齿轮泵知识详解

齿轮泵知识详解

一、齿轮泵的概述、

齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而以外啮合齿轮泵应用最广。

相互啮合的一对齿轮的齿顶圆柱和两侧端面，靠紧泵壳的内壁，各齿槽与壳体内壁之间围成了一系列互不相通的密封工作空腔K。由啮合轮齿隔开的D、G腔分别是与泵吸入口和排出口相通的吸入室和排出室。如图所示（外啮合）。

当齿轮按图所示方向旋转时，由于啮合轮齿逐渐退出啮合状态，使吸入室D的容积逐渐增大，压力降低。在吸液池液面压力和D腔内低压之间的压差作用下，液体自吸入池经吸液管和泵吸入口进入吸入室D。随后又进入封闭的工作空间K，并由齿轮的转动被带至排出室G。因两齿轮轮齿从上侧开始逐渐进入啮合状态，一个齿轮的轮齿逐渐占据另一个齿轮的齿槽空间，使位于上侧的排出室容积逐渐减小，室内液体压力升高，于是从泵排出口排出泵外。齿轮连续转动，上述吸、排液过程就连续不断进行了。

齿轮泵的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字

形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

二、齿轮泵的工作原理

齿轮泵的工作原理如图所示，它是分离三片式结构，三片是指泵盖4，8和泵体7，泵体7内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮6，这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴12和从动轴15上，主动轴由电动机带动旋转。

齿轮泵的结构如图所示，当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。

当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮

齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。

泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位，用6只螺钉固紧如图3-3。为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄露最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.025~0.04mm，大流量泵为

0.04~0.06mm。

齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问题是：当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.13~0.16mm。

三、齿轮泵的分类和结构特点

1.按齿轮啮合的形式可分为：外啮合式和内啮合式。

2.按齿形曲线可分为：渐开线齿形式和摆线式。

3.按齿面形式可分为：直齿齿轮式、斜齿齿轮式、人字齿齿轮式、圆弧齿面的齿轮式。

4.按啮合齿轮的个数分：二齿轮式和多齿轮式。

5.按齿轮级数可分为：单级齿轮泵和多级齿轮泵。

齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏感等特性，因而应用较为广泛。

我国齿轮泵行业有两大竞争优势：一方面是拥有低成本

的竞争优势；另一方面是国内的建筑、石油、石化、环保市场的高速增长及重大调水工程也为我国齿轮泵业的发展提供了重要支撑。我国持续增长的市场空间是国内齿轮泵行业保持优势的先决条件。但是，径向力不平衡、流动脉动大、噪声大、轴承寿命短、零件的互换性差，磨损后不易修复，不可调节排量等缺点，让齿轮泵的使用范围受限。不能做变量泵用。

具有以下特点

1、自吸性能好。

2、吸排方向完全取决于泵轴的回转方向。

3、泵的流量不大、连续，但有脉动，噪音较大；脉动率在11%~27%，其不均匀度与齿轮齿数、形状有关，斜齿轮比直齿轮不均匀度小，而人字齿轮又比斜齿轮不均匀度小，齿数越少脉动率越大。

4、理论流量由工作部件的尺寸和转速决定，与排出压力无关；排出压力与负载的压力有关。

5、结构简单、价格低廉，易损件少（不需设吸排阀），耐冲击，工作可靠，可与电机直接连接（不需设减速装置）。

6、磨擦面多，不宜排送含固体颗粒的液体，宜排送油类。

四、齿轮泵的适用场合及类别

齿轮泵适用于输送介质温度≤170℃，粘度不大于100mm2/s的重油、燃油、机械油、等有润滑性的以及性能类似的其

他油类介质，此类泵型一般用于石油、化工、机械工程等场合。

齿轮泵分外啮合及内啮合两种。前者构造简单，价格便宜，应用广泛;后者制造复杂，采用较少，但由于其体积小、重量轻、流量均匀、效率高，寿命较长，因而适于某些体积要求紧凑、重量要求很轻的机器上(如飞机)。为了提高泵的流量均匀性和运转稳定性，可采用螺旋齿轮或人字齿轮，在结构上可以做成单级泵、双级泵或双联泵。

与叶片泵、柱塞泵相比，齿轮泵效率较低，吸油高度一般不大于500mm。由于效率较低、压力不太高、流量不大，因而多用于速度中等，作用力不大的简单液压系统中，有时也用来作辅助液压泵。一般工程机械、矿山机械、农业机械及机床等行业均可应用。

