一種結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵的制作方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵，其特征在于：包括通過(guò)徑向推力軸承安裝在泵體內(nèi)的一個(gè)主動(dòng)齒輪和三個(gè)相錯(cuò)120°均勻分布的從動(dòng)齒輪，以固接方式設(shè)置在泵體外的功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實(shí)現(xiàn)三個(gè)從動(dòng)齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有效分離，完成吸排油運(yùn)動(dòng)，且主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均采用軸向重合度εβ≥1.5的大螺旋角設(shè)計(jì)。該齒輪泵的特點(diǎn)在于流量大、結(jié)構(gòu)緊湊，三個(gè)大螺旋角齒輪副瞬時(shí)排油量的疊加使得該泵的流量脈動(dòng)極低。
【專利說(shuō)明】一種結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪栗

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)中的齒輪泵，具體說(shuō)是涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊型 大流量低脈動(dòng)齒輪泵。

【背景技術(shù)】
[0002] 液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)是機(jī)械裝置的重要組成部分，而在油路系統(tǒng)的動(dòng)力源應(yīng)用中又以 齒輪泵(所采用的齒形也多為漸開(kāi)線）為主，其性能的高低對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行起著重要 的作用。特別近年隨著我國(guó)高端制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)齒輪泵的工作性能也提出了更高的 要求。而常用的普通齒輪泵(漸開(kāi)線齒形）則在理論上就存在著結(jié)構(gòu)不夠緊湊、流量脈動(dòng)大 的先天劣勢(shì)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，進(jìn)一步改進(jìn)的空間也已十分有限；對(duì)于目前少量采用多對(duì)齒 輪副周向分布的齒輪泵(漸開(kāi)線齒形)，則由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上過(guò)于復(fù)雜，也一直沒(méi)有得到很好 的推廣。因此，前幾年曾有部分技術(shù)人員把研究方向轉(zhuǎn)向了非漸開(kāi)線齒形齒輪泵的開(kāi)發(fā)，使 得擺線齒輪泵、圓弧齒輪泵等各種技術(shù)得到了很快地發(fā)展。但在應(yīng)用中，也均出現(xiàn)了一定的 問(wèn)題。相比之下，漸開(kāi)線齒輪泵在輪齒加工、成本控制、應(yīng)用推廣等方面仍占有較大的優(yōu)勢(shì)。 因此，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出更高品質(zhì)的漸開(kāi)線齒輪泵也是技術(shù)探尋過(guò)程中的一次重新回歸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型專利的目的正是為了滿足市場(chǎng)需求，在上述技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)引領(lǐng)下針對(duì) 漸開(kāi)線齒輪泵進(jìn)行的一種全新優(yōu)化設(shè)計(jì)的齒輪泵，該齒輪泵通過(guò)星形結(jié)構(gòu)的布局和大螺旋 角漸開(kāi)線齒輪的應(yīng)用，不但極大地縮小了產(chǎn)品尺寸，也大幅降低了流量脈動(dòng)，所開(kāi)發(fā)出的齒 輪泵特別適用于對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊性和流體輸送品質(zhì)要求較高的精密機(jī)械液壓系統(tǒng)中。本實(shí)用新 型的齒輪泵具有同等體積下排量大、同等排量下脈動(dòng)小的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種液壓、潤(rùn) 滑系統(tǒng)中，尤其適用于對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊性和輸送品質(zhì)要求較高的精密機(jī)械液壓系統(tǒng)中。
