啮合大流量内啮合齿轮泵的设计

四川省宜宾普什驱动有限责任公司大流量内啮合齿轮泵的设计

2012年6月1

摘 要

内啮合齿轮泵具有结构紧凑、对油液污染不敏感、噪音低、流量压力脉动小、寿命长等特点在一些场合具有不可替代的作用具有广阔的发展前景。但目前国产的内啮合齿轮泵排量小 限制了内啮合齿轮泵的适用范围。

本课题以大流量内啮合齿轮泵为设计目标。渐开线内啮合齿轮泵的排量主要由一对啮合的齿轮副决定。首先完成一对内啮合齿轮副的设计不仅要保证齿轮副正确传动还要考虑齿轮副的各种干涉以及强度要求。接着顺序完成月牙板、浮动侧板、泵体、前后泵盖及连接法兰的设计。浮动侧板能够轴向移动浮动侧板上背压室的大小、进出油孔的位置及孔径是设计的重点。设计完成的内啮合齿轮泵流量达到350L/min额定工作压力3.5MPa具有轴向间隙自动补偿提高了泵的容积效率。

关键字渐开线内啮合齿轮泵设计 内啮合齿轮副浮动侧板

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Abstract

Internal gear pumps have significant advantages over other types of pumps, suchas, compact structure, less sensitive to contaminants, little flow pulsation, low noiselevel and long durability. Internal gear pumps have a bright prospect.However thedisplacement of domestic internal gear pumps is small,which makes its use limited.

This research aims to design a internal gear pump in large displacement.Thedisplacement of involute internal gear pumps is determined by internal gear.Duringthe designing of internal gear ,we not only should make gears run right,but also takethe interference and strength into account.Then a crescent,floating plate,Pump case,pump cover and connecting flange are designed. It is important to make the area ofback pressure chamber, the position and diameter of oilholes right for floating plate,which can move in the axial direction.This pump capacity is 350L/min,which canwork in the pressure of 3.5MPa and have axial clearance self-compensation.

Keywords: involute internal gear pump,design, internal gear,floating plate

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目 录

摘 要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I I

目 录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1 绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.1液压泵概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2 齿轮泵的分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.2.1按齿轮的啮合形式分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.2.2按齿形曲线分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.3按齿面形式分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.4按啮合齿轮的个数分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.5按级数分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3齿轮泵的研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.4齿轮泵的发展趋势. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

1.5本课题的研究内容和方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2 内啮合齿轮泵的工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.1 内啮合齿轮泵的分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.2 内啮合齿轮泵的工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.3 内啮合齿轮泵的性能特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3 内啮合齿轮泵的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1 内啮合齿轮副的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.1内啮合齿轮副正确啮合及连续传动条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.1.2内啮合齿轮副的参数选择及计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

3.2月牙板的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

3.3浮动侧板的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

3.3.1浮动侧板的结构分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

3.3.2进出油孔的位置及大小. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

3.4泵体的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

3.5前泵盖、后泵盖的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

3.6连接法兰的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

4总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

致谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

1绪论

1.1液压泵概述

液压技术作为现代工业技术的一个重要方面在各种工业设备、行走机械以及船舶、航空航天上都得到了广泛应用。

液压泵是液压传动系统中的能量转换装置它将动力机械如电动机、内燃机等传输的机械能转换成流动液体的压力能为液压系统提供工作所需的具有一定压力和流量的液体从而驱动系统中的液压执行装置完成各项输出的动作。

根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点因此这种泵也称为容积泵。液压泵工作的基本条件是[1] :

1必须具备一个或若干个密封油腔且密封油腔的容积应能不断变化。液压泵的吸、压油过程就是靠密封容积的不断变化而实现的。密封容积的大小、数量和变化率决定了液压泵的输油量。

2油箱必须与大气相通这是自吸式液压泵的吸油条件。

3油压决定于外界负载这是油压形成的条件。

4必须使泵在吸油时吸油腔与油箱相通时而与压油腔不通在压油时压油腔与压油管道相通时而与吸油腔不通。

5吸油口与排油口不能沟通。

液压泵的型式非常多常用的类型主要可以分为:齿轮式、叶片式、螺杆式、轴向柱塞式、径向柱塞式等五类。液压泵的具体分类情况见图1.1。

从世界各国以及我国的实际应用而言齿轮泵、叶片泵、柱塞泵呈三足鼎立之势近年来其发展应用趋势并无明显的变化。但从技术发展及市场占有量的变化趋势看有利于通轴柱塞泵的发展从回路组合与节能方面看这方面会进一步加强斜轴泵有其明显的优点压力高、寿命长但是通轴柱塞泵在结构上有困难体积偏大不便回路组合 因此应用有减少趋势。齿轮泵由于结构简单、成本低、重量轻、外形尺寸小、 自吸性好、对油液不敏感、工作可靠等优点产

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图1.1液压泵的分类

量居绝对优势。 图1.2所示为我国2000年的三大类泵的产量占有比例情况其中齿轮泵占78.2%。叶片泵由于压力级的提高、噪声低的优势明显一直具有不可替代的地位。但随着电液传动领域中的竞争激烈在某些应用领域中特别是低功率的领域中电传动的进入叶片泵的产量有轻微下降趋势[2]。

