CN1006176B - 齿轮泵或马达 - Google Patents

Abstract

一种齿轮泵或马达包括一对互相啮合的齿轮，一个容纳该对齿轮的壳体，和在该壳体内表面上形成的一个硬层。该硬层是用硬得不能被这对齿轮的齿顶啃动的材料制成的。该硬层可以是一种陶瓷覆盖层或一种复合覆盖层。

Description

齿轮泵或马达

本发明与具有高容积效率的齿轮泵或马达，更具体地说，与有很好油密封性的齿轮泵或马达有关。

一般，一台齿轮泵或马达包括一对互相啮合地安装在一个壳体中的可转动的齿轮。当一个与主轴连接的齿轮被转动时，油可以从一个接近啮合区中一个把各个齿轮相互分开的区域中的油口被吸入，并且从接近轮齿互相进入啮合的啮合区的另一个油口被排出。其功用是作为一个齿轮泵。当一个油口与高压侧相连接，而另一油口与低压侧相连接时，压力油能从高压侧传送到低压侧，同时驱动这对齿轮。这种是马达工作模式，其主轴作为输出轴而被转动。

图4和图5举例显示了一个在齿轮泵模式下的齿轮泵或马达的具体构造。主轴1和从动轴2分别和一对互相啮合的正齿轮连接。齿轮（3）和（4）被包容在一个壳体（外周壁）（5）中，并使齿轮（3）和（4）在壳体（5）的内表面上滑动。主轴（1）和从动轴（2）可转动地分别安装在位于前盖（6）和后盖（7）上的轴承（8）和（9）中。侧板（10）和（11）被夹在齿轮（3）和（4）与前盖（6）和后盖（7）之间，以阻止油通过齿轮（3）和（4）的侧面泄漏。在这种安排中，当主轴被一个马达（未示出）沿顺时针方向转动时，油被从在齿轮（3）和（4）啮合区的低压油口（12）吸入，并被排进一个位于齿轮（3）和（4）对面啮合区的高压油口（13），从而作为一个泵工作。

一般地，除了在啮合区的高压油口和低压油口外，齿轮的齿顶和侧面都分别在壳体（5）的内表面和侧板（10）、（11）上滑动，以便在它们之间提供一个很小的最终含有油膜的间隙。这样，可以防止油从齿顶和侧面泄漏。换言之，就某些被吸入啮合的齿轮（3）、（4）和侧板（10）、（11）之间的油来说，选择适当的间隙，可使通过齿顶和壳体（5）的内表面泄漏的油减至最小。当齿轮泵象近来那样被广泛应用于高压时，因为排油压力增高，特别是在高压泵中，油的内部泄漏量增加。如果在滑动表面上油的密封不足，在高温的高压条件下，容积效率将显著下降。

为了制造齿轮泵或马达，特别是制造适用于高压的泵，所选配的壳体，侧板、轴承、齿轮及其它零件的加工精度都应提高。换句话说，从提高加工和组装精度的技术观点看，就是选择齿轮和外周壁之间适当的间隙。特别是，壳体的内表面被较硬的齿轮齿顶切削，借此调整齿轮齿顶和壳体表面之间的间隙。即使在齿轮泵中有一些测量误差，齿轮的齿顶也能切削壳体的内表面，以至于自动地产生合适的间隙。还有，虽然由于高压侧和低压侧的压差作用而使齿轮轮心多少有些变动，齿轮齿对内壁的切削能够有效地修正这一变化。

用这种方式，接近低压油口（12）的壳体（5）的被切削的内表面和齿轮（3）、（4）的齿顶间的滑动部分能防止从高压侧到低压侧的油泄漏。

然而，这种利用切削壳体取得油密封的方法有缺点。即，当齿轮泵或马达的工作条件变化时，特别是转速和温度变化时，齿顶处的泄漏显著发生并因此降低了容积效率。当壳体（5）的材料是铸铁时，切削的平面很粗糙，因而降低密封效果和容积效率。

本发明的发明人发现了为什么当工作条件变化时油的泄漏量增加的原因。当用切削壳体内表面的方法实现密封时，由于油膜而使轴（1）和（2）被升起的高度相当小，而且齿轮（3）和（4）被从高压侧压向低压侧。因此，如图6所示，每个齿轮（3）和（4）的中心o₉₁被相对于每个轴承的中心o₁沿水平方向移动了e_x1，同时沿垂直方向移动了e_y1。如果泵在这种条件下工作，在齿轮（3）和（4）的啮合区的低压油口（12）处，齿轮（3）的齿顶绕偏移的中心o₉₁以半径R₉₀在壳体（5）的内表面上转动，而该内表面的半径为R_o，中心为oj。因此，壳体（5）的内表面被切去＊。当泵在同样情况下被驱动时，齿轮的齿顶能在壳体（5）上滑过一段距离S，切去壳体（5）的一部分，以适当的间隙提供油密封。

