德國力士樂REXROTH外嚙合齒輪泵工作原理

1. 結構

2. 完整工作過程（3 步）

① 吸油（進油）

② 運油（輸送）

③ 壓油（排油）

3. 關鍵細節（力士樂 AZPF 重點）

1. 高低壓隔離：齒輪嚙合面直接隔開吸油、壓油腔，保證壓力建立；

2. 壓力補償密封（力士樂）：高壓油推壓側板緊貼齒輪端面，自動減小間隙，減少內泄、提高高壓效率；

3. 流量脈動：齒輪嚙合不連續，輸出流量有輕微脈動，齒數越多脈動越小；

4. 只能單向旋轉，反轉會吸壓油口互換、無法正常工作。

4. 一句話極簡版

外嚙合齒輪泵優缺點全面解析（結合力士樂 AZPF 系列技術改進）

一、核心優點

1. 結構極簡，制造與維護成本極低

• 僅由主動齒輪、從動齒輪、泵體、前后端蓋、密封件5 類核心零件組成，無復雜配流機構和彈性元件

• 制造工藝成熟，大批量生產成本僅為同排量葉片泵的 1/2、柱塞泵的 1/5~1/3

• 拆卸維修極其方便，易損件（密封件、軸承）標準化程度高，現場即可更換

• 力士樂 AZPF 系列采用模塊化設計，核心工作機構可整體抽出，維修時間縮短 60%

2. 體積小、重量輕，功率密度

• 單位重量輸出功率可達 3~5kW/kg，是所有液壓泵中最高的

• 4cm3/rev 的力士樂 AZPF-12-004RCB20KB 僅重 3.12kg，卻能輸出 250bar 連續壓力

• 安裝空間要求低，特別適合移動機械、緊湊型工業設備等空間受限場景

3. 自吸能力優異，啟動性能好

• 無需輔助灌泵，自吸高度可達3~5 米（標準大氣壓下），遠優于葉片泵（1~2 米）和柱塞泵（多數需強制供油）

• 允許短時間干運行（滑動軸承設計），啟動時無需提前注油即可建立壓力

• 吸油口壓力允許低至 0.7bar（絕對），對油箱布置限制少

4. 抗污染能力強，工況適應性廣

• 齒輪副為金屬硬接觸，無葉片泵那樣的精密滑動配合面，對油液中固體雜質不敏感

• 標準清潔度要求僅為 NAS 1638 Class 10，而柱塞泵通常要求 Class 7~8

• 能在礦山、建筑、農業等粉塵多、油液易污染的惡劣環境下長期穩定工作

• 力士樂 AZPF 采用滲碳淬火齒輪（HRC60+），抗磨粒磨損能力提升 3 倍以上

5. 轉速范圍寬，工作可靠性高

• 允許轉速范圍極寬：600rpm，最高可達 4000~6000rpm（取決于排量）

• 無困油現象（或困油影響極小），不會產生沖擊和振動

• 平均工作時間（MTBF）可達 10000 小時以上，是所有液壓泵中可靠性最高的

• 可承受短期過載和壓力沖擊，力士樂 AZPF 允許 300bar 瞬時峰值壓力

6. 模塊化設計，組合靈活

• 可輕松組成雙聯、三聯甚至四聯泵，共用一根驅動軸，實現多回路獨立供油

• 可集成溢流閥、單向閥、流量控制閥等元件，簡化系統管路

• 同一安裝法蘭可適配不同排量的泵，便于系統升級改造

二、固有缺點及技術改進

1. 流量與壓力脈動大，噪音較高

• 根本原因：齒輪嚙合是不連續過程，每對齒進入和退出嚙合時，排油容積會發生突變

• 普通外嚙合齒輪泵流量脈動率可達10%~20%，會引起系統振動、管路共振和噪音

• 噪音水平通常在 70~85dB (A)，高于內嚙合齒輪泵和葉片泵

• 力士樂改進方案：

• 采用 12 齒優化漸開線修正齒形，流量脈動率降至 8% 以下

• 高精度磨齒工藝，嚙合間隙控制在微米級，降低嚙合沖擊

• 優化泵體內腔油道，減少渦流噪音，整體噪音降低 5~8dB (A)

2. 徑向力不平衡，限制工作壓力提升

• 根本原因：壓油腔高壓油作用在齒輪圓周上，產生一個指向吸油腔的巨大徑向力

• 壓力越高，徑向力越大，會導致軸彎曲、軸承磨損加劇、齒輪偏磨

• 普通外嚙合齒輪泵最大連續壓力通常不超過 160bar

• 力士樂改進方案：

• 采用重載滑動軸承設計，面接觸替代線接觸，承載能力提升 2 倍

• 加強型泵體和軸設計，可承受更大的徑向載荷

• 優化壓力分布，部分抵消徑向力，使最大連續壓力提升至 250bar

3. 高壓下內泄漏大，容積效率隨壓力升高而下降

• 主要泄漏途徑：齒輪端面與端蓋之間的軸向間隙（占總泄漏的 70%~80%）

• 普通齒輪泵軸向間隙固定，高壓時泄漏急劇增加，200bar 時容積效率可能降至 80% 以下

• 力士樂改進方案：

• 采用壓力補償間隙密封技術：高壓油作用在側板背面，自動將側板壓向齒輪端面

• 額定工況下容積效率≥94%，250bar 高壓下仍保持≥90%

• 精密加工齒輪端面和側板平面，平面度控制在 0.002mm 以內

4. 只能定量輸出，無法實現變量調節

• 屬于固定排量泵，輸出流量僅與轉速成正比，無法根據負載需求調節

• 在負載變化大的系統中，多余流量需通過溢流閥溢流，造成大量能量浪費，油溫升高

• 節能性遠差于變量葉片泵和變量柱塞泵

• 替代方案：采用變頻電機驅動齒輪泵，通過改變轉速調節流量，實現近似變量效果

5. 磨損后無法修復，需整體更換

• 齒輪、軸承、側板等核心零件磨損后，無法通過研磨等方式修復，只能整體更換

• 雖然單件成本低，但整體更換成本仍高于可修復的柱塞泵

• 不過對于小排量泵（如 AZPF-004），整體更換成本通常低于維修成本

6. 對油液粘度較為敏感

• 最佳工作粘度為 20~40mm2/s（40℃）

• 粘度過高：吸油阻力增大，易產生氣蝕和噪音

• 粘度過低：內泄漏增加，容積效率下降，潤滑不良

• 不適用于高粘度（>800mm2/s）或極低粘度（<10mm2/s）的介質

三、優缺點對比總結表

四、適用場景與選型建議

應用場景

• 中低壓（≤250bar）、小流量（≤50L/min）的液壓系統

• 工況惡劣、油液清潔度難以保證的場合（工程機械、礦山機械、農業機械）

• 對成本敏感、要求高可靠性的工業設備

• 移動機械的先導控制系統、輔助液壓系統

• 需要多回路獨立供油的系統（采用多聯泵）

不適合的應用場景

• 高壓（>250bar）、大流量（>100L/min）的主液壓系統

• 需要精確流量調節和節能的系統

• 對噪音要求嚴格的室內設備

• 對流量脈動要求的精密液壓系統