CN103147976A

CN103147976A - 内齿轮泵

Info

Publication number: CN103147976A
Application number: CN2012105149761A
Authority: CN
Inventors: 大野誉洋; 山盛元康; 神田大地; 高木贤一
Original assignee: OYOOKI KOGYO KK; JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp; JTEKT Hydraulic Power System Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: US8851869B2; EP2602484A3; JP2013119797A; EP2602484A2; CN103147976B; EP2602484B1; JP5916078B2; US20130149180A1

Abstract

一种内齿轮泵，包括：具有外齿的内齿轮(10)和具有内齿的外齿轮(20)，内齿或外齿中的任一个具有基于由内齿或外齿的母曲线相应地形成的齿形的形状。内齿为圆弧形，外齿为弯曲形，并且弯曲形的两个端部部分为圆弧形。如果将内齿的圆弧形的半径设定为ro，将每个拐角部的圆弧形的半径设定为ri，将内齿的节圆(Co)的直径设定为dp，并且将内齿的数量设定为z，则内齿轮(10)和外齿轮(20)各自具有满足由下式建立的关系的形状：1.6＞ro/(dp/z)＞1.0；以及ro/(dp/z)＞ri/(dp/z)≥0.13。内齿中的每个均被设置成使得：遵循相邻的内齿的圆弧形的圆弧中的一个圆弧(Cro)与内齿的节圆(Co)之间的、并且接近另一圆弧的交点(P1)位于所述另一圆弧(Cro)的外侧。

Description

内齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种内齿轮泵，该内齿轮泵通过外齿轮的内齿与内齿轮的外齿啮合的结构来执行流体的吸入和排出。

背景技术

内齿轮泵已经得到使用，例如用作汽车油泵，内齿轮泵包括：具有n个外齿的内齿轮；具有n+1个与外齿啮合的内齿的外齿轮；以及壳体，该壳体将内齿轮和外齿轮容纳到其中。壳体设置有用于抽吸流体的吸入孔和用于排出流体的排出孔。已经出于例如减小阻力的目的提出了外齿轮的内齿和内齿轮的外齿的各种形状。

例如，日本专利申请公开No.2003-322088(JP 2003-322088A)中公开的现有技术提出，外齿的顶部区域和底部区域由摆线限定，该摆线通过内齿轮的、旋转的同时接触内齿轮基圆——外齿的将内齿轮的旋转轴线作为其圆心的基圆——的外周的外切滚动圆以及内齿轮的、旋转的同时接触内齿轮基圆的内周的内切滚动圆产生。类似地，内齿的顶部区域和底部区域由摆线限定，该摆线通过外齿轮的、旋转的同时接触外齿轮基圆——内齿的将外齿轮的旋转轴线作为其圆心的基圆——的外周的外切滚动圆以及外齿轮的、旋转的同时接触外齿轮基圆的内周的内切滚动圆产生。由此，减小了滑动阻力和卡嗒声。此外，日本专利申请公开No.2005-36735(JP 2005-36735A)中公开的现有技术提出，内齿轮的外齿的底部区域由内摆线限定，并且顶部区域与内齿轮的外齿的底部区域之间的啮合部分由渐开线限定。这在设定转子的排量时给出自由度以增大排量。

近年来，出于提高汽车的燃料效率等的目的，对汽车的每个部件都要求减小重量和提高效率。尺寸减小作为重量减小的方法是适合的。然而，如果仅仅简单地减小尺寸，泵排量也会被减小。JP 2003-322088A中公开的现有技术使用摆线来确定内齿和外齿的形状。然而，使用摆线时，当齿的数量固定时齿的高度不能够调整。如果不能够自由调整齿的高度，就不可能在保持排量的同时减小内齿轮泵的尺寸。因为齿的高度影响内齿轮泵的排量。阻力减小可以作为提高效率的方法。已知的是，内齿轮泵的效率因内齿轮的外齿和外齿轮的内齿之间发生的滑动而减小。然而，在JP 2005-36735A中公开的现有技术中没有提出用于提高效率的具体措施。

