CN102227560A - 正排量外部齿轮泵的转子的齿廓 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于齿轮泵的转子用的齿廓的解析限定。本发明的目的在于按照于给定体积的状态下增加泵的传送的方式获得下述的泵，该泵的特征在于无噪音操作，在寿命的开始和结束及高特定排量时于操作状态下产生的振动和压力超波动达到最小。该齿廓的特征在于齿面的有效齿廓具有短齿，该短齿的端面重合度(ε_t)在0.4～0.45的范围内；螺旋齿，其螺旋重合度(ε_β)在0.6～0.85的范围内；圆形无效齿底和齿顶齿廓，其中心(O_f，O_t)和半径(r_f，r_t)通过无量纲参数ζ在1.1～1.6的范围内限定。

Description

正排量外部齿轮泵的转子的齿廓

技术领域

用于工业发明的本专利申请涉及正排量外部齿轮泵的转子用的齿廓。特别地，本发明涉及无噪音正排量齿轮泵，该泵的特征在于高效率和特定高排量。

背景技术

齿轮泵为下述的装置，该装置一般用于许多工业部门，比如，汽车行业，土方机械，自动控制机构。参照图1，齿轮泵一般包括具有相互啮合齿的两个转子。上述转子设置于外壳的内侧，从而限定出流体吸引区域和流体排放区域。两个转子中的一个通过驱动轴驱动。

由于位于两个啮合转子的齿的齿槽和外壳之间的体积可从入口排放到排放区域，故齿轮泵为正排量泵。流体类型、泵的排出口和入口压力以及传送量可相对特定应用场合而改变。但是，在最普通的应用场合，特别是在本发明涉及的应用场合，流体为部分未压缩的油，其中，参考压力值典型地为具有300bar的最大典型水平的入口周围压力和排放压力。

传送量可改变，并且取决于泵排量，其结果是，取决于齿轮尺寸，以及转子的最大旋转速度n，其典型的值为n＝1000÷4000rpm。

该齿轮由两个带有外部直线或螺旋齿的齿轮构成，所述两个齿轮具有相同尺寸和整体齿轮比。依据齿轮的几何形状(体积效率)，联接器的机械损失(机械效率)和操作状态，该装置的总效率典型地在η＝70％～90％的范围内变化。图1表示该装置的典型结构例子。

描述这些装置的性能的特征的最重要的参数包括规定的操作状态下的泵噪音水平，在规定操作状态下的入口和排放口产生的压力波动值、体积效率、总效率、与排量(或每个周期排出的体积)。

参照图2，在上述装置的典型应用中，齿廓通过有效部分(右旋齿面和左旋齿面)渐开线齿廓，以及与和有效侧齿廓连接的齿顶和齿底中的圆弧轮廓而限定。齿顶和齿底的圆弧轮廓的中心与齿轮的旋转中心一致。

按照各种国际标准(即，ISO；DIN，UNI，AGMA)，在普遍采用的，经过标准化，一般用于不同场合中的，而非正排量泵的大多数的齿轮中的齿廓的齿顶和齿底中，在相同参考状态下，齿顶的部分与齿底齿槽的部分不一致，以便确保仅仅在渐开线齿廓部分产生接触。

渐开线齿廓的选择保证齿轮啮合齿廓为共轭的齿廓，在每个啮合形态中，齿轮传动比保持恒定；该选择还在由于结构或装配要求，理论齿轮中心距离稍稍改变的情况下，允许正确的操作。

外部正齿轮的这些齿廓的使用所产生的缺点是已知的，并且在许多的技术出版物(Henriot，Traité，théorique et pratique des engrenages，Dunod；1977，vol，II)和专利(US2.159.744(Maglott)；US3.164.099(Hitoshi)与US3.209.611(Hitoshi)中公开。这些缺点可总结如下：

1)如图3所示，在排放侧于啮合的期间而得到的，隔离并且之后在第1次接触之后的运动形态的期间减小的体积、决定流体压缩、产生高的超压、操作噪音和从排放到吸引的负回流传送量，于是，降低泵排量和总效率。