五、齿轮泵的选型原则和选型基本条件

根据齿轮泵选型原则和选型基本条件，具体操作如下：1、根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其它型式（管道式、潜水式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式等）的齿轮泵。

2、根据液体介质性质，确定清水齿轮泵，热水齿轮泵还是油齿轮泵、化工齿轮泵或耐腐蚀齿轮泵或杂质齿轮泵，或者采用无堵塞齿轮泵。

安装在爆炸区域的齿轮泵，应根据爆炸区域等级，采用相应

的防爆电动机。

3、根据流量大小，确定选单吸齿轮泵还是双吸齿轮泵；根据扬程高低，选单级齿轮泵还是多级齿轮泵，高转速齿轮泵还是低转速齿轮泵（空调齿轮泵）、多级齿轮泵效率比单级齿轮泵低，如选单级齿轮泵和多级齿轮泵同样都能用时，首先选用单级齿轮泵。

4、确定齿轮泵的具体型号，确定选用什么系列的齿轮泵后，就可按最大流量，（在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量），取放大5%—10%余量后的扬程这两个性能的主要参数，在型谱图或者系列特性曲线上确定具体型号。

操作如下：

利用齿轮泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该齿轮泵就是要选的齿轮泵，但是这种理想情况一般很少，通常会碰上下列两种情况：

第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的齿轮泵。或设法减小管路阻力损失。

第二种：交点在特性曲线下方，在齿轮泵特性曲线扇状

梯形范围内，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，

若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H，根据其切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的齿轮泵。选齿轮泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状Q-H特性曲线。

5、齿轮泵型号确定后，对水齿轮泵或输送介质的物理化学介质近似水的齿轮泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该齿轮泵优先工作区。

6、对于输送粘度大于20mm2/s的液体齿轮泵（或密度大于1000kg/m3），一定要把以水实验齿轮泵特性曲线换算成该粘度（或者该密度下）的性能曲线，特别要对吸入性能和输入功率进行认真计算或较核。

7、确定齿轮泵的台数和备用率：对正常运转的齿轮泵，一般只用一台，因为一台大齿轮泵与并联工作的两台小齿轮泵相当，（指扬程、流量相同），大齿轮泵效率高于小齿轮泵，故从节能角度讲宁可选一台大齿轮泵，而不用两台小齿轮泵，但遇有下列情况时，可考虑两台齿轮泵并联合作，流量很大，一台齿轮泵达不到此流量。

对于需要有50%的备用率大型齿轮泵，可改两台较小的齿轮泵工作，两台备用（共三台）。

对某些大型齿轮泵，可选用70%流量要求的齿轮泵并联操作，不用备用齿轮泵，在一台齿轮泵检修时，另一台齿轮泵仍然承担生产上70%的输送。

对需24小时连续不停运转的齿轮泵，应备用三台齿轮泵，一台运转，一台备用，一台维修。

8、一般情况下，客户可提交其“选齿轮泵的基本条件”，由泵制造企业给予选型或者推荐更好的齿轮泵产品。如果设计院在设计装置设备时，对齿轮泵的型号已经确定，按设计院要求配置。

齿轮泵选型时要综合考虑工作压力、流量、转速、定量或变量、变量方式、容积效率、总效率、寿命及原动机的种类、噪声、压力脉动率、自吸能力等,还要考虑与液压油的相容性、尺寸、重量、经济性、维修性等：这些因素,有些已写在产品样本或技术资料里,要仔细研究,不明确的地方最好咨询正规齿轮泵生产厂家相关齿轮泵选型手册内容。

六、齿轮泵的困油现象和径向力

齿轮泵的啮合过程中，同时啮合的齿轮对数应该多于一对，即重叠系数ε应大于1(ε=1.4)才能正常工作。留在齿间的油液就被困在两对同时啮合的轮齿所形成的一个封闭空间内，这个空间的容积又将随着齿轮的转动而变化。这就是齿轮泵的困油现象。

若整个啮合过程中有某段时间啮合的齿轮对数少于1

对，即ε＜1时，油泵的输油率就很不均匀，出现时而压送油，时而不压送油，瞬时流量的差值可达30％，齿轮泵不能正常工作。ε=1的情况也不能保证齿轮泵正常工作。

困油现象危害：轴承负荷增大、功率损失增加、油液发热、引起噪音和振动、影响油泵的工作性能、平稳性和寿命。

说明：封闭空间的容积是动态变化的，由大变小再由小变大。变小时：油液不可压缩，油液被挤压，压力升高，就从零件接合面的缝隙中强行挤出（这个压力比油泵的工作压力高很多，甚至可达几百个大气压），使齿轮和轴承受到很大的径向压力和附加载荷。变大时，产生局部真空，空气析出，发生汽化，引起汽蚀。

