CN108167178B

CN108167178B - 一种减少功率损耗的齿轮泵

Info

Publication number: CN108167178B
Application number: CN201711435493.1A
Authority: CN
Inventors: 高魏磊
Original assignee: Saikesi Hydraulic Technology Co Ltd
Current assignee: Saikesi Hydraulic Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: CN108167178A

Abstract

本发明涉及一种减少功率损耗的齿轮泵，属于机械技术领域。本发明的齿轮泵包括壳体、齿轮，所述齿轮包括齿轮基体和涂覆在齿轮基体的耐磨层，齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.15‑0.25％C、0.17‑0.37％Si、0.50‑0.80％Mn、0.80‑1.10％Cr、0.6‑0.9％Ni、0.5‑0.7％Cu、0.1‑0.5％Ag、0.1‑0.2％Gd、P≤0.030％、S≤0.030％、Mo≤0.10％、5.5‑8.7％硅酸盐晶须、3.6‑4.9％多孔碳酸钙，余量为Fe。本发明的齿轮泵具有耐磨损、吸音减震降噪、使用寿命长的特点。

Description

一种减少功率损耗的齿轮泵

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种减少功率损耗的齿轮泵。

背景技术

液压泵是将机械能转换为流体能的重要装置，而齿轮泵是液压系统中常用的液压泵。齿轮泵的泵体内有一对相对模数，相同齿数的齿轮，齿轮的两个端盖由泵盖密封。泵体、端盖和齿轮的各齿槽组成了密封的容积空间，两齿轮沿齿宽方向的啮合线把密封容积分成吸油腔和压油腔两部分，且在吸油和压油过程中互不相通。当齿轮转动时，吸油腔由于齿轮逐渐脱开，密封容积增大，形成局部真空，油压在大气压的作用下，从油箱经过油管被吸到吸油腔，充满齿槽，随着齿轮的旋转被带出。当齿轮不断旋转时，吸油腔不断吸油，压油腔不断压油，由于齿轮在啮合时引起的压油腔和吸油腔的变化，实现了吸油和排油的过程。然而，齿轮泵的齿轮在传动过程中受力较大，容易产生磨损；并且，现有的齿轮泵在使用过程中震动较大，造成泵体噪声较大，且进一步加剧了齿轮的磨损，大大降低了齿轮工作的可靠性，缩短了齿轮的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种耐磨损、吸音减震降噪、使用寿命长的齿轮泵。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种减少功率损耗的齿轮泵，包括壳体、齿轮，所述齿轮包括齿轮基体和涂覆在齿轮基体的耐磨层，所述齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.15-0.25%C、0.17-0.37%Si、0.50-0.80%Mn、0.80-1.10%Cr、0.6-0.9%Ni、0.5-0.7%Cu、0.1-0.5%Ag、0.1-0.2%Gd、P≤0.030%、S≤0.030%、Mo≤0.10%、5.5-8.7%硅酸盐晶须、3.6-4.9%多孔碳酸钙，余量为Fe。

本发明对齿轮泵的齿轮的材质进行了改进，在齿轮的外层设置耐磨层，有效提高了齿轮的吸音减震效果和耐磨性能，从而降低了齿轮泵的功率损耗。其中，本发明中齿轮基体由改进的合金钢制成，本发明在40Cr钢的基础上，降低了C元素的含量，提高了齿轮基体的导热性，但C元素碳量过低会降低合齿轮基体的硬度和强度；提高了Ni元素的含量，有利于提高齿轮基体的耐热性能，但是Ni元素的含量不能过高，否则会造成齿轮基体的热脆性；提高了Cu元素的含量，并添加了Ag元素，能够提高齿轮基体的韧性，并提高其回火稳定性和回火温度，有利于充分消除淬火应力；加入适量的Gd元素能够细化晶粒、提高齿轮基体的韧性；加入的硅酸盐晶须和多孔碳酸钙能够协同作用，达到吸音减震降噪的效果；硅酸盐晶须与合金钢基体的热膨胀系数和收缩率具有较大差别，在合金钢的成型过程中形成较多的孔隙，在齿轮受到较大力的冲击形成震动时能够将震动衰减吸收，而当受到的冲击震动过大时，该孔隙将震动能量传递给多孔碳酸钙，进行进一步的衰减吸收，但是硅酸盐晶须和多孔碳酸钙不能添加过多，否则会导致齿轮基体强度和韧性均有所降低。

作为优选，所述Ag和Cu的总质量百分比为0.9-1.0%。

在上述质量范围内，Ag和Cu能够显著提高钢的回火稳定性和回火温度，有利于充分消除淬火应力，但是Ag和Cu的总量不能过高，否则会降低齿轮基体的硬度，而Ag和Cu的总量过低，会导致齿轮基体的韧性降低。

