CN103375404B - 具有用于转子面间隙控制的可移动端板的正排量泵组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正排量泵组件，该组件包括限定转子腔的转子壳体和构造成至少部分地封闭转子腔的一端的端板。转子支承并且固定在转子轴上，转子轴延伸穿过转子腔。第一对轴承将转子轴固定到端板上。第二对轴承将转子轴到固定转子壳体上，从而防止转子轴和转子壳体之间的相对轴向运动。当转子轴由于热波动而轴向长度发生变化时，端板与转子轴一起沿轴向移动，从而减小了转子端面处的轴向间隙的变化。

Description

具有用于转子面间隙控制的可移动端板的正排量泵组件
技术领域
本发明总体上涉及一种正排量泵组件，例如用于发动机的增压器组件。
背景技术
正排量泵在某些工作情况下可用于增加流体压力。增压器是用于增大发动机进气口处的空气压力的一种正排量泵。正排量空气泵典型地具有在转子壳体中啮合的带多个叶瓣的转子。空气从入口移动到出口，转子和转子壳体之间的间隙设计成防止空气流向非期望的路径。转子端面周围的空气泄漏是一个非期望的路径，并且是引起正排量空气泵低效的一个原因。
转子安装在转子轴上。转子和转子轴由于热波动趋向于膨胀或收缩。转子壳体也趋向于膨胀或收缩，并且可以以与转子或转子轴不同的比率膨胀或收缩，尤其是当转子壳体使用不同的材料制成时。一种解决方案是：在转子面与壳体的入口端处的转子壳体之间留出足够大的间隙，以允许转子轴和壳体相对于彼此膨胀。转子轴通过轴承(这里是指轴向轴承)在其一端处典型地沿轴向固定在转子壳体上。转子轴与转子壳体另一端之间的滚针轴承允许转子轴相对于转子壳体沿轴向膨胀或收缩。
发明内容
提供了一种正排量泵组件，该组件允许转子和转子轴相对于壳体在转子腔的长度方向上轴向膨胀和收缩，同时减小转子面处的轴向间隙的变化。该正排量泵组件包括限定转子腔的转子壳体和构造成至少部分地封闭转子腔的一端的端板。转子固定和支承在转子轴上，转子轴延伸穿过转子腔。第一对轴承将转子轴沿轴向固定到端板上。第二对轴承将转子轴沿轴向固定到转子壳体上，从而防止转子轴和转子壳体之间的相对轴向移动。当转子轴由于热波动而轴向长度发生变化时，端板与转子轴一起沿轴向移动，从而显著减小了转子端面处的由于热波动引起的轴向间隙的变化。转子、转子轴和转子壳体的材料选择和相关的热膨胀率对间隙的影响因此显著降低，并且通过间隙的泄露因此降至最低，从而相应地提高了正排量泵组件的效率。
附图说明
当参考附图阅读下面对实施本发明的最佳实施例的详细描述时，将会容易地发现本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点。
图1是根据本发明的一个方面的正排量泵组件沿图5中的1-1线的示意性剖视图。
图2是图1的正排量泵组件的轴向端板的示意性透视图。
图3是图2的轴向端板的另一个示意性透视图。
图4是图1的正排量泵组件的透视图，其中，移除了转子壳体的末端部分。
图5是正排量泵组件的透视图，其中，末端部分附接到转子壳体的中间部分上。
图6是根据本发明的另一方面的正排量泵组件的示意性剖视图。
图7是图6的正排量泵组件的端板的示意性透视图。
图8是图6的正排量泵组件的示意性透视图，其中，移除了转子壳体的末端部分。
具体实施方式
参考附图，其中，在所有视图中，相似的附图标记表示相似的构件，图1示出正排量泵组件10。在该实施例中，正排量泵组件10是用于发动机的增压器组件，但是正排量泵组件10可用于泵送其它流体和用在其它应用中。正排量泵组件10具有第一转子12，第一转子12与第二转子14啮合。每个转子12、14都具有多个叶瓣(lobe)。第一转子12安装在第一转子轴16上并与第一转子轴16一起转动。第二转子14安装在第二转子轴18上并与第二转子轴18一起转动，第二转子轴18与第一转子轴16大体上平行。
转子12、14和转子轴16、18容纳在多构件式正排量泵壳体20内。壳体20包括前盖22、可称作转子壳体部分的中间部分24以及末端部分26。前盖22和末端部分26通过螺栓紧固在中间部分24上或通过其它方式固定在中间部分24上。