[0004] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵包括通過(guò)徑向推力軸承安裝在泵 體內(nèi)的一個(gè)主動(dòng)齒輪和三個(gè)相錯(cuò)120°均勻分布的從動(dòng)齒輪，以固接方式設(shè)置在泵體外的 功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實(shí)現(xiàn)三個(gè)從動(dòng)齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有效 分離。
[0006] 本實(shí)用新型中所述功能油殼一端固定安裝有后端蓋、另一端安裝有連接法蘭；所 述的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在齒寬方向均采用軸向重合度ε 0 > 1.5的大螺旋角設(shè)計(jì)，漸開(kāi) 線齒輪副的軸向重合度大于1. 5,形成多齒對(duì)在齒寬方向的同時(shí)哨合，在齒廓方向則米用長(zhǎng) 齒高設(shè)計(jì)，齒頂高在1. 〇Mn?1. 2Mn之間取值。
[0007] 本實(shí)用新型中位于后端蓋與徑向推力軸承之間作為高壓油腔的空間與排油腔相 通，高壓油推動(dòng)徑向推力軸承的軸向移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣?dòng)調(diào)整，從而減少由 于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過(guò)大；所述功能油殼和泵體均采用筒形分體式結(jié)構(gòu)的抽 拉式組合設(shè)計(jì)，不但能實(shí)現(xiàn)吸油腔和排油腔的有效分離，還可最大限度地降低制造、裝配和 維修的難度。
[0008] 工作過(guò)程中，位于中心位置的主動(dòng)齒輪與三個(gè)相錯(cuò)120°均勻分布的從動(dòng)齒輪同 時(shí)嚙合完成吸排油工作，三個(gè)嚙合副的組合相當(dāng)于三個(gè)小型齒輪泵的疊加，因此排量較大， 同時(shí)三個(gè)從動(dòng)齒輪圍繞主動(dòng)齒輪的星形分布也可較同樣排量的單嚙合副齒輪泵采用更為 緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在流量品質(zhì)的提高上，星形布局的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可適當(dāng)減小齒輪模數(shù)，從而 降低單個(gè)嚙合副所產(chǎn)生的瞬時(shí)流量脈動(dòng)，三個(gè)嚙合副的錯(cuò)位設(shè)計(jì)可使經(jīng)過(guò)疊加后的齒輪泵 瞬時(shí)流量脈動(dòng)更小；最為特別的是，本實(shí)用新型齒輪泵中的主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪均采用長(zhǎng) 齒高和大螺旋角設(shè)計(jì)，在避免產(chǎn)生干涉前提下的長(zhǎng)齒高設(shè)計(jì)可顯著增加齒廓掃略面積，從 而增大齒輪泵的排量，大螺旋角設(shè)計(jì)可使多齒對(duì)在齒寬方向同時(shí)產(chǎn)生嚙合，多齒對(duì)嚙合產(chǎn) 生的瞬時(shí)流量疊加也是進(jìn)一步降低齒輪泵流量脈動(dòng)的主要技術(shù)手段；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，后端 蓋與徑向推力軸承之間的容積通過(guò)油孔與排油腔相通，高壓油推動(dòng)徑向推力軸承的軸向移 動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣?dòng)調(diào)整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過(guò) 大。同時(shí)，吸排油腔分離功能的實(shí)現(xiàn)則采用筒形組合的分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)功能油殼與泵 體的抽拉和后端蓋與連接盤(pán)的拆卸，可快速實(shí)現(xiàn)齒輪泵相關(guān)部件的維修。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果如下：
