CN103291612A - 谐波式齿轮泵 - Google Patents

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本发明涉及一种谐波式齿轮泵，它包括柔轮(2)、刚轮(3)、转臂(13)、滚轮(14)、连接销(15)、传动轴(1)、左右侧板(5、6)、密封块(8)、前后轴承座(9、10)、泵体(4)；柔轮(2)为可产生弹性变形的薄壁柔性齿环，刚轮(3)为刚性内齿轮，两者同心且齿宽相等；转臂(13)及滚轮(14)构成波发生器，其总长大于柔轮(2)内孔直径；密封块(8)、左右侧板(5、6)、柔轮(2)及刚轮(3)的齿顶和啮合线把密封工作腔分隔为两个对称的吸油腔(a)、两个对称的压油腔(b)。本发明的优点是两个压油腔产生的径向液压力相互抵消，传动轴负荷减轻，解决了现有齿轮泵存在的径向力不平衡问题，提高了泵的寿命。

Description

谐波式齿轮泵
技术领域
本发明涉及齿轮泵技术领域，特别是涉及一种谐波式齿轮泵。
背景技术
齿轮泵是液压传动系统中最常用的液压泵，在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两大类，它们都由主动齿轮、从动齿轮、传动轴、泵体、泵盖等组成，工作时只有一个吸油腔、一个压油腔，由此产生以下问题：
(1)压油腔的油压高于吸油腔的油压，两者间压力差产生较大的径向力，这个径向力把齿轮推向吸油腔一侧，使传动轴发生弯曲变形，这会加大齿轮端面与侧板之间的轴向间隙、压油腔轮齿和壳体之间的径向间隙，使内部泄漏增加，降低泵的容积效率。同时导致齿顶压向低压端，齿顶会与泵体内壁产生摩擦，浪费驱动能量。
(2)泵的工作压力越高，径向力也越大，增加了支承传动轴的轴承负荷，加速轴承的磨损、降低轴承使用寿命，造成泵过早损坏。
(3)传动轴每转一周只能排油一次，泵油量少，流量脉动大，噪声也较高。
提高齿轮泵的工作压力是齿轮泵的一个发展方向，而提高工作压力所带来的问题是：①轴承寿命大大缩短，②泵泄漏加剧、容积效率下降。引起这两个问题的根本原因是齿轮泵的径向力不平衡，限制了齿轮泵工作压力的进一步提高及其应用范围。
为了降低径向力的影响，研究人员采取过缩小压油腔、扩大吸油腔、在泵的端盖或轴承座圈上开设压力平衡槽、限制齿宽及齿顶圆直径、增加齿轮模数、减少齿数、将啮合力与液压力分开、采用滑动轴承或挠性支承、加强传动轴及轴承的承载能力等措施，虽然取得了一定的效果，但都未能从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵存在的径向力所带来的问题，提供一种径向力平衡、泵油效率和使用寿命都得到提高的谐波式齿轮泵。
本发明解决技术问题采用了将现有齿轮泵与谐波齿轮机构基本原理相结合的方案。本发明的谐波式齿轮泵，包括柔轮、刚轮、转臂、滚轮、连接销、传动轴、左右侧板、密封块、前后轴承座、泵体，其特征是：柔轮为可产生弹性变形的薄壁柔性齿环，安装在滚轮的外圈上；刚轮为刚性内齿轮，用连接销固定在泵体上；柔轮与刚轮的中心线相同、齿宽相等。
所述转臂及滚轮组成波发生器，转臂用平键固定在上述传动轴上，波发生器的总长大于上述柔轮的内孔直径。
所述密封块位于上述柔轮的齿顶与刚轮的齿顶的圆弧面之间，并用定位销定位在所述右侧板上。
所述左、右侧板设置在上述柔轮与刚轮的两侧，并分别用平键安装在上述传动轴上。
所述柔轮、刚轮与密封块、左右侧板形成密封工作腔，柔轮及刚轮的齿顶和啮合线把密封工作腔分隔为两个对称的吸油腔、两个对称的压油腔。
在所述左侧板上对称设置有两个轴向吸油孔，分别对应上述吸油腔；在所述右侧板上对称设置有两个轴向排油孔，分别对应上述压油腔。
在所述前轴承座上设置有与上述吸油孔对应的两个轴向进油孔、一个总进油口，两个进油孔相互连通；在所述后轴承座上设置有与上述排油孔对应的两个轴向出油孔、一个总出油口，两个出油孔相互连通。
与国内外现有技术相比，本发明具有三个优点：
(1)由于结构对称且两个压油腔也是对称布置，泵运行过程中两个压油腔产生的径向力可以相互抵消，传动轴上的负荷很小、变形不明显，间隙泄漏大大减少。
(2)泵的工作压力升高时，传动轴上的径向液压力依然是平衡的，不会出现泵工作压力越高而传动轴上的径向合力也变大的现象，轴承等零件及泵的寿命得以提高。
(3)两个压油腔同时输出压力油，相当于两个齿轮泵同时工作，在相同转速下流量增加一倍，泵油效率高，合成流量的脉动降低，振动与噪声小。