可通过发动机带或其它驱动输入驱动的输入轴28通过联轴器30操作地连接到第一转子轴16上。扭转弹簧32的一端连接到正排量泵壳体20的前盖22上，且另一端连接到输入轴28上。扭转弹簧32缓冲输入轴28的振动。第一正时齿轮34安装在第一转子轴16上并与第一转子轴16一起转动，并且第一正时齿轮34与安装在第二转子轴18上并与第二转子轴18一起转动的第二正时齿轮36啮合，从而导致第二转子轴18转动。
中间部分24限定转子腔38，转子轴16、18延伸穿过转子腔38，转子12、14在转子腔38中转动。流体例如空气被驱动而从末端部分26的入口39(在图5中示出，这里称作进气口)经由转子腔38到达中间部分24的出口42(在图5中以虚线示出，这里称作出气口)。可通过穿过啮合的转子12、14之间而从进气口39流到出气口42的空气或者通过沿着转子12、14的第一轴向端面40A、40B或者沿着转子12、14的第二轴向端面43A、43B回流到入口39而从转子腔38排出的空气称作“泄露”，并且这些空气降低了正排量泵组件10的效率。为了将这种泄露降至最小，使由于热波动导致的中间部分24与第二端面43A、43B之间的轴向间隙45的变化和由于热波动导致的第一端面40A、40B处的轴向间隙48的变化降至最小，而正排量泵组件10仍然接纳由于热波动导致的转子12、14和转子轴16、18相对于转子壳体20的轴向膨胀和收缩。
具体地，端板44通过位于转子轴16、18和端板44之间的第一对轴承46A、46B沿轴向固定成与转子轴16、18一起运动。轴承46A、46B压配合到端板44的阶梯开口50A、50B中。阶梯开口50A、50B在附图1和3最好地示出。轴承46A、46B构造成允许转子轴16、18相对于端板44转动，但相对于端板44固定转子轴16、18的轴向位置。由此将由于热波动导致的第一端面40A、40B与端板44的面51(在图2中最好地示出)之间的第一预定间隙48降至最小。间隙48相对于周围的构件来说是非常小的，并且在图1中显示为在端面40A、40B处的线。当端板44朝向末端部分26的内表面54移动或移动离开末端部分的内表面54时，内表面54与端板44的面56之间的第二轴向间隙52的大小改变，这是因为端板44没有沿轴向固定在转子壳体20上。端板44的面51限定转子腔38的末端58。
第二对轴承57A、57B位于中间部分24和转子轴16、18之间，并且将转子轴16、18沿轴向固定到中间部分24上。轴承57A、57B在这里称作轴向轴承。轴承57A、57B在转子轴16、18的第二轴向末端65A、65B附近压配合到中间部分24的阶梯开口59A、59B中。轴承57A、57B构造成允许转子轴16、18相对于中间部分24转动，但相对于中间部分24固定转子轴16、18的轴向位置。密封件63A、63B围绕转子轴定位在轴向轴承57A、57B与转子腔38之间的阶梯开口59A、59B中。油可以围绕密封件63A、63B填充阶梯开口59A、59B并且密封件63A、63B防止油泄露到转子腔38中。
当正排量泵组件10的温度升高时，转子12、14和转子轴16、18以及转子壳体20可沿轴向膨胀一定量，该量取决于形成它们的材料的线性热膨胀系数。转子12、14和转子轴16、18以及转子壳体20的膨胀也取决于沿着转子12、14和转子壳体20的长度存在的温度梯度，该温度梯度是由于在壳体20的出口42处的压缩空气(或其它流体)比在壳体20的入口39处的空气(或其它流体)热很多引起的。这可能导致转子轴16、18的末端60A、60B沿轴向朝向末端部分26的面54移动或移动离开末端部分26的面54，从而改变了间隙52。间隙52的宽度不影响正排量泵组件10的泄露。通过减少间隙48的变化并且替代地允许间隙52的宽度随着热波动自由地变化，端板44可以为正排量泵组件10提供高效率。
