非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵的製作方法

2023-09-14 23:01:25 1

專利名稱:非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪泵，具體地說是一種非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵。
背景技術：
在液壓傳動與控制技術中，齒輪泵佔有極其重要的位置，它被廣泛應用於工具機、建築、油田等液壓系統中，現今的圓弧齒輪泵雖然具有齒數少、體積小、無根切、無脈動、傳動平穩、噪音低等優點，但只能在低壓下工作，應用範圍不夠廣泛。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中不足之處，提出了新的非對稱雙圓弧齒形，並設計出一種非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵。除保持原有圓弧齒輪泵優點外，將壓力提高到中高壓，即屬於創新的嚙合制。由於齒形是非對稱的，故可分為工作側和非工作側，通常壓力角大的一側作為工作側，該側由於壓力角大耐疲勞強度、接觸強度、耐點蝕強度均高，從而可提高齒輪承載能力和壽命，壓力角小的一側為非工作側，本來這一側也可採用與工作側同樣大的壓力角，但這樣齒頂會過早變尖，由於這一側不工作，故這側強度稍低不會影響泵的性能，兩側壓力角大小可經優化設計後選取，嚙合時齒形工作側與工作側相嚙合，非工作側隨動。
相嚙合的非對稱雙圓弧兩齒輪均採用同一齒形，其齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧。因此，非對稱雙圓弧齒輪傳動就相當於兩對單圓弧齒輪複合在一起工作。傳動過程中，一對是凸齒帶動凹齒工作，有一個瞬時接觸點，另一對是凹齒帶動凸齒工作，瞬時產生一個接觸點。因此，在傳動過程中，在節點前後同時有兩條嚙合線，且瞬時兩接觸點分別位於兩個不同的端面內。目前在生產中應用的雙圓弧齒輪有公切線式和分階式兩種形式本發明採用分階式雙圓弧齒輪，將凸、凹齒廓進行切向變位，則形成分階式雙圓弧齒輪基本齒廓。分階式雙圓弧齒輪用圓弧連接凸、凹工作齒面，所以其過渡部分呈臺階形式。結合非對稱雙圓弧齒輪的設計思想，實際設計了一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵泵殼體左右兩端設有端蓋，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內側端面之間設有隔板，外側端面與左右端蓋之間設有套在主動軸和從動軸上的浮動壓力側板，由齒頂掃膛構成齒頂與泵殼體內腔圓弧面接觸徑向密封配合。兩對嚙合齒輪，其中主動軸上2個齒輪通過鍵聯接，從動軸上1個齒輪通過鍵聯接，另一個齒輪套在從動軸上。兩對嚙合齒輪為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪。
本發明與現有技術相比具有如下優點非對稱雙圓弧齒形可提高齒輪耐疲勞強度、耐點蝕強度、接觸強度，進而可提高齒輪壽命，兩對嚙合齒輪之間的隔板防止竄油，圓弧齒輪進行了掃膛設計，齒頂與泵殼體內腔為圓弧面接觸，從而改變了線接觸的缺點，再配合兩端部的浮動壓力側板側向密封，實現了齒輪泵中高壓傳送，即現有圓弧齒輪泵額定工作壓力在0.6Mpa左右，而本發明的工作壓力達到6Mpa以上，由於採用周向交錯齒結構，本發明與漸開線齒輪泵相比，泵流量脈動率降低了75％，工作更平穩，噪音更低。



圖1是本發明齒輪泵工作原理圖。
圖2是本發明非對稱雙圓弧齒輪齒形圖。
圖3是本發明結構示意圖。
圖4是圖3的A-A剖視圖。
具體實施方式
