CN103827495A - 泵转子和使用该泵转子的内齿轮泵 - Google Patents

泵转子和使用该泵转子的内齿轮泵 Download PDF

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Abstract

在本发明中，内转子（2）的齿形由轨迹圆（C）的圆弧群的包络线形成，轨迹圆（C）的中心位于摆线（TC）上，摆线（TC）由如下的点来描绘：该点距滚动圆的中心的距离与两个转子的偏心量相对应，轨迹圆（C）的直径d2在内转子的齿顶点与齿根点之间的一个点之前均是恒定的，并从所述一个点开始变化，以使齿根点处的直径d2B大于齿顶点处的直径d2T。

Description

泵转子和使用该泵转子的内齿轮泵
技术领域
本发明涉及通过组合内转子（外齿轮）和外转子（内齿轮）而形成的泵转子，并且涉及通过将该泵转子安装在壳体中而形成的内齿轮泵，其中，内转子与外转子的齿数之差为1。
背景技术
内齿轮泵用作润滑例如车辆中的发动机和自动变速器（AT）的泵。已知的一种该类型的内齿轮泵是这样形成的：组合内转子和外转子，并且将这两个转子相对于彼此偏心地布置，其中，内转子与外转子的齿数之差为1。此外，在已知的另一种该类型的泵中，转子的齿形是利用摆线形成的，已知这种转子体积效率好，噪声小，并且驱动扭矩小。
用这种摆线形成的齿形是以如下方式形成的。首先，如图5所示，滚动圆B沿着基圆A滚动而不滑动，并且由半径上的距滚动圆B的中心的距离为e（=内转子的旋转中心和外转子的旋转中心之间的偏心量）的点的轨迹画出摆线TC。然后，由轨迹圆C的圆弧群的包络线形成内转子2的齿形，其中，轨迹圆C具有固定的直径并且中心位于摆线TC上（还参见以下专利文献1）。
在具有用这种摆线形成的齿形的泵中，调节内转子的中心和外转子的中心之间的偏心量E，以确保面齿宽并设计齿形。因此，齿高的增加是受限制的，导致难以满足增大排出量的需要。本申请的申请人在专利文献2中提出了如下的建议：可以在上述类型的泵转子中自由地设置齿高。
<引用文献列表>
专利文献
专利文献1：日本未审查的专利申请公开No.61-201892
专利文献2：日本未审查的专利申请公开No.2010-151068
发明内容
<技术问题>
在具有如专利文献2所述的转子的内齿轮泵中，可以通过增大转子的齿高来增大在内转子的齿和外转子的齿之间形成的泵室的容积。尽管这样做实现了高排出性能，但由例如齿轮敲击（gear rattling）导致的噪声增大。
基于根据专利文献2的权利要求2所述的方法来形成齿形的内转子具有狭窄的齿顶。因此，容易发生齿顶磨损。
本发明的目的在于，通过设计形成内转子的齿形的方法，减小专利文献2中提出的泵的噪声并抑制齿顶磨损。
<技术方案>
为了实现上述目的，通过组合具有n个齿的内转子和具有（n+1）个齿的外转子而形成根据本发明的内齿轮泵，其中，所述转子是以如下方式形成的。
具体地说，当直径为d1的滚动圆沿着直径为d的基圆滚动而不滑动并且由距所述滚动圆的中心的距离为e的点画出摆线时，由直径为d2且中心位于所述摆线上的轨迹圆的圆弧群的包络线形成所述内转子的齿形。所述轨迹圆的直径d2在所述内转子的齿顶点与齿根点之间的一个点之前均是恒定的，并从所述一个点开始变化，以使所述齿根点处的直径d2B大于所述齿顶点处的直径d2T。
所述轨迹圆（C）的直径d2可以变化，以满足下式（1）：
d2θ=d2T+(d2B-d2T)×(θ-θs)/(θe-θs)式（1）
其中，θ表示所述齿顶点与所述轨迹圆的中心之间的角度，
d2θ表示在所述角度θ处的所述轨迹圆C的直径，
d2T表示在所述内转子的齿顶点处的所述轨迹圆C的直径，
d2B表示在所述内转子的齿根点处的所述轨迹圆C的直径，
θe表示所述内转子的所述齿顶点与所述齿根点之间的角度，并由180°/n确定，并且
θs表示从所述内转子的所述齿顶点到所述轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度（θe≠θs）。
所述轨迹圆C在所述内转子的所述齿顶点处的直径d2T与在所述齿根点处的直径d2B的比率优选地满足条件d2T/d2B>0.9。
此外，角度θs优选地设置在所述内转子的所述齿顶点与所述齿根点之间的角度θe的5%至40%之间。
本发明还提供一种内齿轮泵，通过将泵转子收纳在设置于壳体中的转子室中而形成所述内齿轮泵。所述泵转子通过组合内转子和外转子而形成，所述内转子具有如上所述的齿形，所述外转子的齿形由所述内转子的齿形曲线群的包络线形成，使所述内转子的中心围绕直径为（2E+t）且与所述外转子的中心同轴的圆公转，并且在使所述内转子的中心围绕所述圆公转一周期间，使所述内转子自转1/n周，由此形成所述齿形曲线群的包络线。