2)如果z表示每个转子的齿数，则由于位于齿和外壳的齿槽之间的z×2体积的非连续传送转移量，比如，非连续性的产生的压力波动，故在排放侧保证的流体传送是非连续的。

3)上述泵的排量，其结果是，总传送量是在相同的泵体积的情况下，通过下述的齿轮的齿的最小数量的值z_min而限定：切削和操作非妨碍的状态导致z＞z_min＝10～11，该z_min值取决于所采用的不同结构和设计技术(轮廓纠正)，如Dudley’s Gear handbook，McGraw-Hill，1992。

人们提出了许多技术方案，以便解决上述的问题。

一个已知的结构采用所谓的“凸轮(lobe)”轮廓，其具有不适合于运动传送的非共轭轮廓。运动传送一般通过另外一对齿轮提供，该齿轮具有传统齿和整体齿轮齿数比，该运动传送在与凸轮(lobe)相同的轴上进行，以便保证连续的运动传送。该结构具有非常高的实现成本，非常高的轴向体积，无法满足市场要求。

其它的结构采用螺旋齿，而不采用直齿：通过采用重合度ε_β接近于1的螺旋或面，可降低流体传送的非连续性造成的压力波动。该技术方案的例子在Henriot，Traité，théorique et pratique des engrenages，Dunod；1977，vol.II和F.Masi，Manuale di Cinematica applicata，Zanichelli，Bologna，1890中进行了说明。

但是，尚未解决涉及压力波动，噪音和负传送的问题，而一般，涉及排量的问题通过采用其特征在于非常低的轮廓重合度的短齿廓的方式解决，如在Prontuario dell’ingegnere 1999，Hoepli，page440中描述的例子所述，该例子描述了螺旋齿z＝7的齿轮。

如果减小面宽度和齿数，则实际上在直接流通中，螺旋齿轮的技术方案具有其他的问题，比如，高制造成本、排放口和入口腔之间的低绝缘性。另外，螺旋齿轮的技术方案与轴向分力的传送有关，该分力在高螺旋角的场合较高，一般要求改进泵外壳，采用适合的制造技术方案，以便保证轴向推力的平衡，比如，在US3.658.452(Yasuo Kita)和同一申请人的IT1.124.357号专利中给出的结构。

在US2.159.744(Maglott)号专利中提出的技术方案按照总重合度为ε＝ε_t+ε_β＝1和保证运动连续性的方式采用渐开线短齿廓，其端面重合度ε_t＝0.5；与螺旋齿螺旋重合度ε_β＝0.5。上述技术方案减少与传送非连续性有关的压力波动，一般来说，虽然未明确地说明，但是ε_t＝0.5的选择可将z_min齿的最小值降低到较低值(按照渐开线齿廓的横向压力角α_t，z_min＜6)。由于在此场合，没有捕获或封闭流体量，故ε_t＝0.5的值也解决了与压力波动和噪音有关的问题。

Maglott也提出将齿面的渐开线短齿齿廓与圆弧轮廓连接，该圆弧轮廓的中心分别相对齿顶和齿底齿廓的节距圆，位于顶部和底部位置。这样使从排放侧，到吸引侧的流体负传送量到达最小，于是增加该装置的体积效率。但是，没有针对下述的方面进行说明：

—圆弧齿顶和齿底齿廓的中心相对节距圆的位移；

—有效渐开线齿廓的压力角的理想值；

—齿数；

—适合于平衡轴向推力的任何技术方案。

由US3.164.099(Hitosi)提出的技术方案从整体上不同于由Maglott提出的技术方案，因为前者按照下述的方式，采用螺旋重合度ε_β＝1.0的螺旋齿，该方式为：总重合度ε＝ε_t+ε_β＝1.5，保持渐开线的端面重合度ε_t＝0.5。仅仅通过螺旋重合度，完全保证连续性。

上述选择消除了在均匀操作状态下齿轮传送的扭矩波动。但是，轴向分应力较高，并且无法保证入口和排放腔之间的隔绝状态。虽然指出采用其它的齿廓(摆线(cycloidal)；将通过渐开线齿廓限定的两个端点连接的任意齿廓，ε_t＝0.5)，但是用于齿面的解析限定的齿廓为ε_t＝0.5的渐开线齿廓，如Maglott所述。