現結合附圖對本發明作進一步說明，參照圖1，一對齒輪互相嚙合，由於齒輪的齒頂和泵殼體內表面間隙極小，齒輪端面和浮動壓力側板間隙也很小，因而把吸油腔e和壓油腔f隔開。當嚙合齒輪按圖示方向旋轉時，齒輪嚙合點右側嚙合著的齒逐漸退出嚙合，空間增大，形成局部真空，油箱中的油在外界大氣壓作用下進入吸油腔，齒輪嚙合點左側的齒逐漸進入嚙合，把齒間的油液擠壓出來，從壓油腔強迫流出，這就是齒輪泵的吸油和壓油的過程，當齒輪不斷地轉動時，齒輪泵就不斷地吸油和壓油。
圖2給出了本發明齒輪泵的非對稱雙圓弧齒輪齒形，該齒輪泵的技術條件是
(1)該泵設計排量68ml/r(2)原動機額定轉速1450r/min原動機最高轉速1800r/min(3)工作壓力(額定)6.3Mpa最高工作壓力10Mpa(4)效率90％本發明的排量依據泵標準確定的，在本發明的排量確定之後，便可以得出該非對稱雙圓弧齒輪的參數z、m、b等，如法面模數mn＝5齒數Z＝12時，則可得到如下非對稱雙圓弧齒輪齒形參數工作側壓力角 α1＝24°非工作側壓力角 α2＝15°齒全高 h齒頂高 ha齒根高 hf凸齒齒廓圓弧半徑 ρa凹齒齒廓圓弧半徑 ρf凸齒接觸點處弦齒厚 sa凹齒接觸點處弦齒厚 sf凹齒接觸點處槽寬 ef凸齒齒廓圓心偏移量 la凹齒齒廓圓心偏移量 lf凸齒齒廓圓心移距量 xa凹齒齒廓圓心移距量 xf凸齒工藝角 δ＝6 20 52″凹齒工藝角 δ＝9 19 30″接觸點到節線的距離 hk連接圓弧和凸齒圓弧的切點到節線的距離 hja連接圓弧和凹齒圓弧的交點到節線的距離 hjf齒腰連接圓弧半徑 rj齒根圓弧半徑 rg圖2表明非對稱雙圓弧齒輪齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧，並用圓弧連接凸凹工作齒面，其過渡部分呈臺階形式。
圖3是本發明齒輪泵的結構示意圖，該非對稱雙圓弧齒輪參數如下法面模數mn＝5齒數Z＝12螺旋角β＝8°工作側壓力角α1＝24°泵體由左端蓋1、中間泵殼體3、右端蓋9組成的三片式結構。三片式結構具有毛坯製造容易，便於使用，便於機械加工，便於布置雙向液壓補償等優點。兩對嚙合齒輪的內側端面之間設有防止竄油的隔板7，外側端面通過墊片5、13與左右端蓋之間設有浮動壓力側板4、11，主動軸10上的兩個齒輪6、8周向錯開半個齒形角，兩對嚙合齒輪為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪，主動軸上齒輪通過鍵與其軸相聯接，從動軸齒輪14通過鍵與其從動軸12聯接，從動軸齒輪16套在其從動軸上，目的是為了避免幹涉。由齒頂掃膛構成齒頂與泵殼體內腔圓弧面接觸徑向密封配合。左右端蓋與泵殼體之間設有密封圈2、15。
中高壓齒輪泵和低壓齒輪泵的工作原理是相同的，但低壓泵卻不能在中高壓下使用。其原因是(1)由於低壓齒輪泵齒輪的端面間隙和徑向間隙都是定值，當工作壓力提高後，其間隙的洩漏量大大增加，使容積效率顯著下降，以致建立不起中高壓。(2)隨著工作壓力的提高，不平衡的徑向力也隨之增大，以致軸承不能正常工作。
在中高壓齒輪泵中，為了改善容積效率一般均採用軸向間隙的自動補償裝置，即「浮動壓力側板」，本泵採用為8字形的浮動壓力側板，如圖4所示。此種補償裝置的優點是由於補償面積的對稱中心與主、從動輪的端面的對稱中心重合，所以液壓壓緊力(即補償液壓力的合力)的作用線通過浮動壓力側板的中心，而浮動壓力側板另一側的液壓反推力的合力作用線離開側板中心向壓油腔偏離，這兩個力對側板就形成了力偶，易使側板傾斜，不僅會增大單元面積，增加洩漏，還會使側板浮動不靈活及局部磨擦，為克服上述缺點應將側板與殼體的配合長度加大，並提高精度。
