反向嚙合式轉子組的製作方法
2023-06-18 05:36:41 1
專利名稱：反向嚙合式轉子組的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於泵或發動機的嚙合式轉子組，它包括一個可旋轉的外轉子和支承在該外轉子裡的內轉子，其中內轉子具有用於行星齒輪的承槽。該嚙合式轉子組與具有齒形結構的內嚙合齒輪泵相似，其中嚙合式轉子組的功能和作用方式都對應於內嚙合齒輪泵的功能和作用方式。
與內嚙合齒輪泵相比，一種根據DE-A-19646359的教導的泵是更有利的。這種泵形成嚙合式轉子組，它由一個有內嚙合齒的軸承圈和一個偏心放置在其中的有外嚙合齒的齒輪構成，其中內嚙合齒由旋轉支承在軸承圈裡的滾子形成並且比外嚙合齒多一個齒，齒輪的外嚙合齒疊加了模數小許多的細齒，而且每個滾子在其圓周上都有模數相同的細齒，齒輪齒與這些細齒嚙合。
嚙合式轉子組的功能通過以下方式實現驅動力矩通過一個驅動軸作用於內轉子並使之旋轉。帶齒內轉子將力傳遞給行星齒輪，這個力一方面給出一個經過行星齒輪中心的衝力，另一方面給出一個造成行星齒輪轉矩的切向力。作用於軸承圈的衝力使軸承圈旋轉。
這種已知的嚙合式轉子組的缺點在於必須要使用很多個行星齒輪，才能實現此功能並且由使用很多行星齒輪而決定地存在較高摩擦分量，這種摩擦分量必須通過一個與內轉子相連的驅動軸的轉矩來克服。另外，對已知的嚙合式轉子組來說，也已被證實為不利的是當內轉子旋轉時，使行星齒輪齒槽裡的相對同向轉動的潤滑油從壓力側輸被送至抽吸側，因而降低了泵的效率。
按照本發明，通過一種用於泵或者發動機的嚙合式轉子組來完成該任務，它包括一個可旋轉的外轉子、一個近似於星形的且有細內嚙合齒的孔以及一個偏心設置在此孔中的內轉子，該內轉子具有用於行星齒輪的承槽，這些行星齒輪具有細嚙合齒，該齒行星齒輪在外轉子的細嚙合齒裡滾動，其中行星齒輪的齒為外嚙合齒，外嚙合齒數比外轉子的內嚙合齒數少一個。這樣設計的嚙合式轉子組的優點在於，本發明的嚙合式轉子組可以用比現有技術已知的嚙合式轉子組更少的行星齒輪實現運轉。由於在結構尺寸相同的情況下使用比現有技術的嚙合式轉子組更少的行星齒輪，因而例如在行星齒輪和內轉子的承槽之間以及在行星齒輪齒和外轉子齒之間的摩擦面積比較小。由於摩擦較小，具有本發明的嚙合式轉子組的泵或者發動機就具有比具有現有技術的嚙合式轉子組的泵更高的效率，這是由於克服系統內摩擦須所需的轉矩較小。由結構決定地，本發明的嚙合式轉子組能夠實現比現有技術的嚙合式轉子組更高的輸送排量。
此外，本發明的嚙合式轉子組的效率更高，這是由於當內轉子順時針旋轉時，行星齒輪就反向轉動並因此把在行星齒輪齒槽裡的附加潤滑油由抽吸側送至壓力側。
細嚙合齒的另一個問題在於，所出現的力和力矩在開頭所述類型的嚙合式轉子組中沒有最佳地被迄今所用的漸開線輪齒吸收。尤其是存在這樣的問題，即已知的輪齒無法在沒有大面壓的情況下象線路走向那樣地傳遞衝力和切向力。目前已知的嚙合輪齒只適於傳遞大切向力，而不適於傳遞經過行星齒輪中心的巨大衝力。
在開頭所述類型的嚙合式轉子組中，無法在所有工作條件下都沒有嚙合幹擾地確保乾淨利落的滾動，這被證明是不利的。行星齒輪相對軸承圈的運動在一個位置上停止。
在行星齒輪幾乎停住且同時傳遞巨大的力的狀態下，存在這樣危險，即位於行星齒輪齒頂和軸承圈之間的潤滑油膜破碎了，從而使科爾特流停止。在這種情況下，由於在間隙中失去了潤滑介質而出現了固體接觸。因此，不再存在有利的流體動力潤滑，而是形成混合摩擦狀態，最糟糕的是，有可能出現靜摩擦。在混合摩擦和靜摩擦的情況下，出現了磨損現象並且降低了嚙合式轉子組的使用壽命。
因而，本發明的有利設計方案就規定了，細外嚙合輪齒和/或內嚙合輪齒至少在輪齒齒形局部區內有一個弧彎部。這樣設計的嚙合式轉子組的優點是，通過齒形的弧彎部，基本上出現了滾動摩擦而沒有滑動摩擦，因而齒摩損最小。