在一个非限制性的示例中，转子轴16、18可为第一材料，例如钢，并且转子壳体20是第二材料，例如铝合金。这些材料具有不同的线性热膨胀率和收缩率，所述热膨胀率和收缩率量化为线性热膨胀系数。例如，钢的线性热膨胀系数可为13×10-6米每米每开氏度，并且铝的线性热膨胀系数可为22.2×10-6米每米每开氏度，铝合金的线性热膨胀系数介于它们之间。然而，端板44固定成与转子轴16、18一起沿轴向移动并且因此显著减小了间隙48的变化，而不管这些膨胀率和收缩率如何不同。端板44和转子12、14可以是相同的材料，以最好地保持间隙48。
图2和3示出了端板44的外周70的独特形状。外周70的第一部分72的形状形成为跟随转子壳体20的内表面74的轮廓。具体地，第一部分72的形状与形成转子腔38以容纳转子12、14的相邻接的圆柱腔相匹配，并且也与端板44容纳在其中的末端部分26的凹部75相匹配。端板44部分地封闭中间部分24的开口末端，以限定转子腔38的末端58。端板44的尺寸形成为使得外周70的第一部分72能相对于末端部分26的内表面在凹部75处沿轴向滑动，但使得外周70周围的空气泄漏降至最低。图7中示出了末端部分126的可替代实施例的内表面74。末端部分126与末端部分26具有相同的内表面74。
图2中示出的外周70的第二部分78部分地限定进入转子腔38的入口80A、80B，此处称作进气口。进气口80A、80B与末端部分26的进气口39对齐。中间部分24限定进气口80A、80B的剩余部分，如图4所示。中间部分24的内表面形成支承肋82，支承肋82沿着转子腔38沿轴向延伸，并且部分地将转子腔38的相邻接的圆柱型腔分隔开。末端部分26的内表面在进气口39处具有支承肋83，当末端部分26紧固到中间部分24上时，该支承肋83与支承肋82对齐。端板44具有延伸部84，该延伸部84具有向外展开的末端86，该向外展开的末端86构造成适应支承肋83的形状。支承肋83有助于将端板44支承在末端部分26中。
图6示出了正排量泵组件110的第二实施例，除了转子轴116、118和正排量泵壳体120的末端部分126具有不同的构造以外，其它部分与正排量泵组件10的相同。具体地，第一和第二转子轴116、118延伸到具有开口90A、90B的末端部分126中。转子轴116、118的末端160A、160B延伸超过端板44。正排量泵壳体120包括前盖22、中间部分24和末端部分126。滚针轴承92A、92B支承在开口90A、90B内并且环绕转子轴116、118。转子轴116、118通过两组轴承57A、57B和46A、46B相对于前盖22和端板44沿轴向固定。滚针轴承92A、92B允许转子轴116、118相对于末端部分126沿轴向移动，并且起到转子轴116、118相对于壳体120的附加位置参考的作用。末端部分126和端板44限定间隙52，并且转子端面40A、40B和端板44的面51正如在正排量泵组件10的实施例中一样限定间隙48。
附图和说明书中使用的附图标记和相应的构件如下：
10 正排量泵组件
12 第一转子
14 第二转子
16 第一转子轴
18 第二转子轴
20 正排量泵壳体
22 前盖
24 中间部分
26 末端部分
28 输入轴
30 联轴器
32 扭转弹簧
34 第一正时齿轮
36 第二正时齿轮
38 转子腔
39 入口
40A、40B 第一轴向端面
42 出口
43A、43B 第二轴向端面
44 端板
45 间隙
46A、46B 第一轴向轴承
48 第一轴向间隙
50A、50B 端板的阶梯开口
51 端板的面
52 第二间隙
54 末端部分的内表面
56 端板的面
57A、57B 第二对轴向轴承
58 转子腔的末端
59A、59B 中间部分的阶梯开口60A、60B 转子轴的末端
63A、63B 密封件
65A、65B 第二轴向末端
70 端板的外周
72 外周的第一部分
74 末端部分的内表面
75 端板的凹部
78 外周的第二部分
80A、80B 入口
82 中间部分的支承肋
83 末端部分的支承肋
84 延伸部
86 向外展开的末端
90A、90B 末端部分的开口
92A、92B 滚针轴承
