一種結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵的制作方法
【專利摘要】一種結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，其特征在于：包括通過徑向推力軸承安裝在泵體內的一個主動齒輪和三個相錯120°均勻分布的從動齒輪，以固接方式設置在泵體外的功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實現(xiàn)三個從動齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有效分離，完成吸排油運動，且主動齒輪和從動齒輪均采用軸向重合度εβ≥1.5的大螺旋角設計。該齒輪泵的特點在于流量大、結構緊湊，三個大螺旋角齒輪副瞬時排油量的疊加使得該泵的流量脈動極低。
【專利說明】一種結構緊湊型大流量低脈動齒輪栗
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液壓、潤滑系統(tǒng)中的齒輪泵，具體說是涉及一種結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵。
【背景技術】
[0002]液壓和潤滑系統(tǒng)是機械裝置的重要組成部分，而在油路系統(tǒng)的動力源應用中又以齒輪泵(所采用的齒形也多為漸開線)為主，其性能的高低對整個系統(tǒng)的可靠運行起著重要的作用。特別近年隨著我國高端制造業(yè)的快速發(fā)展，對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(漸開線齒形)則在理論上就存在著結構不夠緊湊、流量脈動大的先天劣勢，經(jīng)過多年的發(fā)展，進一步改進的空間也已十分有限；對于目前少量采用多對齒輪副周向分布的齒輪泵(漸開線齒形)，則由于結構設計上過于復雜，也一直沒有得到很好的推廣。因此，前幾年曾有部分技術人員把研究方向轉向了非漸開線齒形齒輪泵的開發(fā)，使得擺線齒輪泵、圓弧齒輪泵等各種技術得到了很快地發(fā)展。但在應用中，也均出現(xiàn)了一定的問題。相比之下，漸開線齒輪泵在輪齒加工、成本控制、應用推廣等方面仍占有較大的優(yōu)勢。因此，進一步開發(fā)出更高品質的漸開線齒輪泵也是技術探尋過程中的一次重新回歸。
【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明專利的目的正是為了滿足市場需求，在上述技術發(fā)展趨勢引領下針對漸開線齒輪泵進行的一種全新優(yōu)化設計的齒輪泵，該齒輪泵通過星形結構的布局和大螺旋角漸開線齒輪的應用，不但極大地縮小了產(chǎn)品尺寸，也大幅降低了流量脈動，所開發(fā)出的齒輪泵特別適用于對結構緊湊性和流體輸送品質要求較高的精密機械液壓系統(tǒng)中。本發(fā)明的齒輪泵具有同等體積下排量大、同等排量下脈動小的特點，可廣泛應用于各種液壓、潤滑系統(tǒng)中，尤其適用于對結構緊湊性和輸送品質要求較高的精密機械液壓系統(tǒng)中。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術措施來實現(xiàn)的:
本發(fā)明的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵包括通過徑向推力軸承安裝在泵體內的一個主動齒輪和三個相錯120°均勻分布的從動齒輪，以固接方式設置在泵體外的功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實現(xiàn)三個從動齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有效分離。
[0005]本發(fā)明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；所述的主動齒輪和從動齒輪在齒寬方向均采用軸向重合度ε 0 ^ 1.5的大螺旋角設計，漸開線齒輪副的軸向重合度大于1.5,形成多齒對在齒寬方向的同時哨合,在齒廓方向則米用長齒高設計，齒頂高在1.0Mn~1.2Μη之間取值。
[0006]本發(fā)明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，高壓油推動徑向推力軸承的軸向移動，能夠實現(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣诱{整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過大；所述功能油殼和泵體均采用筒形分體式結構的抽拉式組合設計，不但能實現(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。