通過把細齒行星齒輪的齒頂設計成是凸形且把細齒外轉子的齒根設計成是凹形，就出現了一個接觸面而不是一條接觸線。這種滾動嚙合大大降低了赫茲壓。若將行星齒輪齒和外轉子齒槽之間的側面間隙考慮在內，則確保了巨大衝力只經過齒頂和齒根來傳遞。因而就阻止了可能導致破壞齒側面的巨大衝力作用於齒側面上。另外，也可以通過側面間隙使輸送介質從齒槽裡流出，因為否則的話，會出現困油，這可能會導致建立很高的壓力。
在本發明的有利設計方案中規定了，在齒頂和/或齒根部處的齒形成弧形。這樣設計的齒形就能傳遞很大衝力(徑向力)。在這裡，與嚙合式轉子組中的已知漸開線齒不同的是，齒頂和齒根都被納入滾動過程中，即帶齒行星齒輪在帶齒外轉子的曲線上滾動。
行星齒輪的凸彎齒側面和外轉子的凹彎齒側面在嚙合時形成較大的密封面，該密封面在擠出腔從抽吸部位移至壓力部位時封閉了擠出腔。轉子垂直度偏差也就不會造成擠出腔漏損。
在本發明的有利的設計方案中規定了，尤其在齒頂和/或齒根部處的細齒齒形都有一個削平部。在轉矩經內轉子並通過帶齒行星齒輪作用在帶齒外轉子上的主要傳力區內，取決於幾何關係地幾乎使行星齒輪停了下來。在所述的相對停止狀態並同時傳遞巨大的情況下，存在這樣的危險，即在行星齒輪齒頂和內轉子承槽之間的潤滑膜破壞了。為阻止這種情況發生，將行星齒輪齒定削平。削平部取決於嚙合式轉子組的應用領域。在低轉速和高壓力時，必須要有大削平部，以保證即使在滑動速度較低時也形成潤滑膜。若轉速高且壓力低，則必須略微削平。對於從行星齒輪的齒頂至削平部的過渡段來說，使用一特殊曲線即擺線，它比用簡單的過渡圓弧更有利於形成潤滑膜。
本發明的另一個有利的技術方案規定了，尤其是在齒頂和/或齒根部位處，齒形具有一個大的曲率半徑。在齒頂和/或齒根部位用一個具有大曲率半徑的面來代替這種削平也是合適的。
在本發明的特別有利的技術方案中規定了，弧形部分至少局部設計成擺線。擺線對於滾動性能和傳遞衝力來說已經證實為特別有利的。這種擺線齒即使在彎曲變化很大和曲率半徑較小時也保證了順利的無打滑滾動，這又減少了磨損。
本發明的合理設計方案規定了，至少在齒側面部位處，齒形被設計成漸開線。在這種嚙合齒的情況下，帶齒外轉子和帶齒行星齒輪的齒側面由漸開線形成，但在這種實施形式中，可能出現比在將齒側面設計成擺線的實施形式時更輕微的嚙合幹擾。
本發明的有利設計方案規定了，細嚙合齒具有一個少摩損的表面。少摩損的表面可通過化學的、尤其是熱化學的和/或物理的表面處理達到。這種表面也還可以是電鍍的。其它有利的表面處理方法是滲碳和滲氮和/或滲氮碳、滲硼和/或鍍鉻。
本發明的合適的設計方案規定了，在承槽部位設置至少一個流體通道。該流體通道可以與泵壓力側連通，從而連續不斷地將潤滑油輸入行星齒輪和承槽之間，以保證建立更好的潤滑膜。
比較有利的是，嚙合式轉子組的所有部件且尤其是外轉子和/或行星齒輪和/或內轉子至少在一個端面側上具有一個環繞連板。環繞連板用作在安放嚙合式轉子組的外殼內的密封。通常，這些活動部件在其端面側上有一個密封面，該密封面一直伸展在其整個面上。這種按照本發明的、藉助環繞連板形成的密封的優點是，在用已知的密封時所產生的大摩擦力被大大減小並因而使嚙合式轉子組更容易並因而更有效地工作。環繞連板的寬度表示在密封作用和摩擦力之間的最佳值。
最後，本發明涉及製造嚙合式轉子組的方法，其中這種轉子組通過成型法並優選地藉助粉末冶金法、塑料注塑、擠壓、壓鑄並且尤其是鋁壓鑄及衝壓法來製造。這樣的高成本的齒，如本發明的嚙合式轉子組所具有的齒，可藉助這些方法簡單而低成本地製成。本發明不採用切削制齒，如利用磨削、銑削、插削和鋸削，這些方式眾所周知地被用於普通的齒，因為制齒對它們來說太複雜了。
本發明的有利設計方案規定了，在一個泵且尤其是一個潤滑油泵裡的嚙合式轉子組被用於內燃機、減速器、液壓泵組和高壓清洗設備。
