cbz-100齿轮泵设计论文.doc

1 前言 齿轮泵的结构和工艺在各类泵中简单，在价格、可靠性、寿命、抗污染以及自吸能力等方面都有较强的优势。在液压传动与控制技术中，齿轮泵的应用占很大的比重，广泛应用于机床、轻工、农林、冶金、矿山、建筑、船舶、机、汽车、石化机械等机械产品的液压系统中。同时齿轮泵也有不少缺点，主要是流量和压力脉动较大，动态性能差，噪声较大，排量不可变，高温效率较低。其中流量脉动问题显得尤其突出，它严重制约着齿轮泵的应用。泵的流量脉动大，不仅会使液压缸运动的平稳性、液压马达回转的均匀性变差，而且会引起压力脉动，更有甚会使管道、阀门乃至整个系统振动(特别是在共振时)并发出很强的噪声，对轴、轴承、管接头及密封都有破坏性影响。 因此，本文在力求保持齿轮泵各方面优势的基础上，以提高各零部件的设计精度降低齿轮泵的流量脉动，提高其动态性能，并提高齿轮泵的整体工作性能为目的，作为本次毕业设计课题来研究。 1.1 齿轮泵设计概述 1.1.1齿轮泵的结构及特点 作为液压系统中的动力元件，齿轮泵作为典型的容积泵广泛应用于各种场合，在液压传动与控制以及润滑设备中是不可缺少的重要元件。 齿轮泵由泵齿轮、齿轮轴、侧板、泵体、轴承、泵端盖等组成。 齿轮泵按压力可分为:低压(0~2.5MPa)、中低压(大于2.5~8.0MPa)及中高压(大于8.0~16.0MPa)齿轮泵;按齿轮啮合形式可分为:内啮合、外啮合齿轮泵;根据齿形可分为:直齿、斜齿、人字齿齿轮泵。在结构上可以做成单级泵、双级泵、双联泵等形式。 最常见外啮合直齿齿轮泵，与其它类型的泵(如螺杆泵、叶片泵)相比，齿轮泵的特点十分突出。 齿轮泵的优点为: (l)工艺性较好，价格便宜; (2)结构简单紧凑，外形尺寸小，重量轻，寿命较长; (3)自吸性好; (4)转速范围大，一般可以达到1500r/min，最高可达5000r/min; (5)对油中的脏物不敏感，不易咬死，能在工况较差的工程机械中也能得到良好应用; (6)具有间隙补偿装置的高压齿轮泵，工作压力可达20.0MPa。 齿轮泵的缺点为: (1)工作时齿轮及齿轮轴等机件承受径向不平衡力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制; (2)流量和压力脉动大、噪声大。 1.1.2 齿轮泵设计中应注意的问题 齿轮泵的设计可分为对泵齿轮的设计和齿轮泵结构的设计。在设计过程中应尽量发挥齿轮泵的优点，减轻由于齿轮泵自身的缺点给系统带来的不利。 在设计制造时必须考虑以下几方面问题[1]: 1轴向间隙问题（即泄露问题） 齿轮泵容易漏油的地方较多，例如齿轮端面和端盖间，齿轮外圆和泵体内孔间以及两个齿轮的齿面啮合等处。其中对泄漏影响最大的是齿轮端面和端盖间的轴向间隙。因为这里泄漏面积较大，泄漏路程较短，轴向间隙越大，漏油越多，容积效率也越低。但间隙过小，齿轮端面和端盖之间的机械摩擦增加，也会降低泵的机械效率。因此，必须选择适当的轴向间隙，并要在工艺上容易实现。例如CB型齿轮油泵由于采用了泵体和两侧端盖组成的分离三片式结构，装配后油泵的轴向间隙为0.03~0.04mm，容积效率和机械效率都可达90%以上。 2径向压力不平衡问题 齿轮泵工作时，作用在齿轮轴颈及轴承上的径向力，是由液压力和齿轮啮合力所组成的。这个径向压力是不均匀分布的，吸油腔的压力最低，一般低于大气压力，压油腔的压力(即工作压力)最高。由于齿轮顶与泵体内壁表面间有径向间隙，所以在齿轮外圆上，从压油腔到吸油腔油液的压力是逐步降低的，它的合力作用在齿轮轴上。因此，轴承受到单方向压力。油泵的工作压力越高，这个单向压力就越大。 3困油现象 齿轮泵要能平稳工作，就要求齿轮啮合的重合度ε必须大于1，即要求在一对轮齿啮合即将脱开之前，后继的一对齿轮就要开始啮合(这样才能保证泵的吸油腔和压油腔完全分隔开)。在这一段时间内，同时啮合的就有两对轮齿。这时留在齿间的油液就被困在两对啮合的轮齿形成的一个封闭空间内，这个密闭容积，开始时随随齿轮的转动逐渐减小，以后又逐渐加大。封闭腔容积减小会使被困油液受挤压而产生很高的压力，从缝隙处挤出，油液发热，并使机件（如轴承等）受到额外负载；而密闭腔容积的增大又会造成局部真空，使使油液中溶解的气体分离，产生空穴现象。这些都将使泵产生强烈的噪音，影响泵的工作平稳性和寿命，加速了油液老化变质，对齿轮泵极为不利，这就是泵的困油现象。 通过以上论述，可以发现泵齿轮设计得正确与否直接影响到齿轮泵设计的成败。 1.2 外啮合齿轮泵工作原理 如图1.1示，齿轮泵主要由两个相互啮合的齿轮Ⅰ和Ⅱ，以及容纳它们的泵体Ⅲ和前后盖Ⅳ所组成。在泵体上，在齿轮开始啮合和脱离啮合之处，分别开有排油口和吸油口。如图1.1示，由轮齿6、7、8、8‘、7’、6‘1、2、3‘、2’、l‘Ⅱ按箭头所示方向旋转时，由于相互啮合轮齿8和8‘逐渐脱开，密封工作腔容