齒輪泵工作的平穩(wěn)性和壽命
泵是液壓系統(tǒng)中的重要的動力源。齒輪泵以其結構簡單緊湊、體積小、成本低、壽命長、抗污染等優(yōu)點有著廣泛的應用。但隨著電氣機械動力方面的激烈競爭,齒輪泵因為流量均勻性差、噪聲大而面臨巨大的挑戰(zhàn)。所以,如何改進齒輪泵的結構以減小其噪聲和 其流量均勻性是齒輪泵設計中面臨的重要的問題。而噪聲的產生和流量的均勻性差與齒輪泵的困油現(xiàn)象有著較大關系。所以,分析如何減小齒輪泵的困油現(xiàn)象有著重要的意義。
由于液體的可壓縮性很小,當困油容積由大變小時,被密封的液體因受擠壓,壓力急劇升高,會超過齒輪泵的輸出壓力,使得被封閉的液體會從 可泄漏的縫隙中強行擠出,同時使軸和軸承受到很大的沖擊載荷,增加了功率損失,并使油液發(fā)熱、引起振動和噪聲,降低了齒輪泵工作的平穩(wěn)性和壽命。當困油容積由小變大時,可能會形成局部真空,產生氣泡,帶來氣蝕、振動、噪聲等危害。所以困油現(xiàn)象對齒輪泵工作性能、壽命和強度都是的。所以,在設計齒輪泵時應考慮到如何減小困油現(xiàn)象以提高齒輪泵的使用性能。
困油現(xiàn)象一般發(fā)生在輪齒嚙合時的接觸線間形成的封閉腔內,對齒側無間隙的斜齒輪泵,不論是單齒嚙合區(qū)還是雙齒嚙合區(qū),其接觸線阻隔的空間內都會發(fā)生困油現(xiàn)象。對齒側無間隙的斜齒輪泵,不論是單齒嚙合區(qū)還是雙齒嚙合區(qū),其沿整個齒寬的接觸線阻隔的空間內都會發(fā)生困油現(xiàn)象。
液壓泵的種類較多,外嚙合齒輪泵(簡稱齒輪泵)與柱塞式、葉片式和擺線式等其他形式的液壓泵相比,不僅結構較簡單、體積小,重量輕,制造、維修方便,廉,而且能經(jīng)受惡劣的運行工況(如灰塵等造成的油污染,振動,超負載等)。因此,外嚙合齒輪泵廣泛應用于現(xiàn)代機械中,特別是現(xiàn)代汽車發(fā)動機中用外嚙合齒輪泵作潤滑泵的較多。
外嚙合齒輪泵的使用壓力范圍一般為0.04~0.4MPa,轉速范圍一般為600一3500r/min。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的高速發(fā)展,外嚙合齒輪泵的總效率也在逐漸提高。因此,要求外嚙合齒輪泵的體積是越來越小,要求外嚙合齒輪泵的轉速是越來越高,特別是一些小型外嚙合齒輪泵的使用轉速超過7500r/min。對于這樣高的轉速,外嚙合齒輪泵的吸油腔中很容易出現(xiàn)抽空現(xiàn)象。對于發(fā)動機用外嚙合齒輪泵出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,不但其容積效率會有較大下降,并使泵在工作過程中出現(xiàn)較高噪聲,而且嚴重時會使?jié)櫥┯筒蛔愣鴵p壞發(fā)動機。
在正常情況下,外嚙合齒輪泵的排量與其轉速成正比。但我們在利用外嚙合齒輪泵做實驗時發(fā)現(xiàn),外嚙合齒輪泵的轉速逐漸增加到某一高轉速以上時,其排量就不再增加,容積效率開始下降。而且油的鉆度越大這種現(xiàn)象就出現(xiàn)得越早,這就是在外嚙合齒輪泵中產生的抽空現(xiàn)象。我們認為以下幾個方面是外嚙合齒輪泵中產生抽空現(xiàn)象的原因:
(1)吸油管和濾油管中的阻力過大而產生壓力損失;
(2)高速旋轉的外嚙合齒輪泵,其齒槽間的油液產生了較大的離心力,將油液甩向齒頂和泵體齒腔內表面處,其中有一部分通過齒輪泵中運動件間的間隙流失,從而在齒輪根部出現(xiàn)抽空現(xiàn)象;
(3)外嚙合齒輪泵高速轉動時,相嚙合的齒從齒槽中轉脫出后在尚未充滿時,齒槽己轉過吸油口,接觸到泵體齒腔的內表面,這樣油液就無法充滿齒槽;
(4)外嚙合齒輪泵制造誤差較大,齒輪產生偏心,則齒頂圓圓周上壓力分布成凹形,在吸、排油中間有時出現(xiàn)比吸油壓力還低的低壓區(qū)。