[0007]工作過程中，位于中心位置的主動齒輪與三個相錯120°均勻分布的從動齒輪同時嚙合完成吸排油工作，三個嚙合副的組合相當于三個小型齒輪泵的疊加，因此排量較大，同時三個從動齒輪圍繞主動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構設計；在流量品質的提高上，星形布局的結構設計也可適當減小齒輪模數(shù)，從而降低單個嚙合副所產(chǎn)生的瞬時流量脈動，三個嚙合副的錯位設計可使經(jīng)過疊加后的齒輪泵瞬時流量脈動更小；最為特別的是，本發(fā)明齒輪泵中的主動齒輪與從動齒輪均采用長齒高和大螺旋角設計，在避免產(chǎn)生干涉前提下的長齒高設計可顯著增加齒廓掃略面積，從而增大齒輪泵的排量，大螺旋角設計可使多齒對在齒寬方向同時產(chǎn)生嚙合，多齒對嚙合產(chǎn)生的瞬時流量疊加也是進一步降低齒輪泵流量脈動的主要技術手段；在結構設計上，后端蓋與徑向推力軸承之間的容積通過油孔與排油腔相通，高壓油推動徑向推力軸承的軸向移動，能夠實現(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣诱{整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過大。同時，吸排油腔分離功能的實現(xiàn)則采用筒形組合的分體式結構設計，通過功能油殼與泵體的抽拉和后端蓋與連接盤的拆卸，可快速實現(xiàn)齒輪泵相關部件的維修。
[0008]本發(fā)明的有益效果如下:
由于本發(fā)明的齒輪泵采用了星形結構布局和大螺旋角齒輪設計，具有流量大、脈動小、結構緊湊等特點；通過功能油殼與泵體筒形組合的分體式結構設計，不但實現(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，本發(fā)明的齒輪泵可廣泛應用于各種液壓、潤滑系統(tǒng)中，尤其適用于對結構緊湊性和流體輸送品質要求較高的精密機械液壓系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結構示意圖(立體圖)。
[0010]圖2是本發(fā)明的斷面結構示意圖(立體圖)。
[0011]圖1、圖2中序號:1是后端蓋、2是O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主動齒輪、13是從動齒輪、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。
[0012]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比圖。
[0013]圖3中序號: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齒在軸向同時嚙合形成的吸油腔和排油腔分離線。
[0014]圖4是參數(shù)基本相同的單對直齒齒輪泵和單對大螺旋角斜齒齒輪泵的瞬時流量脈動對比圖。
[0015]圖4中序號:19是直齒齒輪泵瞬時流量脈動的變化曲線、20是大螺旋角斜齒齒輪泵瞬時流量脈動的變化曲線。
[0016]圖5是三對大螺旋角斜齒齒輪副瞬時流量脈動疊加的示意圖。
[0017]圖5中序號:20-1、20-2、20-3是三對相錯一定相位的大螺旋角斜齒齒副瞬時流量脈動變化曲線，21是三對大螺旋角斜齒齒輪副瞬時流量脈動疊加后泵的總瞬時流量脈動變化曲線。
[0018]圖6是長齒高端面齒形與標準齒形的對比圖。[0019]圖6中序號:22是長齒聞端面齒形、23是標準齒形。
[0020]圖7是直齒輪、普通斜齒輪、大螺旋角斜齒輪的對比圖。
[0021]圖7中序號:24是直齒輪、25是普通斜齒輪、26是大螺旋角斜齒輪。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明以下將結合實施例(附圖)做進一步的描述:
如圖1和圖2所以，本發(fā)明的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵包括通過徑向推力軸承5安裝在泵體3內的一個主動齒輪12和三個相錯120°均勻分布的從動齒輪13，以固接方式設置在泵體外的功能油殼6 ;所述功能油殼與泵體共同實現(xiàn)三個從動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 ;所述的主動齒輪和從動齒輪在齒寬方向均采用軸向重合度
ερ >1-5的大螺旋角設計，漸開線齒輪副的軸向重合度大于1.5，形成多齒對在齒寬方向的
同時嚙合，在齒廓方向則采用長齒高設計，齒頂高在1.0Mn?1.2Μη之間取值。
[0023]本發(fā)明中位于后端蓋I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，高壓油推動徑向推力軸承的軸向移動，能夠實現(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣诱{整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過大；所述功能油殼和泵體均采用筒形分體式結構的抽拉式組合設計，不但能實現(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。
