CN100447418C - 内啮合齿轮泵及其内转子 - Google Patents

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Abstract

通过使自由地调节内转子和外转子之间的偏心距e成为可能，旨在提高内啮合齿轮泵的排出率。内转子的每个齿包括：由内摆线限定的齿底4；与外转子相啮合的并由渐开线限定的啮合部3；以及由诸如圆或者椭圆的一部分或者外摆线等预定曲线限定的齿顶2。

Description

内啮合齿轮泵及其内转子
技术领域
本发明涉及一种具有单一齿形的内啮合齿轮泵的内转子，以及一种包括这样的内转子以及外转子的内啮合齿轮泵。
背景技术
以下的专利文件1和2描述传统的内啮合齿轮泵。
专利文件1：JP实用新型公开6-39109
专利文件2：US 6,244,843 B1
专利文件3：WO9911935A
专利文件4：RU2113643C
专利文件1中披露的内啮合齿轮泵包括基于基圆的直径A、滚动圆的直径B、轨迹圆的直径C以及偏心距e而产生的余摆线内齿轮转子。
专利文件2中公开的内啮合齿轮泵包括内转子和外转子，该内转子包括外摆线齿顶和内摆线齿槽，该外转子包括内摆线齿顶和外摆线齿槽。
专利文件3中披露的内啮合齿轮泵包括内转子和比内转子多一个齿的外转子，内转子包括多个齿。
专利文件4公开了一种摆线-渐开线齿轮装置，其中，转子的齿顶由外摆线、短外摆线和渐开线限定的三部分曲线构成，齿根由渐开线、内摆线、长内摆线限定的三部分曲线构成。
发明内容
在专利文件1的配置中，连接内转子的齿顶的圆的直径由内转子的齿数、投影(projected)偏心距e(外转子和内转子的中心之间的距离)、基圆的直径A、滚动圆的直径B以及轨迹圆的直径C决定。这意味着，如果连接内转子的齿顶的圆的直径被预先设定为固定的值，则偏心距e同样被设定并且不能变化。这样，增加泵的排出率是不可能的。由于泵的理论排出率随着偏心距e而增加，因此为了增加泵的排出率，可以没有限制地设定偏心距是必需的。
同样在专利文件2中，由于每个齿的齿顶和齿底通过在与基圆外切的同时在基圆上无滑动地滚动的滚动圆以及在与基圆内切的同时在基圆上无滑动地滚动的滚动圆而分别产生，因此如在专利文件1中一样，偏心距e不能够自由地被设定。这样，增加泵的排出率是不可能的。
在专利文件3和4中，内转子不能平滑地和外转子相啮合。
本发明的目的是通过使自由地设定泵的转子的偏心距成为可能，来提高内啮合齿轮泵的排出率，并使得内转子能够平滑地和外转子相啮合，减少泵的噪声。
根据本发明，提供了一种用于内啮合齿轮泵的内转子，所述内啮合齿轮泵包括所述内转子和比所述内转子多一个齿的外转子，该内转子包括多个齿，每个齿包括：由内摆线限定的齿底；被成形为与外转子啮合并由渐开线限定的啮合部；以及由预定曲线限定的齿顶；所述内摆线的基圆具有大于所述渐开线的基圆的直径，所述齿底的每条所述内摆线在所述内摆线的基圆内侧的一点处与所述啮合部的一条所述渐开线相连接，并且其中和内转子的中心同心并经过所述点的圆在所述点处的切线相对于在所述点处的渐开线的切线形成小于85度的角度。
啮合部指的是当内转子和外转子在投影偏心位置旋转时每个齿的内转子与外转子相啮合的部分。
从本发明的另一方面，提供了一种内啮合齿轮泵，该内啮合齿轮泵包括根据本发明的内转子；以及具有多个齿的外转子，所述多个齿具有当内转子的中心沿着具有直径(2e+t)的圆围绕外转子的中心旋转，同时，每当内转子的中心围绕外转子的中心转动一次，内转子围绕内转子的中心转动内转子的一整圈的1/n时，内转子的齿廓的包络线的形状，其中e为外转子和内转子的中心之间的距离，以及t为当内转子被压在外转子上时限定在外转子和内转子之间的最大间隙，n是内转子的齿数。
限定齿顶的预定曲线可以为圆或者椭圆的一部分，然而优选地为外摆线。
根据本发明，内转子的每个齿的设置于齿底和齿顶之间的啮合部由渐开线限定。和余摆线内齿轮转子以及摆线内齿轮转子不同，渐开线不是由当圆在基圆上滚动时该圆的一点的轨迹形成。因而，这样的渐开线可以独立于偏心距e而被形成。因而，可以自由地设定偏心距e。这意味着泵的排出率可以通过提高偏心距e而被提高。
通过设计内转子以使内摆线的基圆具有大于渐开线的基圆的直径、齿底的每条内摆线在内摆线的基圆内侧的一点处与啮合部的一条渐开线相连接、并且其中和内转子的中心同心且经过该点的圆的在该点的切线相对于在该点的渐开线的切线形成小于85度的角度，内转子可以平滑地和外转子相啮合。
通过用外摆线限定每个齿顶，将位于泵的密封部的间隙最小化是可能的，并因而提高了泵的容积效率。这样的外摆线齿顶可以平滑地连接到渐开线啮合部，以使齿表面可以更容易地加工。并且可以减少泵的噪声。