110 正排量泵组件
116 第一转子轴
118 第二转子轴
120 正排量泵壳体
126 末端部分
160A、160B 转子轴的末端
尽管已经详细描述了实施本发明的许多方面的最佳实施例，但是熟悉本发明所涉及的技术的人会意识到在所附的权利要求的范围内的用于实践本发明的多种替代方面。

Claims (23)

1.一种正排量泵组件包括：
限定转子腔的转子壳体；
构造成至少部分地封闭转子腔的一端的端板；
延伸穿过转子腔的转子轴；
支承并且固定在转子轴上的转子；其中，转子具有轴向末端，轴向末端具有面向端板的端面；
将转子轴可转动地安装并且沿轴向固定到端板上的第一对轴承；和
将转子轴可转动地安装到转子壳体上的第二对轴承；
其特征在于，当转子轴由于热波动而轴向长度发生变化时，端板与转子轴一起相对于转子壳体沿轴向移动，从而减小了所述端面处的第一轴向间隙的变化；并且端板至少部分地限定进入转子腔的至少一个入口。
2.如权利要求1所述的正排量泵组件，其特征在于，转子壳体具有限定转子腔的中间部分并且还包括固定到中间部分上的末端部分；并且，当转子轴和端板沿轴向移动时，端板和末端部分之间的第二轴向间隙改变。
3.如权利要求2所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴延伸穿过端板进入末端部分中；并且正排量泵组件还包括在转子轴与末端部分之间的滚针轴承。
4.如权利要求2所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴在第二轴向间隙处具有与端板的面平齐的端部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，端板具有构造成接纳第一对轴承和转子轴的阶梯开口。
6.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，端板具有外周，该外周的一部分的形状形成为跟随转子壳体的内表面的轮廓。
7.如权利要求6所述的正排量泵组件，其特征在于，端板的外周的另一部分至少部分地限定进入转子腔的至少一个入口。
8.一种正排量泵组件，包括：
限定转子腔的转子壳体；
构造成至少部分地封闭转子腔的一端的端板；
延伸穿过转子腔的转子轴；
支承并且固定在转子轴上的转子，该转子具有轴向末端，轴向末端具有面向端板的端面；
将转子轴可转动地安装到端板上的第一对轴承；和
将转子轴可转动地安装到转子壳体上的第二对轴承；
其中，当转子轴由于热波动而轴向长度发生变化时，端板与转子轴一起相对于转子壳体沿轴向移动，从而减小了所述端面处的轴向间隙的变化；
其中，端板至少部分地限定进入转子腔的至少一个入口；
其中，端板具有外周，该外周的一部分的形状形成为跟随转子壳体的内表面的轮廓；
其中，端板的外周的另一部分至少部分地限定进入转子腔的至少一个入口；并且
其中，至少一个入口包括一对入口，并且端板具有构造成搁置在转子壳体的内表面上以分隔所述一对入口的延伸部。
9.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴是第一材料的，转子壳体是第二材料的；并且，第一材料和第二材料具有不同的热膨胀率。
10.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，还包括安装在转子轴上的正时齿轮，其中，所述正时齿轮位于转子轴上、与所述第一对轴承相对，并且所述正时齿轮位于转子腔外部。
11.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，其中，所述正排量泵组件构造为用于泵送空气的增压器。
12.如权利要求1至4中任一项所述的正排量泵组件，其中，通过将热波动导致的随转子轴向长度变化的第一轴向间隙的变化降至最小，流体通过端面处的第一轴向间隙的泄露降至最小。
13.一种正排量泵组件包括：
具有限定转子腔的中间部分的转子壳体，转子腔延伸穿过该中间部分；
