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如何有效解决齿轮泵的困油问题

2022-04-06 16:15:27

  

  齿轮泵是一种动力元件,它是依靠密封容积的变化进行工作的容积式液压泵,齿轮泵具有结构简单紧凑、体积小、成本低、寿命长、抗污染能力强以及自吸性能好等优点,所以在低压系统中有着广泛的应用,但是齿轮泵又具有工作时噪声大、流量压力有脉动以及排量不可调等缺点,所以使用不是很方便,使其用途受到影响。所以,如何减小噪声和改善流量均匀性是齿轮泵设计中面临的重要的问题。齿轮泵的困油现象是噪声的产生和流量的均匀性差的主要原因。所以解决齿轮泵的困油现象是很重要的。

  一 齿轮泵的基本结构和原理

  齿轮泵的工作原理所示。泵体内有一对等模数、等齿数、等宽度的齿轮,当吸、压油口用油管与油箱和系统接通后,齿轮各齿间槽和泵体以及齿轮前后端面贴合的前后端盖)间形成了密封工作腔,同时,啮合线又把密封腔分隔成为两个互不相通的吸油腔和压油腔。当齿轮按图示方向旋转时,左侧密封腔中啮合的轮齿逐渐脱开啮合,齿与齿分离时让出的齿间槽使密封容积增大,形成局部真空,在油箱大气压的作用下从油箱吸入液压油,并被旋转的齿轮带到右侧。在右侧密封腔,一对对轮齿逐渐进入啮合,使密封容积减小,油液从齿间槽被挤出,输入系统而完成压油过程。齿轮不停的旋转,吸、压油腔就会不断地吸油和压油。

  二 困油现象

  齿轮泵要能连续的吸、压油,其齿轮啮合的重叠系数ε大于1(一般在1.05~1.3之间),即当前一对轮齿尚未退出啮合时,后一对轮齿已经进入了啮合,这样在两对轮齿啮合的瞬间,两啮合处之间形成了一个封闭的容积。随着齿轮泵的旋转,封闭容积逐渐减小,至两啮合点A、B处于节点两侧对称位置时,封闭容积从变到小在这个变化过程中,其中的油液受到挤压,压力急剧升高(可达排出压力的10倍以上),使轴承受到高强度周期性冲击,容易造成轴弯曲,轴承过早损坏。而这时高压油从缝隙中挤压出去,同时还会引起油液发热,电机的功率损失等问题。齿轮泵继续旋转,封闭容积又从小逐渐变大,至前一对轮齿脱开啮合时,封闭容积由小变到大在这个过程中会造成局部真空,使油液中溶解的气体分离,或是油液本身汽化,产生气穴现象,这就是困油现象。困油现象严重地影响齿轮泵的工作平稳性和使用寿命。

  三 困油现象的解决方法

  1.困油荷槽法。

  这种方法是我国泵类设计所推荐的方法,也是常用的一种方法。在齿轮泵的两端盖内侧,沿两齿轮节圆公切线方向,相应于吸排腔位置各挖两个凹槽,称为卸荷槽。如图3的虚线所示。开设困油卸荷槽的原理是:当封闭容积减小时,通过卸荷槽使其与压油腔相通,以排出容积减小时受挤压的压力油,防止压力急剧上升产生的冲击和振动;封闭容积增大时,通过卸荷槽使其与吸油腔相通,以补偿容积增大产生的局部真空,防止产生噪声和气蚀等现象。但任何时候两槽之间的距离应保证吸、压油腔互不相通,否则齿轮泵便不能正常工作。困油卸荷槽有对称开的,也有偏向吸油腔开的。

  2.困油荷孔法。

  困油荷孔结构如图4所示。在从动齿轮的每一个齿顶和齿根均径向钻孔,从动轴上切出两条月牙形沟槽,从动齿轮滑套在从动轴上。当困油压缩时,困油容积中的高压油可通过从动齿轮齿顶或齿根的相应钻孔和从动轴上的沟槽引向排出腔;而困油膨胀时,吸入腔的油液则可通过相应钻孔和沟槽引入困油容积,从而消除了困油现象。圆孔中心所处的位置应使圆孔能和从动齿廓的啮合点相切,故其中心应在啮合线上。

  3.修正齿形法。

  修正齿形法是把从动齿轮上加工出一个卸荷面。这样,构成困油容积的两啮合线中的后一啮合线就为主动齿轮的齿廓和修正的从动齿轮齿廓的斜面间的很小间隙所代替,使困油容积与排出空间相通,达到卸压的目的。

  4.采用斜齿轮或人字齿轮。

  困油现象只产生于正齿轮泵中,当采用斜齿轮或人字齿轮时,齿轮的啮合过程不象正齿轮那样突然作线性接触和突然作线性脱开,而是作点性的逐渐啮合和逐渐退出,因此不会产生困油现象。采用上述两齿形的泵,具有排量均匀,运转较平稳和噪声小的优点。但采用斜齿轮,会产生轴向推力,需加设止推轴承;人字齿轮虽然不产生轴向推力,但加工困难、造价高。为此,大排量的齿轮泵常采用两组斜齿轮组成的人字齿轮。


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