发明内容

本发明提供了一种内齿轮泵，通过该内齿轮泵，减小尺寸和提高效率都能够实现。

本发明的一个方面涉及一种内齿轮泵。该内齿轮泵包括：内齿轮，该内齿轮在内齿轮的外周面上具有多个外齿；以及外齿轮，该外齿轮形成有能够容纳内齿轮的壳体空间并且包括多个内齿，所述多个内齿在形成壳体空间的内周面上与外齿啮合。内齿和外齿中的一个具有基于由内齿和外齿中的另一个的母曲线(generating curve)相应地形成的齿形的形状。内齿中的每个的沿朝向内齿轮的方向突出的部分具有第一圆弧形。外齿中的每个的沿朝向外齿轮的方向突出的部分具有弯曲形。弯曲形的两个端部部分中的每个均具有第二圆弧形。如果将第一圆弧形的半径设定为ro，将第二圆弧形的半径设定为ri，将内齿的节圆的直径设定为dp，并且将内齿的数量设定为z，则内齿轮和外齿轮各自具有满足由下式建立的关系的形状：1.6＞ro/(dp/z)＞1.0；以及ro/(dp/z)＞ri/(dp/z)≥0.13。内齿中的每个均被设置成使得：遵循相邻的内齿的第一圆弧形的圆弧中的一个圆弧与内齿的节圆之间的、并且接近另一圆弧的交点位于所述另一圆弧的外侧。

根据该方面，能够适当地减少内齿轮的外齿与外齿轮的内齿之间发生的滑动。此外，内齿和外齿没有通过使用摆线形成，由此能够自由调整齿的高度。因此，能够在保持泵的排量的同时实现尺寸减小。此外，每个内齿都能够设置在防止与相邻的内齿干涉的适当的位置中。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、技术意义和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1为用于说明内齿轮泵的结构的实施方式的立体图；

图2A为从泵板侧观察的图1中的壳体的视图；

图2B为从泵板侧观察的图1中的外齿轮和内齿轮的视图；

图2C为从壳体侧观察的图1中的泵板的视图；

图3A为用于说明外齿轮的内齿与内齿轮的外齿啮合的状态的视图；

图3B为内齿和外齿的周边的放大视图；

图3C为外齿的拐角部的周边的放大视图；

图4A至图4C示出了外齿轮和内齿轮的三种形状，其中，确定外齿轮的内齿的形状的圆弧的半径产生改变；

图4D为用于说明图4A至图4C中的每个部分的尺寸的图表；

图5为用于说明图4A至图4C中的每种情况的图3中示出的每个啮合区域的比率的图表；

图6为用于说明防止相邻的内齿之间的干涉的设定方法的视图；

图7A为用于说明相邻的内齿被设置在相邻的内齿不彼此干涉的位置中的状态的视图；以及

图7B和图7C为用于说明相邻的内齿被设置在相邻的内齿彼此干涉的位置中的状态的视图。

具体实施方式

在下文中将参照附图对本发明的实施方式进行描述。

[内齿轮泵1的整体结构(图1至图3)]

首先参照图1中的立体图对内齿轮泵1的结构进行描述。内齿轮泵1由内齿轮10、外齿轮20、壳体30、泵板40以及驱动轴构件50构造而成。内齿轮10容纳在外齿轮20的壳体空间20K中。内齿轮10和外齿轮20容纳在齿轮壳体空间30K中，该壳体空间30K由用作壳体30的盖的泵板40和壳体30形成。在驱动轴构件50中，能够绕轴线Z51旋转的轴51穿过形成在壳体30中的通孔32以及形成在内齿轮10中的轴孔12被插入以驱动内齿轮10进行旋转。该轴线Z51为内齿轮10的旋转轴线Zi，旋转轴线Zi将在后面进行描述。附图标记52表示密封构件。图2C为从壳体30侧观察的图1中的泵板40的视图。图2B为从泵板40侧观察的图1中的外齿轮20和内齿轮10的视图。图2A为从泵板40侧观察的图1中的壳体30的视图。

