CN101158349A - 一种内啮合齿轮泵 - Google Patents

Abstract

一种内啮合齿轮泵，其在原有的壳体、套装在壳体内腔中自由转动的内齿圈、与内齿圈啮合且定位在传动轴上的小齿轮以及设置在小齿轮的齿顶和内齿圈的齿顶之间的月牙块等基础上加以改进，即内齿圈外还间隙配合有定位在壳体内腔中的复合衬套，该复合衬套由基体、烧结在基体内表面上的合金层和涂覆在合金层上的以聚四氟乙烯为主体的聚合物材料层组成。采用上述结构后，使本发明一方面可有效地避免了内齿圈与泵体内表面的直接接触，大大降低运行中拉伤咬合现象的发生，因而具有工作可靠性好、使用寿命长的特点；另一方面借助于钢－聚四氟乙烯的摩擦副，使摩擦系数降低一个数量级，且自润滑性能好，可明显地改善了摩擦特性。同时又具有运行噪音低、容积效率高、抗腐蚀能力强的优点。

Description

一种内啮合齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种齿轮泵，具体指一种内啮合齿轮泵。

背景技术

目前，内啮合齿轮泵已在各工业领域中得到广泛应用，而且其结构与种类繁多。其中较有代表性的如中国专利公开号为CN1412439A的《内啮合齿轮泵》，它包含带前泵盖、后泵盖的泵体和带小齿轮的传动轴，在前、后泵盖的内侧相应地设置有前轴承支座和后轴承支座，该前、后轴承支座的轴孔中分别安装有轴承，它们与传动轴形成转动配合；而小齿轮与套装在泵体内孔中可自由转动和浮动的内齿圈相啮合，内齿圈中心与该小齿轮中心是互相偏置，从而形成一个啮合最深区域和与之相反的一区域；在啮合最深区域里，小齿轮的驱动齿面与内齿圈的齿紧密贴合，而在非啮合区内设置的大小月牙块、定位轴等构成的径向补偿装置，将非啮合区分割为高压腔和低压腔，该装置具有径向间隙补偿作用。在小齿轮、内齿圈两侧分别安装有左、右浮动侧板，左、右浮动侧板上各设有背压油腔和弹性体，而形成了轴向浮动补偿装置。

由于上述内啮合齿轮泵采用了轴向间隙的自动补偿和密封以及径向间隙的自动补偿和密封，因而克服了传统内啮合齿轮泵固定间隙的缺陷，即显著地降低了传统内啮合齿轮泵压力油径向和轴向的泄漏，提高内啮合齿轮泵的容积效率和输出功率，使内啮合齿轮泵能在更高的压力下工作。

然而，现有技术中所设计的各类内啮合齿轮泵，它们均具有一个共同的特点：内齿圈直接在泵体内表面滑动，即内齿圈的高速旋转和径向力直接作用于泵体内表面上，使内齿圈外表与泵体内表面相直接接触，因而当工作过程中，油液中的污染物会刮擦该内齿圈的外表面和泵体的内表面，并由此引起内齿圈和泵体支承面两者之间的拉伤咬合，直至磨损失效，尤其当内啮合齿轮泵承受更高压力下工作时，上述缺陷会更加明显，从而影响了内啮合齿轮泵的工作可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对上述现有技术的现状，提供一种能保护泵体的内表面免遭磨损，且工作可靠性好、使用寿命长的内啮合齿轮泵。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该内啮合齿轮泵包括带有进油孔、出油孔和内腔的壳体以及套装在内腔中自由转动的内齿圈、与内齿圈啮合且定位在传动轴上的小齿轮，所述内齿圈的中心与该小齿轮中心互相偏置，并在所述小齿轮的齿顶和内齿圈的齿顶的圆弧面之间设置有月牙块，该月牙块将小齿轮和内齿圈之间的空间分隔成压油的高压腔和吸油的低压腔，其特征在于：所述的内齿圈外还间隙配合有定位在壳体内腔中的复合衬套，该复合衬套由基体、烧结在基体内表面上的合金层和涂覆在合金层上的以聚四氟乙烯为主体的聚合物材料层组成。在本方案中，合金层可以采用铜合金层或铝合金层；而聚合物材料层是以聚四氟乙烯为基，添加适量铅粉或二硫化钼所形成的高分子复合材料，这是一种减摩抗磨性能优异的衬套材料。

