国外齿轮泵的发展概况_周则恭.pdf

第3期工程机5 9国外齿轮泵的发展概况太原重机 学院周则恭一、前言结构简单、价格便宜、使用可靠的齿轮泵在液压传动的工程机械中占有重要地位。根据日本统计资料r,六十年代日本每年生产的齿轮泵中约4 04 7%(按产值计算)用于工程机械部门。美国的液压传动工程机械一直采用齿轮泵和叶片泵“飞。苏联工程机械和车辆的液压传动系统也采用齿轮泵r”。由于结构上的原因,齿轮泵的效率低,轴承负载大,因此有所谓齿轮泵效率较低和不适合高压的说法。但是近十几年来,齿轮泵在提高压力和效率等方面取得 了很大进展。日本液压工业部门于6 1 6 4年间进口欧美技术,在齿轮泵方面主要通过:(1)采用齿轮轴向间隙的液压补偿技术,(2)轴承的改进,(3)采用铝合金机壳,在高压化(从7 0一1 40公斤/厘米进入175一210公斤/厘米2)、高效率、小型化、轻量 化 等 方面 取得了进展”。美国改进了齿轮泵压 力侧板,解决 了压力、效率、使用寿命、大马力等方面的问题。7 0年以来无实质性进展,主要是品种系列的增加,材料与工艺 上的改善,、。二、目前水平外啮合渐开 线齿轮泵f,。一:最大压力范围1 7 公斤/厘米221 0公斤/厘米2(间断使用28 0公斤/厘 米2,特殊型号超过210公斤/厘米2)。流量范围(吸人 压力为1大气压时)1一6 80升/分。最大转速 范围(吸 入压力为1大气压时)18007000转/分(当吸入情况良 好,压 力为210公斤/厘米“,流量4.5升/分时可达10 00仓转/分,当16 0升/分时转速为3000转/分)。效率一般中下,最佳状态下的容积效率可达93%。据介绍31,最新的日本齿轮泵:使用寿命500 0小时压力17 5 公斤/厘米“输出功率14 0马力全效 率9 0%单位马力重量0.08公斤/马力。三、间隙的补偿齿轮泵的齿轮在机壳内运转,齿轮侧面和齿顶与机壳之间必须具有一定的间隙,因此高压区与低压区之间形成泄漏通道。其 中,轴向间隙(齿轮侧面与机壳或侧板之间的间隙)泄漏量 比径向间隙(齿顶与机壳或密封块之间)的泄漏量大得多。为了提高容积效率,必须设法减少这种内部泄漏。随着向高压、小型、低噪音方面的发展,齿轮泵间隙补偿设计不断得到发展7:从固定间隙发展到轴向间隙压力补偿,随后又进行轴向和径向间隙压力补偿;由于外啮合齿轮泵的径向间隙压力补偿难于实现,又发展到采用轴向径向间隙压力补偿的内啮合齿轮泵。固定间隙齿轮泵的压力限于10 012 0公斤/厘米“以下。当排油腔压力10 0公斤/厘米2时,轴 向间隙为0.0 1 0.0 2毫米。间隙过大则容积效率急骤下降;过小则由于材料膨胀而易烧伤。磨损后又使间隙增大,容积效率下降。同时,由于轴向间隙很小,对于盖板端面与轴孔的垂直度,前后盖板轴孔的同心度,泵体端面的平行度等加工精度要求很高。新型高压齿轮泵采用的轴向间隙压力补偿.60.工程机械1973。6浮动轴套式机构,大致可分三种型式(图1):(1)浮动轴套式:把高压油引到轴套外侧,在液体压力作用下贴合在齿轮侧面或垫片上。轴套可沿轴向浮动补偿磨损量。(2)浮动侧板式:在排油腔液体的压力下,侧板紧压在齿轮端面。(3)挠性侧板式。图2是日本新生产之具有轴向间隙压力补偿机构的齿轮泵。侧 板广广-一一饰饰“一-一-一洲洲几几二卫卫卫卫卫卫卫卫飞飞飞飞飞飞飞i全湃弓弓.侧侧l l l l l三三_飞飞浮动侧板式图2.