專利名稱：平衡式行星齒輪泵的制作方法
齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪所受徑向液壓使輪軸易彎、軸承負(fù)荷過大，是限制它的總效率及功率密度提高的主要障礙。專利文獻(xiàn)美國4872536、中國86106471的說明書構(gòu)成了使齒輪泵無級(jí)變量的方法，使液壓無級(jí)變速除具有原有一系列優(yōu)點(diǎn)之外，尚能夠低成本制造，但仍未能很好解決液壓結(jié)構(gòu)的總效率不夠高這一問題。本發(fā)明的方法，是使其壓力作用于齒輪輪齒的高液壓區(qū)能夠圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸均勻分布，所產(chǎn)生之徑向壓力相互抵消，達(dá)到齒輪的徑向液壓平衡。對(duì)于齒輪馬達(dá)，本發(fā)明的方法同樣成立。
象示意1那樣，1～4代表4只相互嚙合的齒輪，徑向密封由其兩端與齒頂液密貼合的徑向密封塊(以下簡(jiǎn)稱徑密塊)5～7完成，按圖示齒輪轉(zhuǎn)向，點(diǎn)陰影區(qū)為高液壓區(qū)，高、低壓液體均經(jīng)完成軸向密封的側(cè)板(

圖1未示出)上的軸向通口流出、流入，構(gòu)成3個(gè)等效外齒輪泵。8代表外殼。對(duì)于齒輪2、3，高壓區(qū)繞其轉(zhuǎn)軸均勻分布，所受徑向液壓相互抵消。齒輪1、4仍受單向液壓。顯然，串聯(lián)嚙合的齒輪越多，齒輪組承受的總的平均徑向液壓越低。因此，進(jìn)一步地使用內(nèi)齒輪使嚙合的齒輪系統(tǒng)封閉，此方法可得到徑向壓力完全平衡的齒輪泵。
象示意2那樣，10代表內(nèi)齒輪，9代表外齒輪太陽輪，11～14代表4只勻布的外齒輪行星輪，15～22代表8個(gè)徑密塊，構(gòu)成8個(gè)等效泵。按圖示齒輪轉(zhuǎn)向，點(diǎn)陰影區(qū)為高壓區(qū)。側(cè)板及開于其上的高、低壓油通口圖中未標(biāo)出。由于作用于每一齒輪輪齒上之高壓區(qū)都是圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸均勻分布的，故每一齒輪都是徑向液壓平衡的。調(diào)整齒輪周遭高壓區(qū)的分布及其對(duì)齒輪的包角的大小，也可以有意地實(shí)現(xiàn)徑向液壓力不平衡，以使徑向液壓力的合力所具有的指向和大小恰能抵消齒輪、輪軸及軸承所受其它機(jī)械作用力，如嚙合力、負(fù)荷中的徑向推力等等，可使軸承負(fù)荷等于零。如何分析其分布及包角一定的高壓區(qū)的液壓對(duì)齒輪產(chǎn)生的徑向合力的大小及指向，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，屬于傳統(tǒng)力學(xué)及公知技術(shù)的范疇，這里不贅述。行星輪的數(shù)量視需要與可能確定，數(shù)量為n時(shí)，等效泵數(shù)量為2n，可大幅度提高功率密度。
行星輪可以是定軸的，也可以如機(jī)械行星傳動(dòng)那樣，是動(dòng)軸線的，即行星輪之軸線繞太陽輪之軸線運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)各徑密塊均和各行星輪的軸線一起隨行星架運(yùn)轉(zhuǎn)，即各徑密塊相對(duì)于行星輪軸線位置不變但卻繞太陽輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向密封側(cè)板也隨行星架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，分設(shè)于兩側(cè)板的進(jìn)、出油口各與一匯油室連通，所形成的高、低壓匯油室作為泵的出、入油口與外部油路連通。