在本發明的其它的有利設計方案中規定了將嚙合式轉子組用作發動機。
圖2表示按本發明的用於泵或者發動機的嚙合式轉子組1，它包括一個可旋轉的外轉子2，該外轉子具有一個帶有細內嚙合齒4的近似星形的孔3和一個偏心支承在孔3裡的內轉子5，該內轉子具有用於行星齒輪7的承槽6，這些行星齒輪7有細嚙合齒，它們以所述細嚙合齒在外轉子2的細嚙合齒裡滾動，其中行星齒輪7的齒8形成外嚙合齒，在這裡，外嚙合齒的齒數比外轉子2的內嚙合齒4少一個。嚙合式轉子組1具有吸油部位9和一個壓油部位10和擠出腔11。與
圖1所示的按現有技術設計的嚙合式轉子組0.1相比，本發明的嚙合式轉子組1隻需要六個行星齒輪7，因而產生的摩擦較小。
驅動力矩M1通過驅動軸12作用於內轉子5上。因而，衝力F2就通過內轉子5的承槽6作用到行星齒輪7上。在行星齒輪7中的衝力F3被分成兩個分量，即徑向力F4和轉矩M4。衝力F3經過帶齒行星齒輪7的中心作用於帶齒外轉子2上並使其旋轉。通過轉矩M4使帶齒行星齒輪7旋轉。行星齒輪7首先傳遞衝力F3並且同時有一個由承槽裡的摩擦引起的小摩擦力矩MR。
本發明的嚙合式轉子組1可被用作產生壓力的泵，其中內轉子5經過一個驅動軸12被驅動。另一方面，本發明的嚙合式轉子組1也可以用作發動機，在這發動機裡，使壓力區10加壓，從而使內轉子5轉動並使驅動軸12轉動。
在轉矩通過裝有承槽6的內轉子5並經帶齒行星齒輪7作用於帶齒外轉子2上的重要傳力區域13內，取決於幾何關係地幾乎使行星齒輪7停住。在上述相對停止狀態和同時傳遞巨大力的情況下，存在這樣的危險，即行星齒輪齒頂與內轉子5之間的潤滑膜破壞了。
圖2a表示在第二工作位置上的嚙合式轉子組1。在這裡，可以很清楚地看到細嚙合齒的密封作用。
圖2b表示轉子組1的俯視圖，其中既示出了吸油側14，也示出了壓油側1.5。一個進油孔16通入吸油側14，該進油孔例如在側向上成通入接納嚙合式轉子組的外殼裡的孔的形式。同樣，一個排油孔17通入壓油側15。排油孔17的直徑可以小於進油孔16的直徑，這是由於進油孔的流速較大。還可以看到，當內轉子5在順時針旋轉時，行星齒輪7就反向旋轉並因而使在行星齒輪7齒槽裡的附加潤滑油從吸油側9被送至壓油側10。
圖3表示圖2局部「X」的本發明嚙合齒的變型方案I。圖2所示的巨大衝力F3和只是小的摩擦力矩MR是必須傳遞的。對這種嚙合齒來說，齒頂18和齒根19都被納入了滾動過程中，即帶齒行星齒輪7在帶齒外轉子的曲線2上滾動。在圖3所示的嚙合齒裡，齒面部的選擇應使其對應於力的分布。
因此，嚙合齒的最大部分即弧形部23在齒根19和齒頂18處，齒頂和齒根就在帶齒行星齒輪7和帶齒外轉子2之間傳遞衝力F3。只有小部分嚙合面由齒側面處的滑動面構成，這些滑動面使摩擦力矩MR轉變成帶齒行星齒輪7的旋轉運動。
應這樣計算帶齒外轉子2的齒頂18.1，即必須使它準確位於帶齒行星齒輪7的齒根19.2裡並保證順利滾動。相反地，帶齒行星齒輪7的齒頂18.2咬入帶齒外轉子2的齒根19.1中。通過帶齒外轉子2的凸形齒頂18.1和帶齒行星齒輪7的凹形齒底19.2產生一個接觸面，而不是一條接觸線。因而，這種滾動嚙合大大降低了赫茲壓。
這也適用於帶齒外轉子2的齒側面和帶齒行星齒輪4的齒側面。若考慮了在行星齒輪4齒和外轉子2齒槽之間的側面間隙，則保證了巨大衝力F3隻通過齒頂18和齒根19來傳遞。因而阻止了可能導致齒側面破壞的巨大斜楔力作用於齒側面21。另外，也可以通過側面間隙使輸送介質從齒槽20裡流出，因為否則的話會出現困油，這可能會導致建立起很高的壓力。
圖4表示了按本發明的嚙合齒的第二個位置。在以前描述的行星齒輪4處於相對停止狀態時以及同時傳遞大的力時就存在以下危險位於行星齒輪齒頂18和內轉子5的承槽6之間的潤滑膜破壞了。阻止這種破壞的方法是將行星齒輪齒頂18削平。削平部22的大小取決於嚙合式轉子組1的使用範圍。若轉速低、壓力大，則必須有大的削平部22。當轉速高且壓力低時，採用中等削平部22，以便建立起一層連續不斷的潤滑膜。為從行星齒輪7齒側面21到削平部22的過渡段使用擺線23，它比用簡單的過渡圓弧更利於形成潤滑膜。
