CN103890398B - 内齿轮泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内齿轮泵，该内齿轮泵包括泵转子，该泵转子中具有n个齿的内转子（2）和具有（n+1）个齿的外转子（3）之间的啮合点沿转子回转方向位于偏心轴线（CL）的后方，内转子的中心（OI）和外转子的中心（OO）沿该偏心轴线设置。通过将内转子（2）的啮合部分附近的齿面形状复制到外转子（3）的啮合部分附近的齿面曲线上来形成外转子（3）的啮合部分附近的齿面曲线。

Description

内齿轮泵
技术领域
本发明涉及包括泵转子的内齿轮泵，通过将具有n个齿的内转子和具有（n+1）个齿的外转子组合而形成该泵转子。特别地，本发明涉及这样的内齿轮泵：该内齿轮泵中内转子和外转子的啮合点总是沿回转方向位于偏心轴线的后方。
背景技术
通过将泵转子容纳在壳体的转子室内而形成的内齿轮泵用作例如供车辆发动机润滑的油泵或者用作自动变速器（AT）的油泵，该泵转子由偏心地设置的内转子和外转子的组合构成。
该内齿轮泵在壳体的转子室的端面中具有吸入口和排出口。吸入口的末端和排出口的始端之间的部分用作封闭部分，该封闭部分将形成在内转子的齿和外转子的齿之间的腔室（即泵腔）与吸入口和排出口隔离。当上述腔室朝向吸入口移动并增大了面积（容积）时，液体被吸入到该腔室内。此外，当该腔室朝向排出口移动并减小了面积时，该腔室内的液体被输送到排出口中。
对这种内齿轮泵来说，基于在专利文献1中披露的后述方法而形成内转子的齿廓。对基于这种方法（稍后将详细地描述）而设计出的齿廓来说，齿高可以自由地增大。因此，通过增大腔室的容积，可以提高泵的排出流率。
通过将基于在专利文献1中披露的方法形成齿廓的内转子与基于在专利文献2中披露的后述方法形成齿廓的外转子组合，可以实现相对平稳回转的泵转子。因此，基于在专利文献2中披露的方法而形成待组合的外转子的齿廓。
专利文献2所披露的方法包括：使内转子的中心沿着具有直径（2e+t）（其中，e表示内转子和外转子之间的偏心量，t表示内转子和外转子之间的齿顶间隙）的圆回转以及每回转一圈使内转子回转（1/n）圈。所获得的内转子的一组齿面曲线的包络线用作外转子的齿廓。
引证文件列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.4600844
专利文献2：经过审查的日本实用新型注册申请公开No.6-39109
发明内容
技术问题
在通过将基于专利文献1披露的方法形成齿廓的内转子和基于专利文献2披露的方法形成齿廓的外转子组合而构成的泵转子中，存在这样的情况：内转子和外转子之间的啮合点沿转子回转方向位于内转子的中心和外转子的中心设置所沿的偏心轴线的后方。
在啮合点位于转子回转方向的后方的泵转子中，内转子和外转子的啮合节圆直径和啮合压力角的波动范围随着转子的回转而趋于增大。这样大的波动可能导致内转子和外转子之间不稳定的扭矩传递、驱动源的负载的增大或者对转子的齿面的磨损状况的不利影响。
本发明的目的在于通过抑制由各转子的回转引起的啮合节圆直径和啮合压力角的波动来提高泵的性能。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种包括泵转子的内齿轮泵，所述泵转子中具有n个齿的内转子和具有（n+1）个齿的外转子之间的啮合点沿转子回转方向位于偏心轴线的后方，所述内转子的中心和外转子的中心沿所述偏心轴线设置。通过将所述内转子的啮合部分附近的齿面形状复制到所述外转子的啮合部分附近的齿面曲线上来形成所述外转子的啮合部分附近的齿面曲线。
该泵的具体实例使用例如下述内转子和外转子。基于下述第一方法而形成内转子的齿廓。基于下述第二方法而形成外转子的齿廓。至少在外转子的位于节圆附近的弯曲部分的正负方向发生变化的点的直径外侧将内转子的啮合部分附近（即与复制区域对应的位置）的齿面形状复制到外转子的齿面曲线上。
