CN1009024B - 轴向变量泵或马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适于广泛使用的两种形式的轴向变量齿轮泵或马达，它克服了先有技术所提出的这类泵或马达的不实用性。本发明的泵或马达采用了可靠、实用的密封结构，并通过对控制泵或马达进行轴向变量的装置的改进，使得在任何条件下都可使泵或马达平稳地变量。

Description

本发明涉及流体机械，特别是涉及轴向变量泵或马达。

在英国专利NO.1359515中公开了一种轴向变量齿轮泵。该泵包括两个彼此啮合转动的齿轮，其中从动齿轮可相对于驱动齿轮轴向移动。在每个齿轮上都套装着一个内齿环形的密封板，密封板上的齿填充到齿轮的齿槽中，以防止其间产生液体泄漏，从而构成该齿轮的轴向密封。这种结构使得密封板既可随相应的齿轮转动，又可允许其间产生轴向的相对滑动。更具体地说，套装在轴向固定的驱动齿轮上的密封板既可随驱动齿轮转动，又可随可轴向移动的从动齿轮一同轴向滑动;套装在从动齿轮上的密封板既可随从动齿轮转动，又可让从动齿轮从中轴向滑动。这样，当从动齿轮相对于驱动齿轮轴向移动时，两齿轮的啮合部分长度以及由始终保持在该啮合部分两端的两密封板限界的轴向密封腔长度同时改变，由此改变泵的排量。但是，这种结构的泵存在着如下缺陷。第一，在泵工作期间，两齿轮不可避免地产生磨损，当磨损达到一定程度时，齿轮的齿就不能与套在其上的相应密封板的齿以及相应的径向密封件构成液密密封，这样导致的轴向和径向泄漏会使泵的效率显著地下降。第二，当改变泵的排量时，是利用位于从动齿轮一端的填块来推动套在驱动齿轮上的密封板的上部的，这样就会产生一个使该密封板翻转的力矩，从而就有可能使该密封板卡死在驱动齿轮上。

由此可见，上述先有技术虽然在一定程度上揭示了轴向变量齿轮泵的工作原理及某些结构，但就其所公开的整体结构而言仍存在着较严重的缺陷，特别是密封结构上的欠缺使得轴向变量齿轮泵缺乏足够的实用性。

因此，本发明的目的就是在于提出工作可靠、实用性强的轴向变量齿轮泵或马达，特别是通过改进密封结构和变量结构来提供密封性好、易于变量、效率高、寿命长的轴向变量齿轮泵或马达（以下简称泵）。

为此目的，本发明提出两种形式的轴向变量齿轮泵，即轴向变量外啮合齿轮泵和轴向变量内啮合齿轮泵。在本发明的轴向变量齿轮泵中，一方面用于齿轮的轴向密封装置可以防止由于齿轮磨损而产生轴向泄漏;另一方面，相应的轴向密封装置可随可轴向移动的齿轮平稳地作轴向移动，不会出现卡死现象。

下面参照附图对本发明的两个最佳实施例进行详细说明：

图1是表示本发明的轴向变量外啮合齿轮泵的轴向剖面图;

图2是沿图1中A-A截面所取的横剖面图;

图3是沿图1中B-B截面所取的横剖面图;

图4是图1中部分Ⅰ的局部放大图;

图5是图1中部分Ⅱ的局部放大图;

图6是表示本发明的轴向变量内齿轮泵的轴向剖面图;

图7是图6中L区段的横截示意图;

图8是图6中F区段的横截示意图;

首先参照图1-图5，所示的轴向变量外齿轮泵的输入轴1与驱动齿轮3一起转动，并由此带动与之啮合的从动齿轮11（转向如图 3中箭头所示），在两个径向密封装置以及两个轴向密封装置的密封作用下，将油从低压区1泵至高压区h，油从壳体8的进口9流入而从出口23流出。在此实施例中，驱动齿轮3的轴向位置是固定的，而从动齿轮11却是可以相对驱动齿轮3作轴向滑动。由图可见，左侧的轴向密封装置包括一个与齿轮3左端液密接触的固定端板8、一个可转动地支承在固定端板8中并套在从动齿轮11上的内齿环10和一个位于内齿环10和齿轮11的轮齿之间的弹性密封齿圈24，由此构成齿轮3和11左端的轴向密封。内齿环10和齿圈24既可随齿轮11一同转动，又可允许齿轮11从中轴向滑动，内齿环10与齿轮11沿轴向刚性接触，以保证对齿轮11实施定位支承。从图4中清楚可见，内齿环10上有个凸缘，用于承受油压及构成密封。

