、外啮合齿轮泵(gear- on-gear pump) 1、外啮合齿轮泵的结构及工作原理 外啮合齿轮泵的工作原理和结构如图所示。泵主要由主、从动齿轮,驱动轴,泵体及侧板等主 要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿轮2和3与两端盖及泵体一起构成密封工作容积,齿轮 的啮合点将左、右两腔隔开,形成了吸、压油腔,当齿轮按图示方向旋转时,右侧吸油腔内的轮齿 脱离啮合,密封工作腔容积不断增大,形成部分真空,油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入 吸油腔,并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合,使密封工作腔容 积减小,油液受到挤压被排往系统,这就是齿轮泵的吸油和压油过程。在齿轮泵的啮合过程中,相 巨啮合的轮齿、端盖及泵体(壳体)(啮合点沿啮合线),把吸油区和压油区分开。 压油 吸油 外啮合齿轮泵的工作原理 1-泵体2主动齿轮3-从动齿轮 o?了
一、外啮合齿轮泵(gear-on-gear pump) 1、外啮合齿轮泵的结构及工作原理 外啮合齿轮泵的工作原理和结构如图所示。泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主 要零件构成。泵体内相互啮合的主、从动齿轮 2 和 3 与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮 的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿 脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，油液在大气压力作用下从油箱经吸油管进入 吸油腔，并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容 积减小，油液受到挤压被排往系统，这就是齿轮泵的吸油和压油过程。在齿轮泵的啮合过程中，相 巨啮合的轮齿、端盖及泵体(壳体)（啮合点沿啮合线），把吸油区和压油区分开。 外啮合齿轮泵的工作原理 1-泵体;2.主动齿轮;3-从动齿轮
CB-B型齿轮泵 2、齿轮泵的流量和脉动率 外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和,若假设齿谷容积等于轮齿体 积,则当齿轮齿数为z,模数为m,节圆直经为d,有效齿高为h,齿宽为b时,根据齿轮参数计 算公式有d=mE,h=2m,齿轮泵的排量近似为 V=dhb=2rm'b 实际上,齿谷容积比轮齿体积稍大一些,并且齿数越少误差越大,因此在实际计算中用 3.、33~3.50来代替上式中丌值,齿数少时取大值。齿轮泵的排量为 =(666~7)m2b 由此得齿轮泵的输出流量为 nr 实际上,由于齿轮泵在工作过程中,排量是转角的周期函数,存在排量脉动,瞬时流量也是脉 动的。 当齿轮转动时,啮合点的位置将沿啮合线移动,因而压油腔的体积变化率(即泵的排油线)发 生周期性变化。 主动 外啮合齿轮泵的瞬时流量
2、齿轮泵的流量和脉动率 外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和，若假设齿谷容积等于轮齿体 积，则当齿轮齿数为 z ，模数为 m ，节圆直经为 d ，有效齿高为 h ，齿宽为 b 时，根据齿轮参数计 算公式有 d = mz ， h = 2m ，齿轮泵的排量近似为 V dhb zm b 2 = = 2 实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此,在实际计算中用 3.33~3.50 来代替上式中 值，齿数少时取大值。齿轮泵的排量为 V zm b 2 = (6.66 ~ 7) 由此得齿轮泵的输出流量为 bn v q zm 2 = (6.66 ~ 7) 实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在排量脉动，瞬时流量也是脉 动的。 当齿轮转动时，啮合点的位置将沿啮合线移动，因而压油腔的体积变化率（即泵的排油线）发 生周期性变化。 外啮合齿轮泵的瞬时流量
qh=aB(R -R 式中B-齿轮宽度;R…的齿顶圆半径;R-节圆半径 f∫-齿轮啮合点到啮合节点的距离 随着齿轮的转动,其啮合点不断变化,因而啮合点与节点之间的距离也发生变化。从上式 可以看到,值的变化会造成齿轮泵的瞬时流量值的变化,这就是泵的流量脉动。显然齿轮的齿数越 多,脉动越小。下面给出不同齿数时齿轮泵流量不均匀系数。 68101214162 6×10034726.321217815313410.7 流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性,引起压力脉动,使管路系统产生振动和噪声。如果 脉动频率与系统的固有频率一致,还将引起共振,加剧振动和噪声。若用qmx、qmn来表示最大、 最小瞬时流量,q0表示平均流量,则流量脉动率为 qmux -qr 40 它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中,齿轮泵的流量脉动最大,并且齿 数愈少,脉动率愈大,这是外啮合齿轮泵的一个弱点。相应的内啮合齿轮泵比外内啮合齿轮泵的流 量脉动率要小得多。 0.3m 0.15 UI! 外叫合i 内叫合=0.2 10203450 流量脉动率与齿数的关系 齿轮泵的结构特点 如图所示,齿轮泵因受其自身结构的影响,在结构性能上其有以下特征
