2.1.2　齒輪泵常見問題及解決措施

2.1.2.1　困油

(1)困油現象

齒輪泵的困油是由齒輪設計時的重疊系數引起的,如圖2?3(a)所示,假設齒輪在實際嚙合中的嚙合線長度為l,齒距為t₀,則齒輪嚙合時的重疊系數ε=l/t₀。該重疊系數具有這樣的物理意義:當ε=1時,前一對輪齒脫離嚙合的瞬間,后一對輪齒即可進入嚙合,即開始嚙合與脫離嚙合是同時進行的。為了使齒輪傳動平穩、減小沖擊,或避免產生油液泄漏,設計齒輪傳動機構時,通常使ε>1(一般取ε=1.05~1.3)。即當前一對輪齒脫離嚙合之前,后一對輪齒即進入嚙合。但兩對輪齒同時嚙合時,在兩個嚙合點A、B之間形成了一個充滿油液且與吸、壓油腔均不相通的閉死容積。在齒輪轉動由圖2?3(a)至圖2?3(b)的過程中,這個閉死容積逐漸減小,由于油液不能外流而產生很大壓力。困油壓力遠遠大于泵的工作壓力,使泵的零件受到沖擊,產生振動和噪聲,并且有一部分高壓油液通過各種縫隙被強行擠出。

從圖2?3(b)的位置向圖2?3(c)位置轉動時,閉死容積又開始由小變大,由于無處吸油而使壓力降低,容易形成真空,使油液中的氣體逸出引起汽蝕,或形成負壓力沖擊,同樣也會產生振動和噪聲。

這種閉死容積在過渡中經歷“容積在封死狀態下變化”的過程,其內壓力會急劇增高或降低的現象稱為困油。

(2)消除措施

齒輪泵的困油危害很大,為了消除困油現象,通常在兩端蓋上開設一對卸荷槽,如圖2?3(c)所示。這樣,當閉死容積減小時,使其通過右側卸荷槽與壓油腔相通,以便排出一部分油液;當閉死容積增大時,使其與吸油腔連通,可吸入一部分低壓油以補充增大空間。

開設卸荷槽的原則是保證吸、壓油腔任何時候都不能通過卸荷槽連通,否則將降低齒輪泵的容積效率。另外,兩卸荷槽之間的距離也不能太大,以防消除困油不徹底。通常使b=0.8m,卸荷槽寬c>2.5m,深度h≥0.8m(m為齒輪模數)。

2.1.2.2　泄漏

外嚙合齒輪泵的內泄漏主要有三個途徑:端面泄漏、徑向泄漏及嚙合線泄漏。

(1)?端面泄漏

端面泄漏是指齒輪端面與泵端蓋內表面之間的泄漏,占總泄漏量的75%以上。由于旋轉的齒輪端面與泵端蓋內表面之間必然存在一定間隙,因此,間隙量稍有增加,就會導致齒輪泵的容積效率顯著下降。一般中、小型齒輪泵的內端面間隙控制在0.02~0.05mm之間。此外,還可采用浮動軸套、彈性側板等端面間隙補償措施來減小和消除端面泄漏。

(2)?徑向泄漏

徑向泄漏是指齒輪齒頂圓與泵體內腔表面之間的泄漏,約占總泄漏量的15%。為了保證齒輪傳動過程中不產生“刮膛”現象,同時考慮制造誤差,一般中、小型齒輪泵的徑向間隙可達0.1mm。盡管徑向泄漏通道較長,但這種泄漏對齒輪泵的容積效率影響不大。有時可采用在壓油腔側增設補償側板的方法,利用高壓油的作用使補償側板浮動在輪齒頂部,阻止低壓油進入高壓油腔。

(3)?嚙合線泄漏

因有齒向誤差,齒輪的全部寬度不可能都實現嚙合,由此產生的泄漏稱為嚙合線泄漏,其泄漏量在總泄漏量中所占的比例不足5%。另外,隨著齒輪泵工作壓力提高,嚙合點處接觸更加緊密,通過嚙合線處的泄漏量很小,因此,與上述兩種泄漏相比,嚙合線泄漏經常被忽略。