在这种情况下，如图所示，对内转子的齿廓的复制例如包括：将外转子固定在位，使该状态下的内转子从啮合位置回转小的角度（或者在将内转子固定在适当位置的同时使外转子沿反方向回转）以及去除内转子的齿进入外转子侧的区域（即与外转子的原有齿面重叠的区域）。因而，外转子的齿面的一部分被内转子的齿面形状代替。这就是术语“复制”的含义。
当执行这样的复制时，内转子和外转子的相对回转量可以是例如约0.5°～1°。可以按照如下方式设定该回转量。具体来说，按照各转子在最接近于偏心轴线的位置彼此啮合的内回转角（即内转子的回转角）将回转量设定为一定角度，该角度是至少在外转子的位于节圆附近的弯曲部分的正负方向发生变化的点的直径外侧将内转子的齿面形状复制到外转子的齿面曲线上的角度。
内转子的齿和外转子的齿之间的啮合仅仅发生在每个齿的一侧。然而，对两个转子中的每一个来说，通常难以将其一个表面与其另一个表面相区别。因此，为了防止错误地组装，对称地修正齿面以便组装过程不存在方向性。
在根据本发明的内齿轮泵中，除如上所述修正外转子的啮合部分附近的齿面曲线之外，优选的是：将用于形成外转子的齿廓的内转子设定为临时内转子并且将通过缩窄临时转子的齿的齿根侧而获得的转子设定为基本内转子。基本内转子优选与齿面曲线已经被修正的外转子组合。
当修正外转子的齿面曲线时，有时将从啮合位置转过小的角度的内转子的齿根侧的齿面复制到外转子的齿顶侧的齿面上。在这种情况下，啮合点可能朝向内转子的齿根侧移动，这取决于各转子的品质。通过缩窄基本内转子的齿根侧，防止了在内转子的齿根侧的啮合，从而避免了啮合点的移动。相应地，可以抑制啮合节圆直径和啮合压力角的波动。
有益效果
凭借根据本发明的内齿轮泵，由于外转子的啮合部分附近的齿面曲线被赋予通过将内转子的啮合部分附近的齿面形状复制到外转子的啮合部分附近的齿面曲线上而获得的形状，所以即使当各转子回转时也防止了啮合点的过度移动。
因此，可以使啮合节圆直径和啮合压力角的波动最小化以便内转子和外转子之间的扭矩传递可以变得稳定，从而减小了驱动源的负载以及抑制了各转子的齿面的异常磨损。
附图说明
图1是示出根据本发明的内齿轮泵的实例的端面视图，示出了盖子从壳体上被取下的状态。
图2（a）示出利用具有固定直径的形成圆形成图1中的内转子的齿廓的方法。
图2（b）是示出具有固定直径的形成圆的中心的移动方式的映像视图。
图3示出形成外转子的齿面曲线的方法。
图4示出修正外转子的齿面曲线的方法。
图5是图4中的圆圈部分的放大视图。
图6示出临时内转子和基本内转子之间的齿根侧差异。
图7（a）示出根据发明1的泵转子中的啮合节圆直径和啮合压力角的波动方式。
图7（b）示出根据发明1的泵转子中的啮合节圆直径和啮合压力角的波动方式。
图7（c）示出根据发明1的泵转子中的啮合节圆直径和啮合压力角的波动方式。
图7（d）示出根据发明1的泵转子中的啮合节圆直径和啮合压力角的波动方式。
图7（e）示出根据发明1的泵转子中的啮合节圆直径和啮合压力角的波动方式。
图8是比较啮合压力角的波动的数据曲线图。
具体实施方式
下面，附图中的图1至图6来描述根据本发明的实施例的内齿轮泵。
在图1所示的内齿轮泵1中，通过将具有n个齿的内转子2和具有（n+1）个齿的外转子3组合并且偏心地设置各转子来形成泵转子4。将泵转子4容纳在壳体5的转子室6内，从而形成内齿轮泵1。附图标记OI表示内转子的中心，附图标记OO表示外转子的中心，而附图标记e表示内转子2和外转子3之间的偏心量。在转子室6的端面中形成有吸入口7和排出口8。
基于后述第一方法而利用齿顶形成圆B、齿根形成圆C和与内转子同心的基圆A形成内转子2的齿廓。形成圆B和C各自在圆周上具有点j，点j经过基圆A和Y轴线之间的交点（基准点J）。