在此场合，与Maglott的专利不同，通过对称状态，在假定齿顶和齿底圆的中心属于节距圆的情况下，将圆弧齿顶和齿底齿廓完全限定，另外还确定了齿廓的两个端点(通过ε_t＝0.5的有效齿面的渐开线齿廓而确认该端点)。但是，由于齿顶和齿底齿廓为具有相同的半径的圆弧，故因制造公差的限制，这些齿廓产生妨碍和失败。

正象Maglott的专利所述的那样，Hitosi的专利没有给出关于有效渐开线齿廓的压力角和齿数的理想值或用于平衡轴向推力的适合的技术方案的信息。另外，在用于齿面的渐开线齿廓的替换齿廓的解析限定方面，没有给出信息。

US3.209.611(Hitosi)号专利限定了确定泵的齿数的准则，其假定有效齿面的重合度ε_t＝0.5，齿顶和齿底齿廓为圆弧节段，另外该专利还给出齿的最小数量z_min＝3。该专利假定采用椭圆齿廓，以便限定齿面。但是，该齿廓不是共轭的齿廓，于是，无法保证运动传送的均匀性。

EP1.371.848(Morselli)号专利通过表格中给出的点的坐标，限定了一系列的齿廓，其中，齿数z＝5，6，7，8，9，10。齿廓曲线的解析限定借助自然样条函数，通过插入点而获得。转子的齿廓是螺旋形的，其螺旋重合度ε_β等于1.0，如Hitosi所述。但是，通过插入而获得的齿廓无法保证啮合齿廓是共轭的齿廓，或非密封(encapsulation)状态，于是，导致无法确保可正确地操作的理论齿廓。另外，通过插入而获得的高齿廓振荡使得理论齿廓无法制造。

EP1.132.618(Morselli)号专利涉及非密封(encapsulation)的总体齿廓，其螺旋重合度ε_β基本等于1，齿数等于7，该专利还涉及补偿轴向推力的技术方案。但是，没有给出关于齿廓的类型和端面重合度的值的说明，而采用螺旋重合度ε_β＝1，齿数的值z＝7已在现有技术文献中提到，并且上述轴向推力的补偿系统与在US3.658.452号专利(Yasuo Kita)中公开的装置一致。

发明内容

本发明的目的在于通过限定正排量齿轮泵的转子用的齿廓，消除现有技术的缺点，该泵的特点在于高效率、无噪音操作状态和高特定排量。

本发明的另一目的在于齿廓的解析限定，该齿廓可加工，并且可容易制造。

这些目的通过本发明而实现，本发明的特征在权利要求1中描述。

在从属权利要求中描述了优选的实施例。

附图说明

本发明的其它的特征显然根据下面的具体描述而得出，该具体描述涉及仅仅是说明性的，未限定性的实施例，该实施例通过附图中而进行说明，其中：

图1为根据现有技术的齿轮泵的概况图；

图2为根据现有技术的齿轮泵的传统齿廓的视图；

图3为根据现有技术的齿轮泵的示意图，其表示在转子的齿之间的流体的体积；

图4为齿数z＝4，具有渐开线齿面齿廓和圆弧齿顶和齿底齿廓的齿廓的视图；

图5为采用渐开线压力角α_t的不同值，而端面重合度ε_t＝0.45的某些齿廓的视图；

图6为端面重合度ε_t＝0.5的齿廓的视图；

图7～9为涉及圆弧齿顶齿廓的，通过无量纲参数ζ＝20，ζ＝5，和ζ＝1.25的不同值获得的3种齿廓的视图；

图10a和图10b表示本发明的第1实施例的齿和齿轮的齿廓；

图11a和图11b分别表示本发明的第2实施例的齿和齿轮的齿廓；

图12a和图12b分别表示本发明的第3实施例的齿和齿轮的齿廓；

图13为表示本发明的齿轮泵和现有技术的两个齿轮泵之间的噪音性能(声压)的比较的图表；

图14为表示本发明的齿轮泵和现有技术的两个齿轮泵之间的压力峰值(声压)的比较的图表；

图15a～15c为在某运动操作形态中，按照US2.159.744号专利(Maglott)的方案而限定的一对啮合齿廓的视图；

图16为在特定运动操作形态中，按照US3.209.611号专利(Hitosi)的方案而确定的一对啮合齿廓的视图；

图17a～17c表示在典型的加工循环的结束时，对应于泵的寿命结束的状态，按照US2.159.744号专利(Maglott)，US3.209.611号专利(Hitosi)和本发明而限定的转子的有效齿面的表面磨耗量。

