CN102094813B - 具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵 - Google Patents

Abstract

一种具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，包括中空的泵体，泵体内设有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互接触受力的一侧齿面为工作面，另一侧齿面为非工作面，工作面压力角为20.5°～22.8°，其特征在于：所述非工作面压力角为14°～19°，非工作面由渐开线曲面和圆弧曲面平滑过渡形成。本齿轮泵单次泵送量多、重叠系数大、传动平稳、噪音小、崩齿概率低、无扫膛现象。

Description

具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种泵送装置，更具体地说，本发明涉及一种具有渐开线曲面和圆弧曲面共同形成的非对称齿形的高压齿轮泵。

背景技术

齿轮的重叠系数是指在齿轮传动过程中，同时啮合齿轮的对数，也就是说同时有几个齿啮合在一起，重叠系数大说明传动越平稳，每个齿所承受的载荷越小；齿轮的压力角α是指在两齿轮节圆相切点处，两齿廓曲线的公法线与两节圆的公切线所夹的锐角，也称啮合角，小压力角齿轮的齿强度小，承载能力较小；而大压力角齿轮，齿轮的齿强度较大，承载能力较高，齿轮的重叠系数也较大，传动较平稳。传统的齿轮泵两侧齿面的压力角相同，压力角一般为20°左右，单次泵送量较小，且在齿轮啮合处由于齿隙容积率变化过大，导致泵体剧烈震动而发出较大噪音。

针对此缺陷，中国专利局2006年11月8日公开的一份CN2835652Y号专利申请，名称为《液压齿轮泵》，该液压齿轮泵包括主动齿轮、从动齿轮、滚针轴承、安装在齿轮两侧面的侧板，泵体和前盖通过定位销和螺栓螺母连接固定的泵体，齿轮采用双模数双压力角渐开线非对称齿形，在齿轮两侧同轴上依次套装两片浮动侧板和固定侧板，在固定侧板贴近浮动侧板的端面上的密封沟槽内嵌装W形橡胶密封条和密封支承条；在浮动侧板上有两道卸荷槽；卸荷槽的一端与困油容积相通，另一端分别和压油腔和吸油腔相通；在油泵体内腔低压区一侧2-3个齿长度内泵体内孔壁扫削0.05-0.10mm。这种液压齿轮泵由于齿轮在非工作面采用一般根切技术，造成局部应力集中，经常因出现崩齿而损坏；还由于这种液压齿轮泵的齿轮配置事先没有预设偏置量，工作时，齿轮泵出口侧的高压液体推动齿轮向低压的进口侧方向偏移，造成泵腔扫膛现象。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明需要解决的技术问题是：提供一种具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，既保证了齿轮啮合处齿隙容积率相对稳定，又克服了崩齿、扫膛等现象的发生。

本发明解决现有技术存在问题的技术方案是：一种具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，包括中空的泵体，泵体内设有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互接触受力的一侧齿面为工作面，另一侧齿面为非工作面，工作面压力角为20.5°～22.8°，所述非工作面压力角为14°～19°，非工作面由渐开线曲面和圆弧曲面平滑过渡形成。由于工作面压力角为20.5°～22.8°，比传统的压力角为大，不仅提高齿轮的承受载荷能力，同时使齿轮的重叠系数加大，使得传动较为平稳，降低了齿轮传动时发出的噪声；由于非工作面的压力角对齿轮的重叠系数影响较小，减少非工作面的压力角能提高齿轮泵的单次泵送量，在同等排量下，该齿轮泵与传统齿轮泵相比，结构更为小巧，故非工作面压力角的角度设在14°～19°；由于主动齿轮和从动齿轮的非工作面由渐开线曲面和圆弧曲面平滑过渡形成，使得非工作面不会产生应力集中，降低了崩齿现象的发生；非工作面根部部分由圆弧曲面形成根切槽，使得齿间的间隙增大，增大了单次泵送量，降低了啮合处齿隙容积率的变化幅度，降低噪音。