解决方法（消除、减轻的基点是泄压）：

①修正齿形使封闭空间的容积变化减到最小，该法应用较少。

②泄压孔法在从动齿轮的齿顶到齿根钻径向通孔，在从动齿轮轴上铣出两条沟槽（加工复杂）。

③泄压槽（卸荷槽）法在泵两侧盖的内侧，沿轮齿节圆的公切线方向，开出四个长方形的凹槽（在每个侧盖的进排油方向各开一个）。凹槽的距离，必须大于一个轮齿齿间的厚度，以免使吸排腔直接沟通。

泄压槽法分为

对称泄压槽法：泵能正反转，能大大减轻困油现象，但不完善；

非对称泄压槽法：即向吸入侧方向移过一个适当距离，该法能多回收一部分高压液体，噪音显著下降，但泵不允许反转。

消减困油现象应用最多最广是泄压槽法

径向力产生原因

①作用在齿轮外圆上的压力分布是不相同的，从压油腔到吸油腔油液的压力分布是逐步分级降低，有压差存在而产生的径向力；

②齿顶与泵体内表面有径向间隙；油液的不均匀力的合力作用在泵轴上，使轴承受到单向压力而产生的径向力。

油泵工作压力越高，径向力越大。主动齿轮上所受的径向力的合力F1：较小。从动齿轮上所受的径向力的合力F2：较大，F2＞F1。因为齿轮的啮合点是不断变化的，故其力的大小、方向均显周期性变化。

径向力的危害振动、噪音，导致轴承早期损坏，影响使用寿命。

减少径向力的措施：

1、减小压油口尺寸。

使压油腔作用在齿轮上的面积减小到1~2个齿轮的范围。

2、开液压平衡槽。

在吸油口到压油口过渡区内的端盖或轴承上开两个液压平衡槽，使压油口、吸油口分别与离吸油口、压油口较近的平衡槽相通，这样径向力会得到一定的平衡。

3、扩大高压区。

将压油腔扩大到接近吸油腔一侧，只保持最后一两个齿顶与壳体之间的间隙较小，将其他部分齿顶的间隙放大。使得在很大的顶隙区域内的压力都等于出口压力，最终达到对称区域的径向力得到平衡，减小了作用在轴承上的径向力的目的。

七、齿轮泵的流量和容积效率的影响因素分析

齿轮泵流量公式：

Qt= KπD 2m B n×10-6= 2πK D m B n × 10-6 L/minD—分度圆直径，mm; D=mz, mm, z—齿数 m—模数 m=D/z，mm; b—齿宽，mm; n—转速，r/min; K—修正系数，一般为

1.05～1.15。

中低压齿轮泵的流量：[取K≈1.06 2πK= 6.66]；

Qt= 6.66 Z m2 B n×10-6 L/min；

高压齿轮泵的流量：[取2πK= 7 ]；

Qt= 7 Z m2 B n×10-6 L/min；

测算Qt：对于标准齿轮 m=De /（ Z + 2） De -齿顶圆直径对于变位齿轮 m=De /（ Z + 3）；

容积效率的影响因素

1.密封间隙

存在径向间隙（齿顶间隙）、轴向间隙（端面间隙）和齿侧间隙，齿轮泵的轴向间隙（端面间隙）漏泄量最大，占总漏泄量的70～80％。

2.吸入压力：

吸入压力降低，气体析出，ηv 下降；

3.排出压力：

排出压力升高，漏泄增加，ηv 下降；

4.温度和粘度：

油温升高，粘度下降，气体析出，漏泄增加，ηv 下降；

5.转速

漏泄量与转速关系不大，但也不能太高或太低。转速太高，油液的离心力大，油液难于充满齿腔，齿根会出现真空而汽化，影响吸入，产生振动、噪音，ηv 下降（最高转速限制在3000 r/min以下）；转速太低ηv 下降（转速应在200~300 r/min以上）；

