CN1037019A - 齿轮式变量泵或马达 - Google Patents

Abstract

一种齿轮式变量泵或马达，它通过一个由齿轮、 密封括塞和心轴或滑套组成的变量轴。可在壳体内 经手动或电动螺旋机构或液压驱动其轴向移动的，以 改变两齿轮啮合宽度，从而实现输出流量或转矩转速 变化的齿轮式变量泵或马达。根据上述原理设计的 齿轮式液压无级变速器具有结构简单，使用可靠，寿 命长，制造成本低等特点，同时由于设置了径向平衡 块，提高了使用压力和传动功率。可广泛地适用于各 种液压传动或要求无级变速的场合。

Description

本发明的齿轮式变量泵或马达涉及液压传动领域。

现有技术的齿轮式泵或马达有外啮合和内啮合两大类。在液压传动中齿轮泵或马达由于造价低、单位功率重量轻，结构简单寿命长，外形尺寸较小和对油中的污染不敏感等优点，所以应用很广。但由于齿轮泵或马达的流量和压力脉动较大;且流量不可变，因此在变流量或变压力的情况下运行总效率较低;同时齿轮的径向力随输出或输入压力的提高也同步增加，因此不能适宜高压大功率的使用场合，所以其使用受到一定的局限。

本发明的目的是制造一种能在高压下工作，其径向力平衡的，并可改变输入或输出流量的大功率齿轮泵或马达，同时通过泵和马达的组合，制成一种齿轮式液压无级变速器。

附图1和附图2为齿轮式变量泵或马达的实施例，其结构为，在壳体（217）和轴承座（204）和（205）内有一个输入轴齿轮（209），其两端通过轴承支承在轴承座（204）和（205）相应的孔内。在输入轴齿轮（209）的右端与轴承座间有一个浮动密封块（207），其靠两齿轮的啮合区有若干个小孔与背面的静压腔相通，在静压作用下使浮动密封块（207）保持与输入轴齿轮（209）的最小轴向间隙，同时克服轮齿间的困油现象。在壳体（217）中还有一个与主动齿轮相啮合的由被动齿轮（210）、心轴（213）、密封活塞（218）、（211）组成的变量轴，在变量轴的右端，还有由调节螺旋（222）和调节轮（223）组成的调节机构。被动齿轮（210）可在心轴（213）上自由旋转。整个变量轴可在轴承座的孔中轴向移动，以便改变两个齿轮的啮合宽度。为了提高泵的容积效率，在密封活塞（218）与被动齿轮（210）间设置了浮动密封块（212），其结构和作用与浮动密封块（207）相同。为了保证输入轴齿轮（209）退出啮合部分齿顶的可靠密封，在心轴（213）相应的槽中设置了径向密封块（203），在其轴向长度上有若干个小孔与其靠心轴的底面按轴向排列的若干个静压腔相通，在液体的静压作用下与输入轴齿轮（209）的部分齿顶接触。在两齿轮啮合区的右侧壳体（217）相应的槽中，有一个通道块（202），其中心有一个孔与出液口（P₂）相通，其一面与两齿轮的齿顶吻合，另一面与壳体间通过密封圈形成一个静压腔，在液压力作用下与两齿轮的齿顶紧密接触。在壳体（217）的左边与通道块（202）密封的每个齿轮齿间静压中心相对应的地方，各有一个平衡块（219）和（220）。其中心有一个小孔，其背面与壳体（217）间通过一个密封圈构成一个静压腔，在其侧面还有若干个沟通（P₁）与（A）、（B）两腔的小孔。每个静压腔底部经壳体（217）中的小孔与出液口（P₂）相通。以便引入压力液。在径向密封块（203）、通道块（202）和两平衡块（219）和（220）的背面，还各有一个予压弹簧，以保证泵在液压未建立前的密封作用。

