一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪的製作方法
2023-05-26 09:05:01
專利名稱：一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種特殊的齒輪，特別是涉及一種石油化工生產中聚合物輸送用齒輪泵用特殊齒輪。
背景技術：
聚合物輸送用齒輪泵主要用於輸送石化工業流程中的高溫、高壓的粘流態聚合物，或者與單螺杆、雙螺杆擠出機一起使用，這樣可以將擠出成型機擠出的聚合物熔料由低壓變為高壓，消除產量波動，將物料穩定地輸入機頭內，提高產量，保證質量。塑料、橡膠和纖維都可以用這種方法成型。我國的石化行業從國外引進的一大批成套重大技術裝備上就配套引進了許多聚合物輸送用齒輪泵。這些泵大多是成套裝置的心臟設備，它所輸送的聚合物在常溫常壓下在很短的時間內即可固化，泵若出現故障，往往會直接影響到整套裝置的安全運行；另外在高溫情況下，聚合物熔體停留時間過長，也容易產生熱裂解，從而影響產品的質量，所以不能讓聚合物融體長時間停留在泵體內。由於聚合物融體的高粘性，所以對轉子的承載能力也有比較高的要求。這些都與齒輪轉子的嚙合型面密切相關。
齒輪泵的工作原理是藉助於一對齒輪副輪齒脫開嚙合側和進入嚙合側在密封殼體內形成的工作容積的周期性變化來實現流體的輸送。作為齒輪泵的核心部件的齒輪轉子的嚙合性能在很大程度上決定了齒輪泵的性能，因此新的齒輪泵轉子對提高齒輪泵性能具有重要的作用。而新的齒輪轉子主要集中在新的齒廓基礎上。
國內外的學者對齒輪泵及其轉子嚙合型面進行了大量的研究[1～3]，並應用在內、外齒輪泵轉子中，取得了不錯的效果。內齒輪泵主要以少齒差擺線齒廓居多，文獻[4]以三齒差、內嚙合圓弧型面，解決了困油問題，性能較好。孟繼安[5]、侯東海[6]將圓弧短幅外擺線等距曲線型面應用在內齒輪泵轉子上，已廣泛應用於石油、化工及一般工業。而對於外嚙合齒輪泵，嚙合型面主要以漸開線齒面居多，並且其轉子多為直齒輪或斜齒輪[7，8]，但對其它較特殊的嚙合型面也有研究，鄭州機械研究所開發的P型特殊齒形高粘度齒輪泵採用了圓弧等距線組合曲線的斜齒面及修正漸開線齒面，使得齒輪泵內漏小、流量大。文獻[9]採用了漸開線型面的偏心齒輪泵，雖增加了泵的流量，但其流量脈動、壓力脈動及噪聲均大於傳統泵。另外齒輪泵轉子的齒形還包括次擺線齒形、對數螺線齒形[11～17]等。國外對特種齒輪泵及聚合物輸送用齒輪泵及嚙合型面進行了大量研究開發工作[14～19]，但由於技術的保密原因，更詳細的技術文獻難於查閱。美國、瑞士、德國、日本等國家先後開發出了各自的系列產品，特種齒輪泵以美國Viking內嚙合齒輪泵和日本大晃株式會社的外嚙合齒輪泵比較著名。聚合物輸送用齒輪泵則以美國的聚合物設備公司(POLYMER EQUIPMENT CO.)和瑞士瑪格公司(MAAG)的不帶同步齒輪的產品居國際領先水平。從我國所進口的各類齒輪泵嚙合面的分析來看，以上研究均未能完全克服相互嚙合轉子型面的齒頂與齒根封閉空間的形成，對輸送聚合物流體在封閉空間形成的固化現象或者熱裂解難以完全消除。
主要參考文獻[1]何存興.液壓元件.北京機械工業出版社，1981[2]市川常雄.齒輪泵的設計，北京機械譯叢，64.NO.3[3]唐兵，欒振輝.齒輪泵的發展趨勢.流體機械，1999，526～28[4]張妙齡，潘正廣.新型內嚙合擺線齒輪泵的研製.流體機械，1997(10)，19～23[5]孟繼安等.內嚙合擺線齒輪泵齒廓特徵參數化設計探討.化工機械，1990(3)，145～150[6]侯東海等.少齒差擺線齒輪泵嚙合原理及幾何參數選擇.機械傳動，1995(3)，24～27[7]趙亮.斜齒齒輪泵流量特性分析.機械工程學報，1999，35(5)94～97[8]JAMS，M.MCKELVEY.Performance og Gear Pumps in Polymer Processing.PolymerEngineering and Science，April，1984，Vol 24，No.6,398～402[9]胡寧雙等。