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提高齿轮泵额定压力的研究
[2024-03-22] 齿轮泵

  轴承尺寸参数为 : 轴承内孔直径 d=18mm, 轴承有 效宽度即轴承孔的工作长度 L=20mm, [p]为轴承的许用 比 压 , CBN- E300 系 列 齿 轮 泵 的 轴 套 为 低 锡 铝 合 金 材 料, 一般取[p]=210kg/cm2, 最大极限比压为 270kg/cm2。,

  因为轴承的承载能力低, 工作时实际轴承比压超出轴 承的许用轴承比压。作用于齿轮上的力由液压作用力

  液压力成钝角, 而从动齿轮所受的啮合力与总液压力 成锐角。因此, 主动齿轮所受的总液压力与啮合力之合 力较从动齿轮为小。一般认为, 从动齿轮上所受总的作 用力可以折算成液压作用力, 其数值约为

  Fmax=0.9pmaxbDe/2=0.9×200×2.5×3.9/2=877.5kg

  (1.Huaian College of Information Technology, Huaian 223003, China; 2.Jiangsu Zhongye Hydraulic Machinery Co.ltd, Huaian 223001, China)

  齿轮泵的结构及形式多种多样, 不同结构的齿轮泵 提高其额定压力的方法和手段具有一定的差异性。本 文以淮安市本地液压元件厂大批量生产的 CBN- E300 系列齿轮泵为研究对象。该系列齿轮泵为三段式整体 轴套结构, 具体结构如图 1 所示。

  收稿日期: 2007- 5- 18 作者简介: 杨 杰 ( 1966- ) , 男 , 高 级 工 程 师 , 毕 业 于 吉 林 工 业 大 学 内燃机专业, 现在淮安信息职业技术学院机电工程系工作,主 要研究领域为液压元件设计和制造工艺, 已获得多项国家专 利。

  文章编号: 1008- 0813( 2008) 01- 0029- 04

  R esearch on Enhancing R ated Pressure of Gear Pump

  图 1 CB E300 系列齿轮泵结构图 1- 前盖 2- 定位销 3- 泵体

  4- 轴套 5- 外密封件 6- 后盖 7- 螺母 8- 螺栓 9- 内密封件 10- 主动齿轮 11- 被动齿轮 12- 骨架油封

  CBN- E300 系列齿轮泵的额定压力在设计时定为 16MPa, 最高压力为 20MPa。为了摸清它的性能储备状 况 , 对 一 中 间 排 量 档 CBN- E310 齿 轮 泵 进 行 0 ~22 MPa循环加载破坏性冲击试验。试验条件为 : 转速为 2500r/min,油温为 80±4℃, 冲击频次为 30/min。

  还采用扩大高压区方法来降低轴承载荷, 即在靠近齿 轮的轴套端面外圆上加工一道圆弧形开口槽, 使径向 液压力的分布发生明显的变化, 这样使不同方位的液压力互 相抵消, 最大限度降低轴承载荷。在齿轮泵的结构设计 许可范围内, 尽可能增大轴的有效长度和轴径也可有 效地降低轴承比压。

  降低轴承比压是有限度的, 要想提高额定压力, 提高轴承的承载能力非常必要。通过大量的实物测 试 , 低 锡 铝 合 金 的 许 用 比 压 确 定 在 210kg/cm2, 最 大 极 限 比 压 为 270kg/cm2, 。 近 年 来 , 我 国 DU 轴 承 生 产 技 术不断成熟, 其承载能力逐步的提升, 而价格不断下 降 ; DU 轴 承 许 用 比 压 保 守 定 为 340kg/cm2, 如 齿 轮 泵 结 构 细 节 合 理 , 许 用 比 压 可 定 在 440kg/cm2, 最 大 极 限 比 压 可 达 580kg/cm2; 所以高压齿轮泵的轴套内孔都压 有 DU 轴承。 3.2 齿轮泵的整体刚度

  b— ——齿轮宽; De— ——齿顶圆直径。 在 CBN- E300 系列齿轮泵中, CBN- E316 型齿轮泵 齿宽最大, 以它为例来计算轴承比压。忽略吸油真空 度, 则: Δp=p( 出油口压力) 。齿轮上所受总的作用力分 别由两端轴承所承受。因此每个轴承的负荷为总的作

  ( 1) 前后盖采取高强度球墨铸铁, 因球墨铸铁的弹 性模量比铸铝高, 可提高其强度和刚度。

  ( 2) 泵体的断面形状改进设计, 在满足安装条件的 情况下, 适当加大截面积。零件的刚度与截面积成正 比, 增大截面积可提高刚度, 减小泵体的变形。

  ( 3) 对泵体的材料提出更高的机械性能要求, 在延 伸率 δ、屈服强度 σs、抗拉强度 σb 三方面确定合适数 值。浇铸泵体材料目前采用的是铸铝 ZL111, 其综合性 能在高压下不能满足规定的要求。我们参考国外同种类型的产品, 泵 体采用拉延型材, 这种拉延型材经过挤压工艺, 有较高 的强度、刚度、理想的伸长率。

  从轴承比压计算公式可看出, 轴承比压与轴承上 的载荷成正比, 与轴的有效长度和轴径的大小成反比。 当压力一定时, 可通过增大齿高系数来增大单位齿宽 排量, 从而减小齿轮宽度来降低载荷。在高压齿轮泵中

