齿轮油泵的物理原理

时间:2020-06-25

  齿轮油泵的物理原理_理学_高等教育_教育专区。大学物理关于齿轮油泵的原理 大物期末论文

  齿轮油泵的物理应用 作者: —— 齿轮油泵的简介 齿轮油泵 是通过一对参数和结构相同的渐开 线齿轮的相互滚动啮合,将油箱内的低 压油升至能做功的高压油的重要部件。 是把发动机的机械能转换成液压能的动 力装置。 齿轮泵的结构 ——它的最基本形式就是两个尺寸 相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相 互啮合旋转,这个壳体的内部类似“8” 字形,两个齿轮装在里面,齿轮的外径 及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机 的物料在吸入口进入两个齿轮中间,并 充满这一空间,随着齿的旋转沿壳体运 动,最后在两齿啮合时排出。 油泵内部齿轮 结构简化图 按上图内部结构所示 ? 在术语上讲,齿轮泵也叫正排量装置, 即像一个缸筒内的活塞,当一个齿进入 另一个齿的流体空间时,液体就被机械 性地挤排出来。 ? 因为液体KCB齿轮泵是不可压缩的,所以 液体和齿就不能在同一时间占据同一空 间,这样,液体就被排除了。 ? 由于齿的不断啮合,这一现象就连续在 发生,因而也就在泵的出口提供了一个 连续排除量,泵每转一转,排出的量是 一样的。 ? 随着驱动轴的不间断地旋转,泵也就不 间断地排出流体。 齿轮泵的分类 液压齿轮泵主要包括: 高压定量齿轮泵 高压双联齿轮泵 润滑泵 化工泵 双向齿轮马达 齿轮泵附调压阀 齿轮泵附升降阀 齿轮泵的典型结构 内啮合齿轮泵 齿轮油泵工作的原理 ? 齿轮泵是用两个齿轮互啮转动来工作, 对介质要求不高。一般的压力在6MPa以 下,流量较大。 ? 齿轮油泵在泵体中装有一对回转齿轮, 一个主动,一个被动,依靠两齿轮的相 互啮合,把泵内的整个工作腔分两个独 立的部分。A为吸入腔,B为排出腔。 ? 齿轮油泵在运转时主动齿轮带动被动齿 轮旋转,当齿轮从啮合到脱开时在吸入 侧(A)就形成局部真空,液体被吸入。 ? 被吸入的液体充满齿轮的各个齿谷而带 到排出侧(B),齿轮进入啮合时液体被 挤出,形成高压液体并经泵排出口排出 泵外。 1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销 ? 它是分离三片式结构,三片是指泵盖4, 8和泵体7,泵体7内装有一对齿数相同、 宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮6, 这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔, 并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分 为两部分,即吸油腔和压油腔。 ? 两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承 的主动轴12和从动轴15上,主动轴由电 动机带动旋转。 ? 当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时, 齿轮泵右侧(吸油腔)齿轮脱开啮合, 齿轮的轮齿退出齿间,使密封容积增大, 形成局部真空,油箱中的油液在外界大 气压的作用下,经吸油管路、吸油腔进 入齿间。 ? 随着齿轮的旋转,吸入齿间的油液被带 到另一侧,进入压油腔。这时轮齿进入 啮合,使密封容积逐渐减小,齿轮间部 分的油液被挤出,形成了齿轮泵的压油 过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔 ? 当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断 旋转时,轮齿脱开啮合的一侧,由于密 封容积变大则不断从油箱中吸油,轮齿 进入啮合的一侧,由于密封容积减小则 不断地排油 ? 