CN104265623A - 一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，包括泵体、由齿轮轴与内齿圈啮合而成的齿轮副和设置于齿轮副内的月牙块，所述月牙块与齿轮副两端面对称设有结构相同的左、右轴向补偿装置，所述轴向补偿装置包括一级侧板、二级侧板和三级侧板，其中一级侧板外端面开设有第一补偿槽、内端面开设有第二补偿槽，所述第一补偿槽内依次叠放有弹性密封圈、侧板垫片构成第一级轴向补偿系统；所述第二补偿槽内依次叠放有弹簧、二级侧板以构成第二级轴向补偿系统，所述二级侧板上依次叠放有密封块、三级侧板以构成第三级轴向补偿系统。本发明对磨损位置和非磨损位置进行分区域自适应调节，有效减小泵的内泄漏，且在磨损状态下仍可实现侧板大面积支撑。

Description

一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种齿轮泵，特别是涉及一种高压工况下可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵。

背景技术

高压液压系统在铸造机、注塑机和锻造机等诸多设备中有着广泛的应用。当前，伴随着军用设备与海洋钻井平台等高端装备的发展，液压系统进一步的高压化成为了一种必然趋势，其中最大的挑战在于优质高压泵的研制。

内啮合齿轮泵具有噪声低、困油小、结构紧凑和稳定性好等突出特点而被广泛用于各类工程机械，但目前仍无法满足超高压液压系统的工作需求。其主要原因在于高压下泵的内泄漏迅速加大，并主要表现在齿轮端面与侧板间的轴向间隙泄漏、齿轮齿顶与月牙块间的间隙泄漏、两齿轮齿面啮合处的间隙泄漏三方面。因此，研制新型的高压微泄漏内啮合齿轮泵有着重要的意义。

齿轮端面与侧板间的轴向间隙泄漏通常占总泄漏量的一半以上，当齿轮端面与侧板发生磨损时，轴向间隙泄漏将迅速增大。因该类型泄漏是制约高压内啮合齿轮泵（尤其是高压水液压泵）发展的关键。传统主要采用轴向补偿方法加以抑制，专利200710042035.1公开的一种内啮合齿轮泵或马达，通过油压作用使柔性侧板变形，由此贴合在齿轮端面进行轴向补偿，该方案结构简单，但侧板变形量难以控制，导致间隙大小偏差大、可靠性不足;专利201210056514.X公开的一种具有分离式齿轮缸的直线共轭内啮合齿轮泵及其加工方法，通过前后盖端面内侧加工旋向相反的螺旋状纹理，利用端面与齿轮产生相对运动，油液经纹理内向外连续甩油，达到轴向补偿，但其高压下效果不佳、轴向补偿作用弱。

因此，专利US5354188和专利201110351330.1所公开的泄漏量少、适应性好的浮动侧板轴向补偿装置成为了当前的主要选择。该方案在侧板一端面加工有背压腔，通过小孔将高压区油液引入，然后利用两端面压力作用使侧板浮动贴合在齿轮端面，由此实现轴向补偿。该装置进一步减小了齿轮端面与侧板间的轴向间隙泄漏，但仍存在以下一些不足，主要表现为：

1）侧板端面磨损不均匀，磨损区因无补偿导致轴向间隙与泵内泄漏增加，泵内压力提升遇到瓶颈。与齿轮副接触的侧板端面区域因相对运动造成侧板磨损，但与月牙块接触的侧板端面区域因无相对运动而不发生磨损，由此从而导致侧板与齿轮端面贴合不完全，内泄漏量随之变大。

2）高压下小平面支撑方式使侧板内形成应力集中，加大侧板断裂风险。伴随侧板的摩擦损坏，侧板由大平面支撑变为小平面支撑（月牙块接触区），且在磨损区与非磨损区之间产生集中应力，易使侧板产生裂纹，甚至引发侧板断裂。此外，侧板磨损后，支撑面积大幅减小，背压腔产生轴向力的合力中心发生偏移，侧板易产生倾覆力矩，泵内泄漏加大。

