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（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司， 陜西 寶雞 722409）

引言

齒輪泵是液壓系統(tǒng)中最常見的動(dòng)力裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、自吸性能好、對液壓油污染度不是很敏感等特點(diǎn)，受到了各行業(yè)的大力推廣，其按結(jié)構(gòu)方式的不同，又可以分為內(nèi)嚙合齒輪泵和外嚙合齒輪泵。隨著這幾年加工工藝的不斷提升，內(nèi)嚙合齒輪泵由于在同排量液壓油泵中外形尺寸小、流量脈動(dòng)小、壽命長等特點(diǎn)逐漸被顯現(xiàn)出來。QT 系列直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵是一種獨(dú)特的齒形設(shè)計(jì)，決定了它在嚙合時(shí)幾乎沒有困油區(qū)，大大降低了噪聲和壓力脈動(dòng)，顯著提高了效率，保證了油液的品質(zhì)。其單級泵的輸出壓力可達(dá)到20 MPa，被液壓行業(yè)稱之為安靜泵。

1 工作原理

QT 系列直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理類同于漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪副的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，具有直齒形狀的主動(dòng)齒輪和與其齒形共軛的被動(dòng)齒輪在泵體內(nèi)做偏心安裝，當(dāng)主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪在做內(nèi)嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，月牙板將吸油腔和排油腔分開。主動(dòng)齒輪按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)被動(dòng)齒輪作同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)在吸油區(qū)附近的封閉容積變大而形成吸油腔，在排油區(qū)附近的封閉容積變小而產(chǎn)生排油腔，完成一個(gè)吸排油過程，由于齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵便連續(xù)進(jìn)行周期性工作。由于直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵沒有軸向負(fù)載，被動(dòng)齒輪與泵體之間的配合間隙很小，在正常工作油膜的作用下，兩者的摩擦副相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)壓軸承，保證了油泵的長壽命。該泵還可以通過兩聯(lián)或者三聯(lián)的形式串聯(lián)，為系統(tǒng)提供更高的壓力。

圖1 齒輪副的結(jié)構(gòu)圖

2 常見故障的判斷與分析

最初，該泵在實(shí)際運(yùn)行中主要表現(xiàn)為系統(tǒng)壓力不夠，繼續(xù)使用油溫會(huì)逐漸升高，初步判斷為油泵內(nèi)部磨損。在拆解油泵后發(fā)現(xiàn)被動(dòng)齒輪外齒圈與泵體之間的間隙偏大，兩個(gè)齒輪副之間的嚙合面也有磨損，隨后對液壓油進(jìn)行了整體清理。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析，造成該泵主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪磨損的原因如下：

1）在加油過程或者維修設(shè)備時(shí)將堅(jiān)硬的固體顆粒物帶入了油液，甚至將金屬顆粒帶入了油液，細(xì)小的固體或者金屬顆粒通過油泵吸油過濾器進(jìn)入了油泵，造成了對齒輪嚙合面和被動(dòng)齒輪外齒圈的磨損。

2）設(shè)備在維修后或者冷啟動(dòng)時(shí)，油泵還未建立潤滑油膜就進(jìn)行了加載，造成了齒輪副的干摩擦和齒輪面的硬接觸。

3）吸油濾油器堵塞。在液壓系統(tǒng)中，液壓油在正常工作情況下溶解有6%～12%的空氣，當(dāng)吸油濾油器發(fā)生堵塞后，進(jìn)油管及油泵吸油腔中的壓力會(huì)低于空氣分離時(shí)的壓力，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，氣蝕特別會(huì)對被動(dòng)齒輪外齒圈表面進(jìn)行損傷，減少油泵的使用壽命。

3 主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的修復(fù)

3.1 數(shù)據(jù)測繪與計(jì)算

一般來說，只要給出一齒輪的齒廓曲線，就可以根據(jù)齒廓嚙合基本定律求出與其嚙合傳動(dòng)的另一輪上與該齒廓曲線相共軛的齒廓曲線。從日本住友QT系列技術(shù)資料來看，直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵齒輪副的主動(dòng)輪為三角直齒齒輪，被動(dòng)輪為直線共軛齒圈，接下來便是對齒形的測量和計(jì)算過程。