[0010] 由于本實(shí)用新型的齒輪泵采用了星形結(jié)構(gòu)布局和大螺旋角齒輪設(shè)計(jì)，具有流量 大、脈動(dòng)小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)；通過(guò)功能油殼與泵體筒形組合的分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但實(shí)現(xiàn) 了吸油腔和排油腔的有效分離，還大大降低了裝配和維修的難度。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新 型的齒輪泵可廣泛應(yīng)用于各種液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)中，尤其適用于對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊性和流體輸送品 質(zhì)要求較高的精密機(jī)械液壓系統(tǒng)中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖）。
[0012] 圖2是本實(shí)用新型的斷面結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖）。
[0013] 圖1、圖2中序號(hào)：1是后端蓋、2是0型密封圈、3是泵體、4是軸承后端蓋間與軸 承間的高壓油腔、5是徑向推力軸承、6是功能油殼、7是吸油腔、8是排油腔、9是圓錐銷、10 是唇形密封圈、11是連接法蘭、12主動(dòng)齒輪、13是從動(dòng)齒輪、14吸油口、15排油口、16是排 油腔通往后端蓋與軸承之間容積的油孔。
[0014] 圖3是直齒齒輪泵和大螺旋角斜齒齒輪泵吸油腔和排油腔的分離線對(duì)比圖。
[0015] 圖3中序號(hào)：17是普通直齒齒輪泵吸油腔和排油腔的分離線、18是大螺旋角斜齒 齒輪泵多對(duì)齒在軸向同時(shí)嚙合形成的吸油腔和排油腔分離線。
[0016] 圖4是參數(shù)基本相同的單對(duì)直齒齒輪泵和單對(duì)大螺旋角斜齒齒輪泵的瞬時(shí)流量 脈動(dòng)對(duì)比圖。
[0017] 圖4中序號(hào)：19是直齒齒輪泵瞬時(shí)流量脈動(dòng)的變化曲線、20是大螺旋角斜齒齒輪 泵瞬時(shí)流量脈動(dòng)的變化曲線。
[0018] 圖5是三對(duì)大螺旋角斜齒齒輪副瞬時(shí)流量脈動(dòng)疊加的示意圖。
[0019] 圖5中序號(hào)：20-1、20-2、20-3是三對(duì)相錯(cuò)一定相位的大螺旋角斜齒齒副瞬時(shí)流量 脈動(dòng)變化曲線，21是三對(duì)大螺旋角斜齒齒輪副瞬時(shí)流量脈動(dòng)疊加后泵的總瞬時(shí)流量脈動(dòng)變 化曲線。
[0020] 圖6是長(zhǎng)齒高端面齒形與標(biāo)準(zhǔn)齒形的對(duì)比圖。
[0021] 圖6中序號(hào)：22是長(zhǎng)齒高端面齒形、23是標(biāo)準(zhǔn)齒形。
[0022] 圖7是直齒輪、普通斜齒輪、大螺旋角斜齒輪的對(duì)比圖。
[0023] 圖7中序號(hào)：24是直齒輪、25是普通斜齒輪、26是大螺旋角斜齒輪。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 本實(shí)用新型以下將結(jié)合實(shí)施例（附圖）做進(jìn)一步的描述：
[0025] 如圖1和圖2所以，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵包括通過(guò)徑向 推力軸承5安裝在泵體3內(nèi)的一個(gè)主動(dòng)齒輪12和三個(gè)相錯(cuò)120°均勻分布的從動(dòng)齒輪13， 以固接方式設(shè)置在泵體外的功能油殼6 ;所述功能油殼與泵體共同實(shí)現(xiàn)三個(gè)從動(dòng)齒輪嚙合 齒輪副吸油腔7和排油腔8的有效分離；所述功能油殼6 -端固定安裝有后端蓋1、另一端 安裝有連接法蘭11 ;所述的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在齒寬方向均采用軸向重合度ε e > 1. 5 的大螺旋角設(shè)計(jì)，漸開(kāi)線齒輪副的軸向重合度大于1.5,形成多齒對(duì)在齒寬方向的同時(shí)嚙 合，在齒廓方向則采用長(zhǎng)齒高設(shè)計(jì)，齒頂高在1. 〇Mn?1. 2Mn之間取值。