具有轴向间隙压力补偿机构 的齿轮泵挠性侧板式图1.轴向间隙补偿机构示意图文献16详细讨论了高压齿轮泵轴向补偿与径向补偿的方法及结构型式。以前内啮合齿轮泵由于设计成为固定 间隙,齿顶很难与密封直接接触,因此运转时受到很大的粘性摩擦阻力,效率低。西德 O tto-Ecker le公司解决了这个问题。日本不二越公司与西德O tt。一Ecke rle公司进行技术合作,生产了30 0公斤/厘 米2的 I P型内啮合齿轮泵。厂厂一一尸尸尸尸尸州一,北北i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 问二二二乙乙乙乙乙乙 !日日.l l l 闰闰闰闰闰闰闰闰毛毛1 1 1 1 1 1 1 1 1干,1 1 1 1 1 1 1!l一一一一剖面结构图第3期工程机械/、一,户b。泵体齿轮轴经 向活塞内齿环图3.IP其剖面结构图见图3 a,立体图如图3 b内齿环的外沿支承在径向半圆支承块的内圆面上,的背面设有三处背压容积,在背压力作用下,径向半圆支承块始终压在内齿环的外圆面上,使径向间隙保持一定。轴向间隙压力补偿则 由于背压室内液压油的压力作用,使 侧板贴合在齿轮二侧面或垫片上。因此间隙最小,磨损量也 可自动补偿。四、轴承问题齿轮泵的寿命在很大程度上取决于轴承的寿命。由于高压齿轮泵轴承负载大,近年来都采用滑动轴承或滚针轴承。并且根据轴承的许可载荷限制齿宽。齿轮的负载因泵壳的构造而不同,大体上沿泵壳在吸油腔与排油腔之间与角度呈线性变化。因此作用在齿轮轴上的力近似可按下式计算幻*F,招0.SPDb立体图 止动销 轴 向侧板垫片 滑动轴承型内咱合齿轮泵式中,P一排油腔与吸油腔压力差D一齿顶圆直径b一齿宽例如齿顶圆直径为5 0毫米,齿宽为2 5毫米,P=1 50公斤/厘米气则作用于齿轮轴的力为1875公斤,每个轴承受到93 7.5公斤的压力。齿轮泵的轴间距离小,采用滚针轴 承是合适的。滚针轴承缺点是:噪音大,对齿轮轴的制造工艺要求高。如果轴具有椭圆度,硬度不够高,都会损伤滚针。近年来由于液体动力润滑理论的发展,又采用滑动轴承。如果轴承材料和加工精度合适,润滑条件 良好,滑动轴承是能够承受高负载的,同时也便于进行轴向间隙压力补偿。滑动轴承的缺点是在高温下油膜强度下降,对于油中异物的抵抗力差”.。根据文献2分析,在一定条件下轴承载荷与齿轮直径成反比,与(齿宽)1 2成正比。因此,在高速齿轮泵中增大直径D,减小齿宽b,可降低轴承载荷。b/D的 标 准值如 下表:1973。6P公斤/厘米2357 010 514 0困姆终业困油开筋为了减轻轴承载荷,也采取在吸油腔与排油腔之间设立通道,使油压平衡的一些 措施(图4),但是在效率、重量、费用方面又带来问题,所以很少采用,1。图6.困油容积 变化示意图x:奕幢东欲图4.压力平衡示意图X二0目.曰.XoO五、困油现象与解决的方法如图5所示,由于渐开线齿轮的啮合率一般都大于1,有时二点啮合,因此产生困油现象。二啮合点之间的困油部分(用斜线表示)容积,在困油开始时容积减小,随后又增大(图6)。因为液压油的压缩率很小,尽管困油部分容积压缩量很小,也产生很大的压力,增加了轴承负载。困油部分的容积增大后产生真空,使吸油效率降低,同时产生噪音、振动、气饱和增大脉动率。解决的方法:(1)端板上开卸载 槽;(2)齿沟钻孔;(3)采用变位齿轮,一般啮合率1.0 51.3;(4)采用特殊齿型的齿轮(例如圆弧齿轮、次摆线齿轮、正弦型齿 轮等,但 由于加工困难,应用较少)。