在以上描述中，E表示所述内转子与所述外转子之间的偏心量，t表示所述外转子的齿顶与压在所述外转子上的所述内转子的齿顶之间的最大间隙（齿顶间隙），并且n表示所述内转子的齿数。所述内转子与所述外转子之间的偏心量E满足如下条件：E=e+(d2B-d2T)/4。
<本发明的有益效果>
本发明通过对形成内转子的齿形的方法进行设计，能够减小噪声并抑制齿顶磨损。
附图说明
图1是示出根据本发明的泵转子的实例的端面图。
图2示出形成根据本发明的内转子的齿形的方法。
图3是示出配备有图1中的泵转子的内齿轮泵处于壳体的盖子被移除的状态下的端面图。
图4示出形成外转子的齿形的方法。
图5是描述利用摆线来形成齿形的方法的示意图。
具体实施方式
下面参考图1至图3描述根据本发明的泵转子1的实施例。图1所示的泵转子1通过组合具有n个齿（图中n=10）的内转子2和具有（n+1）个齿的外转子3而形成。附图标记2a表示内转子2的齿顶点，附图标记2b表示内转子2的齿根点。内转子2的中心处具有轴孔2c。
内转子2的齿形由图5中描述的包络线形成。具体地说，直径为d1的滚动圆B沿着直径为d的基圆A滚动而不滑动，并且由距该滚动圆B的中心的距离为e的点画出摆线TC。然后，由直径为d2且中心位于摆线TC上的轨迹圆C的圆弧群的包络线形成内转子2的齿形。在以下描述中，将距滚动圆B的中心的距离e称为内转子2与外转子3之间的假定偏心量。
如图2所示，关于用于绘制包络线的轨迹圆C，内转子2的齿顶点2a处的直径d2T和齿根点2b处的直径d2B彼此不同。具体地说，轨迹圆C的直径从内转子2的齿顶点2a向齿根点2b逐渐增大。
因此，内转子2的齿高h大于基于图5中的方法而形成的齿的齿高。结果，在内转子2与外转子3之间形成的泵室（室）4的容积增大，因而泵排出量（pump discharge rate）增大。
轨迹圆C的直径d2的变化如下式（1）所示：
d2θ=d2T+(d2B-d2T)×(θ-θs)/(θe-θs)式（1）
其中，θ表示齿顶点与轨迹圆的中心之间的角度，
d2θ表示在角度θ处的轨迹圆C的直径，
d2T表示在内转子的齿顶点处的轨迹圆C的直径，
d2B表示在内转子的齿根点处的轨迹圆C的直径，
θe表示内转子的齿顶点与齿根点之间的角度，并由180°/n确定，并且
θs表示从内转子的齿顶点到轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度（θe≠θs）。
关于齿顶点处的轨迹圆C的直径d2T与在齿根点处的直径d2B的比率（d2T/d2B），d2T/d2B的值越小，所允许的齿高就越大。然而，由于这样将导致齿轮敲击噪声增大，所以该比率可以设置成满足条件d2T/d2B>0.9。
此外，在基于上述专利文献2的权利要求2中描述的方法而形成的齿形中，内转子2的齿宽随着d2T/d2B的比率减小而减小。在根据本发明的转子中，基于式（1）的轨迹圆C的直径d2从距齿顶偏离预定角度的位置开始变化。因此，即使d2T/d2B的比率小到一定程度，仍然使齿顶狭窄得到抑制。
在这种情况下，如上所述，从齿顶到轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度θs可以设置在内转子的齿顶点与齿根点之间的角度θe（在下文中称为“半齿角度（half tooth angle）”）的5%至40%之间，或者更优选地设置在角度θe的大约10%至20%之间。
通过将角度θs设置为半齿角度θe的5%以上，能够令人满意地获得抑制齿顶磨损的优点。此外，通过将角度θs设置为半齿角度θe的40%以下，不需要牺牲抑制各个齿顶处的间隙快速增大的优点。考虑到抑制齿顶磨损效果与噪声防止效果之间的平衡，可以在优选的范围内为角度θs选择适当的数值。
所使用的外转子3比内转子2多一个齿。外转子3的齿形如图4所示地来形成。具体地说，首先使内转子2的中心Oi围绕直径为（2E+t）且与外转子3的中心Oo同轴的圆S公转一周。然后，在使内转子的中心Oi围绕圆S公转一周期间，使内转子自转1/n周。将这样形成的内转子2的齿形曲线群的包络线用作外转子3的齿形。
在这种情况下，E表示内转子与外转子之间的偏心量，t表示外转子的齿顶与压在外转子上的内转子的齿顶之间的最大间隙（=齿顶间隙），并且n表示内转子的齿数。偏心量E与假定偏心量e之间的关系如下：E=e+(d2B-d2T)/4。
如图3所示，当外转子3的各个齿根在转子旋转方向上的相反两端处的角部朝远离内转子2的相应齿顶的方向变宽时，内转子的齿顶与外转子的齿根之间形成间隙。这样防止了内转子2与外转子3之间的齿轮敲击，从而进一步提高了降噪效果。
通过组合上述内转子2和外转子3并且将这两个转子相对于彼此偏心地布置来形成泵转子1。然后，如图3所示，将泵转子1收纳在泵壳体5的转子室6中，从而形成内齿轮泵9，其中，泵壳体5具有吸入口7和排出口8。
在内齿轮泵9中，穿过内转子2的轴孔2c安装驱动轴（未示出），内转子2通过接收来自驱动轴的驱动力而旋转。在这种情况下，外转子3被驱动并旋转。这种旋转使得在两个转子之间形成的泵室4的容积增大或减小，从而吸入或排出例如油等液体。
