CN103370539A - 半堵塞式星形齿轮转子及其组装方法 - Google Patents

半堵塞式星形齿轮转子及其组装方法 Download PDF

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Abstract

一种齿轮转子组件(13)，包括：星形件(14)、环(12)、环形塞(18)以及O型环(16)。该星形件(14)限定具有第一直径且可连接到低压流体贮存器(40)的中心开口(20)。环(12)外接在星形件(14)上。环(12)与流体控制装置(11)的固定端盖(24)一起限定可连接到高压流体供应源(30)的流体通道(82)。塞(18)由星形件(14)外接，并限定具有小于第一直径的第二直径的中心孔(27)。O型环(16)位于星形件(14)和塞(18)之间。塞(18)形成对于端盖(24)的流体密封。流体控制装置(11)包括上述齿轮转子组件(13)和阀壳体部分(70)。还披露了一种组装齿轮转子组件(13)和流体控制装置(11)的方法。

Description

半堵塞式星形齿轮转子及其组装方法
技术领域
本发明总的来说涉及一种用于流体控制装置内的齿轮转子组件，尤其是涉及一种半堵塞式星形齿轮转子以及组装该星形齿轮转子的方法。
背景技术
星形齿轮转子为具有啮合的内转子和外转子的容积式/正排量式流体泵送装置。内转子和外转子通常分别称为星形构件和环圈构件。每个转子具有相对于另一个转子的中心点偏心的固定中心点。星形构件具有n个齿，且由具有(n+1)个叶瓣的环圈构件外接。一个转子的转动驱动另一者，此时在两个转子之间保持着低的相对速度。在相接合的转子的配合齿/叶瓣之间限定的容积在齿轮转子转动期间形成真空，因而齿轮转子每转一圈产生吸入或引入行程。
静液压动力转向系统的转向控制单元(SCU)为一种在其构造中通常使用星形齿轮转子的流体控制装置。SCU可在其转动的齿轮转子构件和固定构件、例如邻近齿轮转子固定的端盖之间进行滑动。例如，当经由SCU的阀壳体部分控制的转向缸到达其行程范围的限制时，经由SCU控制的转向轮可超出此限制仍然转动。这种附加的转动通常导致星形构件与固定端盖的邻近表面之间的内部流体泄漏。
发明内容
在此提供了一种用于与流体控制装置、例如上述SCU一起使用的齿轮转子组件。本文所披露的齿轮转子组件为半堵塞式的，即实心塞型星形密封设计和传统的密封环的混合产物，如下面详细阐述的。齿轮转子组件包括星形构件、环圈构件、环形塞构件、以及O型环。所述星形构件具有(n)个齿，且限定一具有第一直径的中心开口。当齿轮转子组件安装在流体控制装置中时，该中心开口与低压流体贮存器流体连通。环圈构件外接星形构件/外接在星形构件上，且具有与(n)个齿啮合的(n+1)个叶瓣，这在齿轮转子领域很好理解。
环圈构件构造成与流体控制装置的固定端盖一起限定一高压流体通道，即可与高压流体供应源连接的流体通道。环形塞构件由星形构件外接，且限定一具有比第一直径小的第二直径的中心孔。O型环位于星形构件和环形塞构件之间。环形塞构件因此构造成形成对于流体控制装置的固定端盖的半堵塞式流体密封，其中具有后文所述的各自性能益处。
还披露了一种流体控制装置。该流体控制装置包括齿轮转子星形构件、齿轮转子环圈构件、环形塞构件、O型环以及阀壳体部分。星形构件限定一具有第一直径的中心开口，该中心开口与低压流体贮存器流体连通。环圈构件外接星形构件，且具有与星形构件的(n)个齿啮合的(n+1)个叶瓣。塞构件由星形构件外接，且限定一具有比第一直径小的第二直径的中心孔。
中心孔通过中心开口与低压流体贮存器流体连通。O型环位于星形构件和环形塞构件之间。O型环通过高压流体通道与高压流体贮存器流体连通，且通过中心开口与低压流体贮存器流体连通。阀壳体部分具有固定端盖和磨损板，其中端盖紧邻环形塞构件定位以与星形构件一起限定高压流体通道。高压流体通道与高压流体贮存器流体连通。
本发明还披露了一种方法，该方法包括：提供限定环形搁架和具有第一直径的中心开口的齿轮转子星形构件，以及使星形构件由齿轮转子环圈构件外接、使得环圈构件的(n+1)个叶瓣与星形构件的(n)个齿接合。该方法包括：将O型环设置在星形构件的表面上，以及提拱环形塞构件，该环形塞构件限定具有比第一直径小的直径的中心孔。环形塞构件设置在O型环上，使得该环形塞构件由星形构件外接，由此形成齿轮转子组件。