( ) 2 2 2 q B R R f vsh= e − − 式中 B ---齿轮宽度； Re ---的齿顶圆半径； R ---节圆半径； f ---齿轮啮合点到啮合节点的距离。 随着齿轮的转动，其啮合点不断变化，因而啮合点与节点之间的距离也发生变化。从上式 可以看到，值的变化会造成齿轮泵的瞬时流量值的变化，这就是泵的流量脉动。显然齿轮的齿数越 多，脉动越小。下面给出不同齿数时齿轮泵流量不均匀系数。 z 6 8 10 12 14 16 20 q 100 34.7 26.3 21.2 17.8 15.3 13.4 10.7 流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声。如果 脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起共振，加剧振动和噪声。若用 max q 、 min q 来表示最大、 最小瞬时流量， 0 q 表示平均流量，则流量脉动率为 0 max min q q − q = 它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿 数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。相应的内啮合齿轮泵比外内啮合齿轮泵的流 量脉动率要小得多。 3、齿轮泵的结构特点 如图所示，齿轮泵因受其自身结构的影响，在结构性能上其有以下特征
齿轮泵的结构图 1-壳体2主动齿轮3-从动齿轮4-前端盖5-后端盖6-浮动轴套,7-压力盖 (1)、困油的现象 齿轮泵要平稳地工作,齿轮啮合时的重叠系数必须大于1,即至少有一对以上的轮齿同时啮合 (有时可有两对齿轮同时啮合),因此,在工作过程中,就有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形 成的封闭油腔之内,如图所示,这个密封容积的大小随齿轮转动而变化。图a)到(b),密封容积逐渐 减小:图(b)到(c),密封容积逐渐增大;图(c)到(d)密封容积又会减小,如此产生了密封容积周 期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压,密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通, 油液将从缝隙中被挤岀,导致油液发热,轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用:若密封容积增大 时,无油液的补充,又会造成局部真空,使溶于油液中的气体分离出来,产生气穴,这就是齿轮泵 的困油现象。( 困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声,并引起振动和汽蚀,同时降低泵的容积效率,影响工作的 平稳性和使用寿命。消除困油的方法,通常是在两端盖板上开卸槽,见图(d)中的虚线方框。当 封闭容积减小时,通过右边的卸菏槽与压油腔相通,而封闭容积增大时,通过左边的卸荷槽与吸油 腔通,两卸荷糟的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通 主动 齿轮泵的困油现象及消除措施 (2)、径向不平衡力
齿轮泵的结构图 1-壳体;2.主动齿轮;3-从动齿轮;4-前端盖;5-后端盖;6-浮动轴套;7-压力盖 (1)、困油的现象 齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于 1，即至少有一对以上的轮齿同时啮合 （有时可有两对齿轮同时啮合），因此，在工作过程中，就有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形 成的封闭油腔之内，如图所示，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化。图(a)到(b)，密封容积逐渐 减小；图(b)到(c)，密封容积逐渐增大；图（c）到（d）密封容积又会减小，如此产生了密封容积周 期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通， 油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大 时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵 的困油现象。（ 困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和汽蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的 平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽，见图（d）中的虚线方框。当 封闭容积减小时，通过右边的卸菏槽与压油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油 腔通，两卸荷糟的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。 齿轮泵的困油现象及消除措施 (2)、径向不平衡力
在齿轮泵中,油液作用在轮外缘的压力是不均匀的,从低压腔到高压腔,压力沿齿轮旋转的方 向逐齿递增,因此,齿轮和轴受到径向不平衡力的作用,工作压力越高,径向不平衡力越大,径向 不平衡力很大时,能使泵轴弯曲,导致齿顶压向定子的低压端,使定子偏磨,同时也加速轴承的磨 损,降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响,常采取缩小压油口的办法,使压油腔的压 力仅作用在一个齿到两个齿的范围内,同时,适当增大径向间隙,使齿顶不与定子内表面产生金属 接触,并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。 (3)、齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿 在液压泵中,运动件间的密封是靠微小间隙密封的,这些微小间隙从运动学上形成摩擦副,同 时,高压腔的油液通过间隙向低压腔的泄漏是不可避免的:齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经 泄漏到吸油腔去:一是通过齿轮啮合线处的间隙——齿侧间隙,二是通过泵体定子环内孔和齿顶间 的径向间隙——齿顶间隙,三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙。