CN103912485A - 一种结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵 - Google Patents

Abstract

一种结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：包括通过径向推力轴承安装在泵体内的一个主动齿轮和三个相错120°均匀分布的从动齿轮，以固接方式设置在泵体外的功能油壳；所述功能油壳与泵体共同实现三个从动齿轮啮合齿轮副吸油腔和排油腔的有效分离，完成吸排油运动，且主动齿轮和从动齿轮均采用轴向重合度ε_β≥1.5的大螺旋角设计。该齿轮泵的特点在于流量大、结构紧凑，三个大螺旋角齿轮副瞬时排油量的叠加使得该泵的流量脉动极低。

Description

一种结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种液压、润滑系统中的齿轮泵，具体说是涉及一种结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵。

背景技术

液压和润滑系统是机械装置的重要组成部分，而在油路系统的动力源应用中又以齿轮泵（所采用的齿形也多为渐开线）为主，其性能的高低对整个系统的可靠运行起着重要的作用。特别近年随着我国高端制造业的快速发展，对齿轮泵的工作性能也提出了更高的要求。而常用的普通齿轮泵（渐开线齿形）则在理论上就存在着结构不够紧凑、流量脉动大的先天劣势，经过多年的发展，进一步改进的空间也已十分有限；对于目前少量采用多对齿轮副周向分布的齿轮泵（渐开线齿形），则由于结构设计上过于复杂，也一直没有得到很好的推广。因此，前几年曾有部分技术人员把研究方向转向了非渐开线齿形齿轮泵的开发，使得摆线齿轮泵、圆弧齿轮泵等各种技术得到了很快地发展。但在应用中，也均出现了一定的问题。相比之下，渐开线齿轮泵在轮齿加工、成本控制、应用推广等方面仍占有较大的优势。因此，进一步开发出更高品质的渐开线齿轮泵也是技术探寻过程中的一次重新回归。

发明内容

本发明专利的目的正是为了满足市场需求，在上述技术发展趋势引领下针对渐开线齿轮泵进行的一种全新优化设计的齿轮泵，该齿轮泵通过星形结构的布局和大螺旋角渐开线齿轮的应用，不但极大地缩小了产品尺寸，也大幅降低了流量脉动，所开发出的齿轮泵特别适用于对结构紧凑性和流体输送品质要求较高的精密机械液压系统中。本发明的齿轮泵具有同等体积下排量大、同等排量下脉动小的特点，可广泛应用于各种液压、润滑系统中，尤其适用于对结构紧凑性和输送品质要求较高的精密机械液压系统中。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

本发明的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵包括通过径向推力轴承安装在泵体内的一个主动齿轮和三个相错120°均匀分布的从动齿轮，以固接方式设置在泵体外的功能油壳；所述功能油壳与泵体共同实现三个从动齿轮啮合齿轮副吸油腔和排油腔的有效分离。

本发明中所述功能油壳一端固定安装有后端盖、另一端安装有连接法兰；所述的主动齿轮和从动齿轮在齿宽方向均采用轴向重合度ε_β≥1.5的大螺旋角设计，渐开线齿轮副的轴向重合度大于1.5，形成多齿对在齿宽方向的同时啮合，在齿廓方向则采用长齿高设计，齿顶高在1.0Mn～1.2Mn之间取值。

本发明中位于后端盖与径向推力轴承之间作为高压油腔的空间与排油腔相通，高压油推动径向推力轴承的轴向移动，能够实现齿轮端面侧隙的自动调整，从而减少由于装配间隙和端面磨损造成的泄漏过大；所述功能油壳和泵体均采用筒形分体式结构的抽拉式组合设计，不但能实现吸油腔和排油腔的有效分离，还可最大限度地降低制造、装配和维修的难度。

工作过程中，位于中心位置的主动齿轮与三个相错120°均匀分布的从动齿轮同时啮合完成吸排油工作，三个啮合副的组合相当于三个小型齿轮泵的叠加，因此排量较大，同时三个从动齿轮围绕主动齿轮的星形分布也可较同样排量的单啮合副齿轮泵采用更为紧凑的结构设计；在流量品质的提高上，星形布局的结构设计也可适当减小齿轮模数，从而降低单个啮合副所产生的瞬时流量脉动，三个啮合副的错位设计可使经过叠加后的齿轮泵瞬时流量脉动更小；最为特别的是，本发明齿轮泵中的主动齿轮与从动齿轮均采用长齿高和大螺旋角设计，在避免产生干涉前提下的长齿高设计可显著增加齿廓扫略面积，从而增大齿轮泵的排量，大螺旋角设计可使多齿对在齿宽方向同时产生啮合，多齿对啮合产生的瞬时流量叠加也是进一步降低齿轮泵流量脉动的主要技术手段；在结构设计上，后端盖与径向推力轴承之间的容积通过油孔与排油腔相通，高压油推动径向推力轴承的轴向移动，能够实现齿轮端面侧隙的自动调整，从而减少由于装配间隙和端面磨损造成的泄漏过大。同时，吸排油腔分离功能的实现则采用筒形组合的分体式结构设计，通过功能油壳与泵体的抽拉和后端盖与连接盘的拆卸，可快速实现齿轮泵相关部件的维修。

