外啮合齿轮泵的困油现象形成原因\危害及解决措施

[摘 要] 本文主要阐明了外啮合齿轮泵的困油现象形成原因以及危害，并提出了解决措施，提出的解决措施简单可行，具有一定的研究价值。

[关键词] 外啮合齿轮泵 困油现象

0.前言

在液压系统中，由于外啮合齿轮泵具有结构紧凑、制造维护方便、价格便宜、抗污能力强等优点，被广泛应用。外啮合齿轮泵具有一对结构参数完全相同的齿轮，工作时依靠这对相互啮合的齿轮来改变吸油腔与压油腔的密闭容积，从而实现吸油与压油。但是齿轮泵会产生困油现象，困油现象不仅产生瞬间压力冲击，还会引起气蚀，从而导致振动和噪声。本文针对困油现象形成的原因，提出有效的解决措施，从而消除或者降低困油现象带来的危害。

1.困油现象形成原因

为保证齿轮泵能够正常平稳的工作，必须要求一对渐开线齿轮连续处于啮合状态，以使吸、压油腔隔开，这就要求重合度 ，即在前一对轮齿尚未脱离啮合之前，后一对轮齿已经进入啮合，这就当于两对轮齿同时进入了啮合，由于齿轮的端面间隙很小，因此这两对轮齿之间的油液与泵的吸、压油腔均不相通，从而形成一个封闭容积，称为“困油区”，如图1阴影部分。齿轮转动时，困油区容积会发生变化，使其中的液压油液受挤压或膨胀．造成这部分液压油液的压力急剧变化，产生“困油现象”。[1]

2.困油现象危害

随着外啮合齿轮的转动，困油区容积的大小会发生变化。当困油区容积变大时，由于得不到油液补充，会造成局部真空，使溶解在油液中的空气分离析出，形成气泡，产生“气蚀”；当困油区容积变小时，使困油区内的受困油液受到挤压，压力急剧升高，并从一切可泄露的缝隙强行挤出，使轴承受到较大的额外负载，同时增加了功率损失，使油液发热。困油区容积的增大和减小，将产生一种周期性的冲击压力，这种冲击压力将使泵的各零件受到很大的冲击载荷，引起振动和噪声。[2]

3.困油现象解决措施

3.1卸荷槽法

在齿轮泵的两端盖内侧，在侧盖上相对两齿轮中心连线处沿节圆公切线方向对称铣出一对短矩形槽，称为卸压槽，如图1虚线部分。左边槽与吸油腔相通，右边槽与压油腔相通。如图1所示位置困油区最小，两卸荷槽边缘刚好与啮合点A和B相接，使困油区与两槽均不相通。当困油区变小时，通过右边卸荷槽与压油腔相通，使困油区内受困的油液流入到齿轮泵的压油腔中，起到泄荷的作用；当困油区变大时，通过左边卸荷槽与吸油腔相通，困油区内形成的真空现象，由吸油腔当中的油液进行补充，起到补油的作用。卸荷槽的尺寸可按照如下方法计算。

困油区最小时，如图2，两对啮合齿的啮合点 A、B的水平距离，即两卸荷槽的间距为：

3.2改变齿形法

(1)采用非对称齿形

采用一种双模数非对称的渐开线齿形，使轮齿工作面的模数小，非工作面的模数大。采用这种特殊结构就相当于在齿顶圆直径不变的情况下，增大了齿轮的齿数，实验证明，有效流量增加了10%，脉动率下降了40%，噪声下降了十几个分贝。[4]

（2）采用圆弧齿形

圆弧齿形的齿轮具有齿数少、体积小、无根切、无脉动、噪声小和传动平稳等优点。由于这种齿形在工作的时候，具有一点连续啮合的特点，因此它能够保证连续而均匀的供油和传动的平稳性。但是在实际工作中，必须在整个齿宽方向错开1/4周节的整数倍，通常取半个齿距，即在结构上采用螺旋齿轮，这时由于不同截面上的瞬时流量可以相互补偿，从而达到消除流量脉动的目的。实验证明，采用这种齿形，其噪声可降低13分贝左右，而且其他性能也很优越。[4]

3.3采用斜齿轮或人字齿轮

困油现象易产生于直齿圆柱外啮合齿轮泵中，当采用斜齿轮或人字齿轮时，由于齿轮的啮合过程不像直齿圆柱齿轮那样突然地作线性接触和突然地作线性脱开，而是逐渐的进入啮合和逐渐的退出啮合,因此在通常情况下不会产生困油现象。

当采用斜齿轮时，从根本上消除困油现象的方法式改变斜齿轮的重合度，当齿轮的其他参数定下来时，得到不发生困油现象的临界螺旋角为：

4结束语

针对齿轮泵的困油现象，结合形成原因，我们可以采用卸荷槽法、改变齿形法以及采用斜齿轮或人字齿轮方法来解决，最终实现减小噪声和改善流量均匀性。

参考文献：

[1].姜继海．液压传动[M]．第4版．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2007．

[2].中国机械工程学会．液压、气动与液力工程手册[M]上册，第1版．北京：电子工业出版社，2008．

[3].王长悦、代春明、周庆年．齿轮泵的困油现象及其解决措施[J] ．安徽电子信息职业技术学院学报，2010，9（48）：1-2．

[4].王懋瑶．液压传动与控制[M]，第一版．北京：机械工业出版社，1986.

[5].高文捷、高尚、李吉中、吴伟伟．斜齿齿轮泵困油机理与解除困油的方法[J] ．机械工程与自动化，2010，4（161）：169-170.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文