齿轮式变量泵或马达的工作原理是：当原动机驱动输入轴齿轮（209）旋转时，由于啮合作用，被动齿轮（210）也同时旋转，这时（P₁）边的齿脱开啮合，使容积不断增大，形成局部真空，贮液箱中的液体经管路，进液口（P₁）进入齿间。随着齿轮的旋转，齿间的液体带到右边的通道块（202）内的压液腔中，当轮齿进入啮合时，齿间的液体被挤出，由于通道块（202）对两齿轮齿顶的密封作用，迫使液体经通道块中间的孔由出液口（P₂）向外排出，完成了输液过程。当需要改变输出流量时，操纵由调节轮（223）调节螺旋（222）组成的调节机构，使变量轴向左移动，随着变量轴的左移，被动齿轮（210）与输入轴齿轮（209）的啮合宽度变小，被动齿轮（210）的部分齿宽移入轴承座（204）的孔中被封闭，输入轴齿轮（209）脱出部分的齿顶被径向密封块（203）所封闭，由于液体的不可压缩性，所以未参加啮合部分齿间的液体既不排出也不吸入，处于相对静止状态。由于参加啮合的齿宽变窄，所以输出的流量也相应减少。因此只要操纵变量调节机构改变两齿轮的啮合宽度，即可实现输出流量变化的目的。为了提高输液压力，平衡齿轮输液时的径向力，在齿轮产生径向力的另一侧设置了平衡块（219）和（220），在平衡块的背面与壳体（217）间通过一个密封圈构成一个静压腔，⒕翘逯械男】状映鲆嚎冢≒₂）中引入压力液，以平衡齿轮输液时的径向力。由于平衡块（219）和（220）的中心有一个小孔与静压腔相通。因此轮齿进入平衡块（219）或（220）时在压力液作用下产生静压作用，使齿顶对平衡块的磨擦力减小。当作为液压马达使用时，压力液体从出液口（P₂）输入，转速和转矩从输入轴齿轮（209）输出，通过操纵调节机构改变两齿轮的啮合宽度，即可使输出转速无级变化。

附图3和附图4为相当于用两个附图1所述的齿轮式变量泵串联而成，其结构是：在壳体（217）的两侧各有一个轴承座（204）和（205），输入轴齿轮（209）和输出轴齿轮（206）安放在壳体（217）和两轴承座（204）和（205）内的一根公共轴线上。输入轴齿轮和输出轴齿轮与壳体（217）中轴承间各有一个浮动密封块（207）和（207A）。与上一根轴线平行的另一根轴线上，有一根由两个分别与输入轴齿轮和输出轴齿轮啮合的被动齿轮（210）和（210B），两被动齿轮分别安装在心轴（213）两端的轴伸上，并可在轴上自由转动;在被动齿轮（210）和（210B）的外侧，各有一个固定在心轴（213）上的密封活塞（211）和（218）组成的变量轴即变速轴，在密封活塞的外侧与端盖（226）或（227）间的空腔构成一个控制缸，在缸内各有一个弹簧（224）和（225）;在密封活塞（211）或（218）与被动齿轮（210）或（210A）间有一个浮动密封块（212）或（212B）;以及两被动齿轮（210）和（210B）间心轴（213）槽中的一块径向密封块（203），整根变速轴可在两轴承座的控制缸内在外力作用下轴向移动。在两对齿轮的右侧壳体（217）相应的槽中，有一个跨接两对齿轮啮合区以便供液体流通的通道块（202），其中心有一条贯通两对齿轮啮合区的槽，槽中心还有一个孔与壳体中的出液口（P₂）相通，以便在需要时同时输送压力液。在壳体（217）左边与通道块（202）密封的每个齿轮齿间产生的静压中心的对面壳体中各有一个平衡齿轮径向力的平衡块（219）和（220）。本实施例齿轮式液压无级变速器的工作原理是以液体作为传动介质，把原动机恒定的转速转换成液压能再经通道块（202）把高压液体引入齿轮马达转换成转速和转矩，通过调节机构调节变速轴使两对齿轮的啮合宽度变化，从而使输入端的输入流量和输出端齿轮每转所需的流量变化;以实现输出转速和转矩的无级变化。因此其工作原理实质上与附图1所述的一台齿轮式变量泵和一台作为齿轮式变量马达串联工作相同。在这里调节机构采用了液压控制，通过向端盖（226）和（227）中的控制口（B）或（C）输入压力液体，驱动变速轴轴向移动来实现变速，取代了附图1所述的手动或电动螺旋机构。