<实例>
实例1
设计具有表1所示的规格的内齿轮泵。在表1中的样品1中，与根据专利文献2所述的转子的情况相同，用于形成内转子的齿形的轨迹圆C的直径从齿顶开始变化（即θs=0°），并且上述比率d2T/d2B设置为0.9。此外，假定偏心量e（即，设计上的偏心量）比样品2中的稍小。
在样品2中，d2T/d2B=0.99，从齿顶到轨迹圆的直径开始变化的位置的角度设置为θs=2.5°。
基于图4中描述的方法通过将内转子用作组合配对者来形成要与内转子组合的外转子的齿形。
表1
Figure BDA0000477861650000061
Figure BDA0000477861650000071
接下来，将各个样品分别安装到壳体中以形成泵。在以下条件下驱动该泵，以检查噪声的发生状况。所获得的试验结果如表2和表3所示。
试验条件
泵的转速：1000rpm至4000rpm
所使用的油：发动机油SAE30
油温：80℃
排出压力：0.5MPa和1.0MPa
表2
排出压力：0.5MPa（单位：dB）
样品编号 1 2
1000rpm 77.4 77.3
2000rpm 80.6 79.4
3000rpm 81.7 78.8
4000rpm 85.1 82.4
表3
排出压力：1.0MPa（单位：dB）
样品编号 1 2
1000rpm 81.1 74.3
2000rpm 86.1 78.7
3000rpm 83.3 81.3
4000rpm 85.1 84.0
根据这些试验结果可以确定，如下所述地进行设置是有益的：用于形成内转子的齿形的轨迹圆的直径在内转子的齿顶点与齿根点之间的一个点之前均是恒定的，然后轨迹圆的直径开始变化，以使齿根点处的直径d2B大于齿顶点处的直径d2T。利用这种构造，例如，抑制了齿与齿之间的间隙的快速增大，从而减小了噪声。
此外，当形成内转子的齿形时，使轨迹圆的直径从距齿顶点偏离一定角度的位置开始变化。这样，内转子的齿顶比根据上述专利文献2所述的转子的齿顶厚，因而抑制了齿顶磨损。
实例2
接下来，设计如下内齿轮转子：内转子2具有8个齿，外转子3具有9个齿。设计规格如表4所示。
在各个样品中，d2T/d2B=0.983。从内转子的齿顶点到轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度θs改变。
基于图4中描述的方法通过将内转子用作组合配对者来形成要与内转子组合的外转子的齿形。
表4
Figure BDA0000477861650000081
Figure BDA0000477861650000091
接下来，将各个样品分别安装到壳体中以形成泵。在以下条件下驱动该泵，以检查噪声的发生状况。所获得的试验结果如表5所示。
试验条件
泵的转速：1000rpm至4000rpm
所使用的油：发动机油SAE30
油温：80℃
排出压力：0.5MPa
表5
排出压力：0.5MPa（单位：dB）
样品编号 3 4 5
1000rpm 78.9 78.8 78.3
2000rpm 82.2 81.0 80.4
3000rpm 83.3 80.4 79.7
4000 rpm 86.8 84.0 83.2
根据这些试验结果可以确定，如下所述地进行设置是有益的：用于形成内转子的齿形的轨迹圆的直径在内转子的齿顶点与齿根点之间的一个点之前均是恒定的，然后轨迹圆的直径开始变化，以使齿根点处的直径d2B大于齿顶点处的直径d2T。利用这种构造，例如，抑制了齿与齿之间的间隙的快速增大，从而减小了噪声。
此次公开的实施例在所有方面都仅是示例性的，而不应该理解为限制性的。本发明的范围意图包括在权利要求书的范围或者与权利要求书的范围等同的范围中限定的全部变型例。
<附图标记列表>
1  泵转子
2  内转子
2a 齿顶点
2b 齿根点
2c 轴孔
3  外转子
4  泵室
5  泵壳体
6  转子室
7  吸入口
8  排出口
9  内齿轮泵
A  基圆
B  滚动圆
C  轨迹圆
TC 摆线
S  直径为（2E+t）的圆
d  基圆A的直径
d1 滚动圆B的直径
d2 轨迹圆C的直径
h  内转子的齿高
Oi 内转子的中心
Oo 外转子的中心
e  内转子与外转子之间的假定偏心量
E  内转子与外转子之间的偏心量
t  外转子的齿与压在外转子上的内转子的齿之间的最大间隙（=齿顶间隙）
n  内转子的齿数
θ  齿顶点与轨迹圆的中心之间的角度
d2θ 在角度θ处的轨迹圆C的直径
d2T 在内转子的齿顶点处的轨迹圆C的直径
d2B 在内转子的齿根点处的轨迹圆C的直径
θe  内转子的齿顶点与齿根点之间的角度，并由180°/n确定
θs  从内转子的齿顶点到轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度（θe ≠ θs）

