螺桿泵的工作原理

圖B所示為螺桿泵的工作原理，在殼體（或襯套）2中放有三根平行的雙頭螺桿，它們是螺桿泵的核心工作部件。中間的螺桿為兼作傳動軸的凸螺桿3（即主動螺桿），兩邊為兩根凹螺桿4（即從動螺桿）。互相嚙合的三根螺桿與殼體之間形成密封工作容積。每個密封空間的長度約等于螺桿的螺距。殼體左端油口為吸油口，右端油口為壓油口。當(dāng)凸螺桿由原動機(jī)驅(qū)動作順時針方向（從軸頭伸出端看）旋轉(zhuǎn)時，螺桿泵從吸油口吸人液體，并容納于工作容積中，工作容積將沿軸向由螺桿的一端連續(xù)地向另一端移動，故液體也就由吸油口輸送到了壓油口，經(jīng)壓油口壓至液壓系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)阻力大小建立起相應(yīng)的工作壓力。后續(xù)的螺旋面又不斷形成新的密封容積，隨著原動機(jī)帶動主動螺桿連續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述過程即會周而復(fù)始地進(jìn)行下去。

    關(guān)于螺桿泵的工作原理應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

    ①液體螺母螺桿泵抽送液體的原理與普通絲桿螺母的工作原理相同，當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動時，如果螺母用鍵固定不轉(zhuǎn)，則螺母就要產(chǎn)生軸向移動。包圍在螺桿凹槽中的液體相當(dāng)于一個“液體螺母”。由于液體具有流動性，因此不能用一個普通的鍵將其固定，而是要用一個齒條2(圖C)將螺桿凹槽截?cái)嗖判小．?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，被截?cái)嘣诎疾壑械囊后w就像螺母一樣被提升上來。由于起鍵作用的齒條在運(yùn)動中產(chǎn)生軸向移動，故必須無限長才行，然而這是不可能的。在螺桿泵的一個或幾個共軛從動螺桿就具有圖C中所示的無限長的齒條2的作用，這些從動螺桿在工作過程中，只要能保證主動螺桿的螺旋槽被切斷（實(shí)際上螺旋槽的切斷是相互的），就能將液體螺母提升上去。

    ②殼體及襯套螺桿泵的殼體及襯套長度應(yīng)至少能覆蓋一個導(dǎo)程的螺桿副，也可制成包容首尾相接的幾個導(dǎo)程的多級泵，工作介質(zhì)在通過這幾個工作容積時被漸次增壓，可得到較高的出口壓力；高壓螺桿泵的殼體及襯套很長，需包容6～12個導(dǎo)程（即6～12級）。殼體及襯套內(nèi)壁與螺桿的齒頂圓構(gòu)成徑向間隙密封，而軸向密封則依靠互相嚙合的螺旋面上的接觸線實(shí)現(xiàn)。從理論上說，適當(dāng)選擇共軛齒廓的相關(guān)參數(shù)，可以在一個導(dǎo)程的兩端各形成一條繞三根螺桿略呈“B”字形的連續(xù)嚙合線。但因制造誤差和為保證強(qiáng)度而不得已進(jìn)行的齒尖修緣，實(shí)際上難以做到完全的密封，此即為螺桿泵的容積效率較低的重要原因。

螺桿泵的殼體均由灰口鑄鐵或球墨鑄鐵制成。低壓螺桿泵的襯套可用球墨鑄鐵、耐磨鑄鐵或錫青銅制造，高壓螺桿泵的襯套則要用鑄鋼制成并鑲有軸承合金減摩內(nèi)襯(圖D)。

    ③螺桿為保證在嚙合區(qū)形成連續(xù)封閉的接觸線，必須對螺旋齒面進(jìn)行精確的加工并磨光。螺桿多由表面硬化的滲碳鋼或氮化鋼制成。

    ④作用在螺桿上的力及其補(bǔ)償螺桿泵在工作時，液體靜壓力及齒間嚙合對螺桿表面的作用力即為作用在螺桿上的力。包括軸向作用力和徑向作用力。

    a.軸向力及其平衡在螺桿泵中，工作介質(zhì)的壓力沿軸線逐漸升高，這一壓差對螺桿副產(chǎn)生一個由壓油腔指向吸油腔的軸向推力，它將使螺桿間的摩擦力增大，加劇各配合表面的磨損并降低機(jī)械效率。常用的軸向力平衡措施如下（圖E）。

ⅰ．將主動螺桿的軸伸布置在壓油口一側(cè)，減少高壓液體對螺桿的作用面積。

ⅱ.在壓油口側(cè)的軸伸處設(shè)置一個直徑較大的平衡盤（臺肩），此盤與外殼內(nèi)壁構(gòu)成間隙密封，在軸伸端分隔出一個與吸油口相通的卸荷腔。這樣，作用到平衡盤兩側(cè)的壓差就能抵消主動螺桿所受的大部分軸向力。該卸荷腔還保證了軸伸處旋轉(zhuǎn)密封元件的工作壓差不致過高。

ⅲ.通過設(shè)置在兩根從動螺桿中心的通道將高壓液體引到三根螺桿在吸油口側(cè)的軸承小室內(nèi)，形成反向推力。在從動螺桿上應(yīng)保留一小部分軸向力以保證嚙合線上的壓緊密封。主動螺桿上最后的剩余軸向力由設(shè)在吸油口一側(cè)的推力軸承平衡。

ⅳ.安放止推軸承承受軸向力，它的優(yōu)點(diǎn)是漏損小，但增大了摩擦損失。

ⅴ.對于大規(guī)格的螺桿泵常制成雙吸型（圖F），即兩端吸油、中間壓油，采用一對螺旋方向相反的螺桿副可使主動螺桿上的軸向力幾乎完全平衡。

    b.徑向力及其補(bǔ)償對稱配置的三螺桿泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時，中間的主動螺桿所受到的徑向液壓力和從動螺桿的嚙合反力都是平衡的；而從動螺桿則僅單側(cè)承受主動螺桿的驅(qū)動力，兩側(cè)所受液壓力也不相等，徑向受力是不平衡的。通過適當(dāng)選擇主、從螺桿的直徑比例及從動螺桿的凹螺線截面尺寸，可以利用液壓力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使從動螺桿自行旋轉(zhuǎn)而卸除大部分機(jī)械驅(qū)動力。通過適當(dāng)限制每一個導(dǎo)程級所建立的壓差，也可以把從動螺桿的徑向力控制在合理范圍內(nèi)。