3）侧板润滑性能差，高速高压（尤其是水液压环境）下与齿轮轴联接处易发生胶合，由此导致泵疲劳破坏。随着齿轮轴在侧板孔内高速转动，齿轮轴和侧板在接触区内摩擦加大，当润滑不充分时易造成两者发生胶合失效，且在磨损处交变应力加大，将导致齿轮泵的疲劳破坏。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种有效减小泵的内泄漏、高压下受力状态好、可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，包括泵体、由齿轮轴与内齿圈啮合而成的齿轮副和设置于齿轮副内的月牙块，所述月牙块与齿轮副两端面对称设有结构相同的左、右轴向补偿装置，所述轴向补偿装置包括一级侧板、二级侧板和三级侧板，其中一级侧板外端面开设有第一补偿槽、内端面开设有第二补偿槽，所述第一补偿槽内依次叠放有弹性密封圈、侧板垫片构成第一级轴向补偿系统，以实现一级侧板内端面与齿轮副端面接触处的磨损补偿；所述第二补偿槽内依次叠放有弹簧、二级侧板以构成第二级轴向补偿系统，所述二级侧板上依次叠放有密封块、三级侧板以构成第三级轴向补偿系统，所述第二、第三级轴向补偿系统保持三级侧板内端面与月牙端面的贴合，所述第一、二、三级轴向补偿系统共同保持一级侧板磨损区与三级侧板内端面平齐，以保持大平面支撑。

进一步的，所述一级侧板内端面开有可储存高压油的耳槽和可对低压油进行预升压的V型槽，所述V型槽的深度沿顺时针方向不断增加，且最大深度与耳槽的深度相等。

进一步的，所述一级侧板上开设有大、小通孔，大通孔内壁上开有圆环状储油槽和润滑油口，润滑油口与一级侧板外轮廓之间开设有倾斜的侧板凹口，在侧板凹口处可形成涡流，使油液从侧板凹口经润滑油口流入圆环状储油槽内。

进一步的，所述一级侧板的内端面还开设有互成一定角度的第一通油槽和第二通油槽，其中第一通油槽与大、小通孔相连接，第二通油槽一端与小通孔连接接，且另一端与一级侧板外轮廓相交，但不与第二补偿槽相连接。

进一步的，所述一级侧板为外轮廓呈耳朵状的柱体，所述侧板垫片的横截面从一端到另外一端逐渐变小，所述二级侧板、三级侧板均为外轮廓呈半月牙状的柱体，所述密封块为中心开有呈半月牙状通孔、外轮廓呈半月牙状的环状体。

进一步的，所述第一补偿槽和侧板垫片之间形成一级背压腔，所述一级背压腔与耳槽通过耳槽内的第一通油孔相连通，一级背压腔与第二补偿槽通过第二补偿槽内的第二通油孔相连通，所述一级侧板和二级侧板之间形成二级背压腔，所述二级侧板和三级侧板之间形成三级背压腔，二级背压腔通过二级侧板上开有的第三通油孔与三级背压腔相连通。

进一步的，所述一级背压腔横截面呈逗号状，所述二级背压腔、三级背压腔横截面均呈半月牙状，二级背压腔的横截面积大于三级背压腔的横截面积。

进一步的，所述一级侧板上的第二通油孔直径为8~25mm。

进一步的，所述一级侧板上的第一端面和第二端面平齐，第一端面和第二端面低于一级侧板内端面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中的侧板采用分区多级式轴向补偿结构，对磨损位置和非磨损位置进行分区域自适应调节，有效减小了泵的内泄漏，侧板端面不同区域磨损不同，分区多级轴向补偿装置使侧板磨损后仍可与齿轮端面完全贴合，显著减少了侧板与齿轮端面间的轴向间隙，为进一步高压化创造条件；另外本发明在磨损状态下仍可实现侧板大面积支撑，高压下受力状态好，当磨损区发生磨损时，依靠分区轴向补偿装置动态调节轴向间隙，使得轴向支撑面积保持不变，消除了磨损区与非磨损区的集中应力与偏磨现象，提高了泵在高压工况下的抗压能力；并且本发明中的侧板孔内开储油槽，减小齿轮轴和侧板间磨损，有效抑制泵的疲劳破坏，油液伴随齿轮轴转动吸入储油槽，槽内油液对侧板和齿轮轴间接触区充分润滑，减小了两者间的摩擦破坏，提高了泵的可靠性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明总体结构的爆炸示意图。

