3.2.3 外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点及提高齿轮泵压力的措施

1.外啮合齿轮泵的结构特点分析

1）困油现象及卸荷槽

保证液压泵正常泵油的条件是高、低压腔不能直接相通。为此，必须保证外啮合齿轮泵运转的任一时刻都有一对以上的齿啮合，即重合度ε＞1。因为ε＞1，在前一对轮齿还未脱开时，后一对轮齿就已开始啮合，即外啮合齿轮泵在运转过程中有两对轮齿同时啮合的情况。此时，留在两对啮合齿间的液体既不与低压腔相通也不与高压腔相通，这两对啮合齿间所形成的封闭空间称为“闭死容积”，如图3-5所示。在外啮合齿轮泵的运转过程中，闭死容积刚形成时，其值最大，见图3-5（a）中I所示位置。随着齿轮的旋转，闭死容积逐渐减小，直到图3-5（a）中II所示位置，两个啮合点与连心线对称，这时闭死容积最小。继续旋转，则闭死容积增加，直到如图3-5（a）中III所示的位置，闭死容积的变化曲线如图3-5（b）所示。闭死容积由大变小过程中，被困的液体受挤压，压力急剧升高，使齿轮和轴承受到很大的径向力，并且液体从间隙中被强行挤出；在闭死容积由小变大过程中，形成局部真空，使混在液体中的空气分离出来，产生空穴现象。这种在闭死容积中造成油压急剧变化的现象称困油现象。困油现象使外啮合齿轮泵在工作时产生振动和噪声，产生气穴，并影响其工作平稳性和寿命。

由以上分析知，闭死容积的存在是产生困油现象的条件，而闭死容积的变化则是产生困油现象的原因。

图3-5 外啮合齿轮泵的闭死容积

在容积式液压泵中，为了保证液压泵正常泵油，必然存在闭死容积。在齿轮泵中，闭死容积变化就产生困油现象。为消除困油现象，应使闭死容积变化时不全部闭死。具体的结构措施是在外啮合齿轮泵的两侧端盖上各铣出一个卸荷槽，如图3-6所示。该卸荷槽对应齿轮的位置即图中虚线所示，卸荷槽使原来在运转中变化的闭死容积不完全闭死，保证闭死容积在最小时与压油腔和吸油腔都不相通，闭死容积在由大变小的过程中要与压油腔相通，将液体排到压油腔；闭死容积在由小变大的过程中要与吸油腔相通，可从吸油腔吸油补充增大的体积。

图3-6 外啮合齿轮泵卸荷槽的位置

2）径向不平衡力和吸油口与压油口的特点

外啮合齿轮泵径向受力情况如图3-7所示。图中，作用在齿轮及轴承上的两个径向力：一个是沿齿顶圆周液体压力所产生的径向力，作用在齿轮外圆上的液体压力是不相等的，从吸油腔到压油腔，压力可视为逐渐升高，其合力为F₁；另一个是齿轮传递转矩时产生的啮合力F₂。作用在齿轮及轴上的力F₁、F₂合成为一个合力F，油压越高，F力越大，而径向不平衡力越大。啮合力对主动齿轮和从动齿轮的作用方向相反，由图3-7可以看出，从动齿轮轴承承受径向力的合力比主动齿轮轴承大得多。因此，从动齿轮轴承常出现早期磨损的现象。当径向不平衡力很大时，能使轴弯曲，齿顶与壳体内表面产生接触，同时加速轴承磨损，降低轴承的寿命。为了减小径向不平衡力的影响，常采用缩小压油口的办法，使压油腔的液压油仅作用在1～2个齿的范围内，同时适当增大径向间隙，使齿顶不和泵体接触。因此，外啮合齿轮泵的另一个结构特点是吸油口大、压油口小。这个特点限制了外啮合齿轮泵只能在一个方向上转动，不能反转。

图3-7 外啮合齿轮泵径向受力情况

3）泄漏和轴向间隙补偿装置

外啮合齿轮泵高压腔的液压油可通过3种途径泄漏到低压腔中：一是通过齿轮啮合线处的间隙；二是通过泵体和齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两侧和侧盖板间的端面间隙。其中，通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的75%～80%。因此，普通外啮合齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不容易提高。若要提高外啮合齿轮泵的压力，则应减小端面间隙。

为了减小端面间隙泄漏，一般采用齿轮端面间隙自动补偿，作为提高外啮合齿轮泵压力的措施。图3-8所示为轴向间隙自动补偿装置的工作原理，即把泵内压油腔的液压油引流到轴套外侧，使之作用在（由密封圈分隔构成）一定形状和大小的面积A₁上，产生液压作用力F_l=A₁p_g，使轴套压向齿轮端面，减小端面间隙。这个力必须大于齿轮端面作用在轴套内侧的作用力F_f=A₂p_g（p_m为作用在A₂上的平均液体压力），才能保证在各种压力下，轴套始终自动贴紧齿轮端面，以减小泵内通过端面的泄漏量，达到提高压力的目的。这也是提高外啮合齿轮泵压力最重要的措施。

图3-8 轴向间隙自动补偿装置的工作原理

2.齿轮泵的优缺点及其应用

（1）外啮合齿轮泵体积小，质量小，结构简单，制造方便，维修容易，价格低廉。

（2）外啮合齿轮泵可靠性好，因此，可用于飞机。

（3）外啮合齿轮泵对油液污染不敏感，因此，可以用在工程机械、矿山机械等外界条件差的地方。

（4）外啮合齿轮泵自吸性能好，转速低至300～400r/min时仍能稳定、可靠地实现自吸。

（5）外啮合齿轮泵流量和压力有脉动，因此，一般不用于加工精度高的精密机床上。