限定一轴线并且延伸穿过转子腔的转子轴；
由转子轴支承并且固定在转子轴上以围绕所述轴线转动的转子；其中，转子具有轴向端面；
在转子壳体中的端板，端板至少部分地封闭转子腔的末端；和
在端板和转子轴之间的、在转子轴上的至少一个轴承，并且所述至少一个轴承构造成使得端板通过该轴承相对于转子轴沿轴向固定并且因而由于热波动相对于转子壳体与转子轴一起沿轴向移动，以由此减小在转子的轴向端面处的第一轴向间隙的变化。
14.如权利要求13所述的正排量泵组件，其特征在于，转子壳体还包括固定到转子壳体的中间部分上的末端部分；并且，当转子轴和端板沿轴向移动时，在端板和末端部分之间的第二轴向间隙改变。
15.如权利要求14所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴延伸穿过端板进入末端部分中；并且正排量泵组件还包括在转子轴与末端部分之间的滚针轴承。
16.如权利要求14所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴在第二轴向间隙处具有与端板的面平齐的端部。
17.如权利要求13至16中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，端板具有构造成接纳所述至少一个轴承和转子轴的阶梯开口。
18.如权利要求13至16中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，端板具有外周，该外周的一部分的形状形成为跟随转子壳体的内表面的轮廓。
19.如权利要求18所述的正排量泵组件，其特征在于，端板的外周的另一部分部分地限定进入转子腔的入口。
20.一种正排量泵组件，包括：
具有限定转子腔的中间部分的转子壳体，转子腔延伸穿过该中间部分；
限定一轴线并且延伸穿过转子腔的转子轴；
由转子轴支承并且固定在转子轴上以围绕所述轴线转动的转子，其中，转子具有轴向端面；
在转子壳体中的端板，端板至少部分地封闭转子腔的末端；和
在端板和转子轴之间的、在转子轴上的至少一个轴承，并且所述至少一个轴承构造成使得端板相对于转子轴沿轴向固定并且由于热波动相对于转子壳体与转子轴一起沿轴向移动，以由此减小在转子的轴向端面处的轴向间隙的变化；
其中，端板具有外周，该外周的一部分的形状形成为跟随转子壳体的内表面的轮廓；
其中，端板的外周的另一部分部分地限定进入转子腔的入口；并且
其中，端板具有构造成搁置在转子壳体的内表面以分隔所述入口的延伸部。
21.如权利要求13至16中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，所述至少一个轴承包括第一轴承，并且所述转子端面是第一端面；并且正排量泵组件还包括在转子壳体和转子轴之间的、相对于第一轴承在转子的相对末端的第二轴承，以便转子轴在第二轴承处相对于转子壳体沿轴向固定。
22.如权利要求13至16中任一项所述的正排量泵组件，其特征在于，转子轴是第一材料的，转子壳体是第二材料的；并且，第一材料和第二材料具有不同的热膨胀率。
23.一种正排量泵组件，包括：
限定具有第一末端的转子腔的转子壳体；
延伸穿过转子腔的第一转子轴和第二转子轴；
构造成在转子腔中分别在第一转子轴和第二转子轴上转动的第一转子和第二转子，每个转子都具有在相对的第一轴向末端和第二轴向末端处的第一端面和第二端面；
定位成至少部分地封闭转子腔的第一末端的端板；
在所述第一端面和所述端板之间限定的轴向间隙；
在端板和转子轴之间的、在转子轴上的第一对轴承，并且第一对轴承构造成使得端板通过该轴承相对于转子轴沿轴向固定并且相对于转子壳体与转子轴一起沿轴向移动，由此减小所述轴向间隙的变化；和
在转子壳体和转子轴之间并且沿轴向在第二端面和第二轴向末端之间的、在转子轴上的第二对轴承，并且所述第二对轴承构造成防止第一转子和第二转子相对于转子壳体沿轴向移动。
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