图2是本发明内部结构的正面示意图。

图3是图2在A-A向的剖面示意图。

图4是左轴向补偿装置的爆炸示意图。

图5是左轴向补偿装置的前端面示意图。

图6是图5在B-B向的剖面示意图。

图7是左轴向补偿装置的后端面示意图。

图8是第一级轴向补偿原理图与图5在C-C向的剖面示意图。

图9是第二和三级轴向补偿的原理图。

图10是二级背压腔压缩时油液流动状态图。

图11是储油槽工作原理图与图5在D-D向的剖面示意图。

图中：1-泵体，2-左接盖，3-右接盖，4-定位销，5-双头螺栓，6-左泵盖，7-右泵盖，8-垫片，9-螺母，10-齿轮轴,11-内齿圈，12-左轴向补偿装置，13-右轴向补偿装置，14-大月牙块，15-小月牙块，16-限位销，17-滑动轴承，18-齿轮副，19-高压区，20-低压区，21-进油口，22-内齿圈通油孔，23-出油口，24-一级侧板，25-二级侧板，26-三级侧板，27-一级侧板内端面，28-第一补偿槽，29-第二补偿槽，30-弹性密封圈，31-侧板垫片，32-弹簧，33-密封块，34-三级侧板内端面，35-齿轮轴孔，36-限位销孔，37-耳槽，38-第一通油孔，39-V型槽，40-齿轮轴孔内壁面，41-圆环状储油槽，42-润滑油口，43-侧板凹口，44-第一通油槽，45-第二通油槽，46-一级背压腔，47-第二通油孔，48-二级背压腔，49-三级背压腔，50-第三通油孔，51-磨损区域，52-第一端面，53-第二端面，54-弹簧槽，55-二级侧板外端面，56-三级侧板外端面。

具体实施方式

如图1~11所示，在本实施例中，一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵中的泵体1与左接盖2、右接盖3由定位销4定位，由双头螺栓5将左泵盖6、左接盖2、泵体1、右接盖3、右泵盖7联接为一整体，由垫片8和螺母9将其锁紧；内啮合齿轮泵内部安装有齿轮轴10、内齿圈11、左轴向补偿装置12、右轴向补偿装置13、大月牙块14、小月牙块15、限位销16、滑动轴承17；左接盖2和右接盖3内腔中各安放一个滑动轴承17，其配合为过渡配合，齿轮轴10穿过滑动轴承17且其配合也为过渡配合，齿轮轴10与滑动轴承17也为过渡配合，齿轮轴10穿过泵体1与内齿圈11啮合形成齿轮副18，内齿圈11与泵体1之间为间隙配合；齿轮轴10和内齿圈11的轴线相互平行错开，齿轮副18的齿部围成一个两侧逐渐变窄且对称的月牙形空间，在该空间的一侧布置有大月牙块14和小月牙块15，由左轴向补偿装置12、右轴向补偿装置13、大月牙块14、小月牙块15和齿轮副18围成一个封闭容积的高压区19。当齿轮轴10逆时针转动时，低压区20内的齿轮副18逐渐脱离啮合，该区域压力降低，油液经进油口21吸入，通过内齿圈通油孔22进入低压区20；随着齿轮转动，油液被带入高压区19，伴随高压区19内的齿轮副18逐渐进入啮合，油液压力升高，并通过出油口23排出。

在本实施例中，所述左轴向补偿装置12包括一级侧板24、二级侧板25和三级侧板26，其中一级侧板内端面27开设有第一补偿槽28、外端面开设有第二补偿槽29，所述第一补偿槽28内依次叠放有弹性密封圈30、侧板垫片31构成第一级轴向补偿系统，以实现一级侧板内端面27与齿轮副18端面接触区的磨损补偿；所述第二补偿槽29内依次叠放有弹簧32、二级侧板25以构成第二级轴向补偿系统，所述二级侧板25上依次嵌套有密封块33、三级侧板26以构成第三级轴向补偿系统，所述第二、三级轴向补偿系统保持三级侧板内端面34与大月牙块14、小月牙块15端面的贴合，所述第一、二、三级轴向补偿系统共同保持一级侧板内端面27与三级侧板内端面34平齐，以实现大平面支撑。

