螺杆泵的工作原理

螺杆泵的工作原理

图B所示为螺杆泵的工作原理，在壳体（或衬套）2中放有三根平行的双头螺杆，它们是螺杆泵的核心工作部件。中间的螺杆为兼作传动轴的凸螺杆3（即主动螺杆），两边为两根凹螺杆4（即从动螺杆）。互相啮合的三根螺杆与壳体之间形成密封工作容积。每个密封空间的长度约等于螺杆的螺距。壳体左端油口为吸油口，右端油口为压油口。当凸螺杆由原动机驱动作顺时针方向（从轴头伸出端看）旋转时，螺杆泵从吸油口吸人液体，并容纳于工作容积中，工作容积将沿轴向由螺杆的一端连续地向另一端移动，故液体也就由吸油口输送到了压油口，经压油口压至液压系统，根据系统阻力大小建立起相应的工作压力。后续的螺旋面又不断形成新的密封容积，随着原动机带动主动螺杆连续旋转，上述过程即会周而复始地进行下去。

    关于螺杆泵的工作原理应注意以下要点。

    ①液体螺母螺杆泵抽送液体的原理与普通丝杆螺母的工作原理相同，当丝杆转动时，如果螺母用键固定不转，则螺母就要产生轴向移动。包围在螺杆凹槽中的液体相当于一个“液体螺母”。由于液体具有流动性，因此不能用一个普通的键将其固定，而是要用一个齿条2(图C)将螺杆凹槽截断才行。当螺杆转动时，被截断在凹槽中的液体就像螺母一样被提升上来。由于起键作用的齿条在运动中产生轴向移动，故必须无限长才行，然而这是不可能的。在螺杆泵的一个或几个共轭从动螺杆就具有图C中所示的无限长的齿条2的作用，这些从动螺杆在工作过程中，只要能保证主动螺杆的螺旋槽被切断（实际上螺旋槽的切断是相互的），就能将液体螺母提升上去。

    ②壳体及衬套螺杆泵的壳体及衬套长度应至少能覆盖一个导程的螺杆副，也可制成包容首尾相接的几个导程的多级泵，工作介质在通过这几个工作容积时被渐次增压，可得到较高的出口压力；高压螺杆泵的壳体及衬套很长，需包容6～12个导程（即6～12级）。壳体及衬套内壁与螺杆的齿顶圆构成径向间隙密封，而轴向密封则依靠互相啮合的螺旋面上的接触线实现。从理论上说，适当选择共轭齿廓的相关参数，可以在一个导程的两端各形成一条绕三根螺杆略呈“B”字形的连续啮合线。但因制造误差和为保证强度而不得已进行的齿尖修缘，实际上难以做到完全的密封，此即为螺杆泵的容积效率较低的重要原因。

螺杆泵的壳体均由灰口铸铁或球墨铸铁制成。低压螺杆泵的衬套可用球墨铸铁、耐磨铸铁或锡青铜制造，高压螺杆泵的衬套则要用铸钢制成并镶有轴承合金减摩内衬(图D)。

    ③螺杆为保证在啮合区形成连续封闭的接触线，必须对螺旋齿面进行精确的加工并磨光。螺杆多由表面硬化的渗碳钢或氮化钢制成。

    ④作用在螺杆上的力及其补偿螺杆泵在工作时，液体静压力及齿间啮合对螺杆表面的作用力即为作用在螺杆上的力。包括轴向作用力和径向作用力。

    a.轴向力及其平衡在螺杆泵中，工作介质的压力沿轴线逐渐升高，这一压差对螺杆副产生一个由压油腔指向吸油腔的轴向推力，它将使螺杆间的摩擦力增大，加剧各配合表面的磨损并降低机械效率。常用的轴向力平衡措施如下（图E）。

ⅰ．将主动螺杆的轴伸布置在压油口一侧，减少高压液体对螺杆的作用面积。

ⅱ.在压油口侧的轴伸处设置一个直径较大的平衡盘（台肩），此盘与外壳内壁构成间隙密封，在轴伸端分隔出一个与吸油口相通的卸荷腔。这样，作用到平衡盘两侧的压差就能抵消主动螺杆所受的大部分轴向力。该卸荷腔还保证了轴伸处旋转密封元件的工作压差不致过高。

ⅲ.通过设置在两根从动螺杆中心的通道将高压液体引到三根螺杆在吸油口侧的轴承小室内，形成反向推力。在从动螺杆上应保留一小部分轴向力以保证啮合线上的压紧密封。主动螺杆上最后的剩余轴向力由设在吸油口一侧的推力轴承平衡。

ⅳ.安放止推轴承承受轴向力，它的优点是漏损小，但增大了摩擦损失。

ⅴ.对于大规格的螺杆泵常制成双吸型（图F），即两端吸油、中间压油，采用一对螺旋方向相反的螺杆副可使主动螺杆上的轴向力几乎完全平衡。

    b.径向力及其补偿对称配置的三螺杆泵在运转时，中间的主动螺杆所受到的径向液压力和从动螺杆的啮合反力都是平衡的；而从动螺杆则仅单侧承受主动螺杆的驱动力，两侧所受液压力也不相等，径向受力是不平衡的。通过适当选择主、从螺杆的直径比例及从动螺杆的凹螺线截面尺寸，可以利用液压力产生的转矩使从动螺杆自行旋转而卸除大部分机械驱动力。通过适当限制每一个导程级所建立的压差，也可以把从动螺杆的径向力控制在合理范围内。