所述圆弧曲面的曲率半径为11mm～13mm。在这个曲率半径范围的圆弧形成的根切槽，既保证了较大的单次泵送量、齿隙容积率的相对稳定，使得齿根部的又不会产生应力集中。

所述圆弧曲面的曲率半径为12.2mm。由曲率半径为12.2mm的圆弧形成根切槽，使得单次泵送量、齿隙容积变化率、齿根强度都处于较佳状态。

所述非工作面压力角为14.5°。

所述工作面压力角为21.5°。

所述泵体内设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔部分重叠形成8字形，所述主动齿轮位于第一空腔内，所述从动齿轮位于第二空腔内，主动齿轮的中心轴线相对于第一空腔中心轴线向泵体的出口侧偏置，从动齿轮的中心轴线相对于第二空腔的中心轴线向泵体的出口侧偏置。主动齿轮与从动齿轮的齿顶圆直径、齿形、齿宽相同，主动齿轮和从动齿轮的中心轴线与第一空腔和第二空腔的中心轴线互相平行。齿轮泵工作时，泵腔出口侧的压力往往高达几百个大气压，而泵腔入口侧的压力则低于一个大气压，主动齿轮和从动齿轮在出口侧的高压液体的推动下使齿轮轴向低压的入口侧方向做弹性变形，由于齿轮泵的泵腔与齿轮之间的间隙很小，转动着的齿轮就会刮擦到泵腔的侧壁而出现扫膛现象。主动齿轮和从动齿轮相对于第一空腔和第二空腔的偏置通过轴套内圈中心轴线相对于轴套外圈中心轴线向泵体的出口侧偏置来实现，使得主动齿轮和从动齿轮可以获得一个向出口侧预先偏置量，这样齿轮泵在工作时，就可以避免扫膛现象的发生。

所述主动齿轮的中心轴线相对于第一空腔中心轴线向泵体的出口侧偏置距离与从动齿轮的中心轴线相对于第二空腔的中心轴线向泵体的出口侧偏置距离相等。

所述主动齿轮和从动齿轮的中心轴线相对于第一空腔和第二空腔的中心轴线偏置距离为0.01～0.05mm。

所述主动齿轮和从动齿轮的中心轴线相对于第一空腔和第二空腔的中心轴线偏置距离为0.03mm。

本发明采用了非对称双压力角的齿形齿面结构和根切槽圆弧面修正技术，既保证了齿轮泵的单次泵送量，提高泵送效率，又消除了齿轮载荷产生的应力集中，增强了齿轮的强度；啮合处齿隙容积率变化小，重叠系数大，传动平稳，噪音小；主动齿轮和从动齿轮的中心轴线预偏置，从而避免扫膛现象的发生。

附图说明

图1是本发明一种结构主视示意图。

图2是本发明齿轮啮合示意图。

图3是本发明齿面压力角示意图。

图4是齿形对比示意图。

图5是本发明啮合齿轮在非工作状态时预偏置示意图。

图6是本发明中的轴套示意图。

图中：1：泵体，2：主动齿轮，3：轴套，31：轴套内圈，32轴套外圈，4：从动齿轮，5：采用一般根切技术的齿形，6：采用圆弧曲面修正技术的齿形，7：圆弧曲面，8：工作面，9：非工作面，10：根切槽，V：齿隙容积腔，α：压力角。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，如图1、图5所示，泵体1中设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔部分重叠形成8字形，主动齿轮2设在第一空腔内，从动齿轮4设在第二空腔内，主动齿轮2和从动齿轮4互相啮合，主动齿轮2和从动齿轮4的齿顶圆直径、齿形、齿宽相同，主动齿轮2、从动齿轮4、第一空腔和第二空腔的中心轴线互相平行，并与泵送方向垂直，通过主动齿轮2、从动齿轮4的中心轴线形成的平面与通过第一空腔、第二空腔的中心轴线形成的平面互相平行，通过第一空腔、第二空腔的中心轴线形成的平面和泵体1出口分列在通过主动齿轮2、从动齿轮4的中心轴线形成的平面的两侧，主动齿轮2、从动齿轮4的两端面与泵体1之间设有轴套3，主动齿轮轴的一端穿过泵体1伸出到泵体1之外。