如上所述，当齿轮泵或马达的工作条件改变，特别是齿轮的转速和工作温度变化，即使曾经通过“试验性”运转选定了齿轮齿顶的适当间隙，齿顶的泄漏量也会显著产生，因为齿轮的偏移位置会经常改变，被齿顶切削的内表面部分也会移动，因此增加了齿顶的间隙。

如图12所示，齿轮（13）被轴颈轴承（8）支持，其中齿轮（3）的轴心相对于轴承（8）的中心o₁在低速转动时偏移到o₉₁在高速转动时偏移到o₉₂。在齿轮（3）的轴心按工作条件偏移的情况下，当齿轮（3）的轴心为o₉₁时，齿轮（3）的齿顶（3a）从内径R₉₁切削壳体（5）的内表面，而当齿轮（3）的轴心为o₉₂时，又以内径R₉₂切削壳体（5）的内表面。在任一种偏移情况下，齿顶（3a）都造成了过大的间隙，因此增加了油的泄漏量。在内径为R_b的壳体（5）中，在低速转动时，齿顶（3a）从壳体（5）的内壁上切去一段B，这一段B接近低压油口（12）当高速转动时，齿顶（3a）又从壳体（5）的内壁上切去另一段c，c段离低压油口（12）较远。

除了以上所述的缺点外，壳体内表面的切削面粗糙，所以有损于油密封效果。

另外，在英国专利GB-2080424A中公开了一种齿轮泵，该齿轮泵的壳体内部表面涂有一层衬层，其作用是作为一种减少摩擦的轴承材料，由于该衬层用较软金属制成，因此不能对齿轮的齿顶进行磨合以便在内壁和齿顶之间产生理想的间隙。

了解前述内容后，本发明的目的是提供一种改进的具有高容积效率并且有较好密封结构的改进的齿轮泵或马达。

本发明还有一个目的是提供一种包含硬质材料层以磨削齿轮的齿轮泵或马达的改进的壳体。

本发明的其它目的和应用范围从以下的详细描述中将会很清楚。然而，应该理解，这些详细的叙述和特定的例子只是为了说明而作出的，因为对那些熟悉本技术领域的人来说，在本发明的精神和范围内，从这些详细叙述再进行各种变化和修改是很明显的事。

为了达到上述目的，按照本发明的一个实施例，一台齿轮泵或马达包括一对互相啮合的齿轮，一个容纳这对齿轮的壳体，和在该壳体内表面上形成的一层硬层。硬层是用硬得不能被这对齿轮的齿顶所磨削的材料形成的。硬层可以是陶瓷覆盖层或复合覆盖层。

从下面给出的详细叙述和附图可以更充分理解本发明，这些说明和附图只是为了说明本发明，并不因此而限制本发明。

图1是表示本发明第一个推荐实施例的一种典型的齿轮泵或马达的垂直横剖视图;

图2是图1中的一个齿轮齿顶处油封的放大剖视图;

图3是本发明第二实施例，它显示了另一种齿轮泵或马达的中央垂直横向剖视图;

图4是现有的齿轮泵或马达的中央垂直纵剖视图;

图5是沿图4中A-A线的垂直横截面图;

图6是图4的一个齿轮和一个壳体的放大剖视图;

图7是在本发明第三实施例中采用的复合覆盖层的放大剖视图;

图8是本发明第四实施例的一种齿轮泵或马达的垂直横剖视图;

图9到图11是说明由于齿轮弯曲而引起齿轮齿顶和壳体之间间隙变化的示意图。

图12解释了按照齿轮轴心的变动情况壳体被齿轮的齿顶切去的部分的变化情况。

图1和图2显示了本发明的第一个实施例。在形成外周壁的壳体（5）内，一对齿轮（3）和（4）相互啮合，它们的轴（1）和（2）被轴承（8）和（9）支承。在其中一个啮合区有一个低压油口（12），在另一个啮合区有一个高压油口（13）。在接近低压油口（12）处的壳体（5）的大约四分之一部分（它是齿轮齿顶的油密封部分）上，有一层接近每一齿轮（3）和（4）的陶瓷覆盖层（15），陶瓷覆盖层的厚度最好为10到30μ。由于该陶瓷覆盖层是用齿顶切不动的硬材料制成的，所以当齿轮（3）和（4）的齿顶在壳体（5）上的陶瓷覆盖层上滑动时，齿顶被磨削。陶瓷覆盖层（15）被加工成具有适当的粗糙度。