[0026] 本實(shí)用新型中位于后端蓋1與徑向推力軸承5之間作為高壓油腔的空間與排油腔 相通，高壓油推動(dòng)徑向推力軸承的軸向移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣?dòng)調(diào)整，從而減少 由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過(guò)大；所述功能油殼和泵體均采用筒形分體式結(jié)構(gòu)的 抽拉式組合設(shè)計(jì)，不但能實(shí)現(xiàn)吸油腔和排油腔的分離功能，還可最大限度地降低制造、裝配 和維修的難度。
[0027] 更具體說(shuō)，本實(shí)用新型中所述的泵體3的外圓面與功能油殼6的內(nèi)圓面尺寸從左 端到右端成階段式遞減，泵體3穿裝于功能油殼6內(nèi)，同時(shí)與功能油殼6和0型密封圈2共 同實(shí)現(xiàn)吸油腔7和排油腔8的有效分離，功能油殼6兩端安裝有后端蓋1和連接法蘭11，最 終泵體3、功能油殼6與連接法蘭11通過(guò)圓錐銷9連接為一體，這種筒形組合的分體式結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)便于復(fù)雜腔體的加工和制造過(guò)程中的裝配，對(duì)使用中的維護(hù)也帶來(lái)很大的方便；密封 與泄漏設(shè)計(jì)上，后端蓋1與徑向推力軸承5之間的高壓油腔4通過(guò)油孔16與排油腔8相通， 高壓油腔4內(nèi)的高壓油推動(dòng)徑向推力軸承5的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)齒輪副端面?zhèn)认兜淖詣?dòng)調(diào)整，從而 減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過(guò)大，旋轉(zhuǎn)唇形密封圈10則實(shí)現(xiàn)主動(dòng)齒輪12動(dòng) 力輸入端的密封，〇型密封圈2主要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的靜密封。
[0028] 本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程如下：
[0029] 工作過(guò)程中，電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪12和三個(gè)從動(dòng)齒輪13同時(shí)嚙 合，每對(duì)齒輪副由于采用大螺旋角設(shè)計(jì)均有多個(gè)齒對(duì)嚙合，形成多段嚙合線。多個(gè)分段的嚙 合線和長(zhǎng)齒高設(shè)計(jì)形成的小頂隙共同組成吸油腔7和排油腔8在齒寬方向上的分離線18， 隨著主動(dòng)齒輪12和從動(dòng)齒輪13的進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，波形分離線18逐漸從齒輪的一端向另一端 移動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，分離線18排油腔8側(cè)齒槽內(nèi)的液體逐步被參與嚙合的輪齒實(shí)體擠出， 從排油口 15排出排油腔8 ;分離線18吸油腔7側(cè)齒槽內(nèi)則隨著參與嚙合輪齒實(shí)體的逐步 退出形成真空，促使吸油腔7內(nèi)的壓強(qiáng)降低，從而油液被從吸油口 14吸入到吸油腔7,填補(bǔ) 因輪齒嚙合形成的真空。這樣，隨著齒輪副的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒槽內(nèi)的油液在多個(gè)嚙合的線段內(nèi)從先 參與嚙合的齒端向另一端逐漸被擠出，排出排油腔8。大螺旋角斜齒齒輪副輪齒嚙合是小周 期、多齒對(duì)重復(fù)性運(yùn)動(dòng)，同時(shí)嚙合的輪齒與重合度有關(guān)，因此，能夠保證本實(shí)用新型齒輪泵 工作的連續(xù)性。
[0030] 本實(shí)用新型中所述的主動(dòng)齒輪12與三個(gè)從動(dòng)齒輪13均采用大螺旋角設(shè)計(jì)，螺旋 角可在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)選擇。本實(shí)用新型中齒輪泵的吸排油過(guò)程，依靠的是大螺旋角齒 輪副多對(duì)輪齒同時(shí)嚙合形成的嚙合線與齒頂齒根形成的小頂隙組成的波浪形分離線18工 作的，而普通直齒齒輪泵和斜齒齒輪泵依靠的是單齒對(duì)嚙合形成的直線形分離線17工作 的，多對(duì)輪齒的同時(shí)嚙合使得本發(fā)明的齒輪泵具有很小的流量脈動(dòng)，圖4即是單對(duì)大螺旋 角齒輪泵與普通齒輪泵流量脈動(dòng)的對(duì)比，可以看到，單對(duì)大螺旋角齒輪泵的流量脈動(dòng)20遠(yuǎn) 小于普通齒輪泵的流量脈動(dòng)19。
