外啮合齿轮泵的设计

图 1 是外啮合齿轮泵的工作原理图。由图可见，这种泵的壳体内装有一对外啮合齿轮。由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧的齿轮逐渐脱离啮合，露出齿间。因此这一侧的密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。随着齿轮的转动，每个齿间中的油液从右侧被带到了左侧。在左侧的密封容腔中，轮齿逐渐进入啮合,使左侧密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。

齿轮泵是容积式回转泵的一种，其工作原理是：齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，齿轮（主动轮）固定在主动轴上，齿轮泵的轴一端伸出壳外由原动机驱动，齿轮泵的另一个齿轮（从动轮）装在另一个轴上，齿轮泵的齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合（齿与齿啮合前），然后进入压油管排出。

齿轮泵的主要特点是结构紧凑、体积小、重量轻、造价低。但与其他类型泵比较，有效率低、振动大、噪音大和易磨损的缺点。齿轮泵适合于输送黏稠液体

外啮合齿轮泵的设计

设计齿轮泵时，应该在保证所需性能和寿命的前提下，尽可能使尺寸小、重量轻、制造容易、成本低，以求技术上先进，经济上合理。

我们已知某润滑油泵工作压差p ∆=７０（bar ）和排量q=62582(ml/r)用Y132S-4电动机作为原动机带动油泵的正常工作。

一．定刀具角n a 和齿顶高系数o f

采用标准刀具， 20=n a ，齿顶高系数1=o f

二．选齿数Z

排量与齿数，查资料《液压文件》中查得)

/(10232r ml B Zm q -⨯=π（1-1）考虑到实际上齿间的容积比轮齿的有效体积稍大，所以齿轮泵的理论排量应比按式（1-1）计算的值大一些，并且齿数越少差值越大。考虑到这一因素，就在公式（1-1）中乘以系数K 以补偿其误差，则齿轮泵的排量为 )/(10232r ml B KZm q -⨯=π通常K=1.06～1.115，即7~66.62=k π．齿数少时取最小值（当Ｚ＝６时，可取K=1.115,而当Ｚ=20时，可取K=1.06）反映齿轮泵结构大小的尺寸---齿轮分度圆直径(Df=Mz).若要增大排量,增大模数的办法比增加齿数更为有利.若要保持排量不变,要使泵的体积很小,则应增大模数并减少齿数.减少齿数可减小泵的外形尺寸,但齿数也不能太小,否则不仅会使流量脉动严重,甚至会使齿轮啮合的重迭系数ε<1,这是不允许的.一般齿轮泵的齿数Z ＝６～３０．用于机床或其它对流量的均匀性要求较高的低压齿轮泵，一般取Z ＝１４～３０；用于工程机械及矿上极限的中高压和高压齿轮泵，对流量的均匀性要求不高．但要求结构尺寸小，作用在齿轮上的径向力小，从而延长轴承的寿命，就采用较少的齿数（Z ＝９～１５）而近来新设计中高压齿轮泵时，都十分注意降低齿轮泵的噪声，因此所选齿数有增大的趋势（取Z ＝１２～２０）．只有对流量均匀性要求不高，压力有很低的齿轮泵（如润滑油泵）才选用Z ＝６～８．所以我们初选齿数

为1Z ＝11．齿轮泵所用的两个齿轮等大 ，固传动比ｉ＝１所以1112==iZ Z

三．确定齿轮的模数m

由齿宽与齿顶圆的比值e

D B =ξ，得e D B ξ=，即)(C Z m B +=ξ 对标准齿轮Ｃ＝２，对于“增一齿修正法”修正的齿轮Ｃ＝３将Ｂ的表达式代入排量近似公式32102-⨯=KZm q π得3210)(2-⨯+=C Z KZm q ξπ所以3310

)(2-⨯+=C Z kZ q m ξπ式中Ｋ=1.06～1.115齿数少时取大值，齿数多时取小值． 查资料知：

表１

得模数m ≈2.4,经查课本《机械设计》中表2我们应选取与该值接近的标准模数值m=2.5

四．确定齿宽

)(C Z m b +=ξ（mm ）所以25)(1=+=C Z m b ξ 2521==b b

五．确定齿轮的其它参数

压力角我们取标准值a 选取标准值︒=20a

分度圆直径d 5.27115.211=⨯==mZ d

5.27115.222=⨯==mZ d

齿顶高a h 5.25.211=⨯==*m ha h a

齿根高f h 125.3)(1=+=**m c h h a f

齿全高h )2(2111c h h h h a f a +=+=*

齿顶圆直径a d 5.325.2)1211()2(11=⨯⨯+=+=*m h Z d a a

5.325.2)1211()2(11=⨯⨯+=+=*m h Z d a a

齿顶高系数1=*

a h

顶隙系数25.0=*c

(1).我们选用一般的齿轮材料，软齿面的闭式传动，查课本《机械设计基础》表12.1和表12.2选用45钢，正火处理齿面硬度HBS230。齿轮油泵为一般机械中的齿轮传动，我们处选8级精度。

(2).确定许用应力：由图12.11c 、图12.14c 分别查得 ασMP H 5601lim =，ασMP F 1951lim =

由表12.5查得1.1=H S 和4.1=F S 故

[H σ]1)(1.5091.1/5601

lim MPa S H H ===σ[])(3.1394

.11951lim 1MPa S F F F ===σσ 六．选定工作油液

我们所用的工作油液为矿物油型（石油基）液压油，普通液压油。这种油液是以石油的精练物为基础，加入各种改进性能的添加剂而成。

七．确定齿轮泵的转速n

齿轮泵一般都和原动机（电动机、内燃机等）直接连接，我们所用的电动机为Y132S-4型功率P=5.5kw,满载转速min /14401r n =，

所以其转速n 应于原动机的转速一致。由流量公式可知，转速愈高，流量愈大。但转速过高，由于离心力的作用，使油液不能完全充满齿间，吸油不足导致了容积效率下降，产生气蚀、震动和噪声。因此就有最高的转速限制。允许的最高转速与工作油液的粘度有关，粘度越大，允许的最高转速就愈低。

一般用限制齿轮顶圆圆周速度的办法来确定最高转速，以保证在工作中不产生气蚀。不同粘度的油，起允许的圆周速度如表3所示。然后将允许的顶圆圆周极限速度max v 换算成允许的极限转速max n

表3