改變太陽輪、行星架及內(nèi)齒輪三者間的相對(duì)轉(zhuǎn)速。泵的流量就發(fā)生變化，可以用于無級(jí)變流量、機(jī)械差速及減速。因此，當(dāng)這種平衡式動(dòng)軸線行星齒輪泵(或馬達(dá))的油路與另一同結(jié)構(gòu)或不同結(jié)構(gòu)的馬達(dá)(或泵)的油路連通，并且同時(shí)其太陽輪、行星架和內(nèi)齒輪三者中有一者或二者與后面的馬達(dá)(或泵)系統(tǒng)有直接或間接的機(jī)械聯(lián)動(dòng)時(shí)，就構(gòu)成了液壓-機(jī)械的分流傳動(dòng)或閉合傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的傳動(dòng)目的。
當(dāng)高壓區(qū)對(duì)徑密塊的壓力方向是使徑密塊離開齒輪時(shí)，要實(shí)現(xiàn)徑向密封間隙補(bǔ)償，可按圖3b中所示的方法去做。按圖示外齒輪48內(nèi)齒輪51的旋轉(zhuǎn)方向，油通口38處之高壓區(qū)欲推徑密塊離開齒輪?？煞謴矫軌K為28、32兩部分，兩部沿軸向(經(jīng)楔塊)液密貼合，并分別與一對(duì)互嚙的齒輪的齒頂液密貼合，叫做“半徑密塊”。它們各繞其芯軸35、36旋轉(zhuǎn)，芯軸則兩端支承于兩側(cè)板上。楔塊37是彈性材料的(例如可用尼龍制造)，其背部在高壓區(qū)液壓作用下向28、32之間楔入，推擠28、32向齒輪壓迫，實(shí)現(xiàn)徑向密封間隙補(bǔ)償。芯軸35、36可加彈性襯套(圖中未示)。半徑密塊對(duì)齒輪接觸壓力的大小，可用兩個(gè)芯軸的位置及其間距離、楔塊背部接觸高壓液體的厚度來調(diào)節(jié)，正確設(shè)計(jì)下，該軸距及厚度越大，則半徑密塊對(duì)齒輪的接觸壓力越大。在一些場(chǎng)合，楔塊及芯軸可以取消，也可采取適合的其它截面形狀。
平衡式齒輪泵也可實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)排量的無級(jí)變量，方法是改變齒輪間的軸向嚙合長(zhǎng)度以改變齒輪泵的工作容積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)正確的密封。一種基本結(jié)構(gòu)可參看圖3a～圖3e。圖3a是軸向剖視圖，圖3b是圖3a的A-A剖視圖，圖3c是圖3a的右視圖，圖3d是圖3a的左視圖的下部局部，圖3e說明補(bǔ)償軸向間隙的一種方式。為了清楚地表達(dá)原理，對(duì)諸圖的一些次要細(xì)節(jié)做了省略。圖3a的剖視是移去了半徑密塊25的。23～34共12個(gè)半徑密塊構(gòu)成6組徑密塊，每組均包括2個(gè)半徑密塊和前述35、36那樣的約束半徑密塊的兩個(gè)芯軸及一個(gè)前述37那樣的楔塊，各芯軸均支承于兩個(gè)側(cè)板58及52上，原理及結(jié)構(gòu)亦同前述，和所接觸齒輪一道完成對(duì)38～43所指6個(gè)出油口處的高壓區(qū)的徑向密封。構(gòu)成左側(cè)(圖3a中)軸向密封的，是滑動(dòng)側(cè)板58及液密地套裝于外園上的外齒圈55及液密地套裝于內(nèi)園上的內(nèi)齒圈60、55、60分別與內(nèi)齒輪51、太陽輪50按齒形凹凸緊密配合并可隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并分別在齒隙鑲有彈性材料的齒形密封圈56和59，當(dāng)滑動(dòng)側(cè)板軸向滑動(dòng)時(shí)，55、60、56、59隨之移動(dòng)并保持轉(zhuǎn)動(dòng)，完成了滑動(dòng)側(cè)板一側(cè)的軸向密封。