2.1.2.3　徑向力

齒輪泵中主、從動齒輪受力如圖2?4所示。由于高、低壓油腔油液壓力不同,油液壓力由低壓p_d逐漸向高壓p_g過渡,在壓油腔一側齒輪受到較大的油液壓力,其圓周液壓力的合力為F_p。兩個大小相等方向相反的嚙合力的作用方向與嚙合線重合,將作用在嚙合點處的嚙合力F_T分別簡化到主、從動齒輪中心O₁和O₂點上,并將簡化后的徑向力合成后可以看到,主動齒輪受力F₁小于從動齒輪受力F₂。因此,一般情況下從動齒輪磨損較快。實際設計時,通常取F₁=0.75ΔpBD_e,而F₂=0.85ΔpBD_e,其中,Δp為泵進出口壓差,B、D_e分別為齒寬和齒頂圓直徑。

齒輪徑向力不平衡不僅僅使齒輪磨損不均,還使軸承、齒輪軸等產生變形,降低齒輪泵的使用壽命。為了減輕和消除徑向力不平衡現象,通常采用減小壓油口直徑、減小高壓油對齒輪徑向的不均衡作用的方法。有時,在泵端蓋上原吸油腔對面開設兩個平衡槽分別與吸、壓油腔相通,以平衡徑向不平衡力。但這種做法增大了泄漏量,使容積效率降低,僅適用于低壓齒輪泵。

2.1.2.4　齒輪泵常見故障及其原因

(1)?泵不出油

首先,檢查齒輪泵的旋轉方向是否正確;其次,檢查齒輪泵進油口端的過濾器是否堵塞。

(2)?油封被沖出

① 齒輪泵軸承受軸向力;

② 齒輪泵承受過大的徑向力。

(3)?建立不起壓力或壓力不夠

多與液壓油的清潔度有關,如油液選用不正確或油液的清潔度達不到標準要求,均會加速泵內部的磨損,導致內泄。

應選用含有添加劑的礦物液壓油,防止油液氧化和產生氣泡。過濾精度為:輸入油路小于60μm,回油路為10~25μm。

(4)?流量達不到標準

① 進油濾芯太臟,吸油不足。

② 泵的安裝高度高于泵的自吸高度。

③ 齒輪泵的吸油管過細造成吸油阻力大。一般最大的吸油流速為0.5~1.5m/s。

④ 吸油口接頭漏氣造成泵吸油不足。通過觀察油箱里是否有氣泡即可判斷系統是否漏氣。

(5)齒輪泵炸裂

鋁合金材料齒輪泵的耐壓能力為38~45MPa,在其無制造缺陷的前提下,齒輪泵炸裂肯定是受到了瞬間高壓所致。

① 出油管道有異物堵住,造成壓力無限上升。

② 安全閥壓力調整過高,或者安全閥的啟閉特性差,反應滯后,使齒輪泵得不到保護。

③ 系統如使用多路換向閥控制方向,有的多路閥可能為負開口,這樣將導致因死點升壓而憋壞齒輪泵。

(6)?發熱

① 系統超載,主要表現為壓力或轉速過高。

② 油液清潔度差,內部磨損加劇,使容積效率下降,油從內部間隙泄漏、節流而產生熱量。

③ 出油管過細,出油流速過高,一般出油流速為3~8m/s。

(7)?噪聲嚴重及壓力波動

① 過濾器污物阻塞,不能起濾油作用;或油位不足,吸油位置太高,吸油管露出油面。

② 泵體與泵蓋的兩側沒有上紙墊產生硬物沖撞,泵體與泵蓋不垂直密封,旋轉時吸入空氣。

③ 泵的主動軸與電動機聯軸器不同心,有扭曲摩擦;或泵齒輪嚙合精度不夠。