具体实施方式

本申请人起源于US2.159.744号专利(Maglott)的方案，并且在下述的方面对正排量外部齿轮泵的转子用的齿廓进行了设计：

-无效齿顶齿廓；

-无效齿底齿廓；

-有效右旋齿面齿廓；

-有效左旋齿面齿廓；

该有效右旋和左旋齿面齿廓为渐开线短齿齿廓。该无效顶部和底部齿廓通过圆弧而确定。

Maglott建议采用端面重合度ε_t和螺旋重合度ε_β＝0.5，以获得运动连续性(ε＝ε_t+ε_β≥1)；他指出，有效右旋和左旋齿面齿廓为渐开线齿廓，另外其还建议用于齿顶和齿底齿廓的圆弧的中心的位置分别定位于节距圆的上下方。但是，没有给出渐开线齿廓的相应渐开线压力角α_t，假定其等于各种国际标准(ISO；DIN；AGMA)所采用的标准值α_t＝20°，没有指定无效齿顶和齿底齿廓的中心的位置(即，相对节面曲线的径向排量Δr_t，p)。由于在啮合期间的这些齿廓的妨碍，这些中心的位置的任意选择一般导致非加工齿廓；另外，齿底的整体的总齿廓，一般来说，侧面和齿顶齿廓的特征在于在正常操作期间具有运动规律性和噪音释放的负效应的齿底，侧面和齿顶齿廓的端点处的齿廓(尖端)的切线的非连续性。图15a～图15c为某运动操作形态中的US2.159.744号专利(Maglott)的方案的一对齿廓的例子的图：齿底-齿面和齿面-齿顶连接部中的尖端是明显的，齿廓妨碍在图15b中示出。图15c表示运动操作形态中的齿顶和齿底齿廓的一致(旋转量θ＝0.25×2π/z，其等于开始于在瞬间旋转的中心的齿面接触处的图15a的结构的特定的角节距的1/4)：按照所采用的制造技术，上述齿廓的加工误差会导致局部妨碍，于是，影响本申请的噪音程度，本申请的表面磨耗量和耐久性。图15a～c所示的例子的几何参数如下所述：

z＝10，齿数；

α_t＝20°，渐开线横向压力角；

d＝40mm，渐开线节距圆直径；

Δr_t＝Δr_p＝0.6mm，齿顶和齿底齿廓中心相对节距圆的偏差；

ε_t＝0.5，端面重合度；

ε_β＝0.5，螺旋重合度。

Hitosi(US3.209.611号)的专利给出的设计说明没有给出解决该问题的技术方案。Hitosi建议针对运动连续性(ε＝ε_t+ε_β＝1.5≥1)，采用端面重合度ε_t＝0.5和螺旋重合度ε_β＝0.5。其指出，有效右旋和左旋齿面齿廓为渐开线齿廓(权利要求1)，另外建议齿顶和齿底用的圆弧的中心的位置位于节面曲线中。与Maglott不同，Hitosi明确地限定无效齿顶和齿底齿廓用的圆弧的中心的位置，但是，由于因涉及所采用的技术性的加工质量有关的制造误差，会产生齿廓妨碍，故在啮合期间齿底和齿顶齿廓的曲线的理论一致会导致非规则的操作状态和噪音。图16表示在某运动操作形态中，按照US3.209.611号专利(Hitosi)的方案而限定的一对啮合齿廓的例子，其针对等于起源于位于瞬间旋转的中心处的齿面接触结构的角节距的1/4的旋转量。图16所示的例子的几何参数如下所述：

z＝10，齿数；

α_t＝20°，渐开线横向压力角；

d＝40mm，渐开线节距圆直径；

Δr_t＝Δr_p＝0mm，齿顶和齿底齿廓中心相对节距圆的偏差；

ε_t＝0.5，端面重合度；

ε_β＝1.0，螺旋重合度。

本申请人认为重要的是选择低于0.5的端面重合度(ε_t)，以便确保不存在所捕获的油量，另外选择适合于确保运动连续性和操作规则性(ε＝ε_t+ε_β＞1)和使操作轴向推力(ε_β＜1)的螺旋重合度达到最小。