構(gòu)成右側(cè)(圖3a)軸向密封的是與殼體52一體的固定側(cè)板，內(nèi)部液密地套裝有3個(gè)形如53的內(nèi)齒圈，其內(nèi)齒分別與行星輪49(配53)及48、47的外齒緊密配合，齒隙處均裝有54那樣的彈性材料齒形密封圈?？奢S向滑動(dòng)的行星輪47～49與軸向固定的太陽輪50，內(nèi)齒輪51保持行星式嚙合，每個(gè)行星輪左端以軸承(圖3a中57，共3個(gè))支承于滑動(dòng)側(cè)板，右端通過內(nèi)齒圈53(共3個(gè))支承于固定側(cè)板，故可隨滑動(dòng)側(cè)板一起軸向滑動(dòng)。離行星輪較遠(yuǎn)的一組半徑密塊23～28是以其芯軸將一端固定在滑動(dòng)側(cè)板上的，另一端可通過固定側(cè)板通孔伸出，這些半徑密塊可隨之一起軸向移動(dòng)，叫做滑動(dòng)半徑密塊。離行星輪較近的一組半徑密塊29～34是以其芯軸將一端固定在固定側(cè)板上的，另一端可通過滑動(dòng)側(cè)板通孔伸出，叫做固定半徑密塊。每個(gè)半徑密塊與對(duì)應(yīng)的側(cè)板通孔間可鑲?cè)胍蝗椥圆牧?，以保證密封。楔塊可隨滑動(dòng)半徑密塊一體移動(dòng)(如本例，圖3c)，也可與固定半徑密塊一體。這樣，滑動(dòng)側(cè)板向固定側(cè)板滑近時(shí)，密封總是隨時(shí)保證的，齒輪之軸向的嚙合長(zhǎng)度縮短，泵的每轉(zhuǎn)排量無級(jí)地減小;反之，兩側(cè)板之距離由零滑至最大時(shí)，每轉(zhuǎn)排量從零增至最大。
44～46是開在低壓區(qū)的進(jìn)油口，同38～43出油口一樣，都開在固定側(cè)板上，其位置應(yīng)能讓開有關(guān)做軸向密封用的齒圈，其形狀可有多種，如是園形的，內(nèi)攻有螺紋，可讓油管接頭旋入。一端固接于滑動(dòng)側(cè)板的桿61，另一端與控制機(jī)構(gòu)做適當(dāng)連接，用以推、拉滑動(dòng)側(cè)板使之軸向滑動(dòng)，并防止滑動(dòng)側(cè)板的繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的桿可以不止一個(gè)。為防止半徑密塊與相應(yīng)側(cè)板通孔間摩擦阻力大使軸向滑動(dòng)變得費(fèi)力，可將各滑動(dòng)半徑密塊伸出固定側(cè)板的端固定在一個(gè)端板，各固定半徑密塊伸出滑動(dòng)側(cè)板的端固定在一個(gè)端板上，使各半徑密塊所受液壓通過端板基本抵消，半徑密塊與通孔間摩擦阻力變得很小，滑行變得輕快。半徑密塊的長(zhǎng)度應(yīng)保證前述端板不妨礙兩側(cè)板距離在變量時(shí)拉到最大。
為進(jìn)一步提高平衡式齒輪泵的效率及壽命，需做軸向間隙補(bǔ)償。這一點(diǎn)只需利用彈簧等彈性元件將齒輪壓向側(cè)板即可。例如用圖3e的方式加裝的軸向間隙補(bǔ)償裝置，行星輪49之軸端加裝小推力軸承63，壓力彈簧62裝于63和滑動(dòng)側(cè)板58之間，將49之左端壓向側(cè)板58及其上的密封用齒圈55等，使該處軸向間隙在熱態(tài)及磨損狀態(tài)下亦保持最小?；谏鲜鲈砑敖Y(jié)構(gòu)，使行星輪軸向固定而軸向移動(dòng)內(nèi)齒輪、太陽輪的作法同樣可構(gòu)成平衡式變量齒輪泵。