本发明的有益效果如下：

由于本发明的齿轮泵采用了星形结构布局和大螺旋角齿轮设计，具有流量大、脉动小、结构紧凑等特点；通过功能油壳与泵体筒形组合的分体式结构设计，不但实现了吸油腔和排油腔的有效分离，还大大降低了装配和维修的难度。鉴于以上优点，本发明的齿轮泵可广泛应用于各种液压、润滑系统中，尤其适用于对结构紧凑性和流体输送品质要求较高的精密机械液压系统中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（立体图）。

图2是本发明的断面结构示意图（立体图）。

图1、图2中序号：1是后端盖、2是O型密封圈、3是泵体、4是轴承后端盖间与轴承间的高压油腔、5是径向推力轴承、6是功能油壳、7是吸油腔、8是排油腔、9是圆锥销、10是唇形密封圈、11是连接法兰、12主动齿轮、13是从动齿轮、14吸油口、15排油口、16是排油腔通往后端盖与轴承之间容积的油孔。

图3是直齿齿轮泵和大螺旋角斜齿齿轮泵吸油腔和排油腔的分离线对比图。

图3中序号：17是普通直齿齿轮泵吸油腔和排油腔的分离线、18是大螺旋角斜齿齿轮泵多对齿在轴向同时啮合形成的吸油腔和排油腔分离线。

图4是参数基本相同的单对直齿齿轮泵和单对大螺旋角斜齿齿轮泵的瞬时流量脉动对比图。

图4中序号：19是直齿齿轮泵瞬时流量脉动的变化曲线、20是大螺旋角斜齿齿轮泵瞬时流量脉动的变化曲线。

图5是三对大螺旋角斜齿齿轮副瞬时流量脉动叠加的示意图。

图5中序号：20-1、20-2、20-3是三对相错一定相位的大螺旋角斜齿齿副瞬时流量脉动变化曲线，21是三对大螺旋角斜齿齿轮副瞬时流量脉动叠加后泵的总瞬时流量脉动变化曲线。

图6是长齿高端面齿形与标准齿形的对比图。

图6中序号：22是长齿高端面齿形、23是标准齿形。

图7是直齿轮、普通斜齿轮、大螺旋角斜齿轮的对比图。

图7中序号：24是直齿轮、25是普通斜齿轮、26是大螺旋角斜齿轮。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）做进一步的描述：

如图1和图2所以，本发明的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵包括通过径向推力轴承5安装在泵体3内的一个主动齿轮12和三个相错120°均匀分布的从动齿轮13，以固接方式设置在泵体外的功能油壳6；所述功能油壳与泵体共同实现三个从动齿轮啮合齿轮副吸油腔7和排油腔8的有效分离；所述功能油壳6一端固定安装有后端盖1、另一端安装有连接法兰11；所述的主动齿轮和从动齿轮在齿宽方向均采用轴向重合度                                                的大螺旋角设计，渐开线齿轮副的轴向重合度大于1.5，形成多齿对在齿宽方向的同时啮合，在齿廓方向则采用长齿高设计，齿顶高在1.0Mn～1.2Mn之间取值。

本发明中位于后端盖1与径向推力轴承5之间作为高压油腔的空间与排油腔相通，高压油推动径向推力轴承的轴向移动，能够实现齿轮端面侧隙的自动调整，从而减少由于装配间隙和端面磨损造成的泄漏过大；所述功能油壳和泵体均采用筒形分体式结构的抽拉式组合设计，不但能实现吸油腔和排油腔的分离功能，还可最大限度地降低制造、装配和维修的难度。

更具体说，本发明中所述的泵体3的外圆面与功能油壳6的内圆面尺寸从左端到右端成阶段式递减，泵体3穿装于功能油壳6内，同时与功能油壳6和O型密封圈2共同实现吸油腔7和排油腔8的有效分离，功能油壳6两端安装有后端盖1和连接法兰11，最终泵体3、功能油壳6与连接法兰11通过圆锥销9连接为一体，这种筒形组合的分体式结构设计便于复杂腔体的加工和制造过程中的装配，对使用中的维护也带来很大的方便；密封与泄漏设计上，后端盖1与径向推力轴承5之间的高压油腔4通过油孔16与排油腔8相通，高压油腔4内的高压油推动径向推力轴承5的运动，实现齿轮副端面侧隙的自动调整，从而减少由于装配间隙和端面磨损造成的泄漏过大，旋转唇形密封圈10则实现主动齿轮12动力输入端的密封，O型密封圈2主要实现结构设计中的静密封。