[0024]更具體說，本發(fā)明中所述的泵體3的外圓面與功能油殼6的內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，同時與功能油殼6和O型密封圈2共同實現(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I和連接法蘭11，最終泵體3、功能油殼6與連接法蘭11通過圓錐銷9連接為一體，這種筒形組合的分體式結構設計便于復雜腔體的加工和制造過程中的裝配，對使用中的維護也帶來很大的方便；密封與泄漏設計上，后端蓋I與徑向推力軸承5之間的高壓油腔4通過油孔16與排油腔8相通，高壓油腔4內的高壓油推動徑向推力軸承5的運動，實現(xiàn)齒輪副端面?zhèn)认兜淖詣诱{整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過大，旋轉唇形密封圈10則實現(xiàn)主動齒輪12動力輸入端的密封，O型密封圈2主要實現(xiàn)結構設計中的靜密封。
[0025]本發(fā)明的具體工作過程如下:
工作過程中，電機帶動主動齒輪12轉動，主動齒輪12和三個從動齒輪13同時嚙合，每對齒輪副由于采用大螺旋角設計均有多個齒對嚙合，形成多段嚙合線。多個分段的嚙合線和長齒高設計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，隨著主動齒輪12和從動齒輪13的進一步轉動，波形分離線18逐漸從齒輪的一端向另一端移動，在這個過程中，分離線18排油腔8側齒槽內的液體逐步被參與嚙合的輪齒實體擠出，從排油口 15排出排油腔8 ;分離線18吸油腔7側齒槽內則隨著參與嚙合輪齒實體的逐步退出形成真空，促使吸油腔7內的壓強降低，從而油液被從吸油口 14吸入到吸油腔7，填補因輪齒嚙合形成的真空。這樣，隨著齒輪副的轉動，齒槽內的油液在多個嚙合的線段內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、多齒對重復性運動，同時嚙合的輪齒與重合度有關，因此，能夠保證本發(fā)明齒輪泵工作的連續(xù)性。[0026]本發(fā)明中所述的主動齒輪12與三個從動齒輪13均采用大螺旋角設計，螺旋角可在一個較寬的范圍內選擇。本發(fā)明中齒輪泵的吸排油過程，依靠的是大螺旋角齒輪副多對輪齒同時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嚙合形成的直線形分離線17工作的，多對輪齒的同時嚙合使得本發(fā)明的齒輪泵具有很小的流量脈動，圖4即是單對大螺旋角齒輪泵與普通齒輪泵流量脈動的對比，可以看到，單對大螺旋角齒輪泵的流量脈動20遠小于普通齒輪泵的流量脈動19。
[0027]本發(fā)明中所述的主動齒輪12與三個從動齒輪13采用星形結構布局設計，三個從動齒輪13周向相錯120°布置，工作過程中主動齒輪12帶動三個從動齒輪13同時運動，三個齒輪副瞬時排油量的疊加構成本發(fā)明齒輪泵的瞬時流量，圖5即為三對大螺旋角斜齒齒輪副的瞬時流量脈動疊加圖，可以看到，疊加后的總流量脈動21與單對齒輪副相比得到了很大比例的降低，本發(fā)明齒輪泵的瞬時流量21相對于普通齒輪泵19的瞬時流量脈動幾乎可以忽略。
[0028]本發(fā)明中所有的齒輪均采用長齒高設計(齒頂高在1.0Mn?1.2Mn之間取值)，長齒高端面齒形22與標準齒形23的對比如圖6所示；所有的齒輪也均采用大螺旋角設計(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的對比如圖7所示。
【權利要求】
1.一種結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，其特征在于:包括通過徑向推力軸承安裝在泵體內的一個主動齒輪和三個相錯120°均勻分布的從動齒輪，以固接方式設置在泵體外的功能油殼；所述功能油殼與泵體共同實現(xiàn)三個從動齒輪嚙合齒輪副吸油腔和排油腔的有效分離。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，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；所述泵體通過圓錐銷與功能油殼固連。
3.根據(jù)權利要求1所述的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，其特征在于:所述的主動齒輪和從動齒輪在齒寬方向均采用軸向重合度ε 0 ^ 1.5的大螺旋角設計，漸開線齒輪副的軸向重合度大于1.5,形成多齒對在齒寬方向的同時哨合,在齒廓方向則米用長齒高設計，齒頂高在1.0Mn~1.2Μη之間取值。
4.根據(jù)權利要求1所述的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，其特征在于: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，高壓油推動徑向推力軸承的軸向移動，能夠實現(xiàn)齒輪端面?zhèn)认兜淖詣诱{整，從而減少由于裝配間隙和端面磨損造成的泄漏過大。
5.根據(jù)權利要求1所述的結構緊湊型大流量低脈動齒輪泵，其特征在于:所述功能油殼和泵體均采用筒形 分體式結構的抽拉式組合設計。
【文檔編號】F04C2/18GK103912485SQ201410174477
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】李紀強, 劉忠明, 張和平, 孟令先, 王征兵, 顏世鐺 申請人:鄭州機械研究所