结合附图，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点通过以下对实现本发明的最佳方式的详细描述而变得明显。
附图说明
图1是使用本发明所公开的半堵塞式齿轮转子组件的流体控制装置的示意图；
图2是该齿轮转子组件的示意性俯视图；
图3是图2所示的流体控制装置的一部分的示意性局部剖视侧视图，该部分包括图1中流体控制装置的齿轮转子组件和固定端盖；以及
图4是图1中所示的流体控制装置的一部分的示意性剖视图，该部分包括图3中示出的部分。
具体实施方式
参考附图，其中同样的附图标记对应同样的部件，图1为流体控制装置11的示意图。流体控制装置11包括半堵塞式齿轮转子组件13。齿轮转子组件13具有形成星形密封的环形塞构件18。如下面详细所述的，环形塞构件18构造成减少其中安装有塞构件18的流体控制装置11内的内部流体泄漏。
在一个可能的实施例中，流体控制装置11可构造成用于在流体静压能转向系统中应用的转向控制单元(SCU)。齿轮转子组件13可作为SCU的部件而被包括在内，从而减少非期望的转向轮转动，同时相对于传统构造降低摩擦损失，从而增加能效。另一些流体系统(例如流体马达泵送系统)——其中从高压侧到低压侧的流体泄漏是关键的设计关注点，同样可从使用如本发明所述的半堵塞式齿轮转子组件13及其环形塞组件18而受益。
在如图1所示的流体控制装置11内，齿轮转子组件13可利用螺栓(例如通过螺栓17)或其它方式可靠地固定到阀壳体部分70上。固定磨损板80设置在齿轮转子组件13和阀壳体部分70之间。齿轮转子组件13位于磨损板80和固定端盖24之间。阀壳体部分70可限定多个流体端口，包括流体入口72、流体回流端口74、和各种缸控制端口(例如控制端口76和78)，这些端口位于阀壳体部分70的一侧或如图所示地分布。流体装置子组件10由齿轮转子组件13和端盖24形成，下面参考图3和图4进行描述。
虽然为了简化而没有显示在图1中，但是阀壳体部分70的内部限定一孔，该孔含有任何所需要的阀以及相关的控制装置该控制装置用于致动正被控制的装置，例如可转动的阀芯以及相互协作并可相对转动的随动阀构件，这些在本领域都很好理解。随动阀构件可以用主驱动轴(未示出)来驱动，其中主轴用花键联接到半堵塞式齿轮转子组件13，并能与之一起转动。
参考图2，齿轮转子组件13包括内部有齿的外转子，其在下文被称为环圈构件12。齿轮转子组件13还包括外部有齿的内转子，即星形构件14。星形构件14偏心地设置在环圈构件12内，用于在其中进行轨道运动和转动。星形构件14和环圈构件12两者都可由钢、粉末金属或其他适合的金属材料构成。
星形构件14限定一环形轴向壁62。如图4所示，轴向壁62限定一中心开口(箭头20)。星形构件14可包括花键22(见图3和图4)，以允许星形构件14与主驱动轴(未示出)的配合花键啮合，主驱动轴位于图1的阀壳体部分70内。如在齿轮转子领域所理解的那样，星形构件14的多个(n个)齿15与环圈构件12的更多个(n+1个)齿或叶瓣21啮合或接合，以限定多个流体容积腔(箭头23)。流体容积腔(箭头23)通过由图1中示出的磨损板80限定的通道(未示出)与图1的阀壳体部分70流体连通。
图1中的螺栓17穿过固定端盖24(见图1)并穿过由环圈构件12限定的多个螺栓孔25，以便将半堵塞式齿轮转子13固定在图1示出的阀壳体部分70上。在星形构件14内，轴向壁62横断径向底面60/与径向底面60相交(见图3和图4)，从而形成径向搁架，且径向搁架的位置通常由图3中的参考标记44指示。如这里所使用地，术语“轴向壁”是指在与星形构件14的转动轴线相同的方向上延伸的壁，术语“径向底面”是指在与该同一轴线垂直的方向上延伸的底面。
环形塞构件18具有孔壁19，该孔壁形成由箭头27指示的中心孔。环形塞构件18位于图3和图4所示的径向底面60上。当半堵塞式齿轮转子组件13安装在图1的流体控制装置11或其它适合的装置内时，在如图1所示的环形塞构件18和固定端盖24之间形成动态流体密封。环形塞构件18的结构和功能都将参考图3和图4详细描述。
