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一种齿轮泵的研究与三维造型设计

第一章概述

上至翱翔蓝天的飞机和直冲云霄的人造卫星、宇宙飞船下到地下的钻井、矿藏的开

采；从地上奔驰的火车、坦克,到海上航行的舰船和海底的潜艇;从茫茫田野作物的灌溉，

到城市生活和生产中的给排水,乃至科学实验,凡是要让液体(甚至固体)流动的地方，就

有泵在工作。目前,我国制造的水泵最大直径6米,足可吞进一条大船,每小时的工作量可

达35万立方米，大有使河水倒流之势。而最小微型泵的流量还不如常用注射剂，每小时

只有几十毫升以下，真是大得汹涌澎湃，小似一点一滴。其工作压可以从常压一直升高

到l000个大气压以上，随着离心泵的设计和生产技术日益完善，扬程直接迭选3000米以

上的高度易如举手之劳，输送液体的温度变化范围更大，可输低到200℃以下的液态氧、

氢等低温液体,亦可输高达800℃以上的液态金属和液体，泵输进液体介质种类很多，再

把泵仅作抽水的工具来理解,显然已很不全面。当今的泵既可以输送常温清水，也可以

输送油液、酸碱液、乳化液和易燃易爆有毒的液体，并已发展到输送带有直径可以大至

几百毫米的煤、矿石、鱼、甜菜等固体颗粒的渣体,不产生堵塞,不破坏其本来形状。尽

而泵被列为通用机械，它是发展现代化工业、农业、国防技术必不可少的机器之一。

1.1泵的发展历史

泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液

体，使液体能量增加。泵主要用来输送的液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和

液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。

水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的

链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公

元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地

将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。

公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，

已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。

1840～1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的蒸汽直接作用的活塞泵，标志

着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械

中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞

泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地

位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。

回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关

于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存

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一种齿轮泵的研究与三维造型设计

在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并

采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发

展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。

利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多·达芬奇所作的草图中。1689年，法国

物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818

年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～

1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。

尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方式奠定了离

心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源

之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的

理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩

大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量

轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏感等特性，因而应用较为广泛。

1.2齿轮泵的研究现状

齿轮泵结构简单，加工方便，体积小，重量轻，且有自吸能力强、对油液污染不敏

感等特性，因而应用较为广泛。齿轮泵的主要缺点是径向