本說明書所述關(guān)于變量和不變量的平衡式齒輪泵原理及結(jié)構(gòu)同樣適用于相應(yīng)的齒輪馬達(dá)。變量的平衡式齒輪泵或馬達(dá)也可如前述定量泵(馬達(dá))那樣，搞成行星架連同行星輪軸線及各半徑密塊是繞太陽輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的，此時(shí)“固定側(cè)板”不再與殼體一體，而是與行星架一體可轉(zhuǎn)動(dòng)的。上述原理及結(jié)構(gòu)也可使其它型式的由2個(gè)以上互嚙齒輪組成的泵(馬達(dá))無級(jí)變量，如使圖1型式的多齒輪外嚙合泵無級(jí)變量，或使無太陽輪的多行星輪內(nèi)齒輪泵無級(jí)變量，但效果均不如圖3形式的好。
由于本發(fā)明可以使變量或定量的齒輪泵或馬達(dá)的齒輪軸及軸承負(fù)荷接近于零，故使機(jī)械損失可降低一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)采用徑向、軸向的全面間隙補(bǔ)償，可提高容積效率;多個(gè)等效泵及允許工作壓力提高可允許流量降低及使用小模數(shù)齒輪。因此，本發(fā)明可使定量或變量齒輪泵(馬達(dá))的總效率提高到95%～97%，功率密度提高到普通結(jié)構(gòu)的2～4倍，噪聲及流量脈動(dòng)大幅度降低，易于實(shí)現(xiàn)低造價(jià)，容易構(gòu)成性能優(yōu)良的液壓無級(jí)變速器。
權(quán)利要求
1.一種使齒輪泵或馬達(dá)的齒輪所受的徑向液壓力相互平衡的方法，其特征是，使多個(gè)泵油齒輪相互嚙合，使側(cè)板、徑向密封塊與齒輪所圍成的高液壓區(qū)圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸均勻分布，使這些高壓區(qū)對(duì)齒輪輪齒作用的液壓所產(chǎn)生的徑向力能夠相互平衡，或?qū)@些高壓區(qū)是以其分布和對(duì)齒輪包角的變化而設(shè)計(jì)成徑向液壓力不平衡的，其合力的大小和方向能夠抵消齒輪、齒輪軸及軸承所受之嚙合力，負(fù)荷徑向力等機(jī)械作用力。
2.一種齒輪泵或馬達(dá)，包括完成軸向密封的側(cè)板，完成徑向密封的徑密塊，齒輪，開于側(cè)板上的進(jìn)、出油口及殼體，密封件與齒輪隔出的高液壓區(qū)及低液壓區(qū)，其特征是，用來泵油的相互嚙合的齒輪有2個(gè)以上，其中至少有一個(gè)這樣的齒輪，在它的輪齒周遭的高液壓區(qū)繞其轉(zhuǎn)軸是均勻分布的，這些高壓區(qū)對(duì)齒輪的包角的大小是一致的或不一致的，它們對(duì)齒輪所產(chǎn)生之徑向液壓力能夠自相抵消，或兼能抵消齒輪、輪軸及軸承上所受其它機(jī)械作用力。
3.權(quán)項(xiàng)2所述的泵或馬達(dá)，其特征是，作為泵油的齒輪，至少包括一個(gè)內(nèi)齒輪，一個(gè)外齒輪太陽輪及一個(gè)以上的外齒輪行星輪，構(gòu)成行星式嚙合，至少含有一件由兩個(gè)液密地相互貼合的半徑密塊組成的徑密塊，兩個(gè)半徑密塊分別與一對(duì)互嚙的齒輪的齒頂液密地貼合。
4.權(quán)項(xiàng)3所述的由兩個(gè)半徑密塊組成的徑密塊，其特征是每個(gè)徑密塊各可繞一個(gè)具有某種截面形狀的芯軸旋轉(zhuǎn)，芯軸上可套有彈性材料的襯套，兩個(gè)半徑密塊之間夾有一個(gè)楔塊，楔塊朝向高壓區(qū)的背部的厚度及兩個(gè)芯軸之間的距離越大，半徑密塊與齒輪輪齒之接觸壓力越大。