一種新型齒輪泵的研製及性能改善。西安交通大學學報，1990(6)，79～86[10]胡開文.齒輪泵工作原理的探討.農業機械學報，2000(3)67～70[11]戴幹策，任德呈，範自暉.傳遞現象導論.北京化學工業出版社，1996[12]宋俊等編著.液壓系統優化.北京機械工業出版社，1996[13]閔德雲.齒輪泵的優化設計.機械設計與製造，1990，45～9[14]朱才朝，唐中一.實體造型在齒輪泵設計中的應用.機械，1995，22(4)4～6[15]Harris S L.Comparison of an External Gear Pump Wear Model with TestData.Proceeding of the institution of Mechanical Engineers，1958 17287～112[16]Shaburov，Igor.Mathematical model and analysis program for ripplecharacteristics of an external gear pump.Proceedings of the 3rd International14111111111111 Symposium on Fluid Power Transmission and Control(ISFP』99). B.Obsieger，Some Characteristics of Gear with Sinusoidal Toothing，Magisterium，University in Ljubljana，Technical Faculty，Ljubljana，1986. Chen CK，Ynag SC.Geometric modeling for cylindrical and helical gear pumps withcircular are teeth.P I MECH ENG C-J MEC 214(4)599～607 2000Frith，R.H.；Scott，W.Comparison of an external gear pump wear model with test data.Queensland Univ of Technology，Brisbane，Aust.，1996，No.8 64～71發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪，以彌補現有技術的不足，滿足生產的需要。
為了解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪，包括齒廓和齒根，整個齒廓由齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側曲線MS、齒側和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成；整個齒廓曲線無奇異點、無齒輪嚙合幹涉及根切現象；齒輪齒數為12～20，型齒摩擦角小於傳統齒輪，接觸面大於傳統齒輪。
作為優選的技術方案所述的齒側曲線MS為正弦曲線，接觸強度和彎曲強度要高於漸開線齒輪；所述的過渡曲線為長幅外擺線，齒角為尖角；所述的過渡曲線為短幅外擺線，齒角為圓角。
本實用新型的設計原理是在對容積型迴轉式流體機械用特種共扼齒廓進行深入理論研究的基礎上，提出全齒廓密封概念(即指轉子旋轉時，其輪齒的齒頂曲線、齒根曲線、齒側曲線以及過渡曲線均參與相互嚙合的過程)，藉助現代嚙合理論及計算機輔助幾何設計(CAGD)等技術建立其數學模型，開發新的專用新型齒輪，以大幅度提高嚙合副的密封性和承載性能並能避免齒輪接觸時齒間封閉空間的形成，以滿足聚合物輸送用齒輪泵的特殊需要。
本實用新型聚合物輸送齒輪泵用全齒廓相互嚙合的特殊形式的齒輪是區別於一般機械傳動中齒輪傳動的一種新型齒輪。其幾何特徵構成是不同於一般傳動齒輪，完全消除了相互嚙合齒輪的齒頂和齒根之間的間隙，通過特殊齒面避免了嚙合幹涉和保證傳動重合度，以克服現有的聚合物輸送用齒輪泵轉子由於頂隙的存在不能達到「自清根」目的，而且這種齒輪齒數少，型齒摩擦角小，接觸面大，所以耐磨性好和傳動配合好，從而滿足聚合物生產的需要。
