北航液壓傳動課件第2講

§2-2齒輪泵和齒輪馬達齒輪泵：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性能好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應用于采礦設(shè)備，冶金設(shè)備，建筑機械，工程機械，農(nóng)林機械等各個行業(yè)。齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。2§2-2齒輪泵和齒輪馬達一、齒輪泵工作原理主要組成：齒輪1對（主、從）、殼體、端蓋、傳動軸；工作原理：[？]哪一邊是吸、排油腔？工作容積：

齒谷、殼體和端蓋圍成；職能符號：§2-2齒輪泵和齒輪馬達§2-2齒輪泵和齒輪馬達二、齒輪泵的流量計算[流/排量是泵的主要參數(shù)]（一）理論流量

假設(shè)：兩個等徑的標準齒輪、不計任何損失、、排量=兩個齒輪的齒谷容積之和=一個齒輪的環(huán)形容積（參見圖2-4）當Z=7~12時，

齒輪尺寸不同時，以主動輪為準；三個齒輪時流量提高一倍?！?-2齒輪泵和齒輪馬達[問題引出]以上是平均流量計算，實際流量有脈動，欲提高品質(zhì)--研究瞬時流量/流量脈動（二）瞬時流量及流量脈動

壓油腔容積呈周期變化流量脈動壓力脈動影響工作平穩(wěn)性[分析思路]能量守恒Q參見圖2-5（元件，北航），液體壓力對輪1的瞬時阻力矩為嚙合點C沿嚙合線運動，見圖2-6，由余弦定理得2024/1/236§2-2齒輪泵和齒輪馬達[問題引出]以上是平均流量計算，實際流量有脈動，欲提高品質(zhì)--研究瞬時流量/流量脈動（二）瞬時流量及流量脈動

壓油腔容積呈周期變化流量脈動壓力脈動影響工作平穩(wěn)性[分析思路]能量守恒Q參見圖2-5（元件，北航），液體壓力對輪1的瞬時阻力矩為嚙合點C沿嚙合線運動，見圖2-6，由余弦定理得2024/1/237§2-2齒輪泵和齒輪馬達所以有同理有驅(qū)動力矩為由能量守恒所以有是x的函數(shù)當C與K重合（x=0）時，有當C遠離K（x=L/2）時，有L是嚙合線長度，2024/1/238§2-2齒輪泵和齒輪馬達圖2-7為齒輪泵的瞬時流量圖。流量脈動率亦即所以，有限增加齒數(shù)或加大壓力角可以減少脈動率流量脈動的危害：誘發(fā)共振解決方法：改變結(jié)構(gòu)參數(shù)、改變結(jié)構(gòu)、加蓄能器2024/1/239§2-2齒輪泵和齒輪馬達三、齒輪泵的實際流量及其影響因素

（一）齒輪泵的實際流量

所以齒輪泵的實際流量

容積效率泄漏損失充填損失

齒輪泵的容積效率一般為：0.7～0.95

2024/1/2310§2-2齒輪泵和齒輪馬達（二）影響流量因素的分析

（上述各項均為影響因素）1.泄漏損失和充填損失泄漏損失充填損失徑向間隙---路徑長、阻力大、有逆向運動

端面間隙---路徑短而寬大（75%~80%）吸油不足---轉(zhuǎn)速高、吸油壓力低氣穴

無效容積---齒谷中未排除的容積、氣體所占體積2.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速上限受到許用齒頂圓切向速度的限制，與液體黏度有關(guān)參見表2-12024/1/2311§2-2齒輪泵和齒輪馬達3.齒數(shù)

Z↗

↗由知d↗(m不變時）尺寸重量↗而以代入實際流量公式，則有

Z↘

↗（d不變）m↗(d不變）強度↗Z過小有根切，需修正；若變位齒頂變尖2024/1/2312§2-2齒輪泵和齒輪馬達4.模數(shù)因為正比于m的平方、d正比于m，所以增大m是整體有利的

b↗

↗（d不變）徑向力↗軸承載荷↗綜合考慮各因素，合理選擇參數(shù)5.齒寬加工精度增加↗（以保證線密封）2024/1/2313§2-2齒輪泵和齒輪馬達四、輪泵中的一些現(xiàn)象（一）閉死現(xiàn)象重疊(嚙合)系數(shù)>1

