CN105697365A - 一种弦线轮加工方法及非接触式弦线轮转子泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弦线轮加工方法及非接触式弦线轮转子泵，弦线轮加工方法：轮坯随工作台匀速回转，刀盘一边随刀杆沿轮坯径向按正弦规律做直线运动，一边绕自身轴线转动，圆弧形切削刃加工出弦线轮的齿廓。采用非接触式弦线轮转子泵主要包括弦线轮转子、轴、齿轮、泵体、端盖、进液口、排液口等。两轴线平行、尺寸相同的弦线轮转子，反向、同速转动，由齿面间的相对运动及契形间隙形成一压力油膜，该油膜阻断了进、排液区的连通。本发明的效果：通过驱动轮和工作轮分离设计，消除了困油现象；利用压力油膜，既实现了吸、排液区的隔离，也使齿面间的固体摩擦变为液体摩擦；且瞬时流量为时间的一次函数，理论上无流量脉动。

Description

一种弦线轮加工方法及非接触式弦线轮转子泵

技术领域

本发明涉及一种弦线轮加工方法及非接触式弦线轮转子泵，尤其涉及一种利用动压油膜隔离吸、排液区的流体输送泵，属于流体输送设备技术领域，特别适用于高粘度流体的输送。

背景技术

普通齿轮泵一般采用一对参数相同的渐开线外齿轮进行传动，吸、排液工作和动力传递由同一对齿轮完成，具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好等优点，是工业中应用最为广泛的流体输送装置。但普通齿轮泵为了保证连续传动，重合度必须大于1，这造成了令人棘手的困油现象；又因为要兼顾轮齿强度和泵体尺寸，所以齿数不能太多，这又造成流量脉动较大。

与本发明相近的现有技术是湖南科技大学陈磊的硕士论文《余弦齿轮数控滚切加工理论研究》的第三章“弦齿轮数控滚切加工的数学建模”，徐攀的硕士论文《余弦齿轮的数控插削加工方法及仿真研究》的第二章“余弦齿轮的数控插削加工展成机理”，王建的硕士论文《余弦齿轮传动的原理与特性研究》第三章“弦齿轮传动的数学模型”，胡华荣的硕士论文《外啮合余弦齿轮泵的特性研究》中第二章“余弦齿轮传动的数学模型及特性”。

因余弦齿廓不能互为共轭啮合，在上述王建的论文p26，3.3共轭齿廓方程，和胡华荣的论文p8，2.1.3共轭齿廓方程中可以看出：余弦齿轮泵是一个余弦齿轮与一个与其共轭的非余弦齿轮相啮合，这种共轭齿轮的齿廓复杂，同时因为重合度必须大于1，所以也存在困油现象。

发明内容

为了消除困油现象，降低流量脉动和减小齿面摩擦，本发明提出了一种弦线轮加工方法及利用该弦线轮转子的非接触式泵。

本发明一种弦线轮加工方法的技术方案是：轮坯随工作台匀速回转，刀杆沿轮坯径向按正弦规律做直线运动，刀盘一方面随刀杆做直线运动，另一方面同时绕自身轴线转动，切削刃在刀盘轴剖面的形状为圆弧，由此相对运动规律所加工出弦线轮的齿廓，它也是余弦(或正弦)齿轮齿廓的等距曲线。

本发明非接触式弦线轮转子泵由弦线轮转子、轴、齿轮、泵体、端盖、进液口、排液口等部件(部分)组成。其中两个轴线平行、尺寸相同的弦线轮转子反向、同速转动。工作时，在启动阶段，轮齿之间的间隙会造成进液区和排液区的连通，但随着转速增加，两齿面间的相对运动速度加快，因齿面间的间隙为契形，轮齿间逐渐形成一个压力油膜，进入正常运转阶段，该压力油膜可以起到隔离进液区和排液区的作用。弦线轮转子分别由一对传动比等于1的外啮合齿轮驱动，流体从两弦线轮转子脱离“啮合”的一侧被吸入，从进入“啮合”的一侧被排出。

非接触式弦线轮转子泵的吸液区与排液区的横截面积的均为时间的一次函数，因此理论上无流量脉动。

上述方案中，所述弦线转子与驱动齿轮分开设计。

上述方案中，所述弦线轮转子与驱动齿轮的分度圆半径相等，两者的中心距也相同。

上述方案中，所述弦线转子齿数z≥2，常取z＝3～10。

本发明的有益效果是：采用驱动轮与工作轮分离设计，从根本上消除了困油现象；利用压力油膜隔离吸、排液区，使齿面间的固体摩擦转变为液体摩擦，可大大减小齿面摩擦；同时，因为吸液区与排液区的横截面积的均为时间的一次函数，因此理论上无流量脉动，特别适合作为高速、高粘度流体连续平稳输送的装置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中所用弦线轮的分度圆、理论齿廓和实际齿廓；

图3是本发明中弦线轮加工原理示意图；

图4是本发明中所用弦线轮加工刀盘结构示意图；

图5是本发明中所用弦线轮加工刀片示意图；

图6是弦线轮泵实例工作状态示意图。

图中：1，2-弦线轮(也即工作轮)，3--排液口，4--泵体，5--吸液口，6，7--驱动齿轮，d--弦线轮的分度圆，L--弦线轮的理论廓线，，S--弦线轮的实际廓线，8--工作台，9--工作台回转轴线，10--刀盘，11--刀盘轴线，12--刀杆，13—刀杆导槽，14—导槽中心线，10P--刀片，10Z--刀盘座，r₀—刀刃半径，工作台轴线9与刀杆中心线14共面。理论廓线L的极坐标方程为：

