CN105927534B - 三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵 - Google Patents

Abstract

三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵，电机、变速器和三叶齿轮泵。其中，电机与三叶齿轮泵之间设有三叶齿轮变速器，电机通过联轴器A与三叶齿轮变速器相连，三叶齿轮变速器通过联轴器B与三叶齿轮泵相连。本发明通过结构简单，安装方便，制造成本低，而且流量更加均匀；脉动平抑效果显著提高。

Description

三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵

技术领域

本发明属于流体传动领域，具体涉及一种大排量低脉动的三叶齿轮泵。

背景技术

三叶齿轮泵采用一对共轭的三叶齿轮作为转子，当泵内腔半径一定时，三叶齿轮泵相对普通圆齿轮泵的排量，可以增大4倍以上，因此是一种大排量轻质量的高性能泵。但三叶齿轮泵在排量增大的同时流量脉动也随之增大，导致其振动和噪声大幅提高，无法正常应用，因此有效的平抑流量脉动成为制约三叶齿轮泵实用化的关键问题。

谭伟明等采用三个椭圆齿轮转子串联的结构，通过两个排油腔流量互补，使总输出流量脉动减小；另外,他还提出将两个三叶齿轮泵并联的方案，其本质也是通过流量互补实现平抑效果,这两种方法在降低脉动的同时还可增大排量，对椭圆齿轮泵的性能提升具有积极的意义，但引入新转子后，泵结构变得复杂，制造难度加大，整体重量也随之上升。

林超等提出了高阶椭圆锥齿轮泵，通过对比发现该泵相对于圆柱齿轮泵和非圆柱齿轮泵的排量最大，但并没有对其流量脉动进行平抑。

除此之外，人们针对普通圆齿轮泵，提出通过改变齿数、压力角、齿高等几何参数或采用弧齿、斜齿及非对称齿等特殊齿形的方法来减小齿轮泵的流量脉动，但三叶齿轮泵的脉动主要来源于三叶转子的节曲线形状，这些方法的效果将十分有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵，在不改变泵体结构的前提下，大幅平抑三叶齿轮泵的瞬时流量脉动，实现大排量稳定输出，进而有效抑制泵体的振动及噪声。

本发明主要包括电机、变速器和三叶齿轮泵。其中，电机与三叶齿轮泵之间设有三叶齿轮变速器，电机通过联轴器A与三叶齿轮变速器相连，三叶齿轮变速器通过联轴器B与三叶齿轮泵相连。电机的输出轴与联轴器A的一端相连，联轴器A的另一端与三叶齿轮变速器的输入轴相连，三叶齿轮变速器的输入轴与主动三叶齿轮通过键相连，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮相互啮合，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮置于变速器壳体的内部，从动三叶齿轮通过键与三叶齿轮变速器的输出轴相连，三叶齿轮变速器的输入轴、三叶齿轮变速器的输出轴、主动三叶齿轮、从动三叶齿轮和变速器壳体组成变速器。三叶齿轮变速器的输出轴与联轴器B的一端相连，联轴器B的另一端与齿轮泵的输入轴相连，齿轮泵的输入轴与在主动三叶齿轮转子通过键连接，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子相互啮合，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子置于齿轮泵的壳体内部。三叶齿轮泵的输入轴、主动三叶齿轮转子、从动三叶齿轮转子和三叶齿轮泵壳体组成三叶齿轮泵。

三叶齿轮泵中的主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子，其节曲线方程为：

式中，e₁为三叶齿轮转子的偏心率，a₁为三叶齿轮转子节曲线的基轴，为主动三叶齿轮转子的转角，r₁、r₂分别为主动三叶齿轮转子和从动三叶齿轮转子的节曲线向径，主动三叶齿轮安装在三叶齿轮泵的输入轴上。