当内啮合齿轮泵为内齿圈两侧面进油、出油的结构时，复合衬套上就无需开设油口。而当内啮合齿轮泵为内齿圈径向出油、侧面进油的结构时，在该内齿圈的顶部可以开有径向油孔，而复合衬套上开有与上述壳体出油孔相对应的出油口。此时，可以将出油口设计成矩形，该出油口的宽度可以大于内齿圈的径向油孔的直径，且该出油口的展开长度为内齿圈圆周长的1/5～1/3。采用上述结构后，高压油可以从该内齿圈相应径向油孔通过复合衬套的出油口后流向该内啮合齿轮泵的出油孔，在该出油口内的压力油所产生的反向液压力作用于内齿圈上，由此产生静压轴承的功能，可以部分卸载内齿圈对复合衬套表面的压力，从而可以最大限度地防止在高压工况下咬合拉伤事故的发生，与此同时，也具有提高容积效率的作用。当然上述出油口也可以设计成其它形状，但以矩形结构，以便于加工。

当内啮合齿轮泵为内齿圈径向出油、径向进油的结构时，在内齿圈的顶部可以开有径向油孔，复合衬套上开有与上述壳体出油孔相对应的出油口和与上述壳体进油孔相对应的进油口。同理，此时的出油口、进油口最好设计成矩形，该出油口、进油口的宽度分别大于径向油孔的直径，且出油口的展开长度均为内齿圈圆周长的1/5～1/3。采用这样的结构后，同样利用该出油口内的压力油所产生的反向液压力作用于内齿圈上，由此产生较好的静压轴承效果，可以部分卸载内齿圈对复合衬套表面的压力，既可防止高压工况下咬合拉伤事故的发生，又可以提高容积效率。同时还可以满足内齿圈滑动表面的润滑要求。

在上述结构中，所述径向油孔的直径可以为该内齿圈模数的2～3倍，以保持油路的畅通。

所述的内腔可以由泵体和前、后支承盘围成，而复合衬套与泵体的内表面之间设计成过盈配合为佳，以保证该复合衬套与泵体固连一体而实现定位。

所述基体的宽度与内齿圈的宽度最好相等同，以满足于轴向密封的要求。

在上述各方案中，所述的月牙块可以由互配的内月牙块和外月牙块组成，该内月牙块和外月牙块分别支承在定位轴上，并在该内月牙块、外月牙块之间设置分隔上述高压腔、低压腔的密封条和始终具有使内、外月牙块分别紧贴内齿圈、小齿轮趋势并能压紧密封条的弹簧片，上述内月牙块、外月牙块、定位轴和密封条、弹簧片构成了径向浮动补偿装置。同时在内齿圈和所述小齿轮两侧还可以分别设置有轴向浮动补偿装置，各轴向浮动补偿装置由对应侧的补偿盘、密封圈和补偿片组成，所述的补偿盘上开有与所述的高压腔相连通的凹槽，上述密封圈和补偿片将该凹槽密封而形成压力腔。上述的径向和轴向浮动补偿装置的作用是确保本发明在高压工况下的密封性能，使得本发明具有高压性能的同时具有更高的容积效率。