如图1所示，右端的轴向密封装置包括一个与齿轮11右端液密接触的滑动端板5、一个可转动地支承在滑动端板5中并套装在齿轮3上的内齿环4以及一个旋转在齿轮3和内齿环4之间的与弹性密封齿圈24类似的齿圈（图中未示出），由此构成齿轮3和11右端的轴向密封。内齿环4既可随齿轮3转动，又可同滑动端板5一起轴向移动，即，在齿轮3上滑动。

从图1、2和3中可见，泵中设置了两个径向密封装置，它们分别由径向密封块7和12构成。在密封块7和12朝向壳体8的背面分别衬有弹性密封衬垫6和13，使得径向密封块可在径向作轻微的移动，以补偿由于磨损而可能出现的径向间隙。其中，密封块12是轴向固定的，而密封块7可在滑动端板5的带动下一同轴向移动。另外，在密封块7和12的背面还开有一些通向泵的高压区的沟槽，用于引入高压油以平衡齿轮齿隙间高压油对密封块的径向压力。这样即 可增强径向密封块的径向间隙补偿能力，又可使密封块7能轻快地沿轴向滑动。

当右端的轴向密封装置推动齿轮11和径向密封块7向左移动时，两齿轮3和11的啮合长度也即泵的密封工作腔长度逐渐缩短，由此使泵的排量减少，反之当右端的轴向密封装置拉动齿轮11和径向密封块7向右移动时，泵的排量就增加。

用于控制右端轴向密封装置和齿轮11以及径向密封块7轴向运动的装置，可以是各种形式的。但在本实施例中，采用了一种根据泵的自身负载情况来自动控制所述轴向运动的装置。如图1所示，本发明的自动控制装置包括一个与壳体8相连的轴向布置的油缸16、一个装在油缸16中可往复运动的活塞19、一根其一端与活塞19相连的控制杆18和一个套在控制杆18上的压缩弹簧17。控制杆18的另一端伸出油缸并连接到滑动端板5所受泵内油压的合力作用部位上，以防止产生使滑动端板5翻转的扭矩。油缸16的右端壁上开有进油口20，以便将泵的高压区中的高压油通过进油口20引入油缸16的右腔室。这样，活塞19在向右的弹簧压力和滑动端板5所受油压力以及向左的油缸16中高压油压力的共同作用下，在油缸16中往复移动，进而通过控制杆18带动右端轴向密封装置和齿轮11以及径向密封块7左右移动实现泵的变量。活塞19右端面受压面积设计成使作用在该端面上的高压油压力绝大部分用来平衡滑动端板5所受泵内油压力，仅有一小部分用来压缩弹簧17。可以理解，如果泵的负载扭矩增至原来的K倍，则泵高压区油压也增至K倍，活塞19施于弹簧17的压力P也就增至K倍，设想弹簧长度X与压力P（P＞0）的乘积能保持一个常数，那么压力P将推动滑动端板5 左移，使泵的工作腔长度缩短为原来的K分之一。这就要求弹簧17不是普通的线性弹簧，而是双曲函数弹簧，这种弹簧的制造属公知技术，在此不予赘述。

图1还示出了本发明的泵作为变扭器用于机动车辆中的连接方式。泵的输入轴1与传动轴21通过可轴向伸缩的花键套相连，输入轴1的顶端和花键套之间装有压缩弹簧22，可对齿轮3作轴向间隙补偿。