[0031] 本實(shí)用新型中所述的主動(dòng)齒輪12與三個(gè)從動(dòng)齒輪13采用星形結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，三 個(gè)從動(dòng)齒輪13周向相錯(cuò)120°布置，工作過(guò)程中主動(dòng)齒輪12帶動(dòng)三個(gè)從動(dòng)齒輪13同時(shí)運(yùn) 動(dòng)，三個(gè)齒輪副瞬時(shí)排油量的疊加構(gòu)成本發(fā)明齒輪泵的瞬時(shí)流量，圖5即為三對(duì)大螺旋角 斜齒齒輪副的瞬時(shí)流量脈動(dòng)疊加圖，可以看到，疊加后的總流量脈動(dòng)21與單對(duì)齒輪副相比 得到了很大比例的降低，本實(shí)用新型齒輪泵的瞬時(shí)流量21相對(duì)于普通齒輪泵19的瞬時(shí)流 量脈動(dòng)幾乎可以忽略。
[0032] 本實(shí)用新型中所有的齒輪均采用長(zhǎng)齒高設(shè)計(jì)(齒頂高在l.OMn?1.2Mn之間取 值)，長(zhǎng)齒高端面齒形22與標(biāo)準(zhǔn)齒形23的對(duì)比如圖6所示；所有的齒輪也均采用大螺旋角 設(shè)計(jì)(使得齒輪副的軸向重合度至少大于1. 5)，大螺旋角齒輪26與直齒輪24、普通斜齒輪 25的對(duì)比如圖7所示。
【權(quán)利要求】
1. 一種結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵，其特征在于：包括通過(guò)徑向推力軸承安裝在 泵體內(nèi)的一個(gè)主動(dòng)齒輪和三個(gè)相錯(cuò)120°均勻分布的從動(dòng)齒輪，以固接方式設(shè)置在泵體外 的功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實(shí)現(xiàn)三個(gè)從動(dòng)齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有 效分離；所述的泵體的外圓面與功能油殼的內(nèi)圓面尺寸從左端到右端成階段式遞減，泵體 穿裝于功能油殼內(nèi)，同時(shí)與功能油殼和〇型密封圈共同實(shí)現(xiàn)吸油腔和排油腔的有效分離， 功能油殼兩端安裝有后端蓋和連接盤(pán)，最終泵體、功能油殼與連接盤(pán)通過(guò)圓錐銷連接為一 體，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜腔體的筒形分體式的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；所述的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在齒寬方 向均采用軸向重合度ε e > 1. 5的大螺旋角設(shè)計(jì)，漸開(kāi)線齒輪副的軸向重合度大于1. 5,形 成多齒對(duì)在齒寬方向的同時(shí)嚙合，在齒廓方向則采用長(zhǎng)齒高設(shè)計(jì)，齒頂高在1. 〇Mn?1. 2Mn 之間取值；位于后端蓋與徑向推力軸承之間作為高壓油腔的空間與排油腔相通，高壓油推 動(dòng)徑向推力軸承的軸向移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣?dòng)調(diào)整，從而減少由于裝配間隙 和端面磨損造成的泄漏過(guò)大。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵，其特征在于：所述功能油 殼一端固定安裝有后端蓋、另一端安裝有連接法蘭；所述泵體通過(guò)圓錐銷與功能油殼固連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)緊湊型大流量低脈動(dòng)齒輪泵，其特征在于：所述功能油 殼和泵體均采用筒形分體式結(jié)構(gòu)的抽拉式組合設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】F04C2/18GK203847382SQ201420211819
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】李紀(jì)強(qiáng), 劉忠明, 張和平, 孟令先, 王征兵, 顏世鐺 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所