与现有技术相比，由于本发明在内齿圈外配置了复合衬套，且该复合衬套的内表面是以聚四氟乙烯为主体的聚合物材料层，利用该聚合物材料层的减磨性能和极低的摩擦系数，使本发明一方面可有效地避免了内齿圈与泵体内表面的直接接触，大大降低运行中拉伤咬合现象的发生，因而具有工作可靠性好、使用寿命长的特点；另一方面从现有的钢-铸铁摩擦副改变为钢-聚四氟乙烯摩擦副，使摩擦系数降低一个数量级，且自润滑性能好，可明显地改善了摩擦特性；同时又能使本发明具有运行噪音低、容积效率高、抗腐蚀能力强的优点。在实际试用后发现，这样的结构可明显地提高了泵的承载能力和机械效率，因而值得在现有内啮合齿轮泵中改造应用。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明实施例中复合衬套的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图3的侧面剖视图；

图6为图3的I部分放大图；

图7为图2中的B-B向剖视图；

图8为本发明第二实施例中复合衬套的结构示意图；

图9为图8的剖视图；

图10为本发明第三实施例中复合衬套的结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为图10的侧面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1至图7所示，该内啮合齿轮泵包括带有进油孔a、出油孔e和内腔的壳体以及在内腔中的复合衬套9、内齿圈13、定位在传动轴1上的小齿轮12，其中，壳体又包含有泵体8和位于泵体8前后的前支承盘4、后支承盘10以及前端盖2、后端盖11，上述内腔由泵体和前、后支承盘围成，上述进油孔a、出油孔e位于泵体8上。

所述的传动轴1与小齿轮12设计成一体件，传动轴1通过轴承3支承在上述前支承盘4和后支承盘10上，以确保小齿轮12可靠地转动。在这里，上述轴承3采用由复合材料制成的自润滑滑动复合轴承，它是在轴承基体的承载表面上涂覆一层铜合金的底层，再在铜合金底层表面涂覆一层以聚四氟乙烯为主体的复合层，该轴承具有自润滑能力，且承载能力强，抗咬合力好，摩擦系数低，轴承表面具有一定的抗腐蚀能力的优点，因而在润滑条件差、介质粘度底的状态下仍能正常工作。

上述小齿轮12与内齿轮13相啮合，且内齿圈13的中心与小齿轮12中心互相偏置；同时在上述小齿轮的齿顶和内齿圈的齿顶的圆弧面之间设置有月牙块，该月牙块将小齿轮和内齿圈之间的空间分隔成压油的高压腔d和吸油的低压腔b，在低压腔b和高压腔d之间的月牙块处的空间形成过渡区c(请参见图2)。

上述复合衬套9设置在泵体8和内齿轮13之间，它由碳钢或不锈钢板材制作成的圆柱形基体21、烧结在基体内表面上的铜合金层22和涂覆在铜合金层上以聚四氟乙烯为主体的聚合物材料层23组成(请参见图6)，该复合衬套9通过过盈配合固定在泵体8内，并与内齿圈13之间为间隙配合，使内齿圈13在该复合衬套9内自由旋转的同时，又在复合衬套表面滑动。采用这样的结构设计，使复合衬套能够承受内齿圈的不平衡压力，确保泵在高压工作状态下，复合衬套能够承受内齿圈的负载，从而完全避免内齿圈与泵体的直接接触，请参见图1和图2。

在本实施例中，该内啮合齿轮泵为内齿圈径向出油、侧面进油的方式，此时在内齿圈13的每一个齿槽的顶部开有径向油孔19，该径向油孔19的直径为该内齿圈模数的2～3倍，以便于更顺畅地吸油与排油，同时也消除了困油现象，而不会存在闭死容积。同时在上述复合衬套9上还开有与泵体出油孔相对应的出油口20，该出油口20设计成矩形，它的宽度大于内齿圈的径向油孔19的直径，且该出油口的展开长度为内齿圈圆周长的1/5～1/3，即可以取1/5或1/4或1/3。如果该出油口的展开长度小于内齿圈圆周长的1/5时，会造成内齿圈对复合衬套表面之间的静压卸载能力不足，由此可引起在高压工况下的拉伤事故，或齿顶油孔高压油排油不畅；反之，当该矩形出油口的展开长度大于内齿圈圆周长的1/3时，会产生内齿圈与复合衬套之间的密封性能差和运行效率低的缺陷。采用这样的进油方式，低压腔b的进油路线即为从泵体的进油孔a经过复合衬套9和内齿圈13的两侧进入到低压腔中，而高压油的出油路线从该内齿圈顶部的径向油孔19通过复合衬套的矩形出油口20后，流向该泵体的出油孔e。在这过程中，利用该矩形出油口内的压力油所产生的反向液压力作用于内齿圈上，由此产生静压轴承的功能，可以部分卸载内齿圈对复合衬套表面的压力，以此来防止在高压工况下的咬合拉伤事故的发生，同时这样的结构还具有提高容积效率的作用。而在该液压力的作用下，浮动的内齿圈也始终紧贴于该复合衬套开有矩形出油口的一侧，保证该复合衬套与内齿圈之间的径向密封性能。

