因此使排出口的截面积过小，排油流速过高，而把排出口的轴向宽度增加，使排出口呈椭圆形截面。4、将高压油作用的范围扩大实践证明，齿轮油泵在工作过程中，由于受到径向力的作用，齿轮轴产生变形，齿顶和泵体的侧面的径向间隙是不均匀的（尤其是中、高压齿轮油泵），在吸入腔附近间隙最小。因此在压力过渡区内，压力在径向间隙中不是沿圆周直线下降的，在靠近排出腔，因径向间隙最大，压力下降慢，在接近吸入腔的1-2个齿处，间隙最小，压力急剧下降，这说明密封作用主要靠这1-2个齿。因此，有些高压齿轮油泵，就把吸入腔侧的1-2个齿的齿顶和泵体之间的径向间隙做得很小，而将其余齿的径向间隙加大。这样在很大的径向间隙内，压力都近似排出压力，因此径向力大部分得到平衡，减小了不平衡的的径向力。如国产的CB-N和CB-型齿轮油泵就是采用这样结构来减小径向力的。此外还有其它减小不平衡的径向力的方法，将在高压齿轮油泵的具体结构中加以说明。单螺杆泵的工作理论单螺杆泵的转子，通常用钢材制造，多数是空心结构，单头螺纹，截面是一半径为R的圆形截面，并以此为母线，一面以e为偏心距绕自身轴线等速回转，一面以T为导程作匀速轴向移动，所得的轨迹就是单头螺纹的螺杆外形，如图47a所示。显然螺杆螺纹的最高点（峰点）与螺杆螺纹槽的最低点（谷点）的距离为2e。被称为定子的衬套，它是固定在泵体内不动的，其内表横截面是由两个半径为R的半圆及其两连线围城的截面，两半圆的中心距为4e。以此截面为母线，绕其中心作均速回转，并以T为导程作均速轴向移动，所得的轨迹就是衬套的内表面，如图47b所示。按衬套和螺杆啮合的关系，衬套是双头螺纹，导程T等于2倍衬套的齿距t，且衬套和螺杆螺纹的旋转方向是相同的。衬套实质上是起到从动螺杆的作用，螺杆与衬套的螺纹头数的关系，所以它实质是一种内啮合密封式双螺杆泵。  由于螺杆和衬套螺纹互相啮合，把泵腔分隔成若干个密封腔室，每个腔室的轴向长度等于导程T。当泵工作时螺杆（转子）一方面自转，另方面以偏心距e绕衬套（定子）中心线公转，各密封腔室沿轴向自吸入端向排出端移动，吸排液体，转子每回转一周，就把密封腔室推进一个导程T。  单螺杆泵在工作时，螺杆的轴中心线自衬套中心线以上最高的位置，转动到衬套中心线以下最低的位置，即螺杆回转了半周（180度），各密封腔室变化的情形。在0度位置（螺杆中心线在衬套中心线上的最高位置），螺杆的上表面和衬套上表面啮合，转动180度以后，螺杆下表面和衬套下表面啮合，密封腔室（有阴影线条的部分）从右端向左端推移了T/2距离。例如在0度时有阴影线密封腔室最大的截面是中间5号截面，转子转动180度以后，最大截面移到了1号截面，向左推移了T/2的距离。  由于单螺杆泵工作时，螺杆是自转和公转的复合运动，因此螺杆就要通过万向联轴节及连接杆使它和驱动轴连接，而使单螺杆泵的轴向尺寸增加。