于是，本发明所解决的第1技术问题在于发现无效齿顶和齿底齿廓的圆弧的中心，这些齿廓的半径明确地通过齿面齿廓的端点的位置限定，该端点又通过ε_t和α_t的横向渐开线压力角的选择而确定。这些齿廓的中心的位置的选择必须是这样的，以便确保不存在啮合的期间的齿廓的妨碍，另外确保齿廓(齿底-齿面-齿顶)的良好的几何连续状态，从而确保规则的无噪音的操作状态。

这些技术问题通过下述的算法而解决。

上述齿面齿廓为渐开线齿廓，于是，属于渐开线曲线的点P_ev的参数公式如下所述：

$P_{\mathrm{ev}}\left(\mathrm{\θ}\right)=\left\{\begin{array}{c}R\·(\sin \left(\mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}\·\cos \left({\mathrm{\α}}_t\right)\·\cos ({\mathrm{\α}}_t+\mathrm{\θ}))\\ R\·((\cos \left(\mathrm{\θ}\right)-1.)+\mathrm{\θ}\·\cos \left({\mathrm{\α}}_t\right)\·\sin ({\mathrm{\α}}_t+\mathrm{\θ}))\end{array}\right\}---\left(1\right)$

其中：

R表示节面曲线的半径；

α_t表示横向压力角；

$\mathrm{\θ}\∈[-0.5*{\mathrm{\ϵ}}_t\·\frac{2\mathrm{\π}}{z},0.5*{\mathrm{\ϵ}}_t\·\frac{2\mathrm{\π}}{z}]$

表示渐开线结构角(渐开线轴线在半径为R_b＝R·cos(α_t)的基本圆上的滚动角度)

齿顶和齿底为圆节段；于是，属于齿底(f)和齿顶(t)圆的点P_{f， t}的参数公式如下所述：

其中：

角度

和

通过圆节段的端点P’＝(P’_x，P’_y)，P”＝(P”_x，P”_y)的已知位置而限定：

齿顶和齿底圆具有不同的中心和不同的曲率半径(齿顶半径小于齿底半径)。与US2.159.744号专利(Maglott)中包括的相反的指示相对照，齿顶圆心位于节距圆的下方，而齿底圆心位于节面曲线的上方。

为了便于说明，图4表示齿数z＝4的齿廓。该齿右旋齿面和左旋齿面通过渐开线齿廓限定，并通过齿顶和齿底的相应圆弧连接。

符号O表示设置有齿并且节距圆p通过虚线示出的转子的中心。

渐开线齿廓在两个端点P_f和P_t之间被定义。

与齿底和齿顶齿廓相对应的圆弧分别具有中心O_f，O_t和分别具有半径r_f，r_t。

点K_f由邻近齿根部的起始点的渐开线节段的端点P_f处的法线和渐开线之间的交叉点齿廓与两个相邻的齿之间的齿槽的中线的径向r-v而确认。

同样，点K_t由邻近齿顶部的起始点的渐开线节段的端点P_t处的法线和渐开线之间的交叉点齿廓与两个相邻的齿之间的齿槽的中线的径向r-d而确认。

如果端面重合度ε_t＝0.5，则K_f≡H_f且K_t≡H_t，其中，点H_f，H_t分别属于节距圆p和直线r-v与r-d之间的交叉点，以及|P_t-H_t|＝|P_f-H_f|，一般|P_t-K_t|≠|P_f-K_f|。