变速器中的主动三叶齿轮与从动三叶齿轮，其节曲线方程为：

式中，e₂为三叶齿轮的偏心率，a₂为三叶齿轮节曲线的基轴，为主动三叶齿轮的转角，r₃、r₄分别为主动三叶齿轮和从动三叶齿轮的节曲线向径。

主动三叶齿轮转子的长轴与从动三叶齿轮的长轴相互平行；偏心率e₂取值范围为0.4e₁～0.6e₁。

在一些实施方式中，三叶齿轮变速器中的三叶齿轮与一对圆齿轮副串联，圆齿轮副中的从动齿轮与三叶齿轮固定在一根轴上，圆齿轮副中的主动齿轮固定在变速器的输入轴上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在不改变泵体结构的基础上，通过一对外置三叶齿轮机构驱动三叶齿轮转子变速转动实现流量脉动平抑，与将两个三叶齿轮泵并联的方式，本发明结构简单，安装方便，制造成本低，而且流量更加均匀；与改变三叶齿轮转子的几何参数或齿形等方法相比，本发明的脉动平抑效果显著提高。

附图说明

图1是三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵机构简图；

图2三叶齿轮泵的剖视图

图3变速器和齿轮泵中三叶齿轮的节曲线

图4是齿轮泵转子偏心率e₁＝0.2时的瞬时流量曲线

附图标号1-主动三叶齿轮转子；2-从动三叶齿轮转子；3-主动三叶齿轮；4-从动三叶齿轮；5-三叶齿轮泵；6-变速器；7-联轴器A；8-电机；9-联轴器B；10-三叶齿轮变速器的输入轴；11-三叶齿轮变速器的输出轴；12-齿轮泵的输入轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵具体结构如图1所示，电机8与三叶齿轮泵之间设有三叶齿轮变速器，电机通过联轴器A7与三叶齿轮变速器相连，三叶齿轮变速器通过联轴器B9与三叶齿轮泵相连。电机的输出轴与联轴器A的一端相连，联轴器A的另一端与三叶齿轮变速器的输入轴10相连，三叶齿轮变速器的输入轴与主动三叶齿轮3通过键相连，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮4相互啮合，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮置于变速器壳体的内部，从动三叶齿轮通过键与三叶齿轮变速器的输出轴11相连，三叶齿轮变速器的输入轴、三叶齿轮变速器的输出轴、主动三叶齿轮、从动三叶齿轮和变速器壳体组成变速器6。三叶齿轮变速器的输出轴与联轴器B9的一端相连，联轴器B的另一端与齿轮泵的输入轴12相连，三叶齿轮泵的输入轴与在主动三叶齿轮转子1通过键连接，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子2相互啮合，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子置于三叶齿轮泵的壳体内部。三叶齿轮泵的输入轴、主动三叶齿轮转子、从动三叶齿轮转子和齿轮泵壳体组成三叶齿轮泵5。

三叶齿轮泵中的主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子，其剖视图如图2所示，三叶齿轮的节曲线方程为

式中，e₁为三叶齿轮转子的偏心率，a₁为三叶齿轮转子节曲线的基轴，为主动三叶齿轮转子的转角，r₁、r₂分别为主动三叶齿轮转子和从动三叶齿轮转子的节曲线向径，主动三叶齿轮安装在齿轮泵的输入轴上。本实施例中，齿轮泵中三叶齿轮转子的参数为：