  ( 4) 提高联接强 度 和 刚 度 , 对 螺 栓 材 料 、尺 寸 和 性 能严格要求。CBN- E310 齿轮泵所用螺栓材料为 45 钢, 在高压泵中螺栓材料改用 40Cr。

  泵体、前后盖和联接螺栓作为一个外刚度系统对 提高齿轮泵的额定压力很重要, 齿轮轴和两个轴套 作为内刚度系统对提高齿轮泵的额定压力也很关键。 从动齿轮受力比较大, 我们以从动齿轮为研究对象, 在 图 5 的 C- C 截面上的挠度可按下式计算:

  Hydraulics Pneumatics & Seals/No.1.2008

  (1.淮安信息职业技术学院, 江苏淮安 223003; 2.江苏中液液压机械有限公司, 江苏淮安 223001)

  摘 要: 文章通过试验数据和理论计算等分析了影响提高齿轮泵额定压力的因素, 提出了影响齿轮泵上压力等级的重要的条件是轴承比

  Hydraulics Pneumatics & Seals/No.1.2008 在试验测量静变形、永久变形、爆破压力等数据 后, 从中不难发现几方面的问题:

  ( 1) 爆破压力高的泵体静变形小, 爆破压力低的泵 体静变形大, 同样的材料、形状、工艺过程, 前盖、后盖、 泵体的爆破压力悬殊很大。

  经过比压分析, 实际轴承比压大于或接近于轴承 许用比压时, 会造成烧轴套。试验发现, 小排量泵比压 小, 在很多压力范围内不存在上压力等级比压不够的 问题, 可是 06、10 排量泵额定压力上不了 20MPa, 在综 合分析多种因素以后, 我们大家都认为必须从整体刚度上来 分析和研究。

  在高压情况下, 泵体、前后盖和联接螺栓作为一个 外刚度系统, 齿轮轴和两个轴套作为内刚度系统, 内外 密封件的支撑刚度作为单独一个刚度体系来分析。由 于对前后盖和泵体的刚度计算缺乏权威性的方法, 采 取了最直接的做法是做试验; 即对 CBN- E310 的泵 体做静变形和永久变形试验, 对 CBN- E310 泵体和前 后盖进行爆破压力测定以定性地分析。泵体的端面的 外形如图 2 所示, 前盖外形如图 3 所示, 后盖外形如图 4 所示, 泵体的静变形数据如表 1 所示, 泵体的永久变 形和静爆破压力数据如表 2 所示, 前后盖的静爆破压 力数据如表 3 所示。试验在江苏中液液压机械有限公 司的静爆破高压试验机上进行。

  仅从外刚度系统的测量结果来看, 现有产品结构 和材料性能显然不能够满足上高压的要求, 也就不可以 满足在高压情况下各密封环节仍能保持良好贴合状 态, 使性能恶化。怎么提高外刚度使之高压下的变形能 满足性能的要求呢? 材料、工艺、结构尺寸设计三个环 节都必须互相改变互相适应才行。在分析试验的结果 和国内外同种类型的产品的基础上, 确定提高 3M 泵的外刚度 的措施为:

  通过多台次冲击试验后得出统计数据: 炸泵体占 25%, 倒内密封圈堤墙占 8%, 内密封失效占 18%, 烧轴 套占 33%, 其他失效形式占 16%。

  所反馈的一些问题进行详细分析, 得出制约提高齿轮 泵额定压力的重要的因素有两个: 轴承比压和齿轮泵的 整体刚度。

  这是因为 CBN- E310 齿轮泵前盖、后盖、泵体为金 属模浇铸, 在浇铸时因温度、浇帽口大小等因素的影 响, 使个体浇铸质量有差异造成的。

  ( 2) CBN- E310 齿轮泵泵体和轴套之间最 大 间 隙 为 +0.090mm, 最 小 间 隙 为 +0.04mm, 从 表 1 可 知 在 20MPa 下泵体的变形量静变形的值已超出原有设计的间隙 匹配, 不能确保零件处于理想的工作位置, 使轴套不浮 动, 影响压力的提高。

  Abstr act: According to the experiment data and theories compute etc, the paper analyzes the factors of enhancing rated pressure of gear pump.It puts forward the key factor which influences of enhancing pressure of gear pump is the bearings ratio to press and the whole stiff- ness of gear pump, and gives some methods. Key Wor ds: gear pump; rated pressure; stiffness; bearings ratio to press

  式 中 F— ——液 压 力 、啮 合 力 之 合 力 的 一 半 当 排 量 为 16mL/r, 压力 20MPa 时, Fmax=877.5kg;

  齿 轮 泵 由 于 结 构 简 单 、性 能 可 靠 、性 价 比 高 被 广 泛 用于农业机械、工程机械等作为液压动力源。目前, 流 体传动技术正在向着高压、高速、低噪声等 方 向 发 展 , 提高齿轮泵的额定压力非常必要。齿轮泵的额定压力 是指泵在正常工作条件下, 按试验标准规定能够连续 运转的最高压力。它受泵本身泄漏和结构强度限制, 但 具体受哪一些原因影响, 影响成度如何, 很少有文献详细 论述。在多年齿轮泵的设计、制造和试验过程中, 积累 了一些提高齿轮泵额定压力的经验和方法, 希望能为 国内同行起一些借鉴作用。