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船用三螺杆泵受力分析

作者： 浦盛船舶 日期： 2019-06-26 10:21

1、轴向力

船用三螺杆泵在工作时，由于螺杆两端面的油液压力不同，因此产生一指向吸入端的不平衡轴向力。另外，由于主、从动螺杆螺纹槽上表面的垂直投影面积不等，而产生的螺纹槽内的油液静压力也会对主、从动螺杆产生一个附加液压轴向力，其值小于由端面的油压差引起的轴向力、主动螺杆螺旋面的附加液压轴向力与螺杆端面的液压轴向力指向是相同的，从动螺杆螺旋面的附加液压力的方向指向排出端。为平衡螺杆泵轴向力可采用以下几种方法：

(1)安装止推轴承。止推轴承通常装在轴向推力较大的凸螺杆上，而凹螺杆则靠螺杆端面来承受轴向力，这种方法适用于工作压力小于1.6MPa的泵。

(2)采用平衡活塞(液力平衡装置)。在主动螺杆排出端设一直径较大的平衡活塞，在平衡活塞另一侧的主动螺杆轴上有泄油孔和吸入腔相通，使平衡活塞的背压接近吸入压力。因此作用在平衡活塞上的轴向力，是从吸入腔指向排出腔，从而抵消了大部分轴向力。

(3)将高压油引至螺杆底部止推轴套处。通过从动螺杆中心导孔引入压力油。当从动螺杆细长，不宜钻油孔时，则可在泵体上设置专门的孔道。

(4)采用双吸结构。对于压力较高，流量较大的螺杆泵来说，螺杆上将受到相当大的轴向力，采用双吸式结构，使油液从两端吸入，中间排出。由于螺杆上两端螺线是反向的，轴向力完全平衡。这不仅在结构上省掉了一套平衡装置，并且还可以在不增加螺杆直径的情况下，使流量得到增加，故在大流量的螺杆泵上采用较多。

2、径向力

空腔油液压力高于无小点的空腔。显而易见，作用于主动螺杆各处的径向液压力是完全对称的。而在空转时，两根从动螺杆对主动螺杆的作用力也均对称。因此，当凸螺杆直立布置时，无论空转或是排油时，径向力都完全平衡。

而从动螺杆只有一边处于呐合状态，其同一截面处两边凹槽中的液压力不同，因此从动螺杆有不平衡的径向力。两螺杆所受径向力的大小相同、方向相反。指向两侧的泵体衬套，并平均分布在衬套上的(从动螺杆上)整个长度上，所以作用在衬套单位面积上的径向力不会很大，一般来说不会引起从动螺杆和衬套过大的磨损。

3、螺杆上的转矩

主动螺杆由电动机直接带动，同时，工作时螺旋面上的液压力除产生指向吸入端的轴向力外，还会产生切向分力，因而产生阻碍螺杆转动的阻转矩。此外，泵在空转期间，主动螺杆向从动螺杆直接传递转矩，其本身也会受到阻转矩的作用。
对从动螺杆而言，油液作用在凹槽下螺旋面上的液压力将会产生阻碍螺杆转动的力矩，而作用在凹槽上螺旋面上的液压力则产生帮助螺杆转动的转矩，这两个转矩的大小一般因作用面积不同而不等。但是设计良好的螺杆泵，在开始排油后，凹槽中的油液除产生指向排出端的轴向推力外，还能产生一个正好可以克服从动螺杆摩擦力矩的转矩。这样，在泵工作时，从动螺杆不是靠主动螺杆直接传递转矩而转动，而是通过液力驱动，从而大大地减轻了啮合线的磨损。

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