这就是齿轮油泵的工作原理 制作工艺上的尺寸及要求 ? 泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位, 用6只螺钉固紧如图。 ? 为了保证齿轮能灵活地转动,同时又要 保证泄露最小,在齿轮端面和泵盖之间 应有适当间隙(轴向间隙),对小流量 泵轴向间隙为0.025~0.04mm,大流量泵 为0.04~0.06mm。 ? 齿顶和泵体内表面间的间隙(径向间 隙),由于密封带长,同时齿顶线速度 形成的剪切流动又和油液泄露方向相反, 故对泄露的影响较小,这里要考虑的问 题是:当齿轮受到不平衡的径向力后, 应避免齿顶和泵体内壁相碰,所以径向 间隙就可稍大,一般取0.13~0.16mm。 ? 为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到 泵外,并减小压紧螺钉的拉力,在泵体 两侧的端面上开有油封卸荷槽16,使渗 入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。 ? 在泵盖和从动轴上的小孔,其作用将泄 露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油 腔去,防止油液外溢,同时也润滑了滚 针轴承。 齿轮泵的流量的计算 ? 齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷 容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的 体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的 齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当 于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面 所扫过的环形体积,即: 式中:D为齿轮分度圆直径,D=mz(cm);h为有效齿高 ,h=2m(cm);B为齿轮宽(cm);m为齿轮模数(cm);z为齿数。 ? 实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大, 故上式中的π常以3.33代替,则式(3-10)可 写成: 齿轮泵的流量q(1/min)为: 式中:n为齿轮泵转速(rpm);ηv为齿轮泵的 容积效率。 从上面公式可以看出流量和几个主要参数 的关系为: (1)输油量与齿轮模数m的平方成正比。 (2)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,输油量减少,流量脉动也 小。用于机床上的低压齿轮泵,取z=13~ 19,而中高压齿轮泵,取z=6~14,齿数z< 14时,要进行修正。 ? (3)输油量和齿宽B、转速n成正比。一般 齿宽B=(6~10)m;转速n为750r/min: 1000 r/min、1500r/min,转速过高,会 造成吸油不足,转速过低,泵也不能正常 工作。一般齿轮的最大圆周速度不应大 于5~6m/s。 提高齿轮泵理论流量途径 由上式可知: 提高齿轮泵理论流量的途径—— 增加齿轮的直径、齿宽、转速和减少 齿数 与此同时,在提高流量后同时会带来一些 问题 – n过高会使轮齿转过吸入腔的时间过短 – n和直径增加使齿轮的圆周速度增加,离心力加大 ? 增加吸入困难,齿根处P降低,可能析出气体,导致Q减小, 造成振动和产生噪声,甚至使泵无法工作。 ? 故最大圆周速度应根据所输油的粘度而予以限制, – 最大圆周速度不超过5~6m/s, – 最高转速一般在3000r/min左右。 – 加大齿宽会使径向力增大,齿面接触线加长,不易 保持良好的密封。 – 减少齿数虽可使齿间V加大而Q增加,但会使Q的不 均匀度加重。 影响齿轮泵ηv的主要因素 密封间隙 (内漏) – – – – – 齿轮端面和盖板间的轴向间隙 齿顶和泵体内侧的径向间隙 轮齿的啮合线 这些漏泄量约占总漏泄量的70%~80%, 漏泄量的大小是与间隙值的立方成正比,故 密封间隙特别是轴向间隙对泵的ηv影响甚大。 