封閉容積、封閉容積體積變化閉死（困油）現(xiàn)象。解決方法：開卸荷槽2024/1/2314§2-2齒輪泵和齒輪馬達卸荷槽原則：1）高低壓腔不串通2）封閉容積或與高腔相通，或與低壓腔相同槽間距與油液閉死容積最小位置適應相關(guān)尺寸見圖2-10及21頁的計算公式；卸荷槽特點：結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、適合齒數(shù)較少、側(cè)隙較大的情況對于無側(cè)隙或小側(cè)隙困油區(qū)分隔成兩個，且在閉死總?cè)莘e開始減小的初期壓油腔側(cè)的小困油區(qū)還在減小應延長其在高壓腔的時間卸荷槽向吸油腔側(cè)偏移可多排一部分壓力油、另一側(cè)可能出現(xiàn)真空，但不嚴重。2024/1/2315§2-2齒輪泵和齒輪馬達（二）氣穴現(xiàn)象壓力↓（至空氣分離壓）氣液分離氣泡；壓力↓↓（飽和蒸汽壓）汽化沸騰大量氣泡（氣穴）；氣穴帶入高壓區(qū)氣泡急劇破滅縮小體積壓力/溫度沖擊表面剝蝕損壞（氣蝕）在飛機液壓系統(tǒng)中，判定氣穴產(chǎn)生的標志是空氣分離壓為確保不產(chǎn)生氣穴，最低吸油壓力為=空氣分離壓+速度引起的真空度+吸管內(nèi)局部損失+安全儲備壓力2024/1/2316§2-2齒輪泵和齒輪馬達[引出]：壓力增加泄漏增加效率下降不平衡徑向力增加軸承易損

結(jié)構(gòu)上想辦法防止氣穴/氣蝕的措施（↗）1）↗（負吸油高度、增壓油箱、輔助增壓泵）；2）↘（增大吸油管徑、避免吸油管急轉(zhuǎn)彎）；3）避免空氣的直接進入（良好的密封）；4）齒面采用高強度材料、提高表面光潔度。2024/1/2317五、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點

（一）

提高容積效率的措施1.軸向間隙自動補償

浮動襯套（浮動側(cè)板、彈性側(cè)板）（1）原理

動密封條件：總壓緊力>平均反推力而，總壓緊力=液壓壓緊力+彈性壓緊力

注意：壓緊力不應大于反推力太多（[pv]值的限制）；作用線重合（否則傾斜、偏磨、漏損增加）[？]啟泵前怎樣建立壓緊力2024/1/2318五、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點

（2）軸向間隙補償裝置的幾種結(jié)構(gòu)1）8字形浮動軸套

特點：結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、力作用線不重合2024/1/2319五、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點

2）偏心8字形浮動軸套

特點：力作用線重合、加工工藝較復雜2024/1/2320五、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點

3）偏心油壓活塞浮動軸套

特點：力作用線重合、工藝性較好[？]啟泵前怎樣建立壓緊力2024/1/2321五、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點

4）彈性側(cè)板（撓性側(cè)板）式軸向間隙補償裝置

原理：壓力油使側(cè)板彈性變形，補償軸向間隙

特點：密封結(jié)構(gòu)復雜、變形不均勻磨損不均勻（已不再使用）2.減小徑向力的結(jié)構(gòu)措施償

（1）徑向力

1）斜坡-臺階狀分布；2）壓油腔側(cè)>吸油腔側(cè)；3）可近似為直線關(guān)系。2024/1/23221）是油壓力矩反作用結(jié)果，垂直于嚙合面；

2）主動輪方向向上，從動輪方向向下。（2）嚙合力（3）合成徑向力液壓力嚙合力特點：主動輪受力<從動輪受力（？為什么？）

經(jīng)驗公式

K=0.75(主動輪）/0.85（從動輪）所以，一般設(shè)計時僅考慮從動輪

[引出]壓力提高徑向力更大軸承壽命下降-考慮減小徑向力1）合理選擇齒寬和齒頂圓直徑

高壓時：小齒寬、大直徑；低壓時：大齒寬、小直徑。2）減小壓油口直徑使壓油腔的壓力僅作用在一個齒到兩個齒的范圍內(nèi)，減小高壓作用面積;3）擴大壓油腔（沿齒頂周向）僅保留1至2個齒封油，可部分平衡徑向力（壓差的80%在接近吸油腔處）減小徑向力偏載的措施：特點：