附图5和附图5A为相似于附图1所述的一台齿轮式变量泵和一台定量式齿轮马达串联工作的另一种齿轮式液压无级变速器实施例，其结构和工作原理与附图3和附图4所述相同;所不同的是在这里变量轴的轴向移动只改变输入轴齿轮（209）和被动齿轮（210）的啮合宽度，即只改变输出轴齿轮（206）和支承在固定心轴（216）上的被动齿轮（210B）的流量来实现输出轴齿轮（206）输出转速和转矩的变化。同时为了实现双向变速运转，在齿轮左侧设置了一个通道块（202A），为了达到径向力的双向平衡，在壳体（217）的右侧增加了平衡块（219A）和（220A），并在每个平衡块与进、出液口（P₁）和（P₂）相通的通道中设置了一个单向球阀（250），以防止进、出液口的液体相互流通。并把径向密封块（203A）制成跨越两通道块的半月形，其结构相似于附图8所述的径向密封块两个并联而成，其底面按轴向分布的两列静压腔互不相通。

附图13和附图14为相似于附图1和图2所述的一个齿轮式变量泵和一个齿轮马达并列在同一壳体（217）中的齿轮式液压无级变速器实施例，其结构与工作原理与附图5和附图5A所述相同，所不同的是：在这里输入和输出两齿轮付在壳体（217）中并列安放，两个相同的通道块（202）背靠背共同安放在两对齿轮付的中间，其间的槽中用一个密封圈围成一个静压腔，在液压的作用下，保持与齿顶可靠地接触。并用电动机（240）和蜗轮付（241）取代原调节轮（223）来驱动螺旋调节机构。四角的平衡块（219）、（219B）和（220）、（220B）的静压腔经壳体（217）和轴承座（205）中的通道与中心通道块（202）的压液腔相通，以能引入压力液平衡各齿轮的径向力。

附图6和附图7为另一种齿轮式变量泵或马达，这里采用以内啮合的传动方式，其结构是：在壳体（264）的两侧各有一个轴承座（204）和（205），在轴承座和壳体中的一根公共轴线上，有一根输入轴齿轮（209），其两端通过轴承支承在两侧滑套（234）和（235）中;在轴承外侧输入轴齿轮（209）的轴伸上，各有一个挡圈，以保持两滑套和输入轴齿轮（209）间的整体性，在滑套（235）和输入轴齿轮间，有一个浮动密封块（207），以及滑套（234）外侧固定着的一个密封活塞（211）和其中心的调节螺旋（222）、调节轮（223）组成的手动或电动螺旋调节机构组成的变量轴。输入轴齿轮（209）右端的轴伸制成花键轴，动配在传动法兰轴（237）的花键孔内。传动法兰轴经轴承（238）支承在轴承座（204）的轴承孔中。在这里被动齿轮（210A）制成内齿轮形式，其每个齿间的底部有一个贯穿齿轮外径的排液孔。它与输入轴齿轮（209）啮合后支承在壳体（264）内的径向活塞（233）上，在径向活塞的中间有一个压液腔，其中心通过一个密封套作为出液口（P₂）。在两齿轮间有一个楔形块（231），其两面的园弧与两齿轮的齿顶吻合，通过限位销的作用保持对两齿轮齿顶的密封。在两齿轮啮合时产生径向力中心的对边、有一个固定在轴承座（204）上的平衡块（232），它与输入轴齿轮（209）齿顶接触的园弧中有一条封闭的槽，并通过小孔和管路与出液口（P₂）相通，以能引入压力液使之在被平衡块封闭的齿顶产生静压力，以平衡输入轴齿轮（209）的径向力，在被动齿轮（210A）与轴承座（205）间还有一个浮动密封块（236），它在与两齿轮啮合区接触的部位有若干个贯穿另一面静压腔的小孔，静压腔的面积为此产生的静压力略大于两齿轮啮合输液时产生的推开力，使浮动密封块（236）始终紧贴在被动齿轮（210A）的端面，并也使被动齿轮紧靠在轴承座（204）的端面上。其工作原理是：当原动机驱动传动法兰（237）按图中所示箭头方向旋转时，齿轮左侧的齿脱开啮合，容积不断扩大，齿间局部出现真空，在大气压作用下，贮液箱中的液体经吸液管路和进液口（P₁）进入脱开啮合的齿间。随着齿轮的旋转齿间的液体带到被楔块（231）封闭的啮合区，当轮齿进入啮合时齿间的液体被挤出，并通过齿槽底的小孔经径向活塞（233）的压缩腔从出液口（P₂）排出。当需要改变输出流量时，通过手动或电动操纵调节轮（223）和调节螺旋（222）、驱动变量轴向右移动，随着变量轴的右移输入轴齿轮（209）与被动齿轮（210A）的啮合宽度变小，输入轴齿轮的部分齿宽移入轴承座（204）的孔内被封闭，被动齿轮未参加啮合部分的齿顶被同时右移的滑套（304）封闭。因两齿轮退出啮合部分齿间的液体既不排出也不吸入，处于相对静止状态;因此输出流量随着啮合变窄而减少。当需要增加流量时可操纵调节轮（223）和调节螺旋（222）使变量轴左移即可实现。所以本实施例的内啮合齿轮式变量泵只要通过调节机构使两齿轮的啮合宽度变化，即可实现输出流量的无级变化。