在本实施例中，一级侧板24外轮廓呈耳朵状，上面开有齿轮轴孔35和限位销孔36，同时一级侧板内端面27开有可储存高压油的耳槽37和可对低压油进行预升压的V型槽39；耳槽37具有一定深度，可储存部分油液，且在耳槽37内开有第一通油孔38；V型槽39的横截面为三角形，所述V型槽39的深度沿顺时针方向不断增加，且最大深度与耳槽37的深度相等，当油液从低压区20转移到高压区19时，V型槽39可对低压油进行预升压，起到过渡作用，大幅减小油液的压力脉动；齿轮轴孔内壁面40上开有圆环状储油槽41和润滑油口42，润滑油口42与一级侧板24外轮廓之间开设有倾斜的侧板凹口43；当齿轮轴10转动时，产生旋转力矩，在倾斜的侧板凹口43处形成涡流，涡流产生强吸力，使油液通过润滑油口42流入圆环状储油槽41内，此时圆环状储油槽41内油液对一级侧板24和齿轮轴10之间的接触区充分润滑，有效减小两者间摩擦破坏，尤其适用于高转速的运动工况；所述一级侧板内端面27还开设有互成一定角度的第一通油槽44和第二通油槽45，第一通油槽44和第二通油槽45是横截面为梯形的等截面长槽，其中第一通油槽44与齿轮轴孔35和限位销孔36相连，第二通油槽45一端与限位销孔36连接，且另一端与一级侧板24外轮廓相交，但不与第二补偿槽29相接，泵工作时，通过这些润滑油道和油槽，可大幅减小轴向补偿装置的磨损，改善其润滑特性。

在本实施例中，所述第一补偿槽28和侧板垫片31之间形成一级背压腔46，一级背压腔46轴向截面呈逗号状，所述一级背压腔46与耳槽37通过第一通油孔38相连通，一级背压腔46与第二补偿槽29通过第二补偿槽29内的第二通油孔47相连通，第二通油孔47直径为8~25mm；所述一级侧板24和二级侧板25之间形成二级背压腔48，所述二级侧板25和三级侧板26之间形成三级背压腔49，二级背压腔48通过二级侧板25上开有的第三通油孔50与三级背压腔49相连通，二级背压腔48的截面积大于三级背压腔49的面积，二级背压腔48高度低于三级背压腔49，即二级背压腔48的体积大于三级背压腔49的体积，且二级背压腔48、三级背压腔49轴向截面均呈半月牙状；其中二级侧板25是一呈半月牙状的柱体，在半月牙形柱体自下向上的平行截面上，二级侧板25的截面面积阶跃性逐级减小；密封块33为中心开有半月牙形通孔呈半月牙状的柱体，在半月牙形柱体自上向下的平行截面上，密封块33的截面面积阶跃性逐级减小；三级侧板26的横截面形状为半月牙形。

在本实施例中，一级侧板内端面27与齿轮副18端面相接触，所述三级侧板内端面34与大月牙块14和小月牙块15的端面相接触，由于齿轮副18端面和一级侧板内端面27之间存在相对运动，会产生磨损，为磨损区域51，大月牙块14和小月牙块15端面和三级侧板内端面34不存在相对运动，无磨损，为非磨损区域；一级侧板24的第一端面52和第二端面53平齐，第一端面52和第二端面53低于一级侧板内端面27，其中一级侧板24的第一端面52、第二端面53和三级侧板内端面34属于非磨损区域，通过本发明中的第一轴向补偿作用，可避免工作过程中一级侧板内端面27因磨损而出现与三级侧板内端面34不平齐的现象，避免了一级侧板内端面27磨损后，出现第一端面52和第二端面53支撑在齿轮副18端面，一级侧板24无法完全贴合齿轮副18端面的情况，从而保证轴向补偿装置正常工作。

在本实施例中，耳槽37内高压油经开设在耳槽37内的第一通油孔38充满一级背压腔46，由弹性密封圈30和侧板垫片31保证一级背压腔46的密封性，油液在一级背压腔46的表面产生一个向外的压力，使得一级侧板内端面27与齿轮副18有效贴合，齿轮副18和一级侧板内端面27之间的间隙可忽略不计；当磨损区产生较大磨损，不断加大，一级侧板24在油液压力作用下向上运动，使一级侧板24的磨损区域发生磨损后仍可与齿轮端面有效贴合，显著减少侧板与齿轮端面间的轴向间隙，为泵的进一步高压化创造条件；弹簧32一端支撑在第二补偿槽29内的弹簧槽54内，另一端支撑在二级侧板外端面55上，弹簧32具有一定的初始压缩量，齿轮泵刚启动时，油液未充分进入背压腔，弹簧32可有效避免因二级背压腔48内未形成压力补偿而造成的内泄漏；当泵正常工作时，一级背压腔46内油液依次通过第二通油孔47和第三通油孔50进入二级背压腔48和三级背压腔49内，并由密封块33保证二级背压腔48和三级背压腔49的密封性；二级背压腔48内油液作用在二级侧板外端面55，推动二级侧板25、密封块33和三级侧板26整体向上运动，实现第二级轴向补偿功能；三级背压腔49内油液作用在三级侧板外端面56上，推动三级侧板26向上运动，实现第三级轴向补偿功能。泵工作全过程中，三级侧板26在第二、三级轴向补偿作用下完全贴合大月牙块14、小月牙块15端面；三级侧板内端面34在第二和第三级轴向补偿作用下始终与大月牙块14、小月牙块15端面贴合，使得轴向支撑面积保持不变，消除了磨损区与非磨损区的集中应力与偏磨现象，提高了泵在高压工况下的抗压能力。