如图3A所示，内齿轮10在其外周面上设置有与外齿轮20的内齿T21至T28啮合的多个外齿T11至T17，并且该实施方式示出了外齿的数量为七个的示例。外齿轮20具有能够容纳内齿轮10的壳体空间20K，并且外齿轮20的形成壳体空间20K的内周面具有与内齿轮10的外齿T11至T17啮合的多个内齿T21至T28。该实施方式示出了内齿的数量为八个的示例。在图3A中，外节圆Co为外齿轮20的内齿T21至T28的节圆，而内节圆Ci为内齿轮10的外齿T11至T17的节圆。此外，如图2B和图3A所示，外齿轮20的旋转轴线Zo以及内齿轮10的旋转轴线Zi彼此移位。因此，当内齿轮10绕旋转轴线Zi旋转时，外齿轮20绕旋转轴线Zo旋转，并且内齿轮10的外齿T11至T17与外齿轮20的内齿T21至T28之间形成的封闭空间22的容积首先逐渐增大，然后逐渐减小。流体的吸入孔41设置在容积逐渐增大的一侧，而流体的排出孔42设置在容积逐渐减小的一侧(参见图2C)。在该实施方式中描述了将吸入孔41和排出孔42设置在泵板40中的示例。

如图1、图2A和图2C所示，在齿轮壳体空间30K中——齿轮壳体空间30K是用于容纳外齿轮20和内齿轮10的空间，并且也是由泵板40和壳体30形成的空间——泵板40的面向壳体30的表面形成有吸入口41A，该吸入口41A从吸入孔41沿周向方向连续延伸并且大致为月牙形凹入的部分。同时，壳体30的面向泵板40的吸入口41A的表面形成有吸入口31A，该吸入口31A呈与吸入口41A相同的形状并且由此大致为月牙形凹入的部分。类似地，在齿轮壳体空间30K中，泵板40的面向壳体30的表面形成有排出口41B，该排出口41B从排出孔42沿周向方向连续延伸并且大致为月牙形凹入的部分。壳体30的面向泵板40的排出口41B的表面形成有排出口31B，该排出口31B呈与排出口41B相同的形状并且由此大致为月牙形凹入的部分。

[外齿轮20的内齿的圆弧形、内齿轮10的拐角部的圆弧形、以及外齿轮20与内齿轮10之间的啮合区域(图3)]

图3A至图3C示出了内齿轮10与外齿轮20之间的啮合状态。图3B为图3A中的区域A1的放大视图，图3C为图3B中的区域A2的放大视图。在图3A中，未示出内齿轮10的轴孔12。如图3B所示，对于外齿轮20的内齿T21至T28中的每个，齿的沿朝向内齿轮10的方向突出的顶部区域的形状被设定成遵循由具有圆心Zro和半径ro的圆弧(第一圆弧)Cro限定的形状。同时，对于外齿轮20的内齿T21至T28中的每个，齿的从内齿轮10沿相反方向凹入的底部区域的形状并不特别地限定为圆弧形、摆线形等，而被适当地设定为弯曲形(任何连续的弯曲形)。内齿轮10的外齿T11至T17各自具有基于由外齿轮20的母曲线形成的齿形的形状。对于内齿轮10的外齿T11至T17中的每个，齿的朝向外齿轮20突出的顶部区域被设定为弯曲形。如图3C所示，相对于由母曲线形成的形状，相对于齿的顶部区域的弯曲形状的圆心的拐角部T11S与T12S两者都被设定为遵循由具有中心Zri和半径ri的圆弧(第二圆弧)Cri限定的形状。在该实施方式中，描述了这样的示例：其中，外齿轮的内齿的顶部区域形成为圆弧形而外齿轮的内齿的底部区域形成为弯曲形，并且其中，内齿轮的外齿基于内齿的母曲线形成。然而，内齿轮的外齿的底部区域可以形成为圆弧形，而内齿轮的外齿的底部区域可以形成为弯曲形，并且外齿轮的内齿可以基于外齿的母曲线形成。上述弯曲形为朝向一侧弯曲的形状。换言之，弯曲形为不以锯齿的方式弯曲的形状。弯曲形的两个端部部分，即，两个拐角部都分别连接到朝向与朝向弯曲形弯曲的一侧相反的一侧弯曲的部分。