附图8和图8A为附图1、2、3、4、14中的径向密封块（203）实施例，其中心的轴向长度上有若干个小孔，与底面槽中用若干个密封圈（A）或（B）围成的静压腔相通，其密封面与通道块和齿轮的外径相吻合。

附图9和图9A为附图1、3、5、14中所述的通道块（202）、（202A）实施例，其密封面与两齿轮的齿顶园相吻合。

附图10和图10A为附图1、3、5、14中所述的平衡块（219）、（219A）（219B）或（220）、（220A）、（220B）实施例，槽封闭处的宽度为略大于齿顶的节距。

附图11和图11A为附图2、4、5A、6、13中所述的浮动密封块（207）或（207A）、（212）或（212A）实施例，其若干个小孔的分布园直径为输入轴齿轮（209）或输出轴齿轮（206）或被动齿轮（210）、（210B）的齿顶与齿根园之间，其孔的间距为一个齿的节距，每个静压腔的面积产生的静压力为略大于每对齿啮合时产生的端面推开力，各静压腔为互不相通。

附图12和图12A为附图6中所述的浮动密封块（236）的实施例，其孔距、孔的分布直径、静压腔的面积与附图11和图11A所述的浮动密封块（207）相同。

本发明的齿轮式变量泵或马达以及由此而发明的齿轮式液压无级变速器，具有结构简单，制造方便，制造成本低和使用可靠并可适应于高压大流量的需要。因此可广泛地使用于任何液压传动的场合和各种功率、转速情况下需要无级变速传动的场合，并可按功率等级设计成系列产品。

Claims (7)

1、一种齿轮式变量泵或马达，由齿轮、壳体、轴承座、通道块组成，其特征是还包括：

a、一个可在壳体(217)和轴承座(204)和(205)内轴向移愿谋淞匠萋帜龊峡矶鹊挠沙萋?209)或(210)、(210B)，密封活塞(211)、(218)，心轴(213)或滑套(234)、(235)组成的变量轴；

b、一个以螺旋机构或液压驱动的变量调节机构。

2、根据权利要求1所述的齿轮式变量泵或马达其特征在于：在壳体（217）内有一个以上的平衡块（219）或（220）。

3、根据权利要求1所述的齿轮式变量泵或马达，其特征在于在壳体（217）内的齿轮端面，有一个以上浮动密封块（207）、（207A）或（236）。

4、根据权利要求1所述的齿轮式变量泵或马达，其特征在于：变量轴上有一个径向密封块（203）和一个以上的浮动密封块（212）。

5、根据权利要求4所述的齿轮式变量泵或马达，其特征在于：径向密封块（203）的中心轴向长度上有若干个小孔与底面的静压腔通。

6、根据权利要求3和4所述的齿轮式变量泵或马达，其特征在于，浮动密封块（207）、（207A）、（236）、（212）端面的一个与齿轮顶园和根园之间直径的分布园上，有若干个孔，每两个孔与其背面的静压腔相通，但各静压腔之间又互不相通。

7、一种齿轮式液压无级变速器，由齿轮、壳体、通道块、轴承座组成，其特征在于还包括：

a、在壳体（217）内有一个输入轴齿轮（209）和一个输出轴齿轮（206）;

b、一个可在壳体（217）和轴承座（204）和（205）内轴向移动，以改变齿轮啮合宽度的由一个以上的被动齿轮（210）、心轴（213）和一个以上密封活塞（211）或（218）组成的变量轴;

c、一个以螺旋机构或液压驱动的变速调节机构。

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