显然，本发明的综合性能优于现有的外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，可以作为现有齿轮泵的升级换代产品。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
图中1.传动轴，2.柔轮，3.刚轮，4.泵体，5.左侧板，6.右侧板，7.定位销，8.密封块，9.前轴承座，10.后轴承座，11.泵盖，12.端盖，13.转臂，14.滚轮，15.连接销
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
图1和图2示出了本发明的一个实施方式。本发明的谐波式齿轮泵由柔轮2、刚轮3、转臂13、滚轮14、连接销15、传动轴1、左侧板5、右侧板6、密封块8、前轴承座9、后轴承座10、泵体4等组成。柔轮2为可产生弹性变形的薄壁柔性齿环，安装在滚轮14的外圈上；刚轮3为刚性内齿轮，用连接销15固定在泵体4上；柔轮2与刚轮3的中心线相同、齿宽相等。
转臂13及滚轮14组成波发生器，转臂13用平键固定在上述传动轴1上，传动轴1支承在上述前、后轴承座上，波发生器的总长大于上述柔轮2的内孔直径。
密封块8位于上述柔轮2的齿顶与刚轮3的齿顶的圆弧面之间，并用定位销7定位在所述右侧板6上。左侧板5、右侧板6设置在柔轮2与刚轮3的两侧，并分别用平键安装在传动轴1上。
柔轮2、刚轮3与密封块8、左侧板5、右侧板6形成密封工作腔，柔轮2及刚轮3的齿顶和啮合线把密封工作腔分隔为两个对称的吸油腔a、两个对称的压油腔b。
在左侧板5上对称设置有两个轴向吸油孔c，分别对应上述吸油腔a；在右侧板6上对称设置有两个轴向排油孔d，分别对应上述压油腔b。
在前轴承座9上设置有与上述吸油孔c对应的两个轴向进油孔e、一个总进油口j，两个进油孔e相互连通；在后轴承座10上设置有与上述排油孔d对应的两个轴向出油孔f、一个总出油口k，两个出油孔f相互连通。
本发明的谐波式齿轮泵的波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的部件，它由转臂13及滚轮14组成，波发生器的转臂13是一个杆状构件，其两端装有滚动轴承构成滚轮14，与柔轮2的内壁相互压紧。柔轮2为可产生弹性变形的薄壁齿环，其内孔直径小于波发生器的总长。当波发生器装入柔轮2后，波发生器的一对滚轮14将柔轮2撑成椭圆形，迫使柔轮2的分度圆变成椭圆，其长轴两端附近的齿与刚轮3的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮3完全脱开。当传动轴1驱动波发生器连续转动时，柔轮2跟着转动，其变形不断改变，使柔轮2与刚轮3的啮合状态也不断改变，实现啮出吸油、啮入压油的吸压油过程。
在本实施例中，柔轮2与刚轮3啮合时的齿向接触线把吸油腔和压油腔分开。低压油从前轴承座9上的总进油口j流入两个相互连通的进油孔e，再经过左侧板5上的两个吸油孔c进入到两个对称布置的吸油腔a中；高压油从两个对称布置的压油腔b经过右侧板6上的两个排油孔d、后轴承座10上两个相互连通的出油孔f，由总出油口k排出。传动轴1转动时，波发生器及左侧板5、右侧板6同步转动，确保吸油、压油过程的顺利进行。
本发明的谐波式齿轮泵的工作原理是：当传动轴1驱动波发生器沿顺时针方向(图2所示的箭头方向)转动时，带动柔轮2旋转。由于刚轮3用连接销15固定在泵体4上，波发生器顺时针转动时，柔轮2逆时针转动，柔轮2与刚轮3形成内啮合状态。在柔轮2与刚轮3的轮齿脱开啮合处，齿轮的轮齿退出齿间，使齿间密封容积变大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压力作用下，通过外部吸油管从前轴承座9上的总进油口j、进油孔e经过左侧板5上的两个轴向吸油孔c进入到两个对称布置的吸油腔a中，将齿间槽充满，完成吸油过程；随着波发生器继续旋转，吸入齿间的油液被带到两个对称布置的压油腔b，这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿间槽中的油液被挤出，通过右侧板6上的两个轴向排油孔d、后轴承座10上的出油孔f及总出油口k，输出压力油，完成压油过程。传动轴1由外部电动机带动不断旋转时，重复上述过程。
本发明的谐波式齿轮泵的两个压油腔b对称布置，使作用在传动轴上的径向液压力相互抵消，从根本上解决了现有齿轮泵普遍存在的径向力不平衡问题，减少了间隙泄漏损失，噪声和振动明显降低，从而延长了齿轮泵的使用寿命，也有利于压力的进一步提高。传动轴1旋转一周，完成两次吸油和排油过程，在相同转速下输出流量增加了一倍，提高了泵油效率。