对于图3A至图3C，如图3C所示，图3C为内齿轮10的外齿T12和外齿轮20的内齿T22的放大视图，在外齿T12与内齿T22之间的啮合区域内，外齿T12与内齿T22之间的啮合从啮合区域LA开始，然后延续至啮合区域LB和啮合区域LC。啮合区域LB为外齿T12与内齿T22之间几乎不发生滑动的区域(滑动率近似为零)。啮合区域LA为在啮合区域LB紧前面并且发生滑动的区域。啮合区域LC为紧接啮合区域LB的区域，在该啮合区域LC，外齿T12的具有圆弧半径ri的拐角部压靠内齿T22并且发生滑动。啮合区域LA至LC的长度根据外齿和内齿的形状改变。在该实施方式中，能够通过适当地改变内齿的圆弧形顶部区域的半径ro(或外齿的圆弧形底部区域的半径)来改变内齿和外齿的形状(即，啮合区域LA至LC的长度)。此外，啮合区域LC的长度也能够通过适当地改变外齿的拐角部中的每个拐角部的圆弧半径ri来改变。

外齿和内齿的形状能够以如上所述的方式被适当地改变。通过改变外齿和内齿的形状，能够改变封闭空间22(参见图2B)的容积，并且由此也能够改变泵的排量。当内齿轮泵在尺寸上减小时，应当改变外齿和内齿的形状使得尺寸减小后的泵的排量与尺寸减小之前的泵的排量相当。下面将对外齿轮20和内齿轮10的三种示例性形状进行描述，所述三种示例性形状通过改变外齿轮20的内齿的圆弧形顶部区域的圆弧Cro的半径ro获得。还将对三种形状的啮合区域LA至LC的长度上的不同进行描述。然后，将考虑能够充分减少滑动的优选的形状。

[改变决定外齿轮20的内齿的圆弧形的圆弧Cro的半径ro的示例(图4、图5)]

图4A至图4C分别示出了外齿轮20和内齿轮10的形状，其中，外齿轮20和内齿轮10的每个相关部分的尺寸根据图4D的设置表60中指示的值设定。在图4A至图4C中，未示出内齿轮10的轴孔12。图4D中示出的设置表60中的“偏心量”表示外齿轮20的旋转轴线Zo与内齿轮10的旋转轴线Zi之间的距离。“齿数(z)”表示外齿轮20的内齿的数量。“外节圆直径(dp)”表示外节圆Co的直径，外节圆Co为外齿轮20的内齿的节圆。“内齿圆弧半径(ro)”表示圆弧Cro的半径，圆弧Cro以圆弧形形成了外齿轮20的内齿的顶部区域。“外齿拐角部半径(ri)”表示圆弧Cri的半径，圆弧Cri以圆弧形形成了图3中示出的相对于外齿的顶部区域的圆心的两个拐角部。“比率ro/(dp/z)”表示用于相对于外齿轮20的整体形状确定内齿的顶部区域的高度和形状的比率。“比率ri/(dp/z)”表示用于相对于外齿轮20的整体形状确定相对于内齿轮10的外齿的顶部区域的圆心的拐角部的形状的比率。

在图4A中作为示例示出的外齿轮20和内齿轮10呈具有在图4D中的设置表60中指示的以下设定值的形状：偏心量＝1.55[mm]；齿数(z)＝8；外节圆直径(dp)＝24.8[mm]；内齿圆弧半径(ro)＝3.0[mm]；以及外齿拐角部半径(ri)＝0.30[mm]。对于在图4A中作为示例示出的形状，外节圆直径与内齿圆弧半径之比的实际值为：ro/(dp/z)＝0.967...，并且该值在图4D的设置表60中显示为1.0。并且，外节圆直径与外齿拐角部半径之比的实际值为：ri/(dp/z)＝0.0967...，并且该值在图4D的设置表60中显示为0.10。

在图4B中作为示例示出的外齿轮20和内齿轮10呈具有在图4D中的设置表60中指示的以下设定值的形状：偏心量＝1.55[mm]；齿数(z)＝8；外节圆直径(dp)＝24.8[mm]；内齿圆弧半径(ro)＝4.0[mm]；以及外齿拐角部半径(ri)＝0.42[mm]。对于在图4B中作为示例示出的形状，外节圆直径与内齿圆弧半径之比的实际值为：ro/(dp/z)＝1.290...，并且该值在图4D的设置表60中显示为1.3。并且，外节圆直径与外齿拐角部半径之比的实际值为：ri/(dp/z)＝0.1354...，并且该值在图4D的设置表60中显示为0.13。