根据本发明的泵的用于和上述内转子结合的外转子具有多个齿，所述多个齿具有当内转子的中心沿着具有直径(2e+t)的圆而围绕外转子的中心旋转，同时每当内转子的中心围绕外转子的中心转动一次，内转子围绕内转子的中心转动内转子的一整圈的1/n时，内转子的齿廓的包络线的形状。
附图说明
图1为根据本发明的内转子的局部放大视图，描述它的一个齿；
图2描述根据本发明的泵的内齿轮转子；
图3描述根据本发明的泵的不同的内齿轮转子；
图4描述当围绕内转子的中心转动内转子的同时内转子的中心被转动时，齿廓是如何移动的；
图5描述传统的泵的内齿轮转子；以及
图6描述齿轮的转数与排出率之间的关系的对比试验的结果。
附图标记说明：
1内转子
2齿顶
3啮合部
4齿底
5滚动圆
6内摆线的基圆
7渐开线的基圆
8外转子
具体实施方式
图1描述了体现本发明的内转子的放大图。在图1中，内转子通常由标记1表示。内转子的每个齿包括齿顶2、与外转子啮合的啮合部3以及齿底4。
齿底4由内摆线限定，同时啮合部3由渐开线限定。在该实施例中，齿顶2由圆曲线限定，但是也可以如图1中的单点划线所示，由椭圆形的一部分或外摆线限定。
形成齿底4的每个内摆线为当圆5与基圆6内切并在具有直径D1的基圆6上无滑动地滚动时，具有直径d的圆5上的一个点的轨迹。形成啮合部3的每个渐开线的基圆7(节距圆)具有比每个内摆线的基圆6的直径D1小的直径D。这些基圆彼此同心。
在该实施例中，齿顶2和齿底4分别具有高度和深度，该高度和深度均略小于齿的整个高度的1/3。这样，啮合部3具有略大于齿的整个高度的1/3的高度。但是，啮合部3也可以具有更大或更小的高度。
这样的一种齿廓通过如下方式产生：首先限定啮合部3的表面的位置(渐开线的位置)，以及然后限定内摆线的基圆6的直径D1和圆5的直径d，使得齿底4的内摆线以期望的角度α在点Q处连接到渐开线。
此处所称的角度α为相对于经过点Q的线的角度，并且该线与连接基圆6和7的共同的中心(未示出)和点Q的线相垂直(该线与和内转子同心的圆正切于点Q)。有代表性地，内啮合齿轮泵的内转子包括4到15个齿，并且优选地，具有小于85度但不小于约65度的倾斜角α。为了使泵的排出率最大化，优选地，内转子具有约4到12个齿，并且具有在70度到80度之间的倾斜角α。
一起形成了形成齿底4的内摆线的基圆6和圆5的直径D1和d由内转子1的直径、其齿的数目和高度、齿距、形成啮合部3的渐开线的位置以及点Q处的倾斜角α限定。
齿顶2优选地通过如图1中的单点划线所示的外摆线形成，因为这样的一种曲线可以被平滑地连接到形成啮合部3的渐开线上。通过用平滑地连接到啮合部3的曲线来限定齿顶2，齿面能够被更加容易地加工，并且同样地，能够使限定在内转子和外转子的齿之间的泵的密封部的缝隙最小化，因此能够提高泵的容积效率。
图2和3描述每个均包括外转子8和根据本发明的内转子1的内啮合齿轮泵。图2中示出的泵的类型为：内转子1和外转子8被设置成内转子1的齿底与外转子8的齿顶之间的间隙为零。图3中示出的泵的类型为：内转子1和外转子8被设置成内转子1的齿顶和外转子8的齿底之间的间隙为零。
外转子8的齿按如下方式形成：。
如图4所示，内转子1的中心Oi沿着具有直径(2e+t)的圆S围绕外转子8的中心Oo旋转，其中t为当内转子被压向外转子时而限定在外转子8和内转子1之间的最大间隙。
每当内转子1的中心Oi围绕外转子8的中心Oo旋转一次，内转子1围绕自己的中心Oi旋转一整圈的1/n。图4中的单点划线示出了当内转子1的中心Oi沿着圆S围绕外转子8的中心O旋转角度θ到点Oi，同时内转子1围绕自己的中心Oi旋转角度θ/n时的内转子1的齿廓。当内转子及其中心以上述方式旋转时，外转子8的齿廓由内转子位于各个位置的齿廓的包络线形成。
在模拟中，内转子以及这样形成的外转子啮合在一起并且转动，用以检查其间是否有干涉，并且如果必要，校正外转子8的齿廓。具有这种校正了的齿廓的外转子被大量生产。
这样形成的外转子8与根据本发明的内转子1相组合，其中内转子的每个齿由三种曲线形成，并且外转子8和内转子1被置入具有入口和排出口的泵壳(未示出)内。根据本发明的内啮合齿轮泵就这样被装配起来。
在具有图2和图3(根据本发明的泵)中所示的齿廓的内啮合齿轮泵以及具有专利文件1中披露的齿廓的传统内啮合齿轮泵(对比泵)上进行性能测试。
对于根据本发明的泵以及对比泵的规格被描述如下：
根据本发明的泵：
齿数：9(内转子)和10(外转子)
尺寸：外直径94.00mm，厚度10.8mm
偏心距e：4.2mm
对比泵：
齿数：9(内转子)和10(外转子)
尺寸：外直径94.0mm，厚度10.8mm
偏心距e：3.735mm
该性能测试在油温为80℃、排出压力为0.50Mpa时进行。图6示出了测试结果，也就是齿轮的转数与排出率之间关系。
从测试结果可以明显地看出：尽管根据本发明的泵在转子外径和厚度上与对比泵相等，根据本发明的泵具有更大的偏心距，并因而具有比对比泵的排出率更高的排出率。