假定ΔR＝0.5×(|H_t-K_t|+|H_f-K_f|)，则齿根圆的中心为O_f，该圆的半径为r_f：

$\left\{\begin{array}{c}{O}_f=H_f+(H_f-O)\·\frac{\mathrm{\ΔR}}{|H_f-O|}\\ r_f=|P_f-O_f|\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，齿顶圆O_t的中心和齿顶圆r_t的半径通过下述式而确定：

$\left\{\begin{array}{c}{O}_t=H_t+\left({O-H}_t\right)\·\frac{\mathrm{\ξ}\·\mathrm{\ΔR}}{|H_t-O|}\\ r_t=|P_t-O_t|\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，ζ＝[1.1÷1.6]表示无量纲系数。

参数ζ的值必须确保齿顶和齿底齿廓之间不发生妨碍(ζ＞1)，并且使在各种运动操作形态的在齿顶和齿底之间产生的密封腔最小(ζ↓)。齿的齿廓(左旋齿面-齿顶-右旋齿面-齿底)为等级C⁰连续性的，而齿面和齿顶之间的连接部处的切线是非连续的。

在发现建立无效齿顶和齿底齿廓的圆弧的公式之后，本申请人进行了一系列的试验，以便发现通过螺旋齿而确认齿廓的所有参数的理想值。

Maglott建议采用等于0.5的螺旋重合度(ε_β)，而Hitosi建议采用等于1的螺旋重合度(ε_β)，于是，本申请人决定在0.5～1的范围内进行了试验，以便保证运动连续性，使轴向推力最小，另外以齿的最小值，保证吸引和排放腔之间的隔绝性。

为了增加泵排量和传送性，本申请人通过齿数低于10的齿轮，进行了试验。

Maglott没有给出关于以渐开线齿廓为特征的横向压力角(α_t)的方案。针对横向压力角(α_t)，参考标准给出20°的标准值。但是，为了使齿有效齿廓的延伸量为最大，降低齿廓磨耗，并且增加装置寿命，本申请人决定进行大于20°的横向压力角(α_t)的试验。

一旦确定参数的初始范围，本申请人进行齿轮的试验。在该试验的期间，主要对4个特征进行评估：噪音的降低，排放的超压力峰值的降低，寿命结束时的磨耗和表面质量。

主要影响噪音降低和排放压力波峰值降低的参数为横向压力比(ε_t)和螺旋重合度(ε_β)。特别是，对于ε_t＝[0.4÷0.45]同时ε_β＝[0.60÷0.85]，本申请人吃惊地发现，噪音降低和超压力峰值降低大大高于在这些范围之外获得的值。

压力角值α_t的选择主要影响齿的表面磨耗状态，附带地，伴随时间的噪音降低大大受到转子齿的表面质量的影响。令人吃惊地，在采用齿数z＝[6÷8]，并且横向压力角α_t＝[27°÷40°]时，附带地改善噪音降低和超压力峰值降低。齿数(z)和横向压力α_t＝[27°÷40°]的这些值可使噪音降低，超压力峰值降低，特定排量增加和磨耗最小值之间取得最佳平衡。

下面的3个表表示具有按照Maglott，Hitosi和本发明的教导的齿廓的3个泵的参数。

上述3个泵具有相同的排量，相同的齿数，与相同的齿顶直径。

在试验期间，在排放压力(Pm)改变时，噪音程度(声压)和压力峰值(压力波动值)在相同参考状态下测定。其结果在图13和图14的曲线图中示出。Maglott的泵通过虚线表示，Hitosi的泵通过断裂线表示，本发明的泵通过实线表示。图17表示在对应于泵结束循环状态(连续工作300小时，Pm＝230[bar]和n＝1500[rpm])的，典型工作循环的结束时的3个转子的有效齿面的表面。试验前的3个转子的表面的粗糙度是相同的，Ra＝0.4×10^-3mm。在该试验结束时，在本发明的转子的表面上得到的平均粗糙度测定值为稍高于初始值的平均粗糙度值(Ra＝0.6×10^-3mm)，而在Maglott和Hitosi的转子上得到的测定值为更高的值(Maglott齿廓的Ra＝6.4×10^-3mm；Hitosi齿廓的Ra＝5.2×10^-3mm)。