图1中标号2、14和15均表示支承用滚针轴承。

图6至8示出了一种轴向变量内啮合齿轮泵，外齿轮5d与内齿轮6d内啮合，当它们沿图7所示方向转动时，将油从低压区1泵至高压区h。外齿轮5d可相对于内齿轮6d轴向移动，位于外齿轮5d两端的轴向密封装置可随之一起移动。从图中可见，左端轴向密封装置始终位于内齿轮6d内，它包括一个安装在外齿轮5d左端的圆盘形滑动端板7d和一个可转动地支承在滑动端板7d外周缘上的外齿环8d，外齿环8d与内齿轮6d液密啮合。外齿环8d既可随内齿轮6d转动，又可随外齿轮5d一同轴向移动。右端的轴向密封装置由一个可在内齿轮6d右端外侧的端壳2d中轴向滑动的滑动端板4d构成。径向密封是由两个径向密封块11d和3d构成的。如图6所示，径向密封块11d夹在两轴向密封装置之间，可随它们一同轴向移动，而径向密封块3d固定在端壳2d中并位于两齿轮5d和6d的啮合侧。当两轴向密封装置和外齿轮5d以及径向密封块11d向右轴向移动时，两齿轮的啮合长度L（工作腔长度）缩短，则泵的排量减少;反之，它们向左轴向移动时，泵的排量增加。图中长度F所指区间为空转区，在此区间内（见图8），外齿 轮5d在径向密封块11d和3d之间转动，在将油从1区泵至h区的同时，又将等量的油从h区泵回到1区，这等于隔断了l、h两区。因此，F区间内没有泵效应，这样泵的排量仅随工作腔长度L而变。

图6至8中，标号1d表示输入轴，标号9d、12d表示支承外齿轮5d的滚针轴承，标号10d表示左端壳。

尽管在本发明的后一个实施例中没有说明使泵变量的控制装置，但可以理解，图1所示的控制轴向移动的控制装置也可以完全类似地用于这个实施例中。

从以上说明不难发现，本发明的两种形式的轴向变量齿轮泵或马达具有良好的实用性，为在各种领域中广泛地使用轴向变量齿轮泵或马达提供了可能性。

Claims (5)

1、一种轴向变量外啮合齿轮泵或马达，包括一个带有进、出油口的壳体，一对设置在壳体中彼此啮合可绕各自转动轴线转动的外齿轮，一对沿轴向设置的具有密封端板和套装在各自齿轮上可随之一同转动的内齿环的轴向密封装置，一对沿径向设置的由径向密封块构成的径向密封装置，其中一个齿轮和一个轴向密封装置以及一个径向密封装置可一同沿轴向移动，以及一个为改变所述泵或马达的排量而控制所述轴向移动的控制装置，其特征是：所述内齿环可转动地支承在相应的所述密封端板中，在所述内齿环和齿轮之间设置有弹性密封齿圈，同时在所述径向密封块朝向所述壳体的背面设置弹性密封衬垫，以便防止由于齿轮和径向密封块磨损而产生轴向和径向泄漏。

2、根据权利要求1所述的齿轮泵或马达，其特征是：所述径向密封块的背面开有与泵或马达的高压区相通的沟槽，用于引入高压油以平衡齿轮齿隙间高压油对所述径向密封块的径向压力。

3、一种轴向变量内啮合齿轮泵或马达，包括带有进、出油口的壳体，在壳体中彼此内啮合可绕各自轴线转动的一个外齿轮和一个内齿轮，一对沿轴向设置在所述外齿轮两端的轴向密封装置，至少一个设置在所述外、内齿轮之间的径向密封块，其中所述外齿轮和一对轴向密封装置以及所述径向密封块可相对于所述内齿轮轴向移动，以及一个为改变所述泵或马达的排量而控制所述轴向移动的控制装置，其特征是：所述-对轴向密封装置分别位于所述内齿轮的内侧和外侧，位于内齿轮内侧的轴向密封装置包括一个圆形滑动端板和一个转动地支承在该滑动端板外周缘上的可与所述内齿轮液密地啮合转动的外齿环，位于内齿轮外侧的轴向密封装置是一个滑动密封端板。

4、根据权利要求1或3所述的齿轮泵或马达，其特征是：所述控制装置包括一个轴向布置的油缸、一个可在油缸中往复移动的活塞、一个其一端与活塞一个端面相连的控制杆和一个套装在控制杆周围向活塞施加轴向偏压的压缩弹簧，控制杆的另一端从油缸中伸出并连到所述可轴向移动的轴向密封装置所受泵或马达内的油压力的合力作用部位上，在油缸与活塞另一端面相对的端壁上开有油口，以便引入泵或马达中的高压油。

5、根据权利要求4所述的齿轮泵或马达，其特征是：所述压缩弹簧是一种弹簧所受压力与弹簧长度的乘积恒为定值的双曲函数弹簧。