由於行星齒輪齒頂18的削平部22也改善了從行星齒輪7到內轉子5的承槽6的力傳遞(赫茲壓)。
圖5表示本發明齒的第三變型方案，其中帶齒外轉子2的和帶齒行星齒輪7的齒側面21由一條漸開線24構成。相反，行星齒輪7的齒頂18設計為擺線25。然而，對這種實施形式來說，更可能存在嚙合幹擾。
權利要求
1.用於一個泵或一個發動機的嚙合式轉子組(1)，它包括一個可旋轉的外轉子(2)，該外轉子具有一有細內嚙合齒(4)的且近似於星形的孔(3)以及一個偏心支承在孔(3)裡的內轉子(15)，該內轉子具有用於行星齒輪(7)的承槽(6)，行星齒輪(7)具有細嚙合齒，所述行星齒輪就以該細嚙合齒在外轉子(2)的細嚙合齒裡滾動，其中行星齒輪(7)具有構成外嚙合齒(8)的齒，所述外嚙合齒的齒數比外轉子(2)的內嚙合齒齒數少一個。
2.按權利要求1所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，所述細外嚙合齒和/或細內嚙合齒至少在嚙合齒齒形局部區內有一個圓弧部分(23)。
3.按權利要求1或2所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，尤其是齒頂(18)和/或齒根(19)區域內的齒形被設計成圓弧形。
4.按權利要求1-3之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，尤其是齒頂(18)和/或齒根(19)區域內的齒形具有一個大彎曲半徑。
5.按權利要求1-4之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，尤其是齒頂(18)和/或齧根(19)區域內的齒形具有一個削平部(22)。
6.按權利要求1-5之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，圓弧部(23)至少局部被設計成擺線。
7.按權利要求1-6之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，至少齒側面(21)區域內的齒形被設計成漸開線。
8.按權利要求1-7之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，所述細嚙合齒具有一少磨損的表面。
9.按權利要求1-8之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，在承槽(6)區域內設有至少一條流體通道。
10.按權利要求1-9之一所述的嚙合式轉子組(1)，其特徵在於，外轉子(2)和/或行星齒輪(7)和/或內轉子(5)在至少一個端面側上有一個環繞連板。
11.用於製造如權利要求1-10之一所述的嚙合式轉子組(1)的方法，其特徵在於，該嚙合式轉子組通過一種成型法並優選地藉助粉末冶金法、塑料注塑、擠壓、壓鑄且尤其是鋁壓鑄及衝壓法製成。
全文摘要
本發明涉及用於泵或發動機的嚙合式轉子組，它包括一個可旋轉的外轉子，該外轉子有一個近似於星形的且有細內嚙合齒的孔以及一個在此孔中偏心布置的內轉子，該內轉子具有用於行星齒輪的承槽。行星齒輪具有細嚙合齒，它就以所述細嚙合齒在外轉子的細嚙合齒裡滾動，其中行星齒輪具有形成外嚙合齒的齒，所述外嚙合齒的齒數比外轉子的內嚙合齒的齒數少一個。
文檔編號F04C2/10GK1411537SQ01806084
公開日2003年4月16日 申請日期2001年2月10日 優先權日2000年3月5日
發明者J·巴赫曼, E·埃恩斯特 申請人:Gkn金屬燒結有限公司