表1三叶齿轮泵转子参数

根据表1和公式3可计算出本实施例中三叶齿轮转子1、2节曲线上的数据，如表2所示，以此得到三叶齿轮转子节曲线如图3中的虚线所示。

表2轮泵中三叶齿轮节曲线数据

变速器中的主动三叶齿轮与从动三叶齿轮，其节曲线方程为

式中，e₂为三叶齿轮的偏心率，a₂为三叶齿轮节曲线的基轴，为主动三叶齿轮的转角，r₃、r₄分别为主动三叶齿轮和从动三叶齿轮的节曲线向径。

本实施例中，变速器6中三叶齿轮的参数为：

表3三叶齿轮变速器中三叶齿轮参数

根据表2和公式4可计算出本实施例中三叶齿轮3、4节曲线上的数据，如表4所示，以此得到三叶齿轮3、4节曲线如图3中的虚线所示。

表4变速器中三叶齿轮的节曲线数据

为了使变速器对齿轮泵的平抑效果最好，三叶齿轮转子和三叶齿轮在安装时，要保证二者的节曲线长轴相互平行，此时三叶齿轮泵的瞬时流量方程为

式中，q₁为有变速器时三叶齿轮泵的瞬时流量，B为三叶齿轮转子的宽度，ω₃为电机转速，r₁为主动三叶齿轮转子的节曲线向径，r₃为主动三叶齿轮的节曲线向径，R为三叶齿轮泵内腔半径，a₁为三叶齿轮转子节曲线的基轴，a₂为三叶齿轮节曲线的基轴。

无三叶齿轮变速器时，电机直接驱动三叶齿轮泵的瞬时流量公式为

式中，q₂为无变速器时三叶齿轮泵的瞬时流量，B为三叶齿轮转子的宽度，ω₃为电机转速，r₁为主动三叶齿轮转子的节曲线向径，R为三叶齿轮泵内腔半径，a₁为三叶齿轮转子节曲线的基轴。

根据表1，表2中的参数和公式(5)-(6)，可得三叶齿轮泵的瞬时流量数据，如表5所示，以此得到有、无变速器时的三叶齿轮泵流量曲线，分别如图4中的曲线a和曲线b所示。

表5三叶齿轮泵转子e₁＝0.2时的瞬时流量(L/min)

从图4中的对比可以看出，通过三叶齿轮变速器驱动三叶齿轮泵后，其瞬时流量脉动情况得到了明显的改善，从流体机械的根源上解决流量脉动的原因，降低了脉动冲击与噪音，有利于机械系统的稳定。

Claims (1)

1.三叶齿轮变速器驱动的三叶齿轮泵，主要包括电机、变速器和三叶齿轮泵，三叶齿轮泵的输入轴与在主动三叶齿轮转子通过键连接，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子相互啮合，主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子置于三叶齿轮泵的壳体内部，三叶齿轮泵的输入轴、主动三叶齿轮转子、从动三叶齿轮转子和齿轮泵壳体组成三叶齿轮泵，三叶齿轮泵中的主动三叶齿轮转子与从动三叶齿轮转子，其节曲线方程为：

式中，e₁为三叶齿轮转子的偏心率，a₁为三叶齿轮转子节曲线的基轴，为主动三叶齿轮转子的转角，r₁、r₂分别为主动三叶齿轮转子和从动三叶齿轮转子的节曲线向径，主动三叶齿轮安装在三叶齿轮泵的输入轴上，其特征在于：电机与三叶齿轮泵之间设有三叶齿轮变速器，电机通过联轴器A与三叶齿轮变速器相连，三叶齿轮变速器通过联轴器B与三叶齿轮泵相连，电机的输出轴与联轴器A的一端相连，联轴器A的另一端与三叶齿轮变速器的输入轴相连，三叶齿轮变速器的输入轴与主动三叶齿轮通过键相连，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮相互啮合，主动三叶齿轮与从动三叶齿轮置于变速器壳体的内部，从动三叶齿轮通过键与三叶齿轮变速器的输出轴相连，三叶齿轮变速器的输入轴、三叶齿轮变速器的输出轴、主动三叶齿轮、从动三叶齿轮和变速器壳体组成变速器，三叶齿轮变速器的输出轴与联轴器B的一端相连，联轴器B的另一端与齿轮泵的输入轴相连，三叶齿轮变速器中的主动三叶齿轮与从动三叶齿轮，节曲线方程为：

式中，e₂为三叶齿轮的偏心率，a₂为三叶齿轮节曲线的基轴，为主动三叶齿轮的转角，r₃、r₄分别为主动三叶齿轮和从动三叶齿轮的节曲线向径；主动三叶齿轮转子的基轴与从动三叶齿轮的基轴相互平行；偏心率e₂取值范围为0.4e₁～0.6e₁。