图1.2三大泵的产量占有比

泵的应用范围特别广从上天的飞机到入地的钻井、采矿从陆地上的火车、坦克到海上的轮船、潜艇不论是重工业还是轻工业不论是尖端科技还是日常生活到处都需要泵到处都可以看到泵在运行。因为泵的应用范围广泛而被列为通用机械。它是机械工业中的一类重要产品是发展现代化工业、农业、交通运输业、工程机械等行业不可少的机械设备之一[3]。三大泵的应用现状见表1.1[4]。

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表1. 1三大泵的应用现状

1.2齿轮泵的分类

1.2.1按齿轮的啮合形式分类

1外啮合齿轮泵 外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、制造维护简单、价格低廉、工作可靠、 自吸能力强、对油液污染不敏感等。它的不足是齿轮承受不平衡的径向液压力轴承磨损严重泄漏量大。工作压力的提高受到径向液压力和容积效率的限制流量脉动大噪声高。

2 内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵结构紧凑、尺寸小、重量轻、噪声小、容易实现高压。 由于齿轮同向旋转齿面相对滑动速度小、磨损轻微、使用寿命长、流量脉动远比外内啮合泵小因而噪声小。内啮合齿轮泵允许使用较高的转速可获得较高的容积效率。但是内啮合齿轮泵同样存在径向液压力不平衡的问

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题限制了其工作压力的进一步提高。另外齿轮泵的排量不可调节在一定程度上限制了其适用范围。

1.2.2按齿形曲线分类

在外啮合齿轮泵中齿轮的齿形曲线一般都采用渐开线也有采用圆弧齿形的。在内啮合齿轮泵中除了可采用渐开线齿形外还可采用摆线齿形、圆弧齿形、直线共轭齿形。外啮合渐开线齿形结构简单、工艺性好工作可靠相对噪声较叶片泵、柱塞泵大 内啮合渐开线齿形较外啮合渐开线齿形加工难度大但噪声低 内啮合直线共轭齿形、 内啮合摆线齿形工艺加工要求高、相对复杂、成本高1。

1.2.3按齿面形式分类

1直齿齿轮式

2斜齿齿轮式

3人字齿齿轮式

4圆弧齿面的齿轮式。

其中斜齿、人字齿、圆弧齿与直齿相比啮合性能好一些啮合无声、无撞击寿命长。但由于斜角不能太大故对流量波动性的改善不很明显如果斜角太大会使吸压油腔想通所以应用不多。

1.2.4按啮合齿轮的个数分类

1二齿轮式常用齿轮采用的形式。

2多齿轮式 多齿轮组成并联的多个齿轮泵能同时向多个执行元件供给压力油 多齿轮也可组成串联的多个齿轮泵 以使油液获得更高的压力。

1.2.5按级数分类

1单级齿轮泵

2多级齿轮泵将多个齿轮泵串联而成可使输出液体的压力增高。

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1.3齿轮泵的研究现状

齿轮泵是一种常用的液压泵广泛地应用在各种液压及机械上还可用于输送润滑性能的液体如石油部门输送燃料油和润滑油。低压齿轮泵的工作压力为

2.5MPa 中高压齿轮泵的工作压力为1620MPa某些高压齿轮泵的工作压力已达到33MPa。齿轮泵的最高转速一般可达3000r/min左右在个别情况下(如飞机用齿轮泵)最高转速可达8000r/min。容积效率为0.880.96 总效率为

0.780.92。其低速性能较差一般不适于低速运行。当泵的转速低于200300r/min时容积效率将降到不能允许的地步。

齿轮泵发展的标志是压力等级的提高早期的齿轮泵无论是轴向齿轮端面方向还是径向齿轮圆周方向都是固定间隙式的压力低于10MPa。近三十年来经过了液压工作者的努力如采用轴向、径向间隙补偿等方法齿轮泵的压力等级明显提高己挤入中高压泵之列改变了过去人们认为齿轮泵只用于低压系统的看法。齿轮泵的主要缺点是压力脉动大高压下泄漏增加如能得以克服那么齿轮泵将既保持其制造容易、成本低廉的优点又可取代部分制造较困难的泵(如柱塞泵) 进一步扩大使用范围这显然会带来更大的技术价值和社会经济效益。

我国齿轮泵发展状况为

1低压齿轮泵的径向间隙和轴向间隙为定值采用间隙密封原理工作上海机床厂的BC型泵和无锡液压件厂的CB-B型泵属于此类泵。

2中高压泵按轴向间隙自动补偿分为两种一种是浮动轴套型如长江液压件厂的CB系列泵和石家庄煤矿机械厂的YBC系列另一种是弹性侧板式结构如榆次液压件厂的CB-FB型泵。

3典型的高压齿轮泵有长江液压件厂的CB-L型齿轮泵具有轴向间隙和径向间隙平衡结构[5]。济南液压件厂生产的CBZ2系列高压齿轮泵采用轴向补偿和径向跟踪补偿缩小高压区减小径向力现已申请了专利。 CBZb型系列采用齿轮轴向径向浮动补偿减小齿轮泵固有的径向力在使用滚动轴承的情况下达到了高压力现已在中国、美国、 日本等国家申请了专利。 内啮合齿轮泵目前国内主要是上海机床厂生产的GPA型引进美国VICKERS公司产品内外转子间用固定月牙板隔开无间隙补偿排量1.7663ml/r额定压力10MPa转速范围5003000r/mln。上海航空发动机制造厂参照国外QT泵样机设计制造了NB系列直线共轭内啮合齿轮泵。一级齿轮副可承受12.5MPa的压差。在第二级泵进口压力12.5MPa 出口压力25MPa两级的压差都是12.5MPa合理的

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