如下所述是形成内转子2的齿廓的第一方法。
如图2（a）和2（b）所示，首先，基于如下条件（1）～（3）而使齿顶形成圆B和齿根形成圆C移动。在此过程中，形成圆B和C各自上的与基圆A上的基准点J重合的点j画出轨迹曲线，基圆A与内转子的中心OI同心。随后，使该轨迹曲线相对于从基圆的中心OI延伸到齿顶顶点TT或齿根顶点TB的直线L2，L3对称地翻转，从而形成内转子的齿顶齿面曲线和齿根齿面曲线中的至少一者。
形成圆B和C的移动条件（1）～（3）
（1）每个形成圆B，C设置为该形成圆上的点j与基圆A上的基准点J重合。将此时形成圆的中心pa，pb设定为移动起点Spa，Spb。在使形成圆B，C从移动起点Spa，Spb以恒定速率回转的同时，使形成圆的中心pa，pb沿形成圆中心移动曲线AC1，AC2移动直到形成圆的中心到达移动终点Lpa，Lpb为止。移动终点Lpa，Lpb与形成圆B，C上的点j到达齿顶顶点TT或齿根顶点TB的位置对应。由形成圆B，C上的点j基于该条件（1）画出的轨迹曲线用作内转子的齿廓。
（2）对从内转子的中心OI到形成圆的中心pa，pb的径向距离来说，从移动起点Spa，Spb到移动终点Lpa，Lpb，该距离对于齿顶齿面曲线2a增大而对于齿根齿面曲线2b减小。
相应地，在图2（a）中，移动曲线AC1和AC2分别是在齿顶侧向右上方倾斜的曲线和在齿根侧向左下方倾斜的曲线。因而，形成了具有由上述点j画出的光滑曲线的齿顶和齿根。
（3）在基圆A的径向上，基圆的中心OI和齿顶顶点TT之间的距离大于形成圆B的移动起点Spa和基圆的中心OI之间的距离R0与位于移动起点处的形成圆B的半径之和，或者基圆的中心OI和齿根顶点TB之间的距离小于从形成圆C的移动起点Spb和基圆的中心OI之间的距离r0中减去位于移动起点处的形成圆C的半径之差。
基于这些条件，由点j的轨迹曲线画出的齿的高度比由沿基圆滚动的滚动圆画出的摆线的齿廓的高度大。
每个形成圆B，C选自从移动起点移动至移动终点而其直径Bd，Cd保持不变的圆和从移动起点移动至移动终点而其直径Bd，Cd减小的圆中的一者。对在移动过程中直径发生变化的后一种形成圆来说，移动终点处的直径优选是移动起点处的直径的0.2倍～1倍。
尽管在图2（a）中每个形成圆的中心pa，pb的移动起点Spa，Spb位于线L1上，然而移动起点Spa，Spb有时可以沿着形成圆的移动方向位于线L1的前方。
此外，每个形成圆的中心pa，pb的移动终点Lpa，Lpb有时设置在偏离直线L2，L3的位置。
对移动曲线AC1和AC2中的每一条来说，例如使用从内转子的中心OI到形成圆的中心pa，pb的距离的变化率ΔR'在移动终点Lpa，Lpb处是0的曲线或者后述采用正弦函数的曲线。
例如，在该曲线中，从移动起点Spa，Spb移动至移动终点Lpa，Lpb的形成圆的中心pa，pb沿基圆径向的移动距离ΔR满足以下表达式。
ΔR=R×sin{(π/2)×(m/S)}
其中，
R：形成圆沿径向的移动距离（即（从内转子的中心OI到位于移动终点的形成圆的中心pa的距离）－（从内转子的中心OI到位于移动起点的形成圆的中心pa的距离））
S：步数（即将形成圆的移动起点和移动终点之间的移动角θT或θB等分而得到的数），而
m：0→S。
例如，根据齿数及待设置齿顶和齿根的面积之比来设置形成圆B，C的移动角θT，θB。
接下来，基于第二方法利用基于上述第一方法形成的内转子2而形成外转子3的齿廓。如图3所示，第二方法包括：使内转子的中心OI沿着具有直径（2e+t）（其中，e表示内转子和外转子之间的偏心量，t表示内转子和外转子之间的齿顶间隙）且以外转子3的中心OO为中心的圆回转一圈以及在该回转的同时使内转子2回转（1/n）圈。此时的内转子的一组齿面曲线的包络线用作外转子3的原有齿廓。