ρ＝r+hsin(zθ)

式中：ρ--极径，θ--极角，r--分度圆半径，h--齿顶高，z--齿数。

实际廓线S是理论廓线L的等距曲线，直角坐标方程为：

$\left\{\begin{array}{c}X=\mathrm{\ρ}cos\mathrm{\θ}-\frac{r_0(\mathrm{\ρ}cos\mathrm{\θ}+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}sin\mathrm{\θ})}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}^2+{\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}^2}}\\ Y=\mathrm{\ρ}\sin \mathrm{\θ}+\frac{r_0(-\mathrm{\ρ}sin\mathrm{\θ}+\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}cos\mathrm{\θ})}{\sqrt{{\mathrm{\ρ}}^2+{\stackrel{\·}{\mathrm{\ρ}}}^2}}\end{array}\right.$

式中：r₀—刀刃半径。

需要说明的是：当中心距a＝2r时，弦线轮的理论齿廓存在微量干涉。为了保证弦线轮实际齿廓不发生干涉及动压油膜有形成的空间，本发明实例中r₀≈f_max×cos(90°/z)，其中：z为弦线轮齿数，f_max为两理论齿廓最大干涉值。理论齿廓绘出后，f_max可直接从相关绘图软件中直接测出(常用的AutoCAD，Pro/E，UG等均有此功能)。另外，r₀的取值范围与泵的流量，转速、弦线轮材料，及所输送流体的粘度参数等有关。一般r₀＝0.8～1.8mm，流体粘度大，转速高偏上限值，反之偏下限值。

根据图6所示两弦线轮的相位关系，当两轮反向、同速转过任意一个角度两理论齿廓与连心线交点处的向径分别为ρ₁和ρ₂：

始终满足：ρ₁+ρ₁＝a，即两理论廓线在连心线上保持接触。

在无泄漏、不回油的假设下，弦转子泵的流量表达式为：

$Q=\frac{1}{2}B\mathrm{\ω}t(4hr+h^2)$

其中，Q为流量，B为弦线轮的宽度，单位mm，ω为弦线轮的角速度，单位rad/s，其他符号意义同前，单位均为mm。

因Q是时间的一次函数，故理论上没有流量脉动。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明一种弦线轮加工方法，如图3所示，弦线轮轮坯(1或2)随工作台8绕轴线9匀速转动，刀盘10一方面绕自身轴线11快速旋转以形成切削运动，另一方面随刀杆12在导槽13中，沿中心线14按正弦规律做直线移动，刀杆的位移s与工作台转过的角度θ满足如下关系：s＝r+hsin(zθ)。

刀盘10的结构如图4所示，刀盘10是由若干把刀片10P嵌装在刀盘座10Z中而成。刀片10P的切削刃是圆弧形，半径为r₀，如图5所示，通过调换刀片可以得到不同的切削刃半径r₀，从而获得与理论廓线法向距离不同的实际轮廓。

本发明实例中，弦线轮1和2参数相同，驱动轮6和7参数相同，且弦线轮1和2按分度圆相切的位置安装，即中心距a＝2r，弦线轮1和2的中心距与驱动轮6和7的中心距相同。弦线轮1由齿轮6驱动，弦线轮2由齿轮7驱动，ω₁＝ω₆＝-ω₇＝-ω₂。

在进入正常运转阶段之后，由两齿面间的相对运动及齿面间的为契形间隙，轮齿间形成一个压力油膜，该压力油膜阻断了进液区和排液区的连通。流体从两弦线轮转子脱离“啮合”的一侧被吸入，从进入“啮合”的一侧被排出。

采用非接触式弦线轮转子泵，因弦线轮1和2始终只有一对轮齿接触，所以从根本上消除了困油现象，同时因为是非接触式传动，齿面间的摩擦由固体摩擦变为液体摩擦，加之理论流量脉动为零，所以尤其适合于高速、高粘度流体连续平稳输送的装置，弦线轮转子的齿数及结构尺寸根据实际需求选取。

Claims (4)

1.一种非接触式弦线轮转子泵，由弦线轮转子、轴、泵体、端盖、齿轮、进液口、排液口等部件(部分)组成，其特征在于：两弦线轮转子由一对传动比等于1的外啮合齿轮分别驱动，两弦线轮齿面不直接接触，由齿面间的相对运动及契形间隙形成一压力油膜，该油膜将吸、排液区隔离开来。

2.根据权利要求1所述的采用非接触式的弦线轮转子泵，其特征在于：弦线轮齿廓加工方法：轮坯随工作台匀速回转，刀杆沿轮坯径向按正弦规律做直线运动，刀盘一方面随刀杆做直线运动，另一方面绕自身轴线转动，由圆弧形切削刃加工出弦线轮的齿廓。

3.根据权利要求2所述的一种弦线轮加工方法，其特征在于：滚子的半径r₀≈f_max×cos(90°/z)。

4.根据权利要求1所述的采用非接触式弦线轮转子泵，其特征在于：弦线轮与驱动齿轮分离设计，但它们中心距相同。