軸承是齒輪泵的主要零件之一，齒輪泵的使用壽命主要取決於所用軸承的壽命，因此選用軸承是齒輪泵設計的關鍵工序，必須解決好。本發明採用滑動軸承(首選DU軸承)，DU滑動軸承具有結構簡單，安裝方便，抗衝擊性能好，工作噪音低、價格便宜等優點。滑動軸承的材料常用的有青銅、低錫鋁合金、白色軸承合金、鋁錫合金及粉末冶金等。近年來，GS-1聚四氟乙烯塑料複合材料(國外稱DU材料)，做為齒輪泵滑動軸承已被應用。由於GS-1材料兼有金屬和聚四氟乙烯塑料的優點，具有良好的機械物理性能和減摩耐磨性能，因此做為滑動軸承，具有承載能力高，耐汙染，使用溫度範圍大，使用壽命長，價格便宜等優點。軸承與軸頸間的間隙大小，是一個十分關鍵的問題。間隙過大影響泵的效率，過小則極易將軸承和軸頸燒壞。對於滑動軸承間隙值一般可取0.04-0.10mm，對於大排量泵，其滑動軸承的間隙，應通過多次實驗，進行優選，以達到效率高壽命長的效果。選用普通系列，內徑d＝30，外徑D＝38倒角c＝0.6寬度L＝22。對於主動軸，需做成階梯軸，上面設有鍵槽。
在泵殼體的設計過程中應該注意以下幾方面的問題，(1)泵殼體上須開進出油口。(2)泵體的尺寸(沿軸向)的確定，受幾個方面的制約。由於本泵採用的是三片式結構，因而泵殼體的沿軸向尺寸受軸長度的制約，這裡說的是從動軸，為了將從動軸完全處於泵殼體之內，因而其尺寸應大於或等於從動軸的尺寸。這裡取為128mm。又由於泵殼體上有通孔，這就需要設計壁厚；且通孔為φ18，泵殼體與左右兩端蓋應有一定的配合，因而需對泵體左右兩側而進行加工，這樣能夠配合得很好，避免漏油，泵體的內壁須與浮動壓力側板相配合。因而須有相當高的加工精度，並且齒輪在運動過程中須擋膛。因而其加工精度相當高。左右端蓋與泵體之間要有良好的密封，這樣才有助於實現中高壓，並且要求中高壓區低壓區隔開。密封圈的厚度應當與端蓋上的槽深相符合，過高時泵體與左右兩端蓋之間會留下縫隙，這樣不好，過低時密封起不到隔離中高壓與低壓的目的，而且對於左右兩端蓋與泵殼體的密封也毫無意義，一般要求其厚度略大於槽深，有一定的壓縮量，便於密封與隔離。對於右端蓋與主動軸之間採用內包骨架旋轉軸唇形密封圈。
權利要求
1.一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵，泵殼體左右兩端設有端蓋，其特徵在於齒輪為非對稱雙圓弧齒形，二側壓力角不同，工作側壓力角大，非工作側壓力角小，齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內側端面之間設有隔板，外側端面與左右端蓋之間設有套在主動軸和從動軸上的浮動壓力側板，由齒頂掃膛構成齒頂與泵殼體內腔圓弧面接觸徑向密封配合。
專利摘要
一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內側端面之間設有隔板，外側端面與左右端蓋之間設有浮動壓力側板，齒頂與泵殼體內腔圓弧面接觸密封配合，兩對相互嚙合的齒輪，其中主動軸上2個齒輪通過鍵聯接，從動軸上1個齒輪通過鍵聯接，另一個齒輪套在從動軸上，兩對嚙合齒輪可為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪。本發明的優點是非對稱雙圓弧齒形可提高齒輪壽命，兩對嚙合齒輪之間的隔板防止竄油，齒頂與泵殼體內腔為圓弧面接觸，再配合兩端部的浮動壓力側板側向密封，實現了齒輪泵中高壓傳送，而本發明的工作壓力達到6Mpa以上，由於採用周向交錯齒結構，本發明與漸開線齒輪泵相比，泵流量脈動率降低了75%，工作更平穩，噪音更低。
文檔編號F04C2/14GKCN1316162SQ200310105206
公開日2007年5月16日 申請日期2003年11月24日
發明者劉元偉 申請人:大連鐵道學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6),