本實用新型的有益效果是改變了傳統的齒輪嚙合的齒頂和齒根不參與嚙合的情況，得到了新的齒輪嚙合型面，由於齒輪泵用的轉子要求齒數少，克服了這方面帶來的幹涉問題和重合度不夠的問題。除滿足石化工業中聚合物輸送用齒輪泵的要求之外；由於其承載能力的提高，還可應用於重載傳動的工業中。
圖1本實用新型的齒廓示意圖具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型作進一步詳細闡述。
實施例1參照附圖1，整個齒廓由齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側曲線MS、齒側和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成；整個齒廓曲線無奇異點、無齒輪嚙合幹涉及根切現象；齒輪齒數為12，型齒摩擦角小於傳統齒輪，由於全齒廓參與嚙合，並選用螺旋齒面，所以接觸面大。所述的齒側曲線MS為正弦曲線，接觸強度和彎曲強度要高於漸開線齒輪；過渡曲線為長幅外擺線(齒角為尖角)。
記齒輪泵中一齒輪為輪1，與之嚙合的另一相同齒輪為輪2，輪1的E點與輪2的A′點首先進入嚙合，隨著輪齒的轉動，輪1的E點在輪2的齒廓上從A′點滑動到S′點；然後，兩輪的特殊曲線齒廓部分ES和S′E′進入嚙合；特殊嚙合結束時，輪1的嚙合點為S點，輪2的嚙合點為E′點，隨著兩輪的進一步轉動，輪2的E′點在輪1上從S點滑動到A點，此時輪1的嚙合點為A點，輪2的嚙合點為E′點；兩輪繼續轉動，輪1的齒根圓弧與輪2的齒頂圓弧接觸，進入點嚙合傳動，至此，輪1的全部齒廓曲線均與輪2的齒廓進行嚙合傳動。
對齒輪泵而言，齒輪轉子為全齒廓嚙合密封型面，可以消除嚙合洩漏。
對於全齒廓嚙合的齒輪轉子可以採用插齒和滾齒加工，直接應用於重載齒輪或者聚合物輸送齒輪泵。
權利要求1.一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪，包括齒廓和齒根，其特徵在於整個齒廓由齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側曲線MS、齒側和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成；整個齒廓曲線無奇異點、無齒輪嚙合幹涉及根切現象；齒輪齒數為12～20，型齒摩擦角小於傳統齒輪，接觸面大於傳統齒輪。
2.根據權利要求1所述的齒輪，其特徵在於，所述的齒側曲線MS為正弦曲線，接觸強度和彎曲強度要高於漸開線齒輪。
3.根據權利要求1所述的齒輪，其特徵在於，所述的過渡曲線為長幅外擺線，齒角為尖角。
4.根據權利要求1所述的齒輪，其特徵在於，所述的過渡曲線為短幅外擺線，齒角為圓角。
專利摘要本實用新型公開了一種聚合物輸送齒輪泵用齒輪，包括齒廓和齒根，整個齒廓由齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側曲線MS、齒側和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成；整個齒廓曲線無奇異點、無齒輪嚙合幹涉及根切現象；齒輪齒數為12～20，型齒摩擦角小於傳統齒輪，接觸面大於傳統齒輪。改變了傳統的齒輪嚙合的齒頂和齒根不參與嚙合的情況，得到了新的齒輪嚙合型面，由於齒輪泵用的轉子要求齒數少，克服了這方面帶來的幹涉問題和重合度不夠的問題。除滿足石化工業中聚合物輸送用齒輪泵的要求之外，還可應用於重載傳動的工業中。
文檔編號F04C2/00GK2856494SQ20052004753
公開日2007年1月10日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者甘學輝, 馬曉建, 吳曉鈴, 葉國銘 申請人:東華大學