三惰轮复合齿轮泵的内部泄漏特性分析

　　1 引言

　　容积效率是评价液压泵特性指标的重要参数之一。容积效率Gv等于额定压力下的实际流量Q与理论流量Qt之比,即Gv=Q/Qt。齿轮泵的泄漏流量为沿齿顶圆间隙的泄漏(径向泄漏)和沿端面间隙的泄漏(轴向泄漏)。由内、外齿轮泵构成的复合齿轮泵(图1)同样存在泄漏。本文对复合齿轮泵的泄漏流量q作分析和探讨。

　　2 径向泄漏

　　径向泄漏是液压油液通过齿顶圆与密封块之间的径向间隙从高压腔向低压腔的泄漏,如图2所示。压力油分别通过各齿轮的齿顶与密封块之间的间隙从高压腔泄漏到低压腔。

　　2.1 径向泄漏速度

　　参看图2,q1、q2、q3分别为中心轮、惰轮和内齿轮之间的泄漏量。齿顶与壳体之间的间隙很小,属于层流运动。其泄漏速度由两部分组成:一部分是由压差引起的流动速度;另一部分是由齿轮旋转引起的剪切流速。可根据两平行平板间的缝隙流理论来计算齿顶与壳体间的泄漏。由于复合齿轮泵中3个惰轮与密封块形成6个过渡区,中心轮、内齿轮与密封块各形成3个过渡区。因为这些过渡区内各齿轮密封齿数不相同,因此惰轮、中心轮和内齿轮处的速度分布不相同。根据文献资料[1],则油液在中心轮与密封块、惰轮与密封块以及内齿轮与密封块所形成的径向间隙中的的流速大小分别为:

　　式中 --齿轮泵高低压腔压差

　　y--距齿顶任意高度

　　Ria--齿顶圆半径

　　L--油液的动力黏度

　　Sie--分别为中心轮(i=1)、惰轮(i=2)以及内齿轮(i=3)的齿顶厚

　　Zi--分别为中心轮与密封块(i=1)、惰轮与密封块以及内齿轮与密封块(i=2)形成的一个过渡区的齿数

　　由式(1)可以看出,径向泄漏的速度分布与齿顶与密封块之间的间隙高度呈二次抛物线关系,式中第一项为压差引起的从高压腔到低压腔的压差流速,第二项为齿轮旋转时流体黏性引起的拖曳流速。由于转速和压差的限定,一般来说压差流动为主;在压差和转速一定的时候,若减小径向间隙到一定程度,可以得到平均流速为零,这样可以提高容积效率,但会大大加大黏性摩擦功率损失。

　　2.2 径向泄漏量

　　泄漏量可由流速在整个齿宽上沿间隙高度积分得到,根据复合齿轮泵的结构,则可得复合齿轮泵的泄漏量为:

　　式中q1、q2、q3分别为中心轮、惰轮和内齿轮与密封块形成的一个过渡区的泄漏量。其中:

　　由式(3)可以看出,泄漏量与间隙大小成三次方关系,因此其泄漏量与间隙有很大的关系,严格控制径向间隙大小对于提高复合齿轮泵的效率有重要意义。若径向间隙太小,会使齿顶刮伤密封块;间隙增大,则会导致泄漏增加,容积效率下降[2]。所以在设计时应尽可能地减小径向间隙,另外在其他参数不变的情况下,增加齿顶厚,可以使径向泄漏减小。