2.2　齿轮泵

齿轮泵是一种常用的液压泵，它的主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，质量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械、农林机械等行业。

齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵，下面分别介绍。

2.2.1　外啮合齿轮泵

1.工作原理

外啮合齿轮泵的工作原理如图2.5所示，泵主要由主、从动齿轮，驱动轴，泵体及侧板等主要零件组成。泵体内存在相互啮合的主、从动齿轮2和3，齿轮两端端盖和泵体一起构成密封容积，同时齿轮的啮合点又将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，当齿轮按图2.5所示方向旋转时，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、油液受到挤压被排出系统。这就是齿轮泵的吸油和排油过程。在齿轮泵的啮合过程中，啮合点沿啮合线区分吸油区和排油区。

2.流量和脉动

外啮合齿轮泵排量的精确计算可按啮合原理来进行。近似计算时，可认为排量等于它的两个齿轮的齿谷容积之和。设齿谷容积等于轮齿体积，则当齿轮齿数为z、节圆直径为d、齿高为h、模数为m、齿宽为b时，泵的排量为

V=πdhb=2πzm2b

考虑到齿谷容积比轮齿体积稍大，所以通常取

V=（6.66～7）zm2b

齿数少时取大值，齿数多时取小值。泵的实际输出流量为

q=（6.66～7）zm2bnην

由于齿轮啮合过程中工作腔容积变化率不是常数，因此，齿轮泵的瞬时流量是脉动的。可运用流量脉动率σ来评价瞬时流量的脉动。设qmax、qmin表示最大瞬时流量和最小瞬时流量。流量脉动率可用下式表示

在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，而且齿数越少，脉动率就越大；另外，内啮合齿轮泵的脉动率要比外啮合齿轮泵小得多。

3.影响齿轮泵正常工作的因素

（1）泄漏

齿轮泵内部从高压区向低压区泄漏有三条途径：一条是通过齿轮端面与侧板之间的轴向间隙，产生轴向间隙泄漏，其泄漏占总泄漏的75～80，是目前影响齿轮泵压力提高的主要原因；另—条是通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙，产生径向间隙泄漏，其泄漏占总泄漏的15～20；还有一条是齿轮啮合处的泄漏，其泄漏很少，一般不予考虑。

在中高压齿轮泵中，为了减小轴向间隙泄漏而采用轴向间隙自动补偿装置，如图2.6所示。在齿轮与前、后侧板之间增加了一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，由它们与齿轮端面配合以构成尽可能小的间隙，该补偿件在磨损后可以随时进行更换。补偿的方法是在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面（配合面）的液压力。其差值由一层很薄的油膜承受。

（2）径向不平衡力

齿轮泵工作时，齿轮和轴承要承受径向液压力的作用。如图2.7所示，泵的左侧为吸油腔，液压力小，—般稍低于大气压力；右侧为压油腔，液压力大，通常为泵的工作压力。由于泵体内表面与齿顶外圆面间有径向间隙，故在此间隙中由压油腔到吸油腔的油压力是逐步分级降低的，这些力的合力，就是齿轮和轴承受到的不平衡的径向力。泵的工作压力越高，这个不平衡径向力就越大。其结果不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形造成齿顶和泵体内表面摩擦等。

为了解决径向力不平衡问题，可采用以下方法：

①缩小压油口，以减少高压区接触的齿数来减小不平衡的径向力。

②开径向力平衡槽，如图2.8所示。该结构可使作用在轴承上的径向力大大减小，但会使内泄漏增加，容积效率下降。

③加大齿轮轴和轴承的承载能力。

（3）困油现象

为了保证齿轮传动的平稳性，齿轮泵的齿轮重叠系数ε必须大于1（一般ε=1.05～1.10），即在前一对轮齿尚未脱离啮合之前，后一对轮齿已经进入啮合。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封容积，此密封容积随着齿轮的旋转先由大变小，后由小变大，如此使密封容积周期性的增大减小，如图2.9所示。当密封容积减小[由图2.9（a）过渡到图2.9（b）]时，受困油液受到挤压产生很高的压力从缝隙挤出，导致油液发热，并使齿轮轴承受周期性的压力冲击。在容积由小变大[由图2.9（b）过渡到图2.9（c）]时，又因无油液补充进来形成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，使齿轮泵产生强烈的噪声，这就是齿轮泵的困油现象。困油现象将严重影响泵的使用寿命，因此必须予以消除。常用的方法是在泵的前、后侧板上开卸荷槽，如图2.10所示。当密封容积增大时，通过右边的卸荷槽与吸油腔相通，当密封容积减小时，通过左边的卸荷槽与压油腔相通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、压油腔相通。

2.2.2　内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种。它们的工作原理和主要特点与外啮合齿轮泵完全相同。图2.11所示为内啮合齿轮泵的工作原理，在渐开线齿形的内啮合齿轮泵中，一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线和月牙板分隔成两部分。当传动轴带动小齿轮按图2.11所示方向旋转时，内齿轮同向旋转。图2.11中上半部轮齿脱开啮合，所在的密闭容积增大，为吸油腔；下半部轮齿进入啮合，所在的密闭容积减小，为压油腔。在摆线齿形的内啮合齿轮泵中，小齿轮和内齿轮只相差一个齿，因而不须要隔板。

内啮合齿轮泵的最大优点是：无困油现象，流量脉动较外啮合齿轮泵小，噪声低。当采用轴向和径向间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30MPa，容积效率和总效率均较高。

内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工精度要求高，需要专门的制造设备，造价较贵，随着工业技术的发展，它的应用将会越来越广泛。