Claims (3)

1、一种内啮合齿轮泵的内转子，所述内啮合齿轮泵包括所述内转子和比所述内转子多一个齿的外转子，所述内转子包括多个齿，每个齿包括由内摆线限定的齿底、成形为与外转子相啮合并由渐开线限定的啮合部以及由预定曲线限定的齿顶；其特征在于，所述内摆线的基圆具有大于所述渐开线的基圆的直径，所述齿底的每条所述内摆线在所述内摆线的基圆内侧的一点处与所述啮合部的一条所述渐开线相连接，并且其中和内转子的中心同心并经过所述点的圆在所述点处的切线相对于在所述点处的渐开线的切线形成小于85度的角度。
2、如权利要求1所述的内啮合齿轮泵的内转子，其中限定齿顶的所述预定曲线为外摆线。
3、一种内啮合齿轮泵，包括：权利要求1或2所述的内转子；以及具有多个齿的外转子，所述多个齿具有当所述内转子的中心沿着具有直径2e+t的圆围绕所述外转子的中心旋转，同时，每当内转子的中心围绕外转子的中心转动一次，内转子围绕内转子的中心转动内转子的一整圈的1/n时，所述内转子的齿廓的包络线的形状，其中e为所述外转子和所述内转子的中心之间的距离，t为当所述内转子被压在所述外转子上时限定在所述外转子和所述内转子之间的最大间隙，n是内转子的齿数。
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