在图4C中作为示例示出的外齿轮20和内齿轮10呈具有在图4D中的设置表60中指示的以下设定值的形状：偏心量＝1.52[mm]；齿数(z)＝8；外节圆直径(dp)＝24.3[mm]；内齿圆弧半径(ro)＝4.7[mm]；以及外齿拐角部半径(ri)＝0.38[mm]。对于在图4C中作为示例示出的形状，外节圆直径与内齿圆弧半径之比的实际值为：ro/(dp/z)＝1.547...，并且该值在图4D的设置表60中显示为1.6。并且，外节圆直径与外齿拐角部半径之比的实际值为：ri/(dp/z)＝0.1251...，并且该值在图4D的设置表60中显示为0.12。

图5为图表，其中，对于外齿轮20和内齿轮10的图4A至图4C中的三种形状中的每种，均根据啮合区域LA至LC的长度对啮合区域LA至LC的比例进行了计算。从该图表中能够看到，具有最高比例的啮合区域LB——在啮合区域LB上滑动率近似为零——的形状是最有效的形状(具有最小阻力)。从图5中的图表中能够看到，图4B中示出的形状是最有效的形状。发明人还确认的是，对于外齿轮20和内齿轮10的图4A至图4C中的形状中的每个，泵的排量等于或优于现有技术。

因此，可以认为，如果满足以下条件，则能够制造显著有效的内齿轮泵：

1.6＞ro/(dp/z)＞1.0(式1)

ri/(dp/z)≥0.13(式2)。

由于ri不会变得大于ro，因此式2能够通过添加更多条件改变成式3：

ro/(dp/z)＞ri/(dp/z)≥0.13(式3)。

因此，如果式1和式3两者的条件都满足，则外齿轮20和内齿轮10的形状能够是显著有效的。这里，具有最小值(＝1.0)来满足式1的形状为图4A中示出的形状，而具有最大值(＝1.6)来满足式1的形状为图4C中示出的形状。并且，具有最小值(＝0.13)来满足式2的形状为图4B中示出的形状。

[用于防止外齿轮20中的相邻内齿的干涉的设置方法]