在这三类间隙中, 端面间隙的泄漏量最大,一般占总泄漏量的75%~80%,压力越高,由间隙泄漏的液压油就愈多 因此,为了提高齿轮泵的压力和容积效率,实现齿轮泵的高压化,需要从结构上来取措施,对端面 间隙进行自动补偿 通常采用的自动补偿端面间隙装置有:浮动轴套式和弹性侧板式两种,其原理都是引入压力油 使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上,压力愈高,间隙愈小,可自动补偿端面磨损和减小间隙。齿轮泵 的浮动轴套是浮动安装的,轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通,当泵工作时,浮动轴套受油压的作 用而压向齿轮端面,将齿轮两侧面压紧,从而补偿了端面间隙 (4)、齿轮泵的优缺点及应用 齿轮泵的主要优点是结构简单紧凑,体积小,重量轻,工艺性好,价格便宜,自吸能力强 对油液污染不敏感,转速范围大,维护方便,工作可靠。它的缺点是径向不平衡力大,泄漏大,流 量脉动大,噪声较高,不能做变量泵使用。 低压齿轮泵已广泛应用在低压(2MPa以下)的液压系统中,如机床以及各种补油、润滑和冷却 装置等,齿轮泵在结构上采取一定措施后,可以达到较高的工作压力。中压齿轮泵主要用于机床 轧钢设备的液压系统。中高压和高压齿轮泵主要用于农林机械、工程机械、船舶机械和航空技术中, 二、内啮合齿轮泵( gear-within-gear pump) BB-B型摆线转子泵 内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种,其结构示意可见图。这两种内啮合齿轮泵工作原 理和主要特点皆同于外啮合齿轮泵。在渐开线齿形内啮合齿轮泵中,小齿轮和内齿轮之间要装一块 月牙隔板,以便把吸油腔和压油腔隔开,如图(a);摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵,在这种 泵中,小齿轮和内齿轮只相差一齿,因而不需设置隔板,如图(b)。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主 动轮,大齿轮为从动轮,在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转
在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方 向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，径向 不平衡力很大时，能使泵轴弯曲，导致齿顶压向定子的低压端，使定子偏磨，同时也加速轴承的磨 损，降低轴承使用寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔的压 力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时，适当增大径向间隙，使齿顶不与定子内表面产生金属 接触，并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承。 (3)、齿轮泵的泄漏通道及端面间隙的自动补偿 在液压泵中，运动件间的密封是靠微小间隙密封的，这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，同 时，高压腔的油液通过间隙向低压腔的泄漏是不可避免的；齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途经 泄漏到吸油腔去：一是通过齿轮啮合线处的间隙——齿侧间隙，二是通过泵体定子环内孔和齿顶间 的径向间隙——齿顶间隙，三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙——端面间隙。在这三类间隙中， 端面间隙的泄漏量最大，一般占总泄漏量的 75%～80%，压力越高，由间隙泄漏的液压油就愈多。 因此，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结构上来取措施，对端面 间隙进行自动补偿。 通常采用的自动补偿端面间隙装置有：浮动轴套式和弹性侧板式两种，其原理都是引入压力油 使轴套或侧板紧贴在齿轮端面上，压力愈高，间隙愈小，可自动补偿端面磨损和减小间隙。齿轮泵 的浮动轴套是浮动安装的，轴套外侧的空腔与泵的压油腔相通，当泵工作时，浮动轴套受油压的作 用而压向齿轮端面，将齿轮两侧面压紧，从而补偿了端面间隙。 (4)、齿轮泵的优缺点及应用 齿轮泵的主要优点是结构简单紧凑，体积小，重量轻，工艺性好，价格便宜，自吸能力强， 对油液污染不敏感，转速范围大，维护方便，工作可靠。它的缺点是径向不平衡力大，泄漏大，流 量脉动大，噪声较高，不能做变量泵使用。 低压齿轮泵已广泛应用在低压(2.5MPa 以下)的液压系统中，如机床以及各种补油、润滑和冷却 装置等，齿轮泵在结构上采取一定措施后，可以达到较高的工作压力。中压齿轮泵主要用于机床、 轧钢设备的液压系统。中高压和高压齿轮泵主要用于农林机械、工程机械、船舶机械和航空技术中。 二、内啮合齿轮泵(gear-within-gear pump) 内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意可见图。这两种内啮合齿轮泵工作原 理和主要特点皆同于外啮合齿轮泵。在渐开线齿形内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮之间要装一块 月牙隔板，以便把吸油腔和压油腔隔开，如图（a）；摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵，在这种 泵中，小齿轮和内齿轮只相差一齿，因而不需设置隔板，如图（b）。内啮合齿轮泵中的小齿轮是主 动轮，大齿轮为从动轮，在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转