当上述布置的齿轮泵或马达开始工作时，齿轮（3）和（4）在接近低压油口（12）处转动，所以齿轮（3）和（4）的齿顶在陶瓷覆盖层（15）上滑动。齿轮（3）和（4）的齿顶于是被陶瓷覆盖层磨削以至于产生最合适的间隙。一旦齿顶被陶瓷覆盖层（15）磨削得产生最合适的间隙这个最合适的间隙就在齿顶和陶瓷覆盖层（15）之间保持下去，即使由于工作条件变化使轴承（8）和（9）内的油压变化而造成齿轮（3）和（4）的转动中心移动，这个最合适的间隙仍然保持不变，不必担心由于一般情况下工作条件的变化，而使齿顶和壳体（5）之间的间隙增大。

还有，参照图9，当齿轮（3）的齿顶（3a）和壳体（5）的内表面以均匀和适当的间隙S₀组配后，就能进行“试验性”运转了。“试验性”运转后，如图10所示，齿轮（3）的齿顶的中央部分被滑动磨损，结果，齿轮（3）的形状变成像一个相对细长的桶（中央间隙α＝几个到几十个微米）。“试验性”运转后，如果泵或马达在高压下工作，由于从侧面中心来的高压油的作用，齿轮（3）的弯曲程度大于壳体（5）的弯曲程度。在这种情况下，齿轮（3）端部的齿顶（3a）和壳体（5）内壁间的间隙β变得很小，如图11所示。结论是，在“试验性”运转中的内部加工和在高压条件下齿轮（3）的桶心处弯曲后，齿轮（3）的齿顶（3a）和壳体（5）内表面的间隙必然改变，无论选配后齿轮泵或马达的零件的测量精度多么高，都不能期望在高压条件下在齿轮（3）的齿顶处能保持均匀和适当的间隙。

图2放大显示了陶瓷覆盖层（15）部分壳体（5）接近低压油口（12）的部分不会被磨切，从其轴心o₁到该部分的内径R_b保持不变。相反，齿轮（3）的齿顶被磨切而具有半径R₉₁，并且不管是在低压转动（轴心为o₉₁）或高压转动（轴心为o₉₂）时，都以一个恒定的空间在陶瓷覆盖层（15）上滑动。

按照陶瓷覆盖层（15）的技术方案，不会出现下述缺点，即;齿轮的齿顶和壳体（5）内壁之间的间隙会根据工作条件而增加，以至使通过齿顶的油泄漏量增大，由于和工作条件无关，所以可以连续地保持高容积效率。因为壳体（5）不会被齿轮齿顶磨削，所以壳体（5）的材料对油密封性能不产生影响，壳体（5）的材料可以是铝或铸铁或类似材料。因为宽度较窄的齿轮齿顶被切削，对齿顶的控制一般比壳体（5）的内表面的圆周部分被连续切削的情况容易控制，在齿轮的齿顶象一把刀具一样啃磨壳体（5）（特别是铸铁壳体）的内表面的情况下，过大的应力会施加到轴承（8）和（9）上，因为不可能在轴承（8）和（9）上产生过大的应力，所以该轴承可以简化而有较长寿命。

图3显示了本发明的第二实施例。它是一种密封（楔）块型齿轮泵或马达，如Y.kita的美国专利第3，309，997号所公开的那种。该专利题为“齿轮泵或马达”，公布于1967年3月21日，在这种密封（楔）块型齿轮泵或马达中，有一对密封（楔）块（17）和（18），其开口位于低压侧的低压油口和高压侧的高压油口并接近于齿轮（3）和（4）的啮合区。低压侧的密封（楔）块（17）的内表面有一层陶瓷覆盖层（16）。齿轮（3）和（4）的齿顶在此密封（楔）块（17）的内表面上滑动。图3中，密封齿轮（3）和（4）的壳体被省略了。在本发明的第二实施例中，可得到与第一实施例相同的效果。

如上所述，按照本发明的第一和第二实施例，陶瓷覆盖层（15）和（16）可以在任何形式的齿轮泵或马达上形成，只要陶瓷覆盖层是形成在外周壳体内表面的油密封部分上。还有，覆盖层（15）和（16）的材料不应只限于陶瓷，任何其它的硬质材料都能使用。甚至壳体本身用硬质材料制造也是可能的。

在本发明的第三实施例中，陶瓷覆盖层（15）和（16）被一种复合覆盖层所代替。该复合覆盖层同样形成接近低压口（12）的壳体（5）的内表面的四分之一部分上。复合覆盖层（15）和（16）的厚度最好为10到30μ。

