由两个齿轮相互啮合在一起形成的泵称为齿轮泵。齿轮泵属于容积式回转泵的一种。它一般用于输送具有润滑性能的液体。例如:石油部门输送燃料油和润滑油;在油库中,齿轮泵用于输送黏油,如润滑油和燃料油等;另外,它还广泛地应用于工程机械、矿山机械、农业机械和机床行业的速度中等、作用力不大的简单的液压系统,以及润滑系统中用来作为辅助油泵。
齿轮泵的种类很多,齿轮泵的分类如下。
1)外齿轮泵。主动齿轮和从动齿轮均为外齿轮,如图6-1所示。外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮泵,一般齿轮泵通常就指外啮合齿轮泵。
图1 外齿轮泵
1—主动齿轮;2一排出口;3—泵壳;4—从动齿轮;5—从动轴;6—吸入口;7—主动轴
2)内齿轮泵。主动齿轮为内齿轮,从动齿轮为外齿轮,如图2 所示。
图2 内齿轮泵
内齿轮泵的主要零件是一对互相啮合的内齿轮和外齿轮,以及一月牙形隔块。内齿轮与转动轴为同心装置,而外齿轮则为偏心装置。月牙形隔块的作用是将吸入腔和排出腔隔开。工作时,当主动的内啮合齿轮旋转时,在轮齿脱开啮合的地方形成部分真空,油料在大气压力的作用下进入泵的吸入口并填满各齿间,而在齿轮进入啮合的地方,存于齿间的油料被挤压入排出管。
内啮合齿轮泵和外啮合齿轮泵比较,结构紧凑、体积小、吸入性能好。但是齿形复杂,不易加工。一般用于高压液压系统中,例如飞机上的液压系统等。在100—95—2 拖车泵上用它。
1)直齿轮泵。主动齿轮和从动齿轮都是直齿轮。主动齿轮与主动轴用键联接,借以传递转矩。从动齿轮可以绕从动轴自由转动。
泵工作过程中,在排出口挤出液体时,尚有少量液体被封闭在互相啮合的两齿齿穴中,形成了一个封闭空间(图3)。封闭空间从大变小,齿穴中的液体被挤压,产生较高的压力,使泵轴上的径向力增大。在吸入口处,封闭空间由小变大,在瞬间产生了低压,析出了油蒸气,析出的油蒸气在冷凝时,会产生一种类似汽蚀现象的冲蚀作用,使轮齿的光滑表面受到剥蚀。
图3 齿轮啮合时所形成的封闭空间
为了减小对泵轴所作用的径向力,并防止齿轮表面受到剥蚀,必须采取适当的措施。为此,在泵盖上开有两条平衡槽(图4)。当封闭空间由大变小时,被挤压的液体可沿平衡槽流向排出口。当封闭空间的容积增大时,吸入口的液体可经平衡槽流进封闭空间。此外,还可以采用在从动齿轮上开平衡孔的方法。平衡孔是通过齿顶和齿底钻通的若干个径向小孔,如图 5所示,在与平衡孔同一横断面处的从动轴上开两个凹槽。当封闭空间由大变小时,被挤压的液体经平衡孔和凹槽流向排出口;封闭空间由小变大时,吸入口中的液体可经小孔和凹槽流进封闭空间。液体的平衡孔中的流动情况如图6所示。
图4 平衡槽
图5 平衡孔
图6 液体在平衡孔中的流动情况
直齿轮泵装配时,应注意从动轴的方向,使它能起平衡径向力的作用。此外,若将图5 中的从动轴朝顺时针方向转动一个小角度,则泵的排出口与吸入口通过小孔和凹槽连通,泵工作时,部分排出液体回流到吸入口,由此可调节齿轮泵的流量。
2)斜齿轮泵。工作轮由一对斜齿轮组成。在斜齿轮的齿轮泵中,封闭空间的容积几乎不变。因为在一个段落中容积增大,而在另一个段落中容积却在缩小,所以这种挤压现象并不重要。
3)人字齿轮泵。主动齿轮和从动齿轮分别由两个方向相反的斜齿轮组成人字齿轮。人字齿轮泵的齿形,使轮齿的啮合逐渐进行,接触面积大、工作平稳、流量均匀、效率较高、使用寿命较长,允许转速也比直齿轮泵为高。因此,流量较大的齿轮泵,几乎都制成人字齿轮泵。
油库中一般采用人字齿轮泵。
齿轮泵的工作原理如图1所示。它的一对啮合齿轮,其中一个主动齿轮由原动机带动旋转,另一个从动齿轮与主动齿轮相啮合而转动。由于齿轮与泵盖之间的间隙很小(大约为0.1~0.12mm),因此吸入口和排出口是隔开的。当主动齿轮转动时,带动从动齿轮以相反方向旋转。在吸入口处,齿轮逐渐分开,齿穴空了出来,使容积增大,压力降低,将油料吸入。吸入的油料在齿穴内被齿轮沿着泵壳带到排出口,在排出口处齿轮重新啮合,使容积缩小,压强增高,将齿穴中的油料挤入排出管中。
齿轮泵的主体结构如图7 所示,主要由主动齿轮、从动齿轮、泵体、泵盖等组成。齿轮靠两端面密封。主动齿轮和从动齿轮均由两端轴承支承。泵体、泵盖和齿轮的各个齿间槽形成密封的工作空间。
图7 齿轮泵结构
1一主动齿轮;2—从动齿轮;3—泵体;4—泵盖
齿轮泵的主要特点是体积小、重量轻、制造成本低、工作可靠、维修方便。但与其他类型泵比较,齿轮泵效率低,振动和噪声大。