如这些图所清楚地表示的那样，可获得显著的效果。按照本发明的齿廓而制造的泵就噪音程度，压力峰值和表面磨耗量来说，呈现非常好的性能。

选择的参数的协同效应保证本发明的外部齿轮泵的带有齿的转子的齿廓的特征在于：在采用上述齿型的齿轮泵的寿命开始和结束时，无噪音操作，最小化在操作状态下产生的压力波动值和振动(用作操作流体的油和吸引侧与传送侧之间的高压力差，Δp_max＝300bar)。

上述采用的技术方案可满足所有给定的规格，设计参数的选择是这样的，从而可使相反的规格达到最佳。

下面对设计参数的选择带来的优点进行说明。

·齿数的范围z＝[6÷8]可增加特定排量，获得具有相同传送量的特别紧凑的泵，或增加具有给定体积的泵的传送量。由于所采用的齿廓重合度的值的减小(ε_t＝[0.4÷0.45])，故最小齿数z＝6可适合于渐开线齿廓要求(渐开线齿廓不能够延伸到基圆R_b的下面，该圆的半径等于节距圆R的半径R_b与横向压力角α_t的余弦的乘积，R_b＝R·cos(α_t))；

下面是确立横向压力角α_t，最小的齿数(Z_min)和端面重合度因数(ε_t)之间的关系的公式：

z_min＝Int(ε_t×π/α_t)                        (6)

其中，Int()表示大于或等于上述值的最接近的整数的取整的算子。

比如，假定α_t＝30°，

·端面重合度的值ε_t＝[0.4÷0.45]。该值保证不存在捕获的流体，ε_t＜0.5。另外，该值保证用于限定顶部和底部齿廓的不同的齿廓(具有不同半径和中心的圆弧节段)在不同的运动操作形态中不产生妨碍，在齿顶和齿底之间形成的密封的腔为最小，从而使泵的体积效率为最大。

·由于ε_t+ε_β≥1，故按照大大低于1的方式，选择螺旋重合度ε_β＝[0.6÷0.85]，从而保证运动连续性。同样在较低的齿数值(z＝6)的场合，该选择与参数ε_β的最小值相配合，以便使轴向推力为最小，保证吸引和排放腔之间的隔绝性。

·用于限定齿面的有效齿廓为渐开线圆齿廓。齿的有效齿廓为配合性齿廓，从而保证运动传送的均匀性。另外，由于结构和装配需要，以及断裂和表面疲劳的高机械抵抗性，该齿廓保证对于转子的较小的中心到中心的变化是不敏感的。但是，渐开线齿廓的端面重合度ε_t＝[0.4÷0.45]可使这些渐开线齿廓为短齿齿廓。

·为了使齿有效齿廓的延伸部为最小，为了降低齿廓磨耗量，增加装置寿命，选择横向压力角α_t的值＝[27°÷40°]，其大大高于标准值α_t＝20°。图5为具有不同的α_t，而ε_t＝0.45的某齿廓的图。如图5所示，就α_t＝[27°÷40°]来说，获得最佳技术方案。

·无效齿顶和齿底齿廓是圆节段。如果这些圆的中心(理论中心O_t，f)属于节距圆p，渐开线齿廓延伸部通过ε_t＝0.5而限定，圆弧齿顶和齿底部具有相同的半径，相对某运动形态而完全重叠，如图6所示。但是，由于加工公差，该理论齿廓会产生齿廓妨碍，采用具有不同的半径和相应的中心的不同位置的圆弧轮廓基本相对某运动操作形态，产生齿廓妨碍。

在本发明的技术方案中，具有渐开线齿面齿廓的齿顶和齿底的端部的连接点(P_t和P_f)的选择通过ε_t＝[0.4÷0.45]的状态而限定。齿根齿廓圆的中心(O_f)通过公式(4)明确地限定齿顶齿廓圆的中心(O_t)通过公式(5)，在ζ＞1的状态下限定，从而齿顶半径r_t基本大于齿底半径r_f。

图7表示z＝7，ε_t＝0.4和α_t＝35°的齿廓，其是在ζ＝20的极端的场合下获得的。该ζ值是按照该齿廓的实现所带来的加工质量，并且在齿顶和齿底齿廓之间的允许的密封腔的最大值的状态下而选择的。可根据下述式而评价上述有特点的密封腔厚度h：

h＝r_f-r_t+(ξ+1)·ΔR                        (7)

