2.1.1　齿轮泵的工作原理

(1) 外啮合齿轮泵

如图2⁃1所示为采用一对渐开线齿轮的外啮合齿轮泵的工作原理图,几何参数相同的主动轮3和从动轮7被封闭在壳体1和侧盖板等构成的密封空间中啮合。壳体1、侧盖板和齿轮的各个齿槽组成了许多密封工作腔4。齿轮的齿顶和壳体内孔表面间及齿轮端面和侧盖板之间的间隙很小,而且啮合齿的接触面接触紧密,起密封作用,并把吸油、压油区隔开(起配油作用)。

当原动机(电动机或内燃机)通过传动轴2带动主动轮3和从动轮7按图2⁃1所示方向运转时,在吸油腔5由于轮齿脱离啮合使齿间容积变大,出现真空而从油箱6吸油;吸入的油液由旋转的齿槽携带至压油腔8;在压油腔由于齿间容积减小而将油液压至系统。泵轴旋转一周,每个工作腔完成吸油、压油各一次。原动机带动齿轮连续运转时,便可实现连续地、周期性地压油。

齿轮泵的排量可看作两个齿轮的齿槽容积之和。设轮齿容积等于轮齿体积,则当齿数为z,齿轮分度圆直径为D,模数为m,节圆直径为d(其值等于mz),有效齿高为h(其值等于2m),齿宽为b时,齿轮泵的排量为

V=πDdb=2πzm2b(2⁃1)

齿轮泵的流量为

q=Vnη_V=2πzm2bnη_V(2⁃2)

式中　n——齿轮泵的转速;

　　η_V——齿轮泵的容积效率。

实际上齿间的容积要比轮齿的体积稍大一些,所以齿轮泵的流量应比按式(2⁃2)计算的值大一些,引进修正系数K(K=1.05~1.15),因此齿轮泵的流量公式为

q=2πKzm2bnη_V(2⁃3)

低压齿轮泵推荐2πK=6.66,则

q=6.66zm2bnη_V(2⁃4)

高压齿轮泵推荐2πK=7,则

q=7zm2bnη_V(2⁃5)

在泵的体积一定时,齿数少模数就大,故输油量增加,但流量脉动大;齿数增加时模数就小,输油量减小,流量脉动也小。一般齿轮泵的齿数z=6~14,在机床液压传动中,为了减小泵的排油压力脉动和噪声,通常取z=13~19。

由于齿轮啮合过程中排油腔的容积变化率是不均匀的,因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的,故式(2⁃2)和式(2⁃3)所表示的是泵的平均输油量。设q_max、q_min分别表示最大、最小瞬时流量,则其流量脉动率σ可用下式表示

(2⁃6)

齿数越少,脉动率σ就越大,其值最高达20%以上。流量脉动引起压力脉动,随之产生振动与噪声,所以高精度机械不宜采用齿轮泵。

(2)内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵主要有渐开线齿轮泵和摆线转子泵两种类型。

内啮合渐开线齿轮泵的工作原理如图2⁃2(a)所示。相互啮合的内转子和外转子之间有月牙形隔板,月牙板将吸油腔与排油腔隔开。当传动轴带动内转子按图示方向旋转时,外转子以相同方向旋转,图中左半部轮齿脱开啮合,齿间容积逐渐增大,从端盖上的吸油窗口A吸油;右半部轮齿进入啮合,齿间容积逐渐减小,将油液从排油窗口B排出。

内啮合渐开线齿轮泵与外啮合齿轮泵相比,具有流量脉动率小(仅是外啮合齿轮泵的1/20~1/10)、结构紧凑、重量轻、噪声低、效率高以及没有困油现象等优点。它的缺点是齿形复杂,需专门的高精度加工设备。内啮合渐开线齿轮泵结构上也有单泵和双联泵,工程上应用也较多。

摆线转子泵是以摆线成形、外转子比内转子多一个齿的内啮合齿轮泵。如图2⁃2(b)所示是摆线转子泵的工作原理。在工作时,所有内转子的齿都进入啮合状态,相邻两齿的啮合线与泵体和前后端盖形成密封容腔。内、外转子存在偏心,分别以各自的轴心旋转,内转子为主动轴,当内转子围绕轴心做如图2⁃2(b)所示方向旋转时,带动外转子绕外转子轴心做同向旋转。左侧油腔密封容积不断增加,通过端盖上的吸油窗口A吸油;右侧密封容积不断减小,从排油窗口B排油。内转子每转一周,由内转子齿顶和外转子齿谷所构成的每个密封容腔完成吸、排油各一次。

内啮合摆线转子泵的优点是结构紧凑、体积小、零件数少、转速高、运动平稳、噪声低等。缺点是啮合处间隙泄漏大、容积效率低、转子的制造工艺复杂等。内啮合齿轮泵可正、反转,也可作液压马达用。