排出压力 吸入压力 – 漏泄量与间隙两端的压差成正比。 – 内漏较多,在排P升高时,Q的下降要比往 复泵大 吸入真空度增加时,气体析出量增加, ηv亦将降低 油液的温度和粘度 (viscosity) – 油液的T越高,? 越低,漏泄量就越大 – 但油T过低则? 太大,又会使吸入条件变差, 吸入真空度变大,析出气体增多,也会使ηv 下降。 转速 – 漏泄量与n关系不大 – n低Qt就小,会使ηv降低 ? 当n200~300 r/min, ηv将降到不能容 许的地步 – n过高又会造成吸入困难,也使ηv降低。 外齿轮泵的ηv =0.7~0.9,用间隙自动补 偿装置时, ηv可达0.8~0.96。 齿轮泵的特点 1.有一定的自吸能力 – 能形成一定程度的真空,泵可装得比滑油液 面高。 – 排送气体时密封性差,故自吸能力不如往复 泵 – 应注意: ? 齿轮泵摩擦部位较多 ? 间隙较小 ? 线速度较高 ? 起动前齿轮表面必须有油,不允许干转。 2.Qt是由工作部件的尺寸和n决定的,与 Pd无关。 3.额定Pd与工作部件尺寸、n无关 –Pd取决于泵的密封性能和轴承承载能力 –为防泵过载,一般应设安全阀。 4.流量连续,有脉动 – 外啮合齿轮泵σQ在11%~27%范围内,噪声 较大 ? Z越少, σQ越大 – 内齿轮泵σQ较小,约为1%一3%,噪声也较 小。 5.结构简单,价格低廉 – – – – – 工作部件作回转运动 无泵阀 允许采用较高n,通常可与电动机直联 与同样Q的往复泵相比,尺寸、重量小 易损件少,耐撞击.工作可靠 6.磨擦面较多 – 用于排送不含固体颗粒并具有润滑性的油类。 齿轮泵管理要点 1. 注意泵的转向和连接 – 反转会使吸排方向相反 – 泵和电机保持良好对中,最好用挠性连接 (flexibility) 2. 齿轮泵虽有自吸能力 – 起动前泵内要存有油液(否则严重摩损) – 吸油高度一般不大于0.5m。 3. 机械轴封属于较精密的部件 – 拆装时要防止损伤密封元件 – 安装时应在轴上涂滑油,按正确次序装入, 用手推动环时应有浮动性。 – 上紧轴封盖时要均匀,机械轴封一定要防止 干摩擦。 4. 不宜超额定P工作 – 会使原动机过载,加大轴承负荷,使工作部 件变形,磨损和漏泄增加,严重时造成卡阻。 5. 要防止吸口真空度大于允许吸上真空度 – 否则不能正常吸入 – 当吸入P过低时,会产生“气穴现象” ? 油在低压区析出许多气泡,Q降低 ? 当气泡到高压区时,空气重新溶入油中, 形成局部真空,四周的高压油液就会以高 速流过来填补 ? 产生液压冲击,并伴随剧烈的噪声 6. 保持合适的油温和粘度 – 运动粘度以25~33 mm2/s为宜 – 粘度太小则漏泄增加,还容易产生气穴现象 – 粘度过大同样也会使ηv降低和吸入不正常。 7. 要防止吸入空气 – 会使流量减少,而且产生噪声。 8. 端面间隙对齿轮泵的自吸能力和ηv影响 甚大 – 可用压软铅丝的方法测出 9. 高压齿轮泵敏感度大 – 吸油口可用150目网式滤器 – 液压系统泵要求滤油精度≤30—40μm – 回油管路滤油器精度最好≤20μm 齿轮泵常见故障分析 (1)不能排油或流量不足 – 不能建立足够大的吸入真空度的原因: ? 泵内间隙过大,新泵及拆修过的齿轮表面 未浇油,难自吸; ? 泵n过低、反转或卡阻 ? 吸入管漏气或吸口露出液面。 – 吸入真空度较大而不能正常吸入的原因: ? 吸高太大(一般应不超过500mm); ? 油温太低,粘度太大; ? 吸入管路阻塞,如吸入滤器脏堵或容量太小,吸 入阀未开等 ? 油温过高。 – 排出方面的问题: ? 排出管漏泄或旁通,安全阀或弹簧太松; ? 排出阀未开或排出管滤器堵塞,安全阀顶开 (2)工作噪声太大 – 噪声根据产生的原因不同,可分两类: ? 液体噪声,是由于漏入空气或产生气穴现 象而引起 ? 机械噪声,对中不良、轴承损坏或松动、 安全阀跳动、齿轮啮合不良、泵轴弯曲或 其它机械摩擦等。 (3)磨损太快 – – – – 油液含磨料性杂质; 长期空转; Pd过高,泵轴变形严重; 中心线不正 感谢您的关注!