齿轮泵的结构原理

1．齿轮泵的工作原理

齿轮泵的优点是体积小、质量轻、结构简单、制造方便、价格低、工作可靠、自吸性能较好、对油液污染不敏感和维护方便。齿轮泵是一种常用泵，但流量和压力脉动较大，噪声大，排量不可调节。

齿轮泵可分为外啮合泵和内啮合泵两种，常用外啮合齿轮泵。

齿轮的两端面靠泵盖密封，泵体、前后泵盖和齿轮的各个齿间槽这三者形成左右两个密封工作腔。

如图3－6所示，齿轮的轮齿从右侧退出啮合，露出齿间，使该腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液被吸进右腔（吸油腔），将齿间槽充满。随着齿轮的旋转，每个齿轮的齿间隙把油液从右腔带到左腔（压油腔），轮齿在左侧进入啮合，齿间隙被对方轮齿填塞，该压油腔容积减少，油压升高，压力油便源源不断地从压油腔输送到压力管路中去，这就是齿轮泵的工作原理。

图3－6 齿轮泵工作原理图

1、2—缷荷槽

这里啮合点处的齿面接触线一直起着分隔高、低压腔的作用，因此，在齿轮泵中不需要设置专门的配流机构。

2．齿轮泵的结构

齿轮泵由一对相同的齿轮、长短传动轴、轴承、前后盖板和泵体组成。

图3－7所示为CB－B型齿轮泵的结构简图。CB－B型齿轮泵是常用的泵体与前、后泵盖分开的三片式结构。泵体3中装有一对直径和齿数等几何参数完全相同并互相啮合的齿轮，主动齿轮4用键7固定在传动轴6上，从动齿轮8由主动齿轮4带动旋转，主动轴和从动轴均由滚针轴承2支承，而滚针轴承分别装在前、后泵盖5和1中。前、后泵盖由两定位销定位，并和泵体3一起用6个螺钉紧固。

图3－7 CB－B型齿轮泵的结构图

1、5—后、前泵盖；2—滚针轴承；3—泵体；4—主动齿轮；6—传动轴；7—键；8—从动齿轮

为使齿轮转动灵活，齿宽比泵体的尺寸稍薄，因此存在轴向间隙。为了防止轴向间隙泄漏的油液漏到泵体外，除了在主动轴的伸出端装有密封圈外，还在泵体的前、后端面上开有卸荷沟槽，使泄露油经卸荷沟槽流回吸油口，以减轻泵体与泵盖接合面之间的泄漏油压力，减轻螺钉承受的拉力。

1）径向不平衡力

齿轮泵压油腔压力高，吸油腔压力低，齿槽内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压，齿轮受不平衡力作用，并传递到轴上，径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承和泵的寿命。因此，必须对齿轮泵的径向不平衡力采取相应措施。

（1）通过在盖板上开设缷荷槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用力，如图3－6中1、2所示。

（2）为了减小径向不平衡力的影响，通常采取减小压油口的办法。

（3）减少齿轮的齿数，这样，减小了齿顶圆直径，承压面积也减小。

（4）适当增大径向间隙，但同时也会增加径向泄漏。

2）齿轮泵的泄漏及补偿措施

齿轮泵存在三个容易产生泄漏的部位：一是齿轮两端面和泵盖间的轴向间隙泄漏，也称端面泄漏；二是齿顶和壳体内孔间的径向泄漏；三是齿轮啮合处的啮合泄漏。其中轴向间隙泄漏量最大，占总泄漏量的75％～80％，所以齿轮泵压力低。泄漏量过大，容积效率就降低；泄漏量过小，机械摩擦力就大，机械效率就降低，所以间隙必须合适，轴向间隙一般为0．01～0．04mm。工作一段时间后，轴向间隙又会增大，必须采取措施。

为提高齿轮泵的寿命和压力，可利用静压平衡原理使轴向间隙自动补偿。在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的压力稍大于正面的压力，其压差由一层很薄的油膜承受。浮动轴套或浮动侧板始终自动贴紧齿轮端面，减小齿轮泵内通过端面的泄漏，达到提高压力的目的。

3）卸荷槽及困油现象

（1）产生原因 齿轮泵要正常的工作，齿轮啮合重叠系数必须大于1（ε＝1．05～1．10），在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的密闭容积，此密闭容积随齿轮转动其大小发生变化，Ⅰ由大变小，Ⅱ由小变大，这就是困油现象，如图3－8所示。

图3－8 齿轮泵的困油现象

（2）困油现象的危害 密闭容积由大变小时油液受挤压，使密闭容积中的压力急剧升高，使轴承受到很大的附加载荷，同时产生功率损失及液体发热等不良现象；密闭容积由小变大时，溶解于液体中的空气便析出产生气泡，产生气蚀现象，引起振动和噪声，影响使用寿命，所以困油现象必须消除。

（3）消除措施 在齿轮泵的前、后泵盖上或浮动轴套上开卸荷槽，使密闭容积为最小，密闭容积由大变小时与压油腔相通，密闭容积由小变大时与吸油腔相通，并保证在任何时候都不使吸油腔与压油腔相互串通。如图3－9所示，两卸荷槽间距离为

a＝πmcos2α

图3－9 齿轮泵的卸荷槽

式中，α为齿轮压力角。

3．齿轮泵的输油量计算

齿轮泵的输出排量是泵每转所排出的液体体积，可看作两个齿轮的齿槽容积之和，相当于外径等于齿顶圆直径D、厚度等于齿间的有效深度h、内径等于D－2×2ha，宽度等于齿宽B所构成的圆环柱体积，

设标准渐开线齿轮齿间的有效深度h＝2ha＝2m，齿数为z，齿宽为B，模数为m，齿顶圆直径D＝m（z＋2），ha＝m，代入式（3－8），则

V＝2πz m2B 　（3－9）

实际上齿间槽容积比轮齿的体积要稍大些，所以通常取2π＝6．66，则有

V＝6．66z m2B 　（3－10）

所以泵的实际输出流量为

qt＝Vnηv＝6．66zm2B nηv 　（3－11）

z、m、B、n、ηv分别为齿数、模数、齿宽、转速、容积效率。

模数增大，齿数减少可以增大泵的排量，所以齿轮泵齿数较少，高压泵有6～14个齿，为避免根切需修正轮齿。但齿数越少，齿槽越深会增加齿轮泵的流量脉动和噪声。

4．内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵相比较，优点是体积小、流量脉动小、噪声小；缺点是加工困难，使用受到限制。内啮合齿轮泵有摆线齿轮泵和渐开线齿轮泵两种。摆线齿轮泵又称为转子泵，两齿轮相差一个齿。

图3－10所示为内啮合渐开线齿轮泵原理图，相互啮合的小齿轮和内齿轮4与侧板所围成的密闭容积被啮合线及月牙形隔板分割成两部分，当转子轴带动内齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。

图3－10 内啮合齿轮泵的原理图

1—泵体；2—前盖；3—转子轴；4—内齿轮