如图7所示,当齿宽与模数一定,困油压缩量随齿数减少有些减小,但随齿轮变位系数增大而变化很大。霆阵18赶对二o幼踌加拓1 z日今.困压油墉蚤数图7.困油压缩量与齿轮齿数及变位系数的关 系六、设计计算方法与计算机的应用7砂 秘砂困油开始b.中间位置。.困油终了图5.困油过程示意图近年来,随着计算机的发展,在求解偏微分方程的近 似 计算方法中,以有 限元法(Infiniteeleme nt一method)应 用最为广 泛。已根据有限元法的计算结果设计了泵体。还采用广泛比较法(Com Pr ehensiv e一com paris onmet ho d),能得出齿轮泵设计系统的数据。由于采用快速电子计算机,给定 使 用寿命、噪音最大值,按照“泵整体尺寸最小”进行的最优设计,把五个变量(容积效率,机械效率,总效率等)列入程序,用给 定容积 的 主要特性比较图,几分钟就能把40 0多个泵的设计参数计算出来。国外也有用计算机控制的液压机械试验设备。第3期参考文献(1)齿轮泵的高压化与问题油压化设计V.7,摊5,1969(2)油压工业概论(W)一齿轮泵a油压技术V.9,冲5,19 70(3)高速齿轮泵忆油压技术V.4,饨8,1965(4)统计资料油压,V.1 4,摊l,1971(5)苏联东欧油压市场调查报告书。油压V.14,冲1,1 9 71(6)关于美国的油压工业(1)油压V.14,倾1,19 71(7)关于欧洲油压工业的现状油压V.14,冲4,197 1(8)高压油压技术的现状与将来油压化设计V.7,冲5,19 69(9)eea rS ystemsMa ehin e63Pum PsforHydr aulieDe signV.42,施13,1970(10)pre s s u r eGene r ator sforProfitMakingDe signHydr a ulie&PneumatieV.2 5,沁4,1 9 72(1 1)齿轮泵设计最新油压机器及其应用,1964(日本,*少 夕一编辑部编)(1 2)齿轮泵的一些问题最新油压机器及其应用19 64(1 3)连续接触齿轮泵的设计计算机械设计V.9,沁3,1965(14)向高压低噪音化迈进的齿轮泵(上)油压化设计V.10,冲6,19 7 2(15)齿轮泵油压化设计V.10,灿5,1972(16)Zahn r adPumPe n一Kon struktiveGestaltungde rSPaltkomPe n satio nolhyd-r a ulikundPn eumatik,Jg.13,Nr.3,1969翻翻碳豁豁国*l.简体第17届国际建筑机械展览会第1 7届国际建筑机械展览会于1973年3月10日至 1 8日在西德慕尼黑举行。展出总面积为30万米“,其中室内面积5.5万米“,来自2 0 多个国家的85 0个厂家参加了展出。主要展品有:挖掘机械、铲土运输机械、混凝土搅拌设备、打桩机、压路机、路面机械、风动工具、矿山机械和自卸卡车、拖车等。展出期间,西德建筑工业总联盟于3月1 3日召开了建筑机械会议。参加单位有建筑机械和建筑材料机械专业协会,巴塞尔建筑工业联盟和慕尼黑展览会协会等。西德、南斯拉夫、瑞典、奥地利和端士等国代表在会上作了报告。主要内容有“建筑机械在公路建设和隧道施工中的合理使用”和“道路建筑新发 展”等。摘自dhf,1973,神3