然后，对该原有齿廓进行如下修正。具体来说，至少在外转子的位于节圆附近的弯曲部分的正负方向发生变化的点的直径外侧将内转子的相应位置的齿面形状复制到原有齿廓的齿面曲线上。
在图1中，当外转子3固定在位并且内转子2沿着偏心轴线CL的向上方向（即图中的向上方向）移动而与外转子接触时，内转子和外转子之间的齿顶间隙t与沿偏心轴线CL在接触点的相反两侧（即横跨转子中心的相反两侧）形成在内转子的齿和外转子的齿之间的间隙对应。
图4和图5示出了上述修正方法的具体实例。内转子2和外转子3沿偏心轴线相对于彼此以偏心量e偏心地设置，并且两个转子的齿彼此啮合。在这种状态下，例如，外转子3固定而内转子转过小的角度。在这种情况下的回转角可以是例如约0.5°～1°。如图5所示，在此回转过程中，内转子2的齿顶变为设置在外转子的齿面内。
在图4和图5中，附图标记3Of表示外转子的原有齿廓，附图标记2Bf表示内转子回转之前的齿面，附图标记2Af表示内转子回转之后的齿面，而附图标记9表示外转子的节圆。
内转子2的回转使内转子的齿面的一部分进入外转子的原有齿廓3Of。这样的进入至少发生在外转子的位于节圆9附近的齿面曲线的弯曲部分的正负方向有变化的点q的直径外侧。通过去除与外转子的原有齿廓重合的内转子的齿面来将内转子的齿面形状复制到外转子的齿面上。
因此，防止了内转子2和外转子3之间的啮合点朝向内转子的齿顶侧或者朝向外转子的齿根侧过度地移动，从而抑制了啮合节圆直径和啮合压力角的波动。
如图5所示，根据齿廓，在内转子2回转了所需量的位置，内转子回转之后的齿面2Af有时可能在节圆9的直径内侧稍微进入外转子的原有齿廓3Of的齿顶齿面。在这种情况下，可以去除和修正外转子的原有齿廓3Of的齿面与内转子重合的位置处的外转子的齿面。
对内转子来说，用于形成外转子的齿廓的内转子（即基于上述第一方法形成齿廓的内转子）优选用作临时内转子，并且以图6中的点划线表示的通过缩窄临时内转子的齿的齿根侧而获得的基本内转子（图6中的实线表示临时内转子的齿廓）优选与外转子3组合。
用于缩窄临时内转子的齿的齿根侧的方法的实例包括改变在上述第一方法中用于形成齿根侧的形成圆C的沿径向相对于基圆A的移动范围。具体来说，基本内转子中的基圆A的中心和形成圆C的中心之间的距离变化的角度θm小于临时内转子中的相应角度θm。
用于缩窄基本内转子的齿根侧的可选方法包括：基于上述第一方法利用在移动过程中直径减小的形成圆C来画出临时内转子的齿廓以及通过画出齿根齿面曲线来形成基本内转子的齿廓，以便基于上述第一方法形成基本内转子的齿廓时的形成圆C的直径减小速率低于形成临时内转子的齿廓时的形成圆C的直径减小速率。
通过缩窄相对于临时内转子的齿根侧的基本内转子的齿根侧，可以防止外转子的齿面和基本内转子的齿面之间的啮合点朝向基本内转子的齿顶侧移动，从而与单独修正外转子的齿面的情况相比进一步减少了啮合节圆直径和啮合压力角的波动。
实例
基于上述第一方法，在以下条件下制造内转子。
基圆A的直径：32.9mm
从齿根到齿顶的半齿角（即从形成圆的移动起点到移动终点的移动角（θT，θB））：22.5°
形成圆B的直径Bd：2.056mm
形成圆C的直径Cd：2.056mm
形成圆B沿径向的移动距离：0.029mm
形成圆C沿径向的移动距离：1.727mm
每个形成圆B，C的移动步数S：60
大直径：37.04mm
小直径：25.4mm
齿数：8
基于上述第二方法利用内转子来制造外转子。
偏心量：2.76mm
齿顶间隙：0.08mm
大直径：42.64mm
小直径：31.6mm
齿数：9
随后，将内转子和外转子组合并且按照如下方式修正外转子的齿根齿面曲线。具体来说，在外转子固定在位的状态下，按照内转子和外转子在最接近于偏心轴线的位置彼此啮合的内回转角使内转子从啮合位置沿回转方向向前回转0.635°，从而内转子回转之后的齿面被复制。然后，将内转子和经过修正的外转子组合，从而制造出泵转子的原型（发明1）。