結(jié)構(gòu)簡單（擴大低壓區(qū)還需另加補償結(jié)構(gòu)）；過渡區(qū)小反推力穩(wěn)定端面間隙穩(wěn)定；可“掃膛”加工徑向間隙可大大下降減少泄漏。4）采用滾針軸承或滑動軸承；5）開減載槽即將齒槽中的高壓區(qū)引向低壓吸油口，齒槽的低壓區(qū)引向高壓的排油口；⑴．采取減小徑向力的結(jié)構(gòu)措施⑵．在開困油卸荷槽的同時，還應盡可能減小重疊系數(shù)ε，以減小沖擊載荷。⑶．對軸承進行充分的潤滑和冷卻。⑷．采用高精度高值的滾針軸承或提高滑動軸承材料的性能。提高軸承壽命的措施外嚙合齒輪泵的設(shè)計要點1．

確定齒輪各參數(shù)；2．

選定工作液；3．

確定齒輪泵的轉(zhuǎn)速；4．

校核排量q是否符合設(shè)計參數(shù)提出的要求；5．

動力參數(shù)計算；6.結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應考慮以下幾個內(nèi)容：⑴．減輕徑向力的結(jié)構(gòu)措施；⑵．采用三塊板式結(jié)構(gòu)（前蓋板、泵體和后蓋板）還是采用兩塊式結(jié)構(gòu)；⑶．齒輪做成一個整體，還是做成分離式通過鍵連接；⑷．采用滾針軸承還是滑動軸承。⑸．采用什么形式的補償裝置。⑹．確定腔體尺寸。⑺．軸承負荷、傳動軸、主動軸的計算。⑻．齒輪強度校核。⑼．軸承設(shè)計計算。⑽．泵體強度計算及連接螺栓釘?shù)挠嬎恪?/p>

按結(jié)構(gòu)分：漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵、轉(zhuǎn)子齒輪泵（一）漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵

特點：1）結(jié)構(gòu)緊湊、吸油性能好；2）流量均勻性好；3）結(jié)構(gòu)復雜。加工工藝性差。

2.2.5內(nèi)嚙合齒輪泵二轉(zhuǎn)子泵內(nèi)轉(zhuǎn)子1為齒輪，有6個齒。外轉(zhuǎn)子2為內(nèi)齒輪，有7個齒。內(nèi)外轉(zhuǎn)子的偏心距為e。當內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時外轉(zhuǎn)子同時旋轉(zhuǎn)，內(nèi)外轉(zhuǎn)子能自動形成幾個獨立的密封容積，擺線泵按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右半部分的封閉容積增大，形成局部真空,并通過配油窗口B從油箱吸油(b圖)。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖c位置時,封閉容積為最大。在圖d，油從A輸出。轉(zhuǎn)子泵（擺線式）

特點：齒數(shù)少、結(jié)構(gòu)更緊湊簡單；內(nèi)外速差小、配油窗口大、吸油充分；離心力有助于吸油，適應高速；齒面磨損小、運動平穩(wěn)、噪音??；高壓低速時效率低。圖中為內(nèi)嚙合齒輪泵實物結(jié)構(gòu)2024/1/2334八、齒輪馬達特點：簡單、脈動大、低速時效率低?:

齒輪馬達無動力輸出軸時有何用處？練習泵的額定流量為100L/min，額定壓力為2.5MPa，當轉(zhuǎn)速為1450r/min時，機械效率為ηm=0.9。由實驗測得，當泵出口壓力為零時，流量為106L/min，壓力為2.5MPa時，流量為100.7L/min，求：1、泵的容積效率；2、如泵的轉(zhuǎn)速下降到500r/min，在額定壓力下工作時，估算泵的流量為多少？3、上述兩種轉(zhuǎn)速下泵的驅(qū)動功率。解：1、出口壓力為零時的流量為理論流量，即106L/min，所以泵的容積效率ηv=100.7/106=0.95。2、轉(zhuǎn)速為500r/min時，泵的理論流量為