为了在径向和轴向上均能得到间隙补偿，在本实施例，也设计了如中国专利公开号为CN1412439A中所描述的径向浮动补偿装置和轴向浮动补偿装置，即将上述月牙块设计成由互配的内月牙块15和外月牙块16组成，该内月牙块15和外月牙块16分别支承在一定位轴14上，并在该内月牙块、外月牙块之间设置有密封条17和弹簧片18，密封条用来分隔上述高压腔和低压腔，而弹簧片18始终使内、外月牙块分别具有紧贴内齿圈、小齿轮的趋势，上述内月牙块15、外月牙块16、定位轴和密封条、弹簧片构成了径向浮动补偿装置。工作时，在弹簧力和高压液压力的作用下，内月牙块的内表面紧贴于小齿轮的齿顶表面，外月牙块的外表面紧贴于内齿圈的齿顶表面，内齿圈再紧贴于复合衬套的矩形出油口一侧的内表面，这样构成了动态密封。当工作压力增加时，径向密封力也随之成正比的增加，从而形成了所述径向浮动补偿；

上述轴向浮动补偿装置位于内齿圈13、小齿轮12的侧面，即内齿圈13和小齿轮12的两侧分别设置有上述轴向浮动补偿装置，各轴向浮动补偿装置由对应侧的补偿盘7、密封圈6和补偿片5组成，补偿盘上开有凹槽，凹槽底部设有与高压腔相连通的小孔24(请参见图7)，上述密封圈和补偿片将该凹槽密封而形成压力腔，即高压腔d。在压力油的作用下，各侧补偿盘始终紧贴于对应侧的小齿轮、内齿圈的侧面而形成几无间隙的轴向间隙密封；显然，本实施例这种同时具有径向、轴向的浮动补偿的结构，可极大地提高了泵的密封性能，确保了泵在高压或超高压状态下工作，并具有较高的容积效率。

本发明内啮合齿轮泵工作过程是这样的：由传动轴驱动小齿轮沿顺时针方向转动的同时，带动内齿圈在复合衬套内旋转，即小齿轮与内齿圈进入同向旋转的啮合状态，此时，是由小齿轮与内齿圈啮合最深处的位置上逐渐向相反的位置上滑动，即小齿轮的齿顶与内齿圈齿之间的间隙由小逐渐变大，也即齿间容积由小逐渐变大，形成真空状态，流体则在大气压力作用下从泵体进油孔处经小齿轮、内齿圈侧面流入内齿圈内，从而进入吸油状态，并将流体填满小齿轮与内齿圈齿间的低压腔；随着小齿轮的转动，小齿轮的齿顶与大月牙块的内弧面配合将液压油封死，小齿轮继续旋转，并将该液压油排入泵的高压腔中，并通过内齿圈上的径向油孔、复合衬套上的矩形出油口后，从泵体的出油孔处流出至执行机构。

