結(jié)構(gòu)基礎(chǔ):
泵內(nèi)包含兩個緊密嚙合的齒輪(通常為直齒、斜齒或人字齒):一個是主動齒輪(由電機或發(fā)動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)),另一個是從動齒輪(由主動齒輪帶動反向旋轉(zhuǎn))。
齒輪被安裝在精密配合的泵殼內(nèi)。齒輪的外徑、齒頂與泵殼內(nèi)壁之間的間隙非常小,齒輪的端面與泵的端蓋(側(cè)板)之間的間隙也非常小。
泵殼上開有兩個通道:吸入口(通常較大)和排出口(通常較小)。
兩個齒輪將泵腔分隔成兩個基本隔離的區(qū)域:吸油腔(吸入側(cè))和壓油腔(排出側(cè))。
工作過程:
當齒輪旋轉(zhuǎn)到排出口一側(cè)時,輪齒開始重新進入嚙合。
重新嚙合的輪齒占據(jù)齒間空間,使得齒間容積逐漸減小。
容積減小的過程擠壓封閉在其中的液體。
被擠壓的液體壓力升高,當壓力高于排出管路壓力時,液體被強制從排出口排出泵外。
隨著齒輪持續(xù)旋轉(zhuǎn),這個過程不斷重復(fù),實現(xiàn)液體的連續(xù)吸入和排出。
隨著齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn),被液體充滿的齒間容積被輪齒攜帶著沿著泵殼內(nèi)壁從吸油腔向排油腔移動。
此時,輪齒處于完全嚙合狀態(tài)(在中間位置附近),齒間容積被輪齒本身和泵殼/端蓋嚴密封閉,形成一個“封閉包”。液體被封閉在這個空間中,無法流回吸油腔,也無法流向排油腔(此時尚未連通)。
密封性至關(guān)重要: 齒輪與泵殼內(nèi)壁、齒輪端面與端蓋之間微小的間隙是實現(xiàn)有效密封和防止內(nèi)部泄漏的關(guān)鍵。間隙過大會導(dǎo)致泄漏增加,降低泵的效率和排出壓力。
當齒輪按圖示方向(主動齒輪順時針,從動齒輪逆時針)旋轉(zhuǎn)時,在吸入口一側(cè),齒輪的輪齒逐漸脫離嚙合。
脫離嚙合的輪齒之間的齒間容積(稱為“工作腔”)隨著齒輪旋轉(zhuǎn)而逐漸增大。
這個容積增大在吸油腔區(qū)域形成局部真空(壓力低于大氣壓或供油壓力)。
在壓差作用下,液體被吸入泵內(nèi),填充這些增大的齒間容積。
步驟1:吸入過程(容積增大,形成局部真空)
步驟2:輸送過程(密閉攜帶)
步驟3:排出過程(容積減小,擠壓排出)
流量特性:
理論流量由齒輪的幾何尺寸(模數(shù)、齒數(shù)、齒寬)和轉(zhuǎn)速決定,與排出壓力基本無關(guān)(忽略泄漏)。
實際流量小于理論流量,其差值主要是由于內(nèi)部泄漏(通過徑向間隙和軸向間隙)造成的。排出壓力越高,泄漏量越大,實際流量越小。
流量存在脈動:由于輪齒嚙合過程中,齒間容積的填充和排出不是完全連續(xù)的瞬間動作,導(dǎo)致瞬時流量有波動。齒數(shù)越少(或模數(shù)越大),脈動越明顯。斜齒輪和人字齒輪的脈動比直齒輪小。
壓力特性:
齒輪泵是定量泵(排量固定)。其產(chǎn)生的排出壓力取決于負載(下游阻力)。負載越大,排出壓力越高。
排出壓力受限于泵的結(jié)構(gòu)強度、軸承承載能力和密封性能。過高的壓力會導(dǎo)致泄漏劇增、效率下降,甚至損壞泵或使軸承受過大徑向力。
困油現(xiàn)象:
在齒輪嚙合過程中,尤其是在直齒輪泵中,兩對輪齒同時嚙合會形成一個封閉的容積。隨著齒輪旋轉(zhuǎn),這個封閉容積先減小后增大,導(dǎo)致其中的液體壓力急劇升高(壓縮)或降低(膨脹),產(chǎn)生噪音、振動和氣蝕,并消耗額外功率。通常在泵的端蓋上開設(shè)有卸荷槽來消除或減輕困油現(xiàn)象的危害。
徑向力:
排出腔的高壓液體作用于齒輪外圓,產(chǎn)生不平衡的徑向力,作用在齒輪和軸承上。壓力越高,徑向力越大。這限制了齒輪泵的最高工作壓力。常采用縮小排出口尺寸、采用浮動軸套或浮動側(cè)板等措施來平衡部分徑向力。
優(yōu)點:
結(jié)構(gòu)簡單緊湊,制造維護成本相對較低。
工作可靠,自吸性能好(啟動前無需灌泵)。
對油液的污染不敏感,抗污染能力強。
轉(zhuǎn)速范圍寬。
缺點:
流量和壓力脈動較大(尤其是直齒)。
噪聲相對較高。
存在固定的內(nèi)部泄漏,效率不如柱塞泵高,且效率隨壓力升高而下降。
工作壓力和容積效率通常低于柱塞泵。
輸送的液體粘度對性能影響較大,不適合輸送低粘度或含有固體顆粒的液體(除非特殊設(shè)計)。
其原理與外嚙合類似,也是一個齒輪(內(nèi)齒圈)包圍著另一個齒輪(小齒輪)。當小齒輪旋轉(zhuǎn)時,它與內(nèi)齒圈在非同心位置嚙合,在兩者之間形成月牙形工作腔。容積變化同樣發(fā)生在吸入口(容積增大吸入)和排出口(容積減小排出)區(qū)域。內(nèi)嚙合泵通常具有更小的流量脈動和噪聲。