图7显示了这样一种复合覆盖层（15）和（16）的剖面。它由混合在一种软粘接成分b中的硬陶瓷微粒S组成。复合覆盖层的表面在某些合适的磨削条件下在另外一个件上滑动，以便被软粘接材料b所围裹的陶瓷微粒S能显露出来去磨削对层的表面，因为陶瓷微粒S可作为油石微粒。每一个陶瓷油石微粒S按照解理作用被沿预定的晶面分开，显露出规则的解理面。一个较好的复合覆盖层（15）或（16）的例子是复合陶瓷覆盖层。这个复合陶瓷覆盖层是利用在适当的覆盖层表面上喷镀催化镍层形成的，其中悬浮在喷镀液中的碳化硅（Sic）或三氧化二铝（Al₂O₃）微粒附着并混合进金属镍中。喷镀完后，把喷镀层在大约400-500℃温度下烘干并硬化，在这样形成的层中，金属镍相应于软粘接成分b，而碳化硅（Sic）或三氧化二铝（Al₂O₃）微粒相当于硬陶瓷微粒S。它有极高的耐磨硬度和解理特性。

对复合覆盖层（15）或（16）的“试验性”传动是按照与切削加工明显不同的磨削加工进行的。更具体地说，在用齿轮齿顶对壳体的内表面进行切削加工时，齿轮齿顶的圆周速度被限制在大约10-100米/分之内。用壳体内表面对齿轮齿顶进行磨削加工时，齿轮齿顶的圆周速度高达约1200-1800米/分。假如“试验性”传动超过这个速度。产生滑动发热，齿轮齿顶变得更接近，因此明显地损坏壳体内表面的光洁度，例如，假设齿轮的外径约为100毫米，则其圆周长度大约为314毫米，即使圆周速度约为100米/分，“试验性”传动也不能超过318转/分。这个值比工作转速低得多。齿轮的轴心的移动取决于转速，所以齿轮齿顶能在壳体内表面上擦抹，壳体的内表面将变得粗糙。

相反，对于壳体（5）内表面上的复合覆盖层（15）或（16）“试验性”传动可以按磨削加工理论进行，以便复合覆盖层（15）和（16）的表面对齿轮（3）和（4）的齿顶（3a）和（4a）进行磨削，从而提供一个间隙。在“试验性”传动中，最合适的间隙是由齿轮（3）和（4）的纵边的弯曲程度确定的，齿轮（3）和（4）的齿顶（3a）和（4a）在整个圆周上被均匀地磨削。即使诸如转速这样的工作条件可能变化使齿轮轮心移动，这个最合适的间隙也能得到维持。齿顶（3a）和（4a）能对着壳体（5）的内表面，绝不会有这样可能性，即，取决于泵或马达的工作条件，因间隙增加而降低了油封性能。此外，复合覆盖层（15）或（16）能提供有锋利切削作用的解理面，被解理面磨削过的齿顶（3a）和（4a）具有用象切入磨削那样的工艺性啮合所得到的光滑表面。有了这些油封面处的表面条件，油被阻止通过齿顶部分泄漏。与一般的油密封比较，滑动密封面不受执行“试验性”传动产生的粗糙度的影响，所以油的泄漏，特别是在高压运转时，可以大大降低。

其它的优点如下，因为磨削加工齿顶时产生的碎屑比对壳体内表面进行切削时产生的碎屑细，所以这些碎屑在“试验性”传动过程中可以全部排出。这样绝不会产生如下可能，即，由于对壳体内表面进行擦抹而产生的碎屑附在周围（诸如侧板上）不能顺利排出，结果使得由于在工作中附着的碎屑被分开以及它们侵入压力油管而造成故障。

因为复合覆盖层（15）或（16）的陶瓷微粒S是超硬材料，所以被其磨削的齿轮（3）和（4）可用渗碳钢制造，它也是硬性材料。在本发明中，不必对零件进行细加工。

图8显示了本发明第四实施例，该齿轮泵或马达是内啮合型的，它包括一个外齿轮（18），一个内齿轮（19），一个插在齿轮（18）和（19）之内密封高压侧和低压侧的隔离板（20）。每个复合覆盖层（21）都具有和图7所示的覆盖层（15）和（16）相同的构造。而且，每个覆盖层（21）也可以用本发明第一和第二实施例中所叙述的那种陶瓷复合覆盖层。

