齿轮泵壳体齿轮孔夹具及专机设计+CAD图纸+文献综述(3)
1.2 齿轮泵的研究和发展
1.1.1外啮合齿轮泵
外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵( 称为普通齿轮泵) , 其设计及生产技术水平也最成熟。多采用三片式结构、浮动轴套轴向间隙自动补偿措施、铝合金壳体径向∀ 扫膛# 工艺, 并采用平衡槽以减小齿轮( 轴承) 的径向不平衡力。目前, 这种齿轮泵的额定压力可达25 MPa。但是, 由于这种齿轮泵的齿数较少, 导致其流量脉动较大。
1.1.2 卫星齿轮泵
为了减小普通齿轮泵的流量脉动, 作者研制了一种卫星齿轮泵( 或称多齿轮泵, 复合齿轮泵) 。卫星齿轮泵的结构原理如图1 所示, 在壳体4 中安装1 个中心轮1, 在中心轮的周围均匀布置3 个卫星轮5。壳体的前部安装1 个前端盖6, 其上布置有进液口, 壳体的后部安装1 个后端盖2, 其上布置有出液口。中心轮由2 个中心轮轴套7 支承, 每个卫星轮分别由2 个卫星轮轴套3 支承。
图1卫星齿轮泵结构原理
1. 中心轮 2. 后端盖 3. 卫星轮轴套 4. 壳体
5. 卫星轮 6. 前端盖7. 中心轮轴套
当卫星齿轮泵工作时, 原动机动力由中心轮输入( 假设中心轮顺时针转动) , 则中心轮带动3 个卫星轮逆时针转动, 形成3 个外啮合齿轮泵( 简称子泵) , 液体由前端盖上的进液口进入, 经进液通道分别进入3 对啮合齿轮的进液腔( O1、O2、O3) ,压力液体则由3 对啮合齿轮的排液腔( P1、P2、P3) 经排液通道由出液口排出泵外。研究表明:
( 1) 当取中心轮齿数z 1= Nk+ 1 时(N 为卫星轮的个数, k 为自然数) , 卫星齿轮泵的流量脉动率显著减小。( 2) 由于结构的对称性, 中心轮所受的齿轮啮合力及径向液压力是平衡的, 因此, 中心轮及其轴套的静态径向力为零。( 3) 由于中心轮同时与N 个卫星轮啮合, 避免了单对齿轮啮合时所产生的冲击和噪声。同时,泵的排量可显著增加。
1.1.3 平衡式复合齿轮泵
平衡式复合齿轮泵是作者在行星传动理论与齿轮泵工作原理相结合的基础上提出的一种新型液压元件( 获国家自然科学基金资助, 编号:59575010) 。它保留了普通齿轮泵的优点, 解决了普通齿轮泵存在的径向液压力不平衡问题。如图2所示, 它主要由中心轮、惰轮、内齿轮、密封块及前后泵盖等组成。由于结构的对称性, 使该泵各齿轮所受静态径向液压力完全平衡, 形成了由中齿轮1、惰轮2 构成的外啮合齿轮泵和由惰轮2、内齿轮3 构成的内啮合齿轮泵的复合结构, 即平衡式复合齿轮泵。
图2 平衡式复合齿轮泵工作原理
1. 中心轮 2. 惰轮 3. 内齿圈 4. 密封块
研究表明: 平衡式复合齿轮泵具有径向液压力平衡、流量大、流量均匀性好等一系列优点。
同时, 由于各齿轮所受径向液压力平衡, 使各齿轮与泵体之间的间隙可以控制得很小, 从而为平衡式复合齿轮泵的高压化创造了条件。
1.1.4无啮合力齿轮泵
无啮合力齿轮泵的结构原理如图3 所示, 主要由输入轴、同步齿轮、隔板、吸排液齿轮、轴承、泵体及前后泵盖等组成。原动机动力由输入轴1 通过同步齿轮2、3 传递给吸排液齿轮7、8。吸排液齿轮分别通过花键套装在输入轴1 和传动轴9 上。齿轮传动的啮合力由同步齿轮承受, 吸排液齿轮只承受因吸排油而产生的液压力。对于普通齿轮泵, 由于主、从动齿轮所受的径向力不同, 造成2 对轴承载荷不均。另外, 将排液与动力传递合在一起, 给齿轮的设计与加工带来很多困难, 齿轮既要满足动力传递方面的强度及齿面
图3 无啮合力齿轮泵的结构原理
1. 输入轴2、3. 同步齿轮4. 隔板 5. 滑动轴承
6. 壳体 7、8. 吸排液齿轮 9. 从动轴
硬度要求, 又要满足吸排液方面的精度及表面粗糙度要求, 致使齿轮的材料选择及加工方法均受到一定的限制, 齿轮的加工成本较高。而无啮合力齿轮泵将吸排液与动力传递分开设计。传递动力的啮合力由同步齿轮承担, 其设计方法与一般齿轮传动相同, 主要考虑轮齿的强度及齿面硬度。排液的液压力由吸排液齿轮承担, 其设计方法以考虑齿轮精度、轮齿表面粗糙度及耐磨性为主, 其材料除了采用普通齿轮泵所选用的高性能合金钢以外, 还可以采用普通钢材( 经表面处理) 、耐磨铸铁、陶瓷及高分子材料等。结构仍然可以采用普通齿轮泵中的端面间隙补偿以及复合材料轴承等结构形式。因此, 无啮合力齿轮泵除可以用于矿物油以外, 还可以用于高水基液压液、水、甚至化学溶剂等有腐蚀性的介质。