各种程度的组装可通过使星形构件14由环圈构件12外接、使得环圈构件12的叶瓣21与星形构件14的齿15接合来实现。O型环16位于星形构件14的径向搁架44(见图3和图4)上。然后将环形塞构件18置于O型环16和径向搁架44上。随后，通过把组装好的齿轮转子组件13连接到固定端盖24上，在星形构件14和端盖24之间限定一高压流体通道(图4的箭头82)。如图4所示，然后中心开口(箭头20)连接到低压流体贮存器40上，且图4的流体通道(箭头82)连接到高压流体贮存器30上。
参考图3，示出了图1的流体装置子组件10的局部剖视侧视图。图3没有用与图1、图2或图4相关的比例来画，而是提供了流体装置子组件10的某些内部结构部分的特写视图。当半堵塞式齿轮转子组件13连接到固定端盖24时，在星形构件14的上表面52和端盖24的下侧50之间限定一高压流体通道。高压流体(箭头31)进入该流体通道，如图4中箭头82所指示，致使出现密封，如下面参考图4所解释的那样。
星形构件14的轴向壁62和径向底面60形成了径向搁架44，在该搁架上设置有O型环16。O型环16在星形构件14和环形塞构件18之间形成流体密封。O型环16可由适合的耐磨损的弹性体材料制成，这种材料具有在加压运行中足以抵抗挤出的硬度水平。在一实施例中，O型环16设有按照ASTM D2240型D级的至少约90硬度计、即90D硬度的硬度水平。这种硬度水平的合适的材料可包括、但不限于：丁腈橡胶(NBR)、氢化NBR(HNBR)、聚氨酯，等等。
环形塞构件18用于在端盖24的下侧50上形成密封，且可由钢、粉末金属、高硬度树脂基材料或其它合适的材料构成。具有大致L形横截面(如图所示)的环形塞构件18包括第一表面66和第二表面68，这两个表面相互垂直而形成面向环形径向搁架44的周向槽口85。第一表面66和笫二表面68两者都与O型环16直接接触，该O型环16至少部分设置在周向槽口85内。环形塞构件18的第三表面69与端盖24的下侧50直接摩擦接触。如这里所使用地，术语“下侧”是指端盖24的在使用星形构件14的流体控制装置11(见图1)内紧邻着星形构件14定位的具体主表面或侧面。
星形构件14、环形塞构件18和O型环一起相对于固定端盖24转动。星形构件14的由内壁42限定的中心部分或内径(ID)连接到低压流体贮存器40上，且星形构件14的所有其它侧连接到高压流体贮存器30。贮存器30和贮存器40都示意性地示出在图4中。术语“低”和“高”是相对的流体压力。在一实施例中，“低压”可为约0bar到近约0bar，而“高压”为超过40bar的任何压力。在另一实施例中，70至150bar可作为高压范围，不过根据应用，高压可大大超过150bar。这里描述的环形塞构件18和O型环16的设置和使用有助于减少高压流体(箭头31)向图4的低压流体贮存器40的泄漏。
参考图4以及图3，固定端盖24延伸到包括图2的环圈构件12，因此在图3和图4中以截断线形式示出。星形构件14的内壁42限定了图4的中心开口(箭头20)。中心开口(箭头20)与图3的低压流体贮存器40流体连通，使得低压流体(箭头41)经由中心开口(箭头20)与O型环16、环形塞构件18以及端盖24连通。O型环16可以被预加载以形成相对星形构件14和环形塞构件18的充分密封。
环形塞构件18和端盖24之间的接触面积应该足够大以减少从高压侧通过端盖24、星形构件14和O型环16至低压侧的泄漏，且还要足够小以使得摩擦损失最小。因此，环形塞构件18形成了仅部分栓塞，即本文使用的术语“半堵塞”。在一实施例中，由环形塞构件18的孔壁19限定的中心孔的直径在环形塞构件18的外径(OD)的约60％至约75％之间。
如上面指出的，图4中示出的流体装置子组件10与从高压流体贮存器30传送的高压流体(箭头31)流体连通。如上所述，高压流体通道(箭头82)限定在端盖24的下侧50和星形构件14的上表面52之间，其中表面50和表面52彼此相邻，如图4所示。
O型环16通过高压流体通道(箭头82)与图4的高压流体贮存器30流体连通，且通过星形构件14的中心开口(箭头20)与低压流体贮存器40流体连通。环形塞构件18的下侧64和星形构件14的径向底面60之间的间隙的尺寸应该减至最小，以防止在运行期间O型环16向低压侧挤出。
在运行中，高压流体(箭头31)进入高压流体通道(箭头82)且推压O型环16。这样迫使环形塞构件18与固定端盖24摩擦接触。从高压侧到低压侧的流体泄漏可能发生在O型环16与星形构件14之间、O型环16与环形塞构件18之间和/或环形塞构件与端盖24之间。
