2.1.1　齒輪泵的工作原理

(1)?外嚙合齒輪泵

如圖2?1所示為采用一對(duì)漸開線齒輪的外嚙合齒輪泵的工作原理圖,幾何參數(shù)相同的主動(dòng)輪3和從動(dòng)輪7被封閉在殼體1和側(cè)蓋板等構(gòu)成的密封空間中嚙合。殼體1、側(cè)蓋板和齒輪的各個(gè)齒槽組成了許多密封工作腔4。齒輪的齒頂和殼體內(nèi)孔表面間及齒輪端面和側(cè)蓋板之間的間隙很小,而且嚙合齒的接觸面接觸緊密,起密封作用,并把吸油、壓油區(qū)隔開(起配油作用)。

當(dāng)原動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī))通過(guò)傳動(dòng)軸2帶動(dòng)主動(dòng)輪3和從動(dòng)輪7按圖2?1所示方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),在吸油腔5由于輪齒脫離嚙合使齒間容積變大,出現(xiàn)真空而從油箱6吸油;吸入的油液由旋轉(zhuǎn)的齒槽攜帶至壓油腔8;在壓油腔由于齒間容積減小而將油液壓至系統(tǒng)。泵軸旋轉(zhuǎn)一周,每個(gè)工作腔完成吸油、壓油各一次。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),便可實(shí)現(xiàn)連續(xù)地、周期性地壓油。

齒輪泵的排量可看作兩個(gè)齒輪的齒槽容積之和。設(shè)輪齒容積等于輪齒體積,則當(dāng)齒數(shù)為z,齒輪分度圓直徑為D,模數(shù)為m,節(jié)圓直徑為d(其值等于mz),有效齒高為h(其值等于2m),齒寬為b時(shí),齒輪泵的排量為

V=πDdb=2πzm2b(2?1)

齒輪泵的流量為

q=Vnη_V=2πzm2bnη_V(2?2)

式中　n——齒輪泵的轉(zhuǎn)速;

　　η_V——齒輪泵的容積效率。

實(shí)際上齒間的容積要比輪齒的體積稍大一些,所以齒輪泵的流量應(yīng)比按式(2?2)計(jì)算的值大一些,引進(jìn)修正系數(shù)K(K=1.05~1.15),因此齒輪泵的流量公式為

q=2πKzm2bnη_V(2?3)

低壓齒輪泵推薦2πK=6.66,則

q=6.66zm2bnη_V(2?4)

高壓齒輪泵推薦2πK=7,則

q=7zm2bnη_V(2?5)

在泵的體積一定時(shí),齒數(shù)少模數(shù)就大,故輸油量增加,但流量脈動(dòng)大;齒數(shù)增加時(shí)模數(shù)就小,輸油量減小,流量脈動(dòng)也小。一般齒輪泵的齒數(shù)z=6~14,在機(jī)床液壓傳動(dòng)中,為了減小泵的排油壓力脈動(dòng)和噪聲,通常取z=13~19。

由于齒輪嚙合過(guò)程中排油腔的容積變化率是不均勻的,因此齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的,故式(2?2)和式(2?3)所表示的是泵的平均輸油量。設(shè)q_max、q_min分別表示最大、最小瞬時(shí)流量,則其流量脈動(dòng)率σ可用下式表示

(2?6)

齒數(shù)越少,脈動(dòng)率σ就越大,其值最高達(dá)20%以上。流量脈動(dòng)引起壓力脈動(dòng),隨之產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲,所以高精度機(jī)械不宜采用齒輪泵。

(2)內(nèi)嚙合齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵主要有漸開線齒輪泵和擺線轉(zhuǎn)子泵兩種類型。

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵的工作原理如圖2?2(a)所示。相互嚙合的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間有月牙形隔板,月牙板將吸油腔與排油腔隔開。當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí),外轉(zhuǎn)子以相同方向旋轉(zhuǎn),圖中左半部輪齒脫開嚙合,齒間容積逐漸增大,從端蓋上的吸油窗口A吸油;右半部輪齒進(jìn)入嚙合,齒間容積逐漸減小,將油液從排油窗口B排出。

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比,具有流量脈動(dòng)率小(僅是外嚙合齒輪泵的1/20~1/10)、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪聲低、效率高以及沒(méi)有困油現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是齒形復(fù)雜,需專門的高精度加工設(shè)備。內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵結(jié)構(gòu)上也有單泵和雙聯(lián)泵,工程上應(yīng)用也較多。

擺線轉(zhuǎn)子泵是以擺線成形、外轉(zhuǎn)子比內(nèi)轉(zhuǎn)子多一個(gè)齒的內(nèi)嚙合齒輪泵。如圖2?2(b)所示是擺線轉(zhuǎn)子泵的工作原理。在工作時(shí),所有內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒都進(jìn)入嚙合狀態(tài),相鄰兩齒的嚙合線與泵體和前后端蓋形成密封容腔。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子存在偏心,分別以各自的軸心旋轉(zhuǎn),內(nèi)轉(zhuǎn)子為主動(dòng)軸,當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子圍繞軸心做如圖2?2(b)所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子繞外轉(zhuǎn)子軸心做同向旋轉(zhuǎn)。左側(cè)油腔密封容積不斷增加,通過(guò)端蓋上的吸油窗口A吸油;右側(cè)密封容積不斷減小,從排油窗口B排油。內(nèi)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂和外轉(zhuǎn)子齒谷所構(gòu)成的每個(gè)密封容腔完成吸、排油各一次。

內(nèi)嚙合擺線轉(zhuǎn)子泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、零件數(shù)少、轉(zhuǎn)速高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低等。缺點(diǎn)是嚙合處間隙泄漏大、容積效率低、轉(zhuǎn)子的制造工藝復(fù)雜等。內(nèi)嚙合齒輪泵可正、反轉(zhuǎn),也可作液壓馬達(dá)用。