5.權(quán)利2或3所述的泵或馬達(dá)，其特征是，兩個(gè)側(cè)板，一為固定側(cè)板，一為可軸向滑動(dòng)的滑動(dòng)側(cè)板，側(cè)板上液密地裝有多個(gè)內(nèi)齒或外齒的齒圈，分別與相應(yīng)的外齒輪或內(nèi)齒輪按齒形凹凸緊密地配合，在齒隙可鑲有彈性材料齒形密封圈，可隨相配合的齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可隨相配合的側(cè)板一起軸向移動(dòng)，離行星輪較遠(yuǎn)的半徑密塊(滑動(dòng)半徑密塊)是隨滑動(dòng)側(cè)板一起移動(dòng)的，離行星輪較近的半徑密塊(固定半徑密塊)是以一端固定于固定側(cè)板的，行星輪是相對(duì)內(nèi)齒輪、太陽輪可軸向滑動(dòng)的，當(dāng)兩側(cè)板滑近，齒輪軸向嚙合長(zhǎng)度變短，泵或馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量減少，構(gòu)成無級(jí)變量齒輪泵或馬達(dá)。
6.權(quán)項(xiàng)5所述的泵或馬達(dá)，其特征是，滑動(dòng)半徑密塊和固定半徑密塊的探出與之沒有固定關(guān)系的側(cè)板的端部，分別固定于兩個(gè)端板上，使半徑密塊所受液壓通過端板相互抵消，其軸行滑行變得輕快。
7.權(quán)項(xiàng)2或3或5或6所述的泵或馬達(dá)，其特征是帶有軸向間隙補(bǔ)償裝置，每個(gè)該裝置都有一個(gè)彈性元件(如彈簧)裝于一個(gè)與齒輪軸連接的推力軸承和相應(yīng)側(cè)板之間，產(chǎn)生把齒輪端部推向相應(yīng)側(cè)板的力，補(bǔ)償該處軸向間隙。
8.權(quán)項(xiàng)2或3或5所述的泵或馬達(dá)，其特征是還包括一個(gè)行星架，行星齒輪之軸線、各個(gè)半徑密塊，兩個(gè)側(cè)板及開于側(cè)板上的進(jìn)出油口均可隨行星架一起繞太陽輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而各個(gè)半徑密塊相對(duì)于行星輪軸線是位置固定的，轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)、出油口將油通到低、高壓匯油室再從匯油室與外部油路接通。
9.權(quán)項(xiàng)8所述的泵或馬達(dá)，其油路與另一馬達(dá)或泵系統(tǒng)的油路連通形成工作回路，其特征是，該泵或馬達(dá)的太陽輪、行星架或內(nèi)齒輪三者中之一者或兩者與后面的馬達(dá)或泵系統(tǒng)有直接的或間接的機(jī)械聯(lián)動(dòng)，構(gòu)成液壓-機(jī)械的分流傳動(dòng)或閉合傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的傳動(dòng)目的。
全文摘要
利用多個(gè)相互嚙合的外齒輪和內(nèi)齒輪，多個(gè)徑向密封元件和軸向密封元件，使一個(gè)泵或馬達(dá)內(nèi)含有多個(gè)等效泵或馬達(dá)，由之構(gòu)成的齒輪泵或馬達(dá)，所含的每個(gè)齒輪都是徑向液壓力平衡的，甚至是液壓力——機(jī)械力完全平衡的，軸承負(fù)荷可等于零，軸向間隙及徑向間隙均得到補(bǔ)償，泵或馬達(dá)可以無級(jí)變量。由之可造成低造價(jià)、高傳動(dòng)效率、高功率密度的定量的或無級(jí)變量的齒輪泵或馬達(dá)，以及相應(yīng)的液壓無級(jí)變速器。
文檔編號(hào)F04C27/00GK1054297SQ90100918
公開日1991年9月4日 申請(qǐng)日期1990年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月21日
發(fā)明者鄭悅 申請(qǐng)人:鄭悅