1 引言
在容積式液壓傳動中所用的各種液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵三種，其中，齒輪泵是結構最簡單的一種，而且它的體積小、零件少（特別是要求高精度加工的零件較少）、重量輕、製造及維護方便、價格低，即便在較差的工況下也能可靠工作，因而在液壓傳動與控制技術中及在各類液壓機械及石化行業流體的輸送領域應用很廣。到目前為→止，葉片泵、柱塞泵都可製成多種形式的變數泵，惟有齒輪泵，至今尚無可變數的產品問世。探索齒輪泵的變數方式，對於擴大齒輪泵的使用領域，很有現實意義。本文敘述的是解決齒輪泵變數的幾種途徑，可為變數齒輪泵的研究、開發提供參考。
2 齒輪泵實現變數的途徑
2.1有級變數方式
(1)兩齒輪式大家知道，常規的兩齒輪式齒輪泵採用的是兩個具有相同參數的漸開線齒輪（即兩個齒輪的尺寸、大小完全相同），若改變這兩個齒輪的齒數（齒輪的其它參數不變），使兩齒輪的大小不同（圖1），由此構成的齒輪泵可以獲得兩種輸出排量。在原動機的轉速相同的情況下，若以小齒輪為主動輪，齒輪泵輸出的排量及流量較小；而若以大齒輪為主動輪時，該齒輪泵可輸出較大的排量。這樣，一台齒輪泵可以提供兩種排量。根據齒輪泵的排量計算公式，這兩個排量之比等於大、小齒輪的齒數比（呈正比關係），此設想對於需要兩種流量的液壓設備來說，有一定的實際意義，但該齒輪泵的驅動系統比常規齒輪泵複雜些。
（2）多齒輪式採用三個或三個以上的齒輪構成多齒輪式齒輪泵，從動齒輪均勻地分佈於主動齒輪的周圍（圖2），可使這類齒輪泵得到多種排量，各排量既可分流輸出，以分別驅動不同的執行機構，也可以合流輸出大排量，實現工作機構的快速運動。泵的殼體或前後端蓋上開有相應的幾個進油口與出油口，分別和吸油管及排油管相連接。這種多齒輪式齒輪泵除了能獲得多種輸出排量外，另有一個顯著的優點是:由於各吸、排油口對稱布置，且從動齒輪均勻分佈，使液壓力及嚙合力達到平衡，從而減少了泵軸、軸承的負荷，提高了齒輪泵的使用壽命。但這種齒輪泵的配油裝置比常規的兩齒輪式的齒輪泵複雜，特別是帶內齒輪的齒輪泵中內齒輪的設計、加工較為困難，這些問題仍有待進一步的研究。
2.2 無級變數方式
(1)帶內齒圈式前蘇聯曾研究出了一種能均勻變數的齒輪泵，主動齒輪1與中間齒輪2(帶內齒圈的環形齒輪)相嚙合，從動輪3與2的內齒圈嚙合（圖3）。齒輪3的輪軸位置可調，調節齒輪3的軸位置（平面運動），可使泵的輸出排量在qmin～qmax之間均勻變化（對應於從動齒輪由虛線位置到實線位置的移動，符號q代表泵的排量）。但中間齒輪2既要加工外齒又要加工內齒，加工比較困難，而且在齒輪2的齒根部需要開徑向通孔，削弱了齒輪的強度。
（2）轉動軸套式
我們知道，常規的兩齒輪式齒輪泵的泵殼內表面上，高、低壓腔間的過渡密封區的夾角為φ≥360o/z(z為單個齒輪的齒數)。有關文獻中提出了變密封區夾角的新構想：採用可轉動的軸套（其上開有分流槽），/藉助軸套的轉動來改變過渡密封區的夾角（使φ<360o/z），使得部分高壓油按一定規律流回吸油腔，從而實現泵的輸出流量的無級變化，而且泵的出口流量與轉動軸套的轉角成正比關係。
（3）變嚙合長度
由外嚙合漸開線齒輪泵的輸出排量的計算公式：q=2πKzLm2可知（式中，z、m為齒輪的齒數與模數，L為齒輪上齒寬方向的嚙合長度，L=B,B為齒輪寬度，K為補償係數，K=1.06～1.115），排量q與z、L、m2成正比，對於加工好了的齒輪，其齒數、模數是確定的，因此通過改變嚙合長度L可以改變齒輪泵的輸出排量，具體可通過手動或自動方式軸向移動從動齒輪的位置來改變兩齒輪的軸向嚙合長度，從而實現齒輪泵輸出流量的線性變化。顯然最大嚙合長度Lmax=B,而最小嚙合長度受泵的容積效率及齒輪強度、剛度的限制，一般取Lmin≥B/3,所以最大排量與最小排量之比可達qmax/qmin=3
(4)變軸心位置
傳統齒輪泵的每個齒輪的幾何中心與其旋轉中心是重合的，有關文獻介紹了一種具有偏心支承齒輪副的外嚙合齒輪泵，即齒輪的幾何中心與其旋轉中心不重合，兩者間有一偏心距。這樣，在齒輪齒頂圓與泵體內壁之間就形成了一個月牙形的體積（如圖4）。當左邊齒輪轉過180o角時，這個月牙形體積就出現在右邊齒輪處。因此與傳統齒輪泵相比，在齒輪的結構尺寸相同的情況下，它每轉一周比傳統齒輪泵多輸出兩個月牙形體積的流量（一般可多輸出40%～60%）。但文中所述偏心泵的偏心距是固定的，旋轉軸的位置也是固定的，所以其輸出流量是一定的，也就是說，它屬於定量泵範疇。受該文啟發，作者設想，如果專門設計一個機構，使得旋轉軸的軸心與齒輪幾何中心間的偏心距能在一定範圍內調節，則可實現偏心泵的輸出排量的改變，成為變數齒輪泵。當然，在變數偏心齒輪泵的參數設計、吸排油腔的密封、雜訊、卸荷等方面有許多工作要做。
（5）變轉速
鑒於齒輪泵變數的最終目的，是實現多種供油流量輸出，根據液壓泵的輸出流量Q=qn.ηv(q為排量，n為主動輪的轉速，ηv為泵的容積效率),可見，通過提高或降低轉速，可改變齒輪泵的輸出流量。但轉速的提高除了受零件結構本身的限制外，還要防止當轉速提高后因油液的離心力加大，油液來不及從吸油口進入或不能完全充滿整個齒間而導致容積效率下降、產生吸空、氣蝕現象。最高允許轉速與工作油液的粘度有關，一般用限制齒輪頂圓的圓周速度的方法來確定最高轉速。同樣，齒輪泵的轉速也不能太低，因為隨著轉速的降低，漏損便增大。當轉速低到排油量等於漏損量時，齒輪泵就根本不能排油了。一般情況下，實際齒輪泵的轉速不能低於300r/min。由於齒輪泵一般都由電動機驅動，在考慮了上述的轉速限制條件的前提下，若採用變頻無級調速方式來控制常規齒輪泵的轉速，則可根據實際需要的流量大小來改變驅動電機或泵的轉速，既實現了變輸出流量的要求，又節約了能量，提高了整機的運行效率。變頻調速是我國重點推廣的十大高新技術之一，在傳統齒輪泵的驅動系統上裝上變頻器，是實現齒輪泵變流量輸出的新的有效途徑。
