齿轮泵研究的现状与发展

齿轮泵研究硇坝状与发展

安徽理工大学栾振辉

摘要：综合分析了国内外齿轮泵的研究现状，针对齿轮泵所存在的缺点，介绍了作者研制的卫星齿轮泵、平衡式复合齿轮泵及无啮合力齿轮泵的工作原理及结构特点。研究表明，这些新研制的齿轮泵均保留了普通齿轮泵的优点，同时还具有各自的特点，可广泛用于液压传动系统中。

关键词：齿轮泵；现状；研究进展

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齿轮泵是液压传动系统中常用的液压元件，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵２大类。外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、制造维护方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感等。缺点是齿轮承受不平衡的径向液压力，轴承磨损严重，工作压力的提高受到限制；流量脉动大，导致系统压力脉动大，噪声高。内啮合齿轮泵结构紧凑、尺寸小、重量轻，并且由于齿轮同向旋转，相对滑动速度小、磨损轻微、使用寿命长、流量脉动远比外啮合齿轮泵小，因而压力脉动和噪声都比较小。内啮合齿轮泵允许使用较高的转速，可获得较高的容积效率。但是内啮合齿轮泵同样存在着径向液压力不平衡的问题，限制了其工作压力的进一步提高。另外，齿轮泵的排量不可调节，在一定程度上限制了其使用范围。

１齿轮泵研究现状

由于齿轮泵在液压传动系统中应用广泛，因此，吸引了大量学者对其进行研究。目前，国内外学者关于齿轮泵的研究主要集中在以下方面：（Ｉ）齿轮参数及泵体结构的优化设计ｕ０１；（２）齿轮泵间隙优化及补偿技术［４０１；（３）困油冲击及卸荷措施［８－９１；（４）齿轮泵流量品质研究［１０＿１２１；（５）齿轮泵的噪声控制技术［１３１；（６）轮齿表面涂覆技术［１４］；（７）齿轮泵的变量方法研究［１５３；（８）齿轮泵的寿命及其影响因素研究［１６０７１；（９）齿轮泵液压力分析及其高压化的途径［１８—９０；（１０）水介质齿轮泵基础理论研究［２０－２１Ｊ。‘

提高齿轮泵的工作压力是齿轮泵的一个发展方向，而提高工作压力所带来的问题是：（１）轴承寿命大大缩短；（２）泵泄漏加剧，容积效率下降。产生这２个问题的根本原因在于齿轮上作用了不平衡的径向液压力，并且工作压力越高，径向液压力越大。

目前，国内外学者针对以上２个问题所进行的研究是：（１）对齿轮泵的径向间隙进行补偿；（２）减小齿轮泵的径向液压力，如优化齿轮参数、缩小

程才能显现出来

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《起重运输机械》２００５（６）查找设计数据，提高零部件重用度，其效益将逐渐显现出来：

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邮编：１１６０１３

排液口尺寸等；（３）提高轴承承载能力，如采用复合材料滑动轴承代替滚针轴承等。但这些措施都没从根本上解决问题。

２齿轮泵研究进展

２．１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２５ＭＰａ。但是，由于这种齿轮泵的齿数较少，导致其流量脉动较大。

２．２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ｌ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。出◆

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人（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（０１、０２、０３），压力液体则由３对啮合齿轮的排液腔（Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３）经排液通道由出液１：３排出泵外。研究表明［２２Ｊ：（１）当取中心轮齿数ｚｌ＝舰＋１时（Ⅳ为卫星轮的个数，后为自然数），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一】２一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Ⅳ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。

２．３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【２３Ｊ：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。

２．４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ｌ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

《起重运输机械》２００５（６）