若在本发明内啮合齿轮泵的高压腔中输入压力油，则传动轴输出额定的转速和扭矩，即可成为油马达的功能。

实施例二，如图8和图9所示，其与上述第一实施例不同之处在于：内啮合齿轮泵为内齿圈两侧面进油、出油的结构，此时复合衬套上就无需开设油口，即为普通轴套式结构。

实施例三，如图10至图12所示，其与上述第一实施例不同之处在于：内啮合齿轮泵为内齿圈径向出油、径向进油的结构，此时，复合衬套9上开有与上述泵体出油孔e相对应的出油口20和与上述泵体进油孔相对应的进油口25。

同时为了利用进油口、出油口处的油液作用于内齿圈上，将该出油口20、进油口25设计成矩形，该矩形出油口、矩形进油口的宽度分别大于径向油孔的直径，且矩形出油口的展开长度均为内齿圈圆周长的1/5～1/3。其工作原理与上述第一实施例相同，在此不再累述。

Claims (10)

1.一种内啮合齿轮泵，它包括带有进油孔(a)、出油孔(e)和内腔的壳体以及套装在内腔中自由转动的内齿圈(13)、与内齿圈啮合且定位在传动轴(1)上的小齿轮(12)，所述内齿圈(13)的中心与该小齿轮(12)中心互相偏置，并在所述小齿轮(12)的齿顶和内齿圈(13)的齿顶的圆弧面之间设置有月牙块，该月牙块将小齿轮和内齿圈之间的空间分隔成压油的高压腔(d)和吸油的低压腔(b)，其特征在于：所述的内齿圈(13)外还间隙配合有定位在壳体内腔中的复合衬套(9)，该复合衬套由基体(21)、烧结在基体内表面上的合金层和涂覆在合金层上的以聚四氟乙烯为主体的聚合物材料层(23)组成。

2.如权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述内齿圈(13)的顶部开有径向油孔(19)，所述复合衬套(9)上开有与上述壳体出油孔(e)相对应的出油口(20)。

3.如权利要求2所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：该出油口(20)呈矩形，该出油口(20)的宽度大于所述内齿圈的径向油孔(19)的直径，且该出油口(20)的展开长度为内齿圈(13)圆周长的1/5～1/3。

4.如权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述内齿圈(13)的顶部开有径向油孔(19)，所述复合衬套上开有与上述壳体出油孔(e)相对应的出油口(20)和与上述壳体进油孔(a)相对应的进油口(25)。

5.如权利要求4所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：该出油口、进油口分别设计成矩形，该出油口、进油口的宽度分别大于所述径向油孔(19)的直径，且所述出油口的展开长度均为内齿圈(13)圆周长的1/5～1/3。

6.如权利要求2至5任一权利要求所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述径向油孔(19)的直径为该内齿圈模数的2～3倍。

7.如权利要求1至5任一权利要求所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述的内腔由泵体(8)和前、后支承盘(4、10)围成，所述复合衬套(9)与所述泵体(8)的内表面之间为过盈配合。

8.如权利要求1至5任一权利要求所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述基体(21)的宽度与所述内齿圈(13)的宽度相等同。

9.如权利要求1至5任一权利要求所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述的月牙块由互配的内月牙块(15)和外月牙块(16)组成，该内月牙块(15)和外月牙块(16)分别支承在定位轴(14)上，并在该内月牙块、外月牙块之间设置分隔上述高压腔、低压腔的密封条(17)和始终具有使内、外月牙块分别紧贴内齿圈、小齿轮趋势并能压紧密封条(17)的弹簧片(18)，上述内月牙块、外月牙块、定位轴和密封条、弹簧片构成了径向浮动补偿装置。

10.如权利要求1至5任一权利要求所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述内齿圈(13)和所述小齿轮(12)两侧还分别设置有轴向浮动补偿装置，各轴向浮动补偿装置由对应侧的补偿盘(7)、密封圈(6)和补偿片(5)组成，所述的补偿盘上开有与所述的高压腔(d)相连通的凹槽，上述密封圈(6)和补偿片(5)将该凹槽密封而形成压力腔。

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