在已有的傳統(tǒng)方法中，是根據(jù)嚙合原理[1]（按給定角速度比變化規(guī)律傳遞平衡軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩齒廓，它們在接觸點(diǎn)處的公法線要通過瞬時(shí)嚙合節(jié)點(diǎn)），求出不同坐標(biāo)系中各嚙合點(diǎn)之間的相互對應(yīng)關(guān)系，即在原坐標(biāo)、主動(dòng)齒輪坐標(biāo)、被動(dòng)齒輪坐標(biāo)中，三個(gè)坐標(biāo)對應(yīng)的關(guān)系。最后通過各點(diǎn)坐標(biāo)的擬合來得出不同的齒廓方程。其步驟為，先定坐標(biāo)系，其次求出主動(dòng)齒輪坐標(biāo)系上點(diǎn)與原坐標(biāo)系點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，再通過坐標(biāo)變換求出主動(dòng)齒輪坐標(biāo)系上點(diǎn)與被動(dòng)齒輪坐標(biāo)系上點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。

把原坐標(biāo)系定為xoy 坐標(biāo)系，主動(dòng)齒輪坐標(biāo)定為x1o1y1坐標(biāo)系，被動(dòng)齒輪坐標(biāo)定為x2o2y2坐標(biāo)系。在此齒輪副中，關(guān)鍵計(jì)算在于共軛齒廓的計(jì)算，如圖1 所示。根據(jù)已有的齒廓左側(cè)的計(jì)算方程：

式中：θ 為分度圓齒厚對應(yīng)的圓心角；r1為節(jié)圓半徑；β 為齒形半角。

圖2 主動(dòng)齒輪齒廓

對齒輪實(shí)物進(jìn)行測量可得：齒形半角β=13°，主動(dòng)齒輪齒數(shù)z1=10，被動(dòng)齒輪齒數(shù)z2=13 mm，兩齒輪之間的中心距a=8 mm，傳動(dòng)比i=10/13。

根據(jù)齒廓嚙合的基本定律，使傳動(dòng)比滿足外齒輪和內(nèi)齒圈的連心線被其嚙合齒廓在接觸點(diǎn)處的公法線所分成的兩段成反比，得出節(jié)圓半徑：r1=az1/（z2-z1）=26.667 mm，r2=az2/（z2-z1）=34.667 mm。

將參數(shù)代入式（1）得出：y1=2.05x1+32.236。

被動(dòng)齒輪的齒廓方程：為了得到性能優(yōu)良及嚙合情況良好的齒輪副，與直線齒廓主動(dòng)齒輪相嚙合的被動(dòng)齒輪其齒廓曲線必須為與主動(dòng)輪齒廓直線相共軛的曲線，由嚙合原理可知，傳動(dòng)比為常數(shù)的共軛齒形的計(jì)算公式為[2]：

其中：φ1=-ψ

式中：φ1為主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)角；A1為齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)。

3.2 熱處理工藝及其相關(guān)間隙的選取

考慮被動(dòng)齒輪的材料和特殊的齒形，齒輪經(jīng)過熱處理后會(huì)對齒形有一定的影響，暫時(shí)不對被動(dòng)輪進(jìn)行熱處理，在對原有QT 泵被動(dòng)齒輪進(jìn)行硬度測量后，兩者硬度數(shù)據(jù)幾乎相近。主動(dòng)齒輪為直齒便于加工，進(jìn)行氮化處理，提高表面耐磨性。

由于泵在剛啟動(dòng)時(shí)，被動(dòng)齒輪外圈在油膜的作用下被浮動(dòng)在泵體內(nèi)孔內(nèi)，隨著泵的壓力不斷增大，齒輪外圈與泵體之間的間隙過大則油膜會(huì)被擠破，齒輪外圈與泵體內(nèi)孔會(huì)被拉傷，甚至有抱死現(xiàn)象。所以間隙的大小非常關(guān)鍵，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)推薦取徑向間隙0.06～0.08 mm 最為合適[3]。

4 結(jié)語

經(jīng)過多天的測繪、計(jì)算、加工，修復(fù)后的QT 直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到設(shè)備正常工作要求，表明在日常維修中，面對此類問題，可以先通過運(yùn)用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式對實(shí)物進(jìn)行理論驗(yàn)證，找出正確的工藝路線，為日常維修工作積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。