齿轮泵属于容积式泵,它是利用回转部件在泵壳中的回转,造成工作空间的容积变化,从而达到吸排液体的目的。这款泵有结构简单紧凑、体积小、成本低、寿命长、抗污染能力强等优点。但是齿轮泵又因为工作时噪声大、流量不均匀而在使用中带来不便。所以,如何减小噪声和改善流量均匀性是齿轮泵设计中面临的重要的问题。通过研究得知,噪声的产生和流量的均匀性差与齿轮泵的困油现象有着较大关系。因此,如何防止齿轮泵的困油现象的产生有着重要的实际意义。下面文章通过分析困油现象产生的原因,从而得出解决问题的较好方法。

齿轮泵的齿形一般都采用渐开线,为齿轮转动的连续和平稳,同时避免吸、排腔相互旁通,其重迭系数E需大于1,即在一对啮合的轮齿尚未脱离啮合时,后一对轮齿已进入啮合,因而就会出现二对以上的轮齿同时啮合的情况,这样就在两啮合线与泵端盖间形成一个封闭空间(称为困油容积),使一部分油液困在其中 。随着齿轮的转动,困油容积逐渐减小,直至两对轮齿的啮合点转至对称于节点位置时,困油容积达到小,。在这一过程中,残留在困油容积中的油液被挤压,压力急剧上升(可达排出压力的10倍以上),使齿轮、轴和轴承受到很大的径向力,此时油液将从零件密封面的缝隙中被强行挤出,造成油液发热而加快变质。此过程称为困油压缩过程。

其后,随着齿轮继续转动,困油容积又逐渐增大,直至一对轮齿脱开啮合为止。在这一过程中,因困油容积中不能及时充入油液而使其内压力急剧下降,溶于油中的气体析出而产生气泡,这些气泡被带到吸入腔,不但妨碍油液充人齿间,而且随压力升高又会消失。结果导致容积效率的降低,产生振动和噪声。这一过程称为因油膨胀过程。

可见,困油现象就是困油容积的变化造成其内压力急剧升降的现象。泵发生因油时,不仅使轮齿和轴承负荷增加而降低泵的使用寿命,油温升高而加快油的变质,而且会导致泵的排量减小,产生振动和噪声,使泵的工作不平稳。

困油现象的解决措施根据困油现象产生的原因,只要能在不使吸、排腔旁通的提下,设法在困油容积变小时使之与排出腔沟通,增大时与吸入腔沟通,上述因困油而产生的弊端即可消除。具体的方法有多种,现介绍如下:

 

1·卸压槽法

 

 这种方法是我国泵类设计所推荐的方法,也是常用的一种卸压方法。在油泵的两端盖内侧,沿两齿轮节圆公切线方向,相应于吸排腔位置各挖两个凹槽,称为卸压槽。

 

2·卸压孔法

 

 卸压孔结构如图4所示。在从动齿轮的每一个齿顶和齿根均径向钻孔,从动轴上切出两条月牙形沟槽,从动齿轮滑套在从动轴上。当困油压缩时,困油容积中的高压油可通过从动齿轮齿顶或齿根的相应钻孔和从动轴上的沟槽引向排出腔;而困油膨胀时,吸入腔的油液则可通过相应钻孔和沟槽引入困油容积,从而消除了困油现象。圆孔中心所处的位置应使圆孔能和从动齿廓的啮合点相切,故其中心应在啮合线上。

 

3·修正齿形法

 

此法为在从动齿轮上加工成当a0=50b角的卸压面(即削瘦齿面),如图5所示。这样,构成困油容积的两啮合线中的后一啮合线就为主动齿轮的齿廓和修正的从动齿轮齿廓的斜面间的很小间隙所代替,使困油容积与排出空间相通,达到卸压的目的。

 

4·采用斜齿轮或人字齿轮

 

困油现象只产生于正齿轮泵中,当采用斜齿轮或人字齿轮时,齿轮的啮合过程不象正齿轮那样突然作线性接触和突然作线性脱开,而是作点性的逐渐啮合和逐渐退出,因此不会产生困油现象。

 

对于齿轮泵的困油现象,结合其产生的机理,我们可以采用卸压槽法、卸压孔法、修正齿形法以及采用斜齿轮或人字齿轮的方法来解决,终实现减小噪声和改善流量均匀性。