然而，由于环形塞构件18为仅半堵塞(如本文所使用的术语)，在环形塞构件18和固定端盖24之间保持存在相对较大的接触面积。相对于传统的齿轮转子星形密封设计，减少了从高压侧到低压侧的流体泄漏。另外，由于相对于实心塞结构，本发明的半堵塞式设计中的环形塞构件18和端盖24之间的接触面积相对较小，所以同时降低了该区域的摩擦损失。总效率由此增加了。
虽然已经详细描述实施本发明的最佳方式，然而，对本发明所涉及的领域熟悉的人应认识到，用于实践本发明的可替代的结构和实施方式都包括在所附的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于流体控制装置(11)的齿轮转子组件(13)，包括：
星形构件(14)，所述星形构件具有多(n)个齿(15)，其中星形构件(14)限定具有第一直径的中心开口(20)，该中心开口(20)可连接到低压流体贮存器(40)；
环圈构件(12)，所述环圈构件外接在星形构件(14)上并且具有多(n+1)个与所述多(n)个齿啮合的叶瓣(21)，其中环圈构件(12)构造成与流体控制装置(11)的固定端盖(24)一起限定流体通道(82)，所述流体通道可连接到高压流体供应源(30)上；
由星形构件(14)外接的环形齿轮转子塞构件(18)，其中环形塞构件(18)限定具有小于第一直径的第二直径的中心孔(27)；以及
位于星形构件(14)和塞构件(18)之间的O型环(16)；
其中，塞构件(18)构造成形成对于流体控制装置(11)的固定端盖(24)的流体密封。
2.根据权利要求1所述的齿轮转子组件(13)，其中，星形构件(14)限定径向搁架(44)，并且O型环(16)位于所述径向搁架(44)上。
3.根据权利要求3所述的齿轮转子组件(13)，其中，塞构件(18)在塞构件(18)的面向径向搁架(44)的表面上限定周向槽口(85)，并且O型环(16)至少部分地设置在周向槽口(85)内。
4.根据权利要求1所述的齿轮转子组件(13)，其中，中心孔(27)的直径是塞构件(18)的外径的约60％至约75％。
5.一种流体控制装置(11)，包括：
齿轮转子星形构件(14)，所述齿轮转子星形构件限定具有第一直径的中心开口(20)，其中所述中心开口(20)与低压流体贮存器(40)流体连通；
齿轮转子环圈构件(12)，所述齿轮转子环圈构件外接在星形构件(14)上并且具有多(n+1)个与星形构件(14)的多(n)个齿(15)接合的叶瓣(21)；
由星形构件(14)外接的环形塞构件(18)，其中，环形塞构件(18)限定具有小于第一直径的第二直径的中心孔(27)，并且中心孔(27)通过中心开口(20)与低压流体贮存器(40)流体连通；
位于星形构件(14)和环形塞构件(18)之间的O型环(16)，其中，该O型环(16)通过高压流体通道(82)与高压流体贮存器(30)流体连通，并且通过中心开口(20)与低压流体贮存器(40)流体连通；以及
阀壳体部分(70)，所述阀壳体部分具有固定端盖(24)和磨损板(80)，其中端盖(24)紧邻环形塞构件(18)定位以便与星形构件(14)一起限定高压流体通道(82)，并且高压流体通道(82)与高压流体贮存器(30)流体连通。
6.根据权利要求5所述的流体控制装置(11)，其中，星形构件(14)限定径向搁架(44)，并且O型环(16)设置在径向搁架(44)上。
7.根据权利要求6所述的流体控制装置(11)，其中，环形塞构件(18)在环形塞构件(18)的面向径向搁架(44)的表面(66，68)上限定周向槽口(85)，并且O型环(16)至少部分地设置在周向槽口(85)内。
8.根据权利要求5所述的流体控制装置(11)，其中，中心孔(27)的直径是塞构件(18)的外径的约60％至约75％。
9.根据权利要求5所述的流体控制装置(11)，其中，流体控制装置(11)构造成用于静液压动力转向系统的转向控制单元。
10.根据权利要求5所述的流体控制装置(11)，其中，O型环(16)由具有至少约90硬度计的硬度水平的耐磨损弹性体材料构成。
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