CN105822541A - 弦线轮齿廓成形原理及采用滚子隔离的弦线轮转子泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弦线轮齿廓成形原理及采用滚子隔离的弦线轮转子泵，弦线轮齿廓成形原理：一个小圆绕着一个固定的大圆做匀速转动，同时其圆心沿连心线方向按正弦规律做直线运动，由此产生小圆轨迹的内包络线。采用滚子隔离的弦线轮转子泵主要包括弦线轮转子、滚子、轴、齿轮、泵体、端盖、直线槽、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，滚子夹在两弦线轮之间，始终与两轮保持接触；本发明的效果：通过驱动轮和工作轮分离设计，避免了困油现象；利用滚子，既实现了吸液区和排液区的隔离，也使齿面间的滑动摩擦主要变为滚动摩擦；且瞬时流量为时间的一次函数，理论上无流量脉动。

Description

弦线轮齿廓成形原理及采用滚子隔离的弦线轮转子泵

技术领域

本发明涉及一种弦线轮齿廓的成形原理，及以该弦线轮作为转子，利用滚子隔离吸、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齿廓的成形原理及利用该齿廓的、采用滚子隔离的弦线轮转子泵。

本发明弦线轮齿廓成形原理：一个小圆绕着一个大圆(固定不动)做匀速转动，同时其圆心沿连心线方向按正弦规律做直线运动，由此产生的小圆轨迹的内包络线就是本发明中弦线轮转子的(实际)齿廓曲线。

这个原理也可以表述为：使两个尺寸相同的大圆相切，并使一个小圆放置在上述切点处，两大圆以相同速度，反方向转动，同时小圆按正弦规律沿两大圆的连心线方向做直线运动。由此，小圆在在两个大圆平面里的包络线就是本发明中一对弦线轮的齿廓。

小圆圆心在两个大圆平面里轨迹，可称为本发明中一对弦线轮转子的理论轮廓，本发明中弦线轮转子的实际齿廓曲线是它的等距曲线，间距为小圆半径。

本发明采用滚子隔离的弦线轮转子泵由弦线轮转子、滚子、轴、齿轮、泵体、端盖、直线槽、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，同速、反向转动；两侧端盖沿中心线方向均开有直线槽，滚子端部分别伸进该两侧的直线槽中，中部夹在两弦线轮之间。工作时，两弦线轮转子分别由一对传动比等于1的外啮合齿轮驱动，滚子始终与弦线轮保持接触，并随着弦线轮的转动而沿连心线方向做直线运动，滚子的半径与上述小圆相同。

本发明采用，夹在两弦线轮之间，当两弦线轮时，既实现了吸液区和排液区的隔离。

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，所述弦线轮转子中心距与驱动齿轮的中心距相同。

上述方案中，所述弦线转子齿数z≥2，常取z＝3～10。

上述方案中，两个端盖的内侧在连心线方向均开有一条直线槽。

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；利用滚子隔离吸、排液区，使齿面间的滑动摩擦转变为滚子与弦线轮齿面间的滚动摩擦，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，特别适合作为高粘度流体连续平稳输送的装置。

附图说明

图1是本发明弦线转子齿廓成形原理示意图，图中：1，2分别为工作轮；3为滚子；d1，d2工作轮1和2的分度圆；L1，L2分别为滚子3的圆心在工作轮1和2平面里的轨迹，也即工作轮1和2的理论轮廓；S1，S2分别为滚子3在工作轮1和2平面里的包络线，也是工作轮1和2的实际轮廓；a为中心距。

需要提出的是：理论齿廓L1和L2的接触点就是滚子3的圆心，始终位于连心线上，它们在该处的相对速度方向始终与连心线垂直，所以在它们沿公法线方向有相对速度，理论齿廓L1和L2存在干涉，所以L1和L2不是互为共轭的齿廓，不能直接啮合传动。

图2是本发明中所用弦线轮理论和实际齿廓图形，其中：d，L，S分别代表分度圆，理论轮廓和实际轮廓。理论廓线的极坐标方程为：

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。

实际廓线是理论廓线的等距曲线，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--滚子半径。

图3是本发明弦线转子泵机构示意图，其中：1、2-弦线轮转子(也即工作轮)，3-滚子，4-泵体，5、6-轴，7-吸液口，8-排液口，9、10-驱动齿轮，11-直线槽，12-端盖。

图4是不同齿数弦线轮泵工作状态示意图，在任意时刻，工作轮1和2的理论轮廓都在连心线上接触，所以它们在接触点的向径之和始终等于中心距a。

根据图4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。

本发明实例中，弦线轮1由齿轮9驱动，弦线轮2由齿轮10驱动，ω₁＝ω₉＝-ω₁₀＝-ω₂，弦线轮1和2同速、反向旋转。弦线轮1和2完全相同，齿轮9和10也完全相同，且中心距满足a₁₂＝a₉₁₀。滚子3的中部夹在弦线轮1和2之间，端部分别伸进两侧端盖12的直线槽11中。工作时，滚子3的中部始终与弦线轮1和2保持接触，并随着弦线轮1和2的转动，在直线槽11中(沿连心线方向)做直线移动，实现吸液区7和排液区8的隔离；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；滚子3和弦线轮1和2之间的摩擦主要为滚动摩擦，相比普通齿轮泵齿面间的滑动摩擦，可大大减小摩擦力。

采用滚子隔离的弦线轮转子泵，因工作轮始终只有一对轮齿接触，所以从根本上消除了困油现象，而且流量脉动与齿数无关，所以可以比普通渐开线齿轮泵选择更少的齿数，在泵体尺寸，转速相同的情况下，具有更大的流量，尤其适合作为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)

1.一种采用滚子的弦线轮转子泵，由弦线轮转子、滚子、轴、齿轮、泵体、端盖、直线槽、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，滚子夹在两弦线轮之间，始终与两弦线轮接触，通过滚子将吸、排液区隔离开来。

2.根据权利要求1所述的采用滚子隔离的弦线轮转子泵，其特征在于：弦线轮齿廓为：一个小圆绕着一个大圆(固定不动)做匀速转动，同时其圆心沿连心线方向按正弦规律做直线运动，由此产生的小圆轨迹的内包络线。

3.根据权利要求1所述的采用滚子隔离的弦线轮转子泵，其特征在于：滚子的半径等于权利要求2中小圆的半径。

4.根据权利要求1所述的采用滚子隔离的弦线轮转子泵，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。