在本实施例中，采用三级轴向补偿，即增加三级背压腔49，当二级背压腔48体积压缩时，腔内油液分别通过第二通油孔47和第三通油孔50流至一级背压腔46和三级背压腔49内，有效减小腔内体积变化比，利于减小对三级侧板26冲击，使整个轴向补偿装置的平稳运动；若只采用两级轴向补偿，即无三级背压腔49，当一级侧板内端面27的磨损区发生磨损时，一级背压腔46内油液推动一级侧板24运动，造成二级背压腔48内体积减小，易造成压力突变，使得二级侧板25上下振动，影响补偿效果，加大泵的内泄漏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，包括泵体、由齿轮轴与内齿圈啮合而成的齿轮副和设置于齿轮副内的月牙块，所述月牙块与齿轮副两端面对称设有结构相同的左、右轴向补偿装置，其特征在于：所述轴向补偿装置包括一级侧板、二级侧板和三级侧板，其中一级侧板外端面开设有第一补偿槽、内端面开设有第二补偿槽，所述第一补偿槽内依次叠放有弹性密封圈、侧板垫片以构成第一级轴向补偿系统，实现对一级侧板内端面与齿轮副端面接触处的磨损补偿；所述第二补偿槽内依次叠放有弹簧、二级侧板以构成第二级轴向补偿系统，所述二级侧板上依次嵌套有密封块、三级侧板以构成第三级轴向补偿系统，所述第二、第三级轴向补偿系统保持三级侧板内端面与月牙块端面的完全贴合，所述第一、第二、第三级轴向补偿系统共同保持一级侧板磨损区与三级侧板内端面平齐，以保持大平面支撑。

2.根据权利要求1所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板内端面开有可储存高压油的耳槽和可对低压油进行预升压的V型槽，所述V型槽的深度沿顺时针方向不断增加，且最大深度与耳槽的深度相等。

3.根据权利要求1所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板上开设有大、小通孔，大通孔内壁上开有圆环状储油槽和润滑油口，润滑油口与一级侧板外轮廓之间开设有倾斜的侧板凹口，在侧板凹口处可形成涡流，使油液从侧板凹口经润滑油口流入圆环状储油槽内。

4.根据权利要求1所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板的内端面还开设有互成一定角度的第一通油槽和第二通油槽，其中第一通油槽与大、小通孔相连接，第二通油槽一端与小通孔连接接，且另一端与一级侧板外轮廓相交，但不与第二补偿槽相连接。

5.根据权利要求1所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板为外轮廓呈耳朵状的柱体，所述侧板垫片的横截面从一端到另外一端逐渐变小，所述二级侧板、三级侧板均为外轮廓呈半月牙状的柱体，所述密封块为中心开有呈半月牙状通孔、外轮廓呈半月牙状的环状体。

6.根据权利要求2所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述第一补偿槽和侧板垫片之间形成一级背压腔，所述一级背压腔与耳槽通过耳槽内的第一通油孔相连通，一级背压腔与第二补偿槽通过第二补偿槽内的第二通油孔相连通，所述一级侧板和二级侧板之间形成二级背压腔，所述二级侧板和三级侧板之间形成三级背压腔，二级背压腔通过二级侧板上开有的第三通油孔与三级背压腔相连通。

7.根据权利要求6所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级背压腔横截面呈逗号状，所述二级背压腔、三级背压腔横截面均呈半月牙状，二级背压腔的横截面积大于三级背压腔的横截面积。

8.根据权利要求6所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板上的第二通油孔直径为8~25mm。

9.根据权利要求1所述的一种可实现分区轴向补偿的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述一级侧板上的第一端面和第二端面平齐，第一端面和第二端面低于一级侧板内端面。