Claims (5)

1.一种内齿轮泵转子，包括具有n个齿轮齿的内转子（2）以及具有（n+1）个齿轮齿的外转子（3），
其中，当直径为d1的滚动圆（B）沿着直径为d的基圆（A）滚动而不滑动并且由距所述滚动圆（B）的中心的距离为e的点画出摆线时，由直径为d2且中心位于所述摆线上的轨迹圆（C）的圆弧群的包络线形成所述内转子（2）的齿形，并且
所述轨迹圆（C）的直径d2在所述内转子（2）的齿顶点（2a）与齿根点（2b）之间的一个点之前均是恒定的，并从所述一个点开始变化，以使所述齿根点处的直径d2B大于所述齿顶点处的直径d2T。
2.根据权利要求1所述的内齿轮泵转子，其中，
所述轨迹圆（C）的直径d2的变化如下式（1）所示：
d2θ=d2T+(d2B-d2T)×(θ-θs)/(θe-θs)式（1）
其中，θ表示所述齿顶点与所述轨迹圆的中心之间的角度，
d2θ表示在所述角度θ处的所述轨迹圆C的直径，
d2T表示在所述内转子的齿顶点处的所述轨迹圆C的直径，
d2B表示在所述内转子的齿根点处的所述轨迹圆C的直径，
θe表示所述内转子的所述齿顶点与所述齿根点之间的角度，并由180°/n确定，并且
θs表示从所述内转子的所述齿顶点到所述轨迹圆C的直径d2开始变化的位置的角度（θe≠θs）。
3.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵转子，其中，
从所述齿顶点到所述轨迹圆（C）的直径d2开始变化的位置的角度θs设置在所述内转子的所述齿顶点与所述齿根点之间的角度θe的5%至40%之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内齿轮泵转子，其中，
所述轨迹圆（C）在所述内转子的所述齿顶点处的直径d2T与在所述齿根点处的直径d2B的比率满足条件d2T/d2B>0.9。
5.一种内齿轮泵，通过将泵转子（1）收纳在设置于壳体（5）中的转子室（6）中而形成所述内齿轮泵，所述泵转子（1）通过组合内转子（2）和外转子（3）而形成，所述内转子（2）具有根据权利要求1至4中任一项所述的齿形，所述外转子（3）的齿形由所述内转子（2）的齿形曲线群的包络线形成，
使所述内转子（2）的中心（Oi）围绕直径为（2E+t）且与所述外转子（3）的中心同轴的圆（S）公转，并且在使所述内转子的中心（Oi）围绕所述圆（S）公转一周期间，使所述内转子（2）自转1/n周，由此形成所述齿形曲线群的包络线，
其中，E表示所述内转子与所述外转子之间的偏心量，
t表示所述外转子的齿顶与压在所述外转子上的所述内转子的齿顶之间的最大间隙，并且
n表示所述内转子的齿数。
CN201380003081.4A 2012-04-17 2013-02-28 泵转子和使用该泵转子的内齿轮泵 Active CN103827495B (zh)

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