按照本发明，选择ζ参数的理想值，特别是ζ＝[1.1÷1.6]。该值的范围保证满足无妨碍的状态，在不同的运动操作形态中的齿顶和齿底之间产生的密封腔为最小，从而保证高体积效率值。

如图7(ζ＝20)，图8(ζ＝5)与图9(ζ＝1.28)所示，齿的齿廓(左齿面-齿顶-右齿面-齿底)为等级C⁰连续性的，而齿面、齿顶、齿面和齿底之间的连接部处的切线是非连续的。

在数值范围ζ＝[1.1÷1.6]中，非连续性为最小，如图9所示。在任何的场合，非连续性影响无效齿廓部，因此不影响正确运动传送。

下面为用于实现外部齿轮泵的一对齿轮的本发明的齿廓的3个例子的参数和规格：

例1

可评估齿和泵的下述的特征参数：

图10a表示通过采用上述参数获得的齿廓，图10b表示带有这种齿廓的两个齿轮转子。

例2

可评估齿和泵的下述的特征参数：

图11a表示通过例2的参数获得的齿廓，图11b表示带有这种齿廓的两个齿轮转子。

例3

可评估齿和泵的下述的特征参数：

图12a表示通过例3的参数获得的齿廓，图12b表示带有这种齿廓的两个齿轮转子。

本领域的技术人员可针对本发明的当前实施例，给出多种变换形式和改进形式，而它们仍落入在后附的权利要求书中公开的本发明的请求范围内。

Claims (4)

1.一种具有外螺旋齿齿轮的正排量齿轮泵的转子用的齿廓，该齿廓具有：

—无效齿顶齿廓；

—无效齿底齿廓；

—有效右旋齿面齿廓；

—有效左旋齿面齿廓；

其中，上述有效右旋和左旋齿面齿廓为短齿渐开线齿廓，上述无效齿顶和齿底齿廓通过圆弧限定，其特征在于：

—上述有效短齿渐开线齿廓具有0.4～0.45的端面重合度或连续性(ε_t)；

—上述螺旋齿的齿轮具有0.6～0.85的旋转重合度或连续性(ε_β)；

—上述无效齿顶和齿底齿廓的所述圆弧具有通过下述的公式限定的中心(O_f，O_t)和半径(r_f，r_t)：

$\left\{\begin{array}{c}{O}_f=H_f+(H_f-O)\·\frac{\mathrm{\ΔR}}{|H_f-O|}\\ r_f=|P_f-O_f|\end{array}\right.$

并且

$\left\{\begin{array}{c}{O}_t=H_t+\left({O-H}_t\right)\·\frac{\mathrm{\ξ}\·\mathrm{\ΔR}}{|H_t-O|}\\ r_t=|P_t-O_t|\end{array}\right.$

其中，(ζ＝[1.1÷1.6])

ΔR＝0.5×(|H_t-K_t|+|H_f-K_f|)

其中：

O表示齿轮的基圆(p)的中心；

H_f表示两个邻接的齿之间的齿槽的中线的径向(r-v)上的基圆上的点；

P_f表示靠近齿根部的起始点的渐开线部分的末端处的点；

K_f表示通过点P_f处的法线和渐开线齿廓的交叉点与两个邻接齿之间的齿槽的中线的径向(r-v)确认的点；

H_f表示齿的中线的径向(r-v)上的基圆上的点；

P_f表示靠近齿顶部的起始点的渐开线节段的末端处的点；

K_t表示通过节段的点P_t处的法线和渐开线齿廓的交叉点与齿的中线的径向(r-d)确认的点。

2.根据权利要求1所述的齿廓，其特征在于上述转子包括的齿数(Z)为6～8。

3.根据权利要求1或2所述的齿廓，其特征在于上述有效短齿渐开线齿廓的横向压力角(α_t)为27°～40°。

4.一种正排量泵，其具有外部齿轮，该齿轮包括具有上述的权利要求中的任意一项所述的齿廓的两个转子。

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