八、齿轮泵的自吸能力和使用要点

泵的自吸能力是指泵在额定转速下，从低于泵下端的开式油箱中自行吸油的能力。吸油能力的大小，常以吸油高度(或者用真空度)表示。

泵的自吸能力的实质，是因泵的吸油腔形成局部真空，油箱中的液压油在大气压力的作用下流入吸油腔。所以液压泵吸油腔内真空度越大，则吸油高度越高。但真空度的数值受气蚀条件的限制。不论吸油高度、吸油口的流速口或吸油管的水力损失。中哪一项增加，都将影响液压泵的压力下降。当下降到低于当时温度下油液的空气分离压时，就会产生空穴和气蚀现象，从而使振动和噪声显著增加，流量和效率显著降低，甚至可能使液压泵的零件破坏。因此，液压泵的吸油高度不能过高，一般泵所允许的吸油高度不超过

500mm。当安装高度确定以后，随着液压泵转速的提高和流量的增大，将同时增大，同样有产生气蚀的危险。因此在选择液压泵时，必须使其转速在规定的许可范围之内，同时应把吸油管选得大一些，以限制吸油口流速砚。并且尽量不要在吸油管道上安装不必要的附件，以减少吸油管道的水力损失。

此外，油的粘度对吸油阻力也有一定的影响。粘度太大时，将影响泵的自吸能力。

对自吸能力较差的液压泵；一般应采取如下措施：

(1)将液压泵安装在油箱液面以下工作；

(2)采用封闭式油箱，以增加油箱液面的压力(一般预压力为0．5～2．5 bar)；

(3)采用补油泵供油，一般补油压力为3～5bar。

不同类型的油泵其自吸能力是不同的，所以自吸能力也是衡量液压泵的性能指标之一。

使用要点：

1、注意泵的转向和连接一般齿轮泵有既定的转向，检修时应注意马达接线不要接错，反转会使吸排方向相反。泵和电机应保持良好对中，联轴节不同心度应在0.1mm以内。由于泵轴工作时有弯曲变形，最好能使用挠性连接。

2、齿轮泵虽有自吸能力，但决不允许干吸起动前摩擦部件的表面一定要存有油液，否则短时间的高速回转也会造成严重摩擦。

3、机械轴封属于较精密的部件，拆装时要防止损伤密封元件。

4、不宜在超出额定压力的情况下工作否则会使原动机过载，加大轴承负荷，并使工作部件变形，磨损和漏泄增加，严重时甚至造成卡阻。

5、要防止吸口真空度大于允许吸上真空度，否则不能正常吸入。

6、工作中应保持油温和粘度合适工作油温范围为－20～80℃。粘度太小则漏泄增加。还容易产生气穴现象；粘度过大同样也会使容积效率降低和吸入不正常。

7、工作中要防止吸入空气吸入空气不但会使流量减少，而且是产生噪音的主要原因。

8、端面间隙对齿轮泵的自吸能力和容积效率影响甚大。

9、应有过滤器（高压齿轮泵对污染敏感度高）

九、齿轮泵的保养方法

齿轮泵怎样保养，让其寿命更长?齿轮油泵是用两个齿轮互啮转动来工作，对介质要求不高。一般的压力在6MPa以下，流量较大。

延长齿轮泵使用寿命的5个方法

1、经常加脂，电动油桶泵为高速运转，润滑脂易于挥发，故必须使轴承处的润滑能保持清洁，并注意添换。

2、注意保存电动抽油泵应放于干燥，清洁和没有腐蚀性气体的环境中。

3、齿轮油泵经常检查维修，电动油桶泵应经常检查，维修，须检查电源线：内接线，插头，开关是否良好，绝缘电阻是否正常，刷尾座是事松动，换向器与电刷接触良好，电枢绕级扩定子绕组是否是有适中断路现象，轴承及转动零件是否的损坏等等。

4、齿轮油泵注意绝缘电阻，长期搁置不用的或在潮湿环境中使用的电动抽液泵，使用前必须用500伏兆欧表测量绕组的绝缘电阻。如绕组与电机壳间绝缘电阻小于7兆欧时，必须对绕组进行干燥处理。

5、保存好每零件和调换相同零件，在拆检齿轮油泵时，应保存好每个零件，要特别注意隔爆零件的隔爆面不能使其损伤

拉毛包括绝缘衬垫及套管，如有损坏，必须调换上新的相同零件，不得采用低于原材料性能的代用材料或原有规格不符的零件，装配时应将所有零件按原先位置装好，不能遗漏。