齿轮泵制造工艺的技术要求
液压泵及液压马达的性能参数(如排量、额定压力、转速、转矩、效率等)以及运转的安全可靠性和使用寿命长短,不仅与定子、转子、挤子等关键零件的材料及制造加工工艺有关,还与安装调试、运转维护是否正确合理、故障诊断排除是否准确及时等直接相关。
(l)主要结构齿轮泵是目前定量液压泵中使用量最大的壳体承压型液压元件,它主要由壳体、齿轮(轴)、轴套(或侧板)与端盖等关键零件构成。齿轮泵的主要类型有浮动轴套和浮动(或挠性)侧板两种结构。浮动轴套(A)结构主要用于中小排量的齿轮泵,浮动(或挠性)侧板结构(图B)则主要用于大中排量的齿轮泵。上述两种齿轮泵中的齿轮和轴通常制成整体式,即轴齿轮,其优点是结构紧凑,装配方便。对于尺寸较大的齿轮泵,齿轮和轴做成分离式,齿轮和轴之间采用键连接,这样的结构工艺性好,加工齿轮侧面较容易。
(2)技术要求为了满足齿轮泵的各项性能参数,保证泵正常工作,对齿轮泵(以三片式浮动轴套结构齿轮泵为例)有下列技术要求。
①间隙与密封 齿轮泵工作时有齿轮端面和轴套端面配合形成的轴向(端面)间隙,齿轮顶圆和壳体内孔形成的径向间隙以及啮合着的齿轮形成的啮合间隙三个主要泄漏途径。其中对泄漏量影响最大的是轴向(端面)间隙,故轴向(端面)密封是影响齿轮泵容积效率乃至额定压力的主要环节。
对于端面密封,其好坏取决于浮动轴套的轴向压力平衡设计是否合适以及轴套、齿轮副的制造精度。对于径向密封,由于齿顶弧宽很窄,保持径向密封要求齿顶和壳体内孔表面的间隙很小,通常不大于10μm,正常大批量生产装配稳定保证此间隙是困难的,为此,制造中先将齿顶和壳体内孔之间的尺寸链设计制成无间隙,然后利用齿轮泵工作时产生径向液压力和齿顶弧上的尖角,将壳体内孔低压侧刮去一部分,此工艺通常称为“扫膛”。在一定压力下经过“扫膛”的齿轮齿顶圆弧和壳体内孔之间的径向间隙理论上接近于零,以减少径向泄漏。轴套与齿轮的相关尺寸和制造精度影响“扫膛”效果,从而影响泵的效率。对于啮合密封,轴齿轮和轴套制造中凡是影响齿轮啮合精度的都影响啮合密封效果,即影响齿轮泵的容积效率。
前、后端盖,浮动轴套和壳体平面的加工精度以及外密封圈沟槽的加工精度都影响外泄漏和容积效率。
齿轮、浮动轴套各动配合表面粗糙度,齿形加工精度影响摩擦力矩,对泵的机械效率有影响。
②结构刚性与材料三片式浮动轴套结构齿轮泵正常工作是建立在浮动轴套能正常浮动的前提下,以保证轴套端面和齿轮端面可靠贴合密封。由于壳体和端盖承受液体压力作用,倘若由前、后端盖,壳体和连接螺钉所组成的外壳系统的刚度差,在负载情况下变形大,造成卡套,轴套不浮动,齿轮泵就不能正常工作。壳体及前、后端盖的毛坯质量是决定性影响因素。
齿轮及浮动轴套材料及其成分、力学性能、热处理及金相组织都要求工艺保证,对轴齿轮也提出相应要求;同时对轴承副配合表面粗糙度、径向配合间隙也要严格控制以保证在额定工况下不烧套,正常工作并能达到设计寿命。一般来讲,轴承寿命(这里即轴套寿命)相当于泵的设计寿命。