齿轮泵的径向力及其平衡措施

在齿轮泵的实际应用场景中，“安全阀”虽常被视为“压力保护装置”，却与径向力平衡问题存在微妙的关联。当齿轮泵因径向力失衡导致异常振动或轴承失效时，可能引发泵的输出压力波动加剧——若压力突然升高超出系统设计阈值，安全阀需及时开启泄压以避免管路爆裂；但长期振动也可能导致安全阀阀瓣与阀座贴合不紧密，出现“泄漏”或“频跳”现象。更关键的是，安全阀校验的本质是对系统压力保护能力的全面验证，其校验过程需基于齿轮泵实际运行中的压力特性（包括正常工况压力、波动范围及极端工况下的峰值压力）。若因径向力失衡导致泵的压力特性偏离设计值（如长期高压运行或压力脉动增大），未及时校验的安全阀可能无法准确匹配实际泄压需求：要么因整定压力偏高导致超压时无法及时开启，要么因整定压力偏低造成正常工况下误动作，最终影响系统的本质安全水平。

齿轮泵的径向力是怎样产生的?

由于齿轮泵内存在高压压油腔和低压吸油腔，沿齿轮外圆与泵体之间的油压是从吸油压力顺着转动方向而增加到排油压力的。此压力差对齿轮产生不平衡的径向力。

此外，齿轮与泵体间有间隙，存在压力损失，也会形成径向力。

齿轮泵的径向力可能对机器造成的损害:

径向力的合力能够使轴承受到很大径向负荷造成泵轴变形，使齿轮与泵体接触而导致泵体磨损。

消除径向力的平衡措施如下:

1、使压油腔孔道尺寸比吸油腔小，加大径向间隙。前者是减小液压力，后者是补偿径向力引起的轴变形。采用较大间隙似乎增大漏损，但齿轮总是被压向吸油腔一侧，单向间隙是很小的，同时漏损方向与流动方向相反，实际上漏损不大。

2、在轴承座圈上开压力平衡槽，将压油腔的油引到对称的位置一边，平衡掉一部分径向力，使作用在齿轮外圆的径向力减小。文章由上海泽德水泵整理这种方法会使高压油靠近吸油腔而增加漏损，影响泵的容积效率。

3、靠齿轮外圆在泵体上开压力平衡槽。

对于斜齿轮泵，应该注意轴向力的作用，采取相应的平衡措施。

在液压泵中，齿轮泵应用广泛。它结构最简单，零件少，重量轻，工艺性好，制造容易，成水低，工作可靠，维护方便。

困油、径向不平衡力和内泄漏大，是外啮合尺寸泵的三大先天性问题。这些限制了齿轮泵工作压力的提高，为了提高齿轮泵的性能，提高其使用工作压力，在结构上须采取一些措施。

一、解决齿轮泵困油问题的措施

为了使齿轮泵能连续供油，要求两齿轮的重叠系数ε>1，即在一对齿即将脱开前，后面一对齿就要进入啮合，以隔开吸压油腔。这样在一小段时间内同时有两对齿处于啮合状态，此时留在齿间的油液就会被困在这两对齿(两啮合点)所形成的封闭空间Va与Vb(见下图)内，Va与V b也叫闭死容积。

外啮合齿轮泵困油现象与困油容积变化

齿轮在由上图(a)→(b)→(c)的转动合过程中，Va的容积逐渐变小，Vb的容积逐渐变大，容积Va与Vb合起来的总容积V有一变小变大的过程(上图(d)]。由于油液的可压缩性很小以及油液存在空气分离压力，在容积变小时，容积内油液被压缩，压力急剧增高，会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热;在容积V增大时，容积内产生局部真空，使溶于油中的空气分离出来，产生气穴，引起噪声、动和气蚀。这就是齿轮泵的困油现象。

消除困油现象的具体方法是在泵盖、侧板或者浮动轴套上的合适位置设置卸荷槽(圆形、方形、异形等)，使封闭容积减小时卸荷槽与压油腔相通，封闭容积增大时通过左边的卸荷槽与吸油腔相通。

在很多齿轮泵中，两卸荷槽并不对称于齿轮中心线分布，而是整个向吸油腔侧平移一段距离。实践证明，这样能取得更好的卸荷效果。只要卸荷槽设计得当，就可消除困油现象，减少噪声和振动的发生，而且对吸油和压油有利。

目前国内外齿轮泵的卸荷槽有以下几种。

对称型卸荷槽

不对称卸荷槽

特殊形状卸荷槽

二、减少径向不平衡力的结构措施

在外啮合齿轮泵中，齿轮啮合点的两侧，一侧是排油腔，油压力很高，另一侧是吸油腔，油压力很低。出口压力油从齿顶圆与泵体孔之间的间隙漏逐齿降压，形成一条逐级向吸油口递减的压力分布曲线(见下图 )，这样在主动齿轮、从动齿轮上便分别受到径向方向的合力(液压力)F,与F，这就造成了很大的径向不平衡力，总是把齿轮推向吸油腔一侧。这就是径向负载和压力平衡问题。

径向不平衡力的产生

径向不平衡力使齿轮和轴承受到的径向力增大，造成泵体靠吸油腔区域内孔孔壁的磨损，产生冲击载荷，产生振动和噪声。

在结构上齿轮泵采用减小径向不平衡力的措施如下：

a.缩小压油口尺寸，使压力油作用于齿轮上的面积减小，径向不平衡力也就减少

b.使径向力卸荷

在轮端面衬套上沿圆周开引油沟槽D，并在衬套外圆桂面上铣一个小平面a，使此小平面a与泵体孔之间构成一个小间隙，这样在靠近小间隙范围内的齿谷，可通过沟槽b与相应的压吸油腔相通，达到平衡径向力的目的。因为衬套(浮动或不浮动)共有四个，每个衬套上都有上述相同的引油槽b和小平面a，起到图3-26中所示的四个内流道 A,、A、B,、B,相同的作用，而工艺上简单得多。

轴套上开平衡径向力的方法

三、减少内泄露的结构措施

齿轮泵的内泄漏主要有三个位置:轴向间隙，齿轮端面与泵前后盖(或轴套)之间，其泄漏量占总内泄漏量的70%~80%;径向间隙，齿顶圆与泵体孔之间的扇形圆弧面，占总内泄漏量的10%~15%;两齿轮的合处。

内泄露的三个位置

在结构上采取措施是保证合理的轴向装配间隙，控制在002~0.04mm，具体方法有：

端面间隙补偿：采用静压平衡措施:在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引人压力油，让作用在背面的液压力F,稍大于正面的液压力F,，其差值由一层很薄的油膜承受。

径向间隙补偿：在压油腔装一径向浮动衬套，利用出口油压补偿径自间隙。采用浮动侧板或浮动轴套补偿轴向间隙;

采用浮动侧板补偿轴向间隙的结构，橡胶制成的卸压片(调节密封)如一个弹簧将浮动侧板压在齿轮端面上，可进行轴向间隙的补偿。

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