如上所述，按照本发明第三和第四实施例，复合覆盖层可在任何类型的齿轮泵或马达上形成，只要这种复合覆盖层形成在外周壳体与齿轮的油密封部位。例如，复合覆盖层可以在侧板的内表面上形成，以便密封齿轮的侧面，按照上述的原理，这样可以防止油通过齿侧面泄漏。

软粘结成分的材料，镍，可用任意其它金属或合成树脂材料代替。作为磨石微粒的陶瓷微粒S的材料，碳化硅（Sic）或三氧化二铝（Al₂O₃），也可选用任何其它元素，只要这种元素硬度高而且具有良好磨削功能。也可用任何其它的物理或化学方法代替非电镀方法来制造复合覆盖层。

按照本发明的第三和第四实施例，复合覆盖层是形成在磨削齿轮的壳体的内表面上，以便通过磨削齿顶使外周壳体与齿轮之间产生最合适的间隙。所设定的间隙不会随着齿轮泵或马达工作条件的变化而发生明显变化。当作磨削工具的复合覆盖层的前面是一个留隙面，因此齿轮的被磨削面是光滑的处理表面。这样改善的擦抹表面可以明显地减少油的泄漏。由于解理面和光滑处理表面间的相互关系，甚至在高压条件下也可以得到具有高容积效率的齿轮泵或马达。

本发明的要旨在于其技术方案是用壳体外周零件的内表面磨削齿轮。当齿轮齿顶擦抹壳体内表面时，具有相对超硬度和耐磨性的陶瓷覆盖层或复合覆盖层能磨削齿顶，从而产生最合适的间隙。因为是用磨削齿顶的方法来调整间隙，所以，即使由于齿轮泵或马达工作条件变化而使齿轮随齿轮固定轴心线弯曲而弯曲或轴心线移动，齿顶都可以被磨削以对上述弯曲或移动进行修正。齿轮可以一直以最合适的间隙面对壳体内表面。应该注意到，当用复合覆盖层磨削齿顶时，齿顶可以被加工出光滑的磨削表面，这样显著地改善了油密封特性。为此目的，在“试验性”传动中，按照磨削原理，在复合覆盖层中的硬陶瓷微粒应作为油石微粒对齿顶进行磨削。复合覆盖层的表面具有被软粘结成分粘在一起的陶瓷微粒的解理面，被此解理面磨削过的齿顶是非常完美的处理过的表面，大不同于用齿轮按切削原理加工出的壳体内表面。解理平面和完美处理过的表面可以保证在摩擦面有非常好的油密封。

虽然只对本发明的特定的实施例进行了描述，但是对熟悉本技术领域的人来说，很清楚的是，不背离本发明的精神和范围，还可以作出各种变化和改进。

Claims (13)

1、一种齿轮泵或马达，包括：

一对互相啮合的齿轮，

一对容纳该对齿轮的壳体，在该壳体的内表面上有一复层，其特征在于，

在该壳体内表面上形成的该复层是用硬得不能被该对齿轮的齿顶磨削的材料制成的硬层，该对齿轮的齿顶以一个密封任何液体泄漏的间隙在该壳体内表面上形成的该硬层上揩抹。

2、如权利要求1所述的齿轮泵或马达，其特征在于，其中所说的硬层是一种陶瓷覆盖层。

3、如权利要求1所述的齿轮泵或马达，其特征在于，其中所说的硬层包括混合在一种软粘接成分中的硬陶瓷微粒。

4、如权利要求3所述的齿轮泵或马达，其特征在于，其中所说的硬层包括催化生成的镍粘接金属，混合入碳化硅（Sic）或三氧化二铝微粒，该镍粘接金属被烘烤和硬化从而提供一个复合陶瓷覆盖层。

5、一种齿轮泵或马达，它是密封块式的，它包括一对相互啮合的齿轮，一对容纳该齿轮的壳体、一个位于齿轮和壳体之间的径向密封块，在该密封块的表面上涂有一层复层，

其特征在于，

在该密封块表面上形成的该复层是用硬得不能被该对齿轮的齿顶磨削的材料制成的硬层，齿轮的齿顶以一个密封任何液体泄漏的间隙在该密封块表面上形成的该硬层上揩抹。

6、一种齿轮泵或马达，它是内啮合式的，包括一个内齿轮，一个外齿轮，一个容纳内、外齿轮的壳体，一个插在内、外齿轮之间将高压侧和低压侧隔开的隔离板，在隔离板的表面上涂有一层覆盖层，

其特征在于，

在所述的隔离板上所形成的覆盖层是用硬得不能被齿轮的齿顶所磨削的材料制成的硬层，齿轮的齿顶以一个密封任何液体泄漏的间隙在该隔板表面上形成的该硬层上揩抹。

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