Claims (7)

1.一种谐波式齿轮泵，包括柔轮(2)、刚轮(3)、转臂(13)、滚轮(14)、连接销(15)、传动轴(1)、左侧板(5)、右侧板(6)、密封块(8)、前轴承座(9)、后轴承座(10)、泵体(4)，其特征是：柔轮(2)为可产生弹性变形的薄壁柔性齿环，安装在滚轮(14)的外圈上；刚轮(3)为刚性内齿轮，用连接销(15)固定在泵体(4)上；柔轮(2)与刚轮(3)的中心线相同、齿宽相等。
2.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：所述转臂(13)及滚轮(14)组成波发生器，转臂(13)用平键固定在所述传动轴(1)上，波发生器的总长大于所述柔轮(2)的内孔直径。
3.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：所述密封块(8)位于所述柔轮(2)的齿顶与刚轮(3)的齿顶的圆弧面之间，并用定位销(7)定位在所述右侧板(6)上。
4.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：所述左侧板(5)、右侧板(6)设置在所述柔轮(2)与刚轮(3)的两侧，并分别用平键安装在所述传动轴(1)上。
5.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：所述柔轮(2)、刚轮(3)与密封块(8)、左侧板(5)、右侧板(6)形成密封工作腔，柔轮(2)及刚轮(3)的齿顶和啮合线把密封工作腔分隔为两个对称的吸油腔(a)、两个对称的压油腔(b)。
6.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：在所述左侧板(5)上对称设置有两个轴向吸油孔(c)，分别对应上述吸油腔(a)；在所述右侧板(6)上对称设置有两个轴向排油孔(d)，分别对应上述压油腔(b)。
7.根据权利要求1所述的谐波式齿轮泵，其特征在于：在所述前轴承座(9)上设置有与上述吸油孔(c)对应的两个轴向进油孔(e)、一个总进油口(j)，两个进油孔(e)相互连通；在所述后轴承座(10)上设置有与上述排油孔(d)对应的两个轴向出油孔(f)、一个总出油口(k)，两个出油孔(f)相互连通。
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