接下来，参照图6和图7A至图7C，对用于防止相邻内齿彼此干涉的设置方法进行了描述。如图6所示，以下每个参数均为外齿轮20的相邻的两个内齿而设定：

圆弧Cro：形状遵循外齿轮20的内齿的顶部区域的圆弧形的圆弧(参见图3B)；

圆心Zro：圆弧Cro的圆心(参见图3B)；

外节圆Co：外齿轮20的内齿的节圆(参见图3A)；

内齿圆心节圆Cc：经过遵循外齿轮20的内齿的圆弧形的圆弧Cro的圆心Zro的圆；

ro：圆弧Cro的半径(参见图3B)；

dp：外节圆Co的直径(参见图3A)；

dc：内齿圆心节圆Cc的直径；

a：偏心量(外齿轮20的旋转轴线Zo与内齿轮10的旋转轴线Zi之间的距离)；

z：外齿轮20的内齿的数量；

直线Y1：经过相邻的两个内齿的每个圆弧Cro的圆心Zro的直线；

直线Y2：经过外齿轮20的旋转轴线Zo并且与直线Y1以直角相交的直线；

直线Y3：经过外齿轮20的旋转轴线Zo以及圆弧Cro中的一个圆弧Cro的圆心Zro的直线；

交点P1：所述一个圆弧Cro与外节圆Co之间的、接近另一圆弧Cro的交点；

θ：直线Y2与直线Y3之间的角度；

直线Y4：经过交点P1以及具有交点P1的圆弧Cro的圆心Zro的直线；

直线Y5：经过交点P1并且平行于直线Y2的直线；

直线Y6：经过外齿轮20的旋转轴线Zo以及交点P1的直线；

θ1：直线Y2与直线Y6之间的、小于角度θ的角度；

ho：交点P1与直线Y1之间的距离；

lo：圆心Zro与直线Y2之间的距离；

lo’：圆心Zro与直线Y5之间的距离。

如果设定了以上参数，则下面的式4至式8用公式表示为：

θ＝360°/2z(式4)；

dp＝2az(式5)；

ho＝(dc/2)＊cosθ-(dp/2)＊cosθ1(式6)；

lo＝(dc/2)＊sinθ(式7)；

lo’＝√(ro2-ho2)(式8)；

然后，在本发明的内齿轮泵1中，遵循外齿轮20的内齿的圆弧形的圆弧Cro的圆心Zro的位置被设定在满足下面的式9的范围内：

lo’＜lo(式9)。

图7A为示出外节圆Co、内齿圆心节圆Cc、圆弧Cro以及圆心Zro处于圆心Zro被设定在满足式9的范围内的状态下的示图(lo’＜lo)。在该设置中，在相邻的两个内齿中，作为所述一个圆弧Cro(遵循内齿的圆弧形的圆弧)与外节圆Co之间的、并且接近所述另一圆弧Cro的交点的交点P1位于所述另一圆弧Cro的外侧。在这种状态下，由于将相邻的内齿设定为不彼此干涉，因此内齿被设置在优选的位置。图7B为示出外节圆Co、内齿圆心节圆Cc、圆弧Cro以及圆心Zro处于圆心Zro被设定在不满足式9的范围内的状态下的示图(lo’＝lo)。在该设置中，在相邻的两个内齿中，作为所述一个圆弧Cro与外节圆Co之间的、并且接近所述另一圆弧Cro的交点的交点P1位于所述另一圆弧Cro的圆周上。在这种状态下，由于将相邻的内齿彼此干涉，因此内齿被设置在不利的位置。图7B为示出外节圆Co、内齿圆心节圆Cc、圆弧Cro以及圆心Zro处于圆心Zro被设定在不满足式9的范围内的状态下的示图(lo’＞lo)。在该设置中，在相邻的两个内齿中，作为所述一个圆弧Cro与外节圆Co之间的、并且接近所述另一圆弧Cro的交点的交点P1位于所述另一圆弧Cro的内侧。在这种状态下，由于将相邻的内齿彼此干涉，因此内齿被设置在不利的位置。

本发明的内齿轮泵1并不限于在实施方式中所描述的外形、构型、结构等，并且在不脱离本发明的范围的情况下能够做出各种变型、添加和替代。在本发明的内齿轮泵1中，外齿轮的齿数和内齿轮的齿数并不限于实施方式中所描述的数量，而外齿轮和内齿轮可以采用各种齿数。本发明的内齿轮泵1不仅能够用作用于汽车的各种类型的油泵，并且能够用作执行各种类型的流体的吸入和排出的各种机械泵。

Claims

1.一种内齿轮泵，其特征在于包括：

内齿轮(10)，所述内齿轮(10)在所述内齿轮的外周面上具有多个外齿；以及

外齿轮(20)，所述外齿轮(20)形成有能够容纳所述内齿轮(10)的壳体空间并且包括多个内齿，所述多个内齿在形成所述壳体空间的内周面上与所述外齿啮合，

所述内齿和所述外齿中的一个具有基于由所述内齿和所述外齿中的另一个的母曲线相应地形成的齿形的形状，

所述内齿中的每个的沿朝向所述内齿轮(10)的方向突出的部分具有第一圆弧形，

所述外齿中的每个的沿朝向所述外齿轮(20)的方向突出的部分具有弯曲形，

所述弯曲形的两个端部部分中的每个均具有第二圆弧形，

如果将所述第一圆弧形的半径设定为ro，将所述第二圆弧形的半径设定为ri，将所述内齿的节圆的直径设定为dp，并且将所述内齿的数量设定为z，则所述内齿轮(10)和所述外齿轮(20)各自具有满足由下式建立的关系的形状：1.6＞ro/(dp/z)＞1.0；以及ro/(dp/z)＞ri/(dp/z)≥0.13，并且

所述内齿中的每个均被设置成使得：遵循相邻的所述内齿的所述第一圆弧形的圆弧中的一个圆弧与所述内齿的所述节圆之间的、并且接近另一圆弧的交点位于所述另一圆弧的外侧。