此外，将用于形成外转子的齿廓的内转子设定为临时内转子并且将以图6中的点划线表示的通过缩窄临时内转子的齿根侧而获得的基本内转子与经过修正的外转子组合，从而制造出泵转子的原型（发明2）。
随后，对根据发明1和发明2的泵转子以及根据外转子的齿廓不经过修正的比较例的泵转子（但是除外转子的齿廓之外具有与发明1相似的规格）研究啮合节圆直径和啮合压力角的波动。
对根据发明1的泵转子来说，图7（a）示出了内转子位于基准位置的状态，图7（b）示出了内转子从基准位置转过10°的状态，图7（c）示出了内转子从基准位置转过20°的状态，图7（d）示出了内转子从基准位置转过30°的状态，而图7（e）示出了内转子从基准位置转过40°的状态。附图标记10表示啮合节圆，附图标记γ表示啮合压力角。如每幅图中的箭头所示，转子的回转方向是顺时针方向。按照每个内转子回转角使外转子沿逆时针方向回转，以便内转子和外转子彼此啮合。
表I和表II示出了根据发明1、发明2和比较例的泵转子分别从理论偏心位置转过5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°和40°时获得的啮合节圆直径和啮合压力角的测量数据。
表I
啮合节圆直径（单位：mm）
转子回转角 0° 5° 10° 15°
发明1 31.592 31.098 30.877 31.064
发明2 32.696 32.730 32.759 32.903
比较例 32.978 33.145 33.327 33.691
20° 25° 30° 35° 40°
32.906 32.908 32.896 32.462 31.863
32.903 32.900 32.879 32.905 32.720
34.203 34.702 32.916 32.904 32.931
表II
啮合压力角γ（单位：°）
转子回转角 0° 5° 10° 15°
发明1 4.15 6.11 6.94 6.26
发明2 0.53 0.49 0.42 0.22
比较例 8.18 14.80 19.91 27.55
20° 25° 30° 35° 40°
0.89 1.05 0.93 1.63 3.31
0.29 0.51 0.31 0.53 0.51
36.12 43.42 3.36 0.85 5.23
图8是表II中的数据的曲线图。
从该评价结果可以明显地看出：比较例中的啮合节圆直径在32.904mm～34.702mm的范围内比较显著地波动。此外，啮合压力角γ还在0.85°～43.42°的范围内显著地波动。
与此对比，尽管发明1中的啮合节圆直径在30.877mm～32.908mm的范围内波动，然而啮合压力角γ在0.87°～6.94°的范围（小于比较例的范围）内波动。
在发明2中，啮合节圆直径在32.696mm～32.903mm的范围内，并且啮合压力角γ在0.29°～0.53°的范围内。因此，啮合节圆直径和啮合压力角二者的波动范围均小于比较例的波动范围。
附图标记列表
1内齿轮泵
2内转子
2a齿顶齿面曲线
2b齿根齿面曲线
2Bf内转子回转之前的齿面
2Af内转子回转之后的齿面
3外转子
3Of外转子的原有齿廓
4泵转子
5壳体
6转子室
7吸入口
8排出口
9外转子的节圆
10啮合节圆
OI内转子的中心（基圆的中心）
OO外转子的中心
A基圆
Ad基圆的直径
B齿顶形成圆
C齿根形成圆
Bd,Cd形成圆的直径
AC1,AC2形成圆的中心行进所沿的移动曲线
R形成圆沿径向的移动距离
RO形成圆B的移动起点Spa和基圆的中心OI之间的距离
rO形成圆C的移动起点Spb和基圆的中心OI之间的距离
θT,θB形成圆的移动角