本发明的具体工作过程如下：

工作过程中，电机带动主动齿轮12转动，主动齿轮12和三个从动齿轮13同时啮合，每对齿轮副由于采用大螺旋角设计均有多个齿对啮合，形成多段啮合线。多个分段的啮合线和长齿高设计形成的小顶隙共同组成吸油腔7和排油腔8在齿宽方向上的分离线18，随着主动齿轮12和从动齿轮13的进一步转动，波形分离线18逐渐从齿轮的一端向另一端移动，在这个过程中，分离线18排油腔8侧齿槽内的液体逐步被参与啮合的轮齿实体挤出，从排油口15排出排油腔8；分离线18吸油腔7侧齿槽内则随着参与啮合轮齿实体的逐步退出形成真空，促使吸油腔7内的压强降低，从而油液被从吸油口14吸入到吸油腔7，填补因轮齿啮合形成的真空。这样，随着齿轮副的转动，齿槽内的油液在多个啮合的线段内从先参与啮合的齿端向另一端逐渐被挤出，排出排油腔8。大螺旋角斜齿齿轮副轮齿啮合是小周期、多齿对重复性运动，同时啮合的轮齿与重合度有关，因此，能够保证本发明齿轮泵工作的连续性。

本发明中所述的主动齿轮12与三个从动齿轮13均采用大螺旋角设计，螺旋角可在一个较宽的范围内选择。本发明中齿轮泵的吸排油过程，依靠的是大螺旋角齿轮副多对轮齿同时啮合形成的啮合线与齿顶齿根形成的小顶隙组成的波浪形分离线18工作的，而普通直齿齿轮泵和斜齿齿轮泵依靠的是单齿对啮合形成的直线形分离线17工作的，多对轮齿的同时啮合使得本发明的齿轮泵具有很小的流量脉动，图4即是单对大螺旋角齿轮泵与普通齿轮泵流量脉动的对比，可以看到，单对大螺旋角齿轮泵的流量脉动20远小于普通齿轮泵的流量脉动19。

本发明中所述的主动齿轮12与三个从动齿轮13采用星形结构布局设计，三个从动齿轮13周向相错120°布置，工作过程中主动齿轮12带动三个从动齿轮13同时运动，三个齿轮副瞬时排油量的叠加构成本发明齿轮泵的瞬时流量，图5即为三对大螺旋角斜齿齿轮副的瞬时流量脉动叠加图，可以看到，叠加后的总流量脉动21与单对齿轮副相比得到了很大比例的降低，本发明齿轮泵的瞬时流量21相对于普通齿轮泵19的瞬时流量脉动几乎可以忽略。

本发明中所有的齿轮均采用长齿高设计（齿顶高在1.0Mn～1.2Mn之间取值），长齿高端面齿形22与标准齿形23的对比如图6所示；所有的齿轮也均采用大螺旋角设计（使得齿轮副的轴向重合度至少大于1.5），大螺旋角齿轮26与直齿轮24、普通斜齿轮25的对比如图7所示。     

Claims (5)

1.一种结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：包括通过径向推力轴承安装在泵体内的一个主动齿轮和三个相错120°均匀分布的从动齿轮，以固接方式设置在泵体外的功能油壳；所述功能油壳与泵体共同实现三个从动齿轮啮合齿轮副吸油腔和排油腔的有效分离。

2.根据权利要求1所述的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：所述功能油壳一端固定安装有后端盖、另一端安装有连接法兰；所述泵体通过圆锥销与功能油壳固连。

3.根据权利要求1所述的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：所述的主动齿轮和从动齿轮在齿宽方向均采用轴向重合度ε_β≥1.5的大螺旋角设计，渐开线齿轮副的轴向重合度大于1.5，形成多齿对在齿宽方向的同时啮合，在齿廓方向则采用长齿高设计，齿顶高在1.0Mn～1.2Mn之间取值。

4.根据权利要求1所述的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：位于后端盖与径向推力轴承之间作为高压油腔的空间与排油腔相通，高压油推动径向推力轴承的轴向移动，能够实现齿轮端面侧隙的自动调整，从而减少由于装配间隙和端面磨损造成的泄漏过大。

5.根据权利要求1所述的结构紧凑型大流量低脉动齿轮泵，其特征在于：所述功能油壳和泵体均采用筒形分体式结构的抽拉式组合设计。