如图2、图3所示，主动齿轮2和从动齿轮4相互接触受力的一侧齿面为工作面8，另一侧齿面为非工作面9，工作面8与非工作面9的压力角α不同，工作面8的压力角为21.5°，非工作面9的压力角为14.5°，非工作面9根部部分由圆弧曲面7形成根切槽10。由于非工作面9的压力角小而且设有根切槽10，所以相邻两齿之间的齿间隙大，单次泵送量增大；工作面8压力角大，增强齿轮的强度以弥补非工作面9结构对齿轮强度的影响，同时也加大了齿轮的重叠系数，使得传动较为平稳，降低了齿轮传动时发出的噪声。如图2所示，当主动齿轮2和从动齿轮4有两组相邻齿同时啮合时，两组齿的齿间隙处形成一个相对密封的齿隙容积腔V，当主动齿轮2和从动齿轮4继续转动，齿隙容积腔V将被压缩，由于非工作面9压力角小以及根切槽10的结构，使齿隙容积腔V的压缩比变小，降低了齿隙容积腔V压缩时产生的噪音，相对传统的齿轮泵来说，本结构的噪音能降低9％以上。

如图4所示，采用一般根切技术的齿形5的根切槽10以及非工作面9与根切槽10连接部的形状变化幅度较大，这样在负载传动时会产生应力集中容易出现崩齿现象；而采用圆弧曲面修正技术的齿形6的根切槽10由圆弧曲面7形成，圆弧曲面7的曲率半径为12.2mm，根切槽10与非工作面9之间平滑过渡，使齿形的形状变化较为平缓，在负载传动时不易产生应力集中，从而降低了崩齿现象的发生，延长齿轮的使用寿命。采用圆弧曲面修正技术的齿形6的运用，使本发明齿轮的使用寿命延长2～3倍。

主动齿轮2和从动齿轮4相对于第一空腔和第二空腔的偏置是通过轴套3实现的。如图6所示，轴套内圈31中心轴线与轴套外圈32中心轴线平行，轴套内圈31中心轴线相对于轴套外圈32中心轴线偏置0.03mm，轴套外圈32与泵体1过盈配合，轴套内圈31中心轴线偏置方向朝向泵体1出口侧。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，包括中空的泵体，泵体内设有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互接触受力的一侧齿面为工作面，另一侧齿面为非工作面，其特征在于：所述工作面压力角为20.5°～22.8°，所述非工作面压力角为14°～19°，非工作面由渐开线曲面和圆弧曲面平滑过渡形成，所述圆弧曲面的曲率半径为11mm～13mm，所述泵体内设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔部分重叠形成8字形，所述主动齿轮位于第一空腔内，所述从动齿轮位于第二空腔内，主动齿轮的中心轴线相对于第一空腔中心轴线向泵体的出口侧偏置，从动齿轮的中心轴线相对于第二空腔的中心轴线向泵体的出口侧偏置，所述主动齿轮的中心轴线相对于第一空腔中心轴线向泵体的出口侧偏置距离与从动齿轮的中心轴线相对于第二空腔的中心轴线向泵体的出口侧偏置距离相等。

2.根据权利要求1所述的具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，其特征在于：所述圆弧曲面的曲率半径为12.2mm。

3.根据权利要求2所述的具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，其特征在于：所述非工作面压力角为14.5°。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，其特征在于：所述工作面压力角为21.5°。

5.根据权利要求4所述的具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，其特征在于：所述主动齿轮和从动齿轮的中心轴线相对于第一空腔和第二空腔的中心轴线偏置距离为0.01～0.05mm。

6.根据权利要求5所述的具有非对称组合曲面齿形的齿轮泵，其特征在于：所述主动齿轮和从动齿轮的中心轴线相对于第一空腔和第二空腔的中心轴线偏置距离为0.03mm。

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