J基圆上的基准点
j用来画出轨迹曲线的点
TT齿顶顶点
TB齿根顶点
L1连接内转子的中心和基准点J的连线
L2连接内转子的中心和齿顶的连线
L3连接内转子的中心和齿根的连线
pa,pb形成圆的中心
Spa,Spb形成圆的移动起点
Lpa,Lpb形成圆的移动终点
S步数
e内转子的中心和外转子的中心之间的偏心量
t齿顶间隙
q外转子的齿根齿面曲线的弯曲部分的正负方向发生变化的点
CL偏心轴线

Claims (3)

1.一种内齿轮泵，包括：
泵转子(4)，其中具有n个齿的内转子(2)和具有n+1个齿的外转子(3)之间的啮合点沿转子回转方向位于偏心轴线(CL)的后方，所述内转子的中心(OI)和所述外转子的中心(OO)沿所述偏心轴线设置，
其中，通过将所述内转子(2)的啮合部分附近的齿面形状复制到所述外转子(3)的啮合部分附近的齿面曲线上来形成所述外转子(3)的啮合部分附近的齿面曲线。
2.根据权利要求1所述的内齿轮泵，其中，
通过第一方法形成所述内转子(2)的齿廓而通过第二方法形成所述外转子(3)的齿廓，
至少在所述外转子(3)的位于节圆附近的弯曲部分的正负方向发生变化的点(q)的直径外侧将所述内转子(2)的相应位置的齿面形状复制到所述外转子(3)的齿面曲线上，
所述第一方法包括：
基于第一移动条件、第二移动条件和第三移动条件来使齿顶形成圆(B)和齿根形成圆(C)移动；
在移动过程中画出每个形成圆(B，C)上的与基圆(A)上的基准点(J)重合的点(j)的轨迹曲线，所述基圆(A)与所述内转子的中心(OI)同心；以及
使所述轨迹曲线相对于从所述基圆的中心(OI)延伸到齿顶顶点(TT)或齿根顶点(TB)的直线(L2，L3)对称地翻转以便获得所述内转子的齿面曲线，
每个形成圆(B，C)的移动条件包括：
所述第一移动条件，所述第一移动条件是指，每个形成圆(B，C)设置为所述形成圆上的点(j)与所述基圆(A)上的基准点(J)重合，此时所述形成圆的中心(pa，pb)被设定为移动起点(Spa，Spb)，并且所述形成圆(B，C)从移动起点(Spa，Spb)以恒定速率回转而所述形成圆的中心(pa，pb)沿形成圆中心移动曲线(AC1，AC2)移动直到所述形成圆的中心(pa，pb)到达移动终点(Lpa，Lpb)为止；
所述第二移动条件，所述第二移动条件是指，从移动起点(Spa，Spb)到移动终点(Lpa，Lpb)，从所述内转子的中心(OI)到移动曲线(AC1，AC2)的径向距离对于齿顶齿面曲线(2a)增大而对于齿根齿面曲线(2b)减小；以及
所述第三移动条件，所述第三移动条件是指，在基圆(A)的径向上，所述基圆的中心(OI)和齿顶顶点(TT)之间的距离大于形成圆(B)的移动起点(Spa)和所述基圆的中心(OI)之间的距离(R0)与位于移动起点处的形成圆(B)的半径之和，或者所述基圆的中心(OI)和齿根顶点(TB)之间的距离小于从形成圆(C)的移动起点(Spb)和所述基圆的中心(OI)之间的距离(r0)中减去位于移动起点处的形成圆(C)的半径之差，并且
所述第二方法包括：
使所述内转子的中心(OI)绕着以所述外转子的中心(OO)为中心且具有直径2e+t的圆回转一圈并且在该回转的同时使所述内转子回转1/n圈，以便将此时的所述内转子的一组齿面曲线的包络线用作所述外转子的齿廓，其中，e表示偏心量，t表示齿顶间隙。
3.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其中，
将用于形成所述外转子(3)的齿廓的内转子设定为临时内转子而将通过缩窄所述临时内转子的齿的齿根侧而获得的转子设定为基本内转子，并且
将所述基本内转子和齿根已经被修正的外转子组合。
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