作为优选，所述硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35。

硅酸盐晶须的长径比越大，越有利于提高合金钢的强度和韧性等力学性能，但是过大或过小的长径比和长度均不利于形成适当的孔隙以达到吸音减震的效果。

作为优选，所述多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

多孔碳酸钙的粒径和孔径的大小决定着其吸音减震的效果，过大的粒径使其在合金钢基体中形成孤岛的形势，无法均匀接收衰减传递而来的震动。在合金钢的制备过程中，多孔碳酸钙适当的孔径能够使金属熔液在多孔碳酸钙表面形成表面张力，阻止金属熔液进入孔隙，而过大的孔径在高温作用下会导致合金液的进入，从而形成硬质实心碳酸钙，对震动的衰减作用会大幅降低。

作为优选，所述耐磨层由耐磨乳液涂覆在齿轮基体形成，所述耐磨乳液包括以下质量百分比的组分：33-40%PVC乳液、3.4-6.2%纳米Si₃N₄、4.5-8.0%氧化铬、6.5-7.5%硅烷偶联剂、0.2-0.5%活性剂，余量为蒸馏水。

本发明从改善齿轮泵齿轮的耐磨减摩性能出发，利用表面涂层技术，在齿轮基体表面涂覆一层耐磨层，提高了齿轮的耐磨性能和使用寿命，同时也提高了齿轮泵的使用寿命。本发明在耐磨层添加了适量的纳米Si₃N₄，能够与氧化铬协同作用共同提高耐磨层的耐磨性，并降低耐磨层的摩擦系数，达到减少摩擦损耗的目的。

作为优选，所述耐磨层的厚度为3-10μm。

作为优选，所述活性剂为十四烷基二羟乙基氧化胺、卵磷脂、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种。

作为优选，所述耐磨层中纳米Si₃N₄的粒径为30-50nm。

纳米Si₃N₄粒径过大，容易导致摩擦系数的增大，加大耐磨层的磨损。

作为优选，所述耐磨乳液中还包括质量百分比为7-13%的多孔壳聚糖微球。

多孔壳聚糖微球具有较大的比表面积和较强的吸附能力，并且表面具有较多的活性基团，能够将PVC乳液的大分子链吸附在其表面，改变耐磨乳液的涂布性能，提高耐磨乳液的成膜性和在齿轮基体的附着性。硅烷偶联剂一端能够与纳米Si₃N₄产生键连接，另一端能与多孔壳聚糖微球连接，从而提高纳米Si₃N₄的分散性能和与PVC乳液的相容性。

作为优选，所述耐磨层的制备过程为，将PVC乳液与活性剂混合均匀，然后加入其他原料组分混合均匀，制成耐磨乳液，将耐磨乳液喷涂于齿轮基体上，干燥后进行热处理。

作为优选，所述干燥为以5-8℃/min的速度升温至80-90℃，保温20-50min。

本发明以缓慢的升温速度升温干燥，若升温速度过快，在干燥后使用过程中容易造成耐磨层的起泡脱层现象，干燥的温度不能过高，否则容易造成耐磨层泛黄现象。

作为优选，所述热处理为将耐磨层干燥后的齿轮以20-30℃/s的速度快速升温至220-260℃，保温2-3min，然后以水淬的方法快速降至室温。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过合理设置齿轮泵齿轮的结构层次，有效提高了齿轮的抗冲击性能和耐磨减摩性能，以及吸音降噪性能；通过对齿轮基体配方的改进，有效提高了齿轮的抗冲击性能和吸音减震降噪效果；通过对耐磨层配方的合理配伍和制备工艺的改进，提高了耐磨层的耐蚀效果和在齿轮基体上的附着度。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本实施例中减少功率损耗的齿轮泵，包括壳体、齿轮，齿轮包括齿轮基体和涂覆在齿轮基体的耐磨层。

其中，齿轮基体包括以下质量百分比的组分：|0.15%C、0.17%Si、0.50%Mn、0.80%Cr、0.6%Ni、0.5%Cu、0.1%Ag、0.1%Gd、0.01%P、0.01%S、0.03%Mo、5.5%硅酸盐晶须、3.6%多孔碳酸钙，余量为Fe，硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35，多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

耐磨层的厚度为6μm，由耐磨乳液涂覆在齿轮基体形成，耐磨乳液包括以下质量百分比的组分：36%PVC乳液、5.0%纳米Si₃N₄、6.3%氧化铬、7.0%硅烷偶联剂、10%多孔壳聚糖微球、0.3%活性剂卵磷脂，余量为蒸馏水，纳米Si₃N₄的粒径为30-50nm。

耐磨层的制备过程为，将PVC乳液与活性剂混合均匀，然后加入其他原料组分混合均匀，制成耐磨乳液，将耐磨乳液喷涂于齿轮基体上，以6℃/min的速度升温至85℃，保温干燥35min，然后以25℃/s的速度快速升温至240℃，保温3min，再以水淬的方法快速降至室温。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.2%C、0.28%Si、0.7%Mn、0.9%Cr、0.8%Ni、0.6%Cu、0.3%Ag、0.2%Gd、0.02%P、0.02%S、0.06%Mo、6.5%硅酸盐晶须、4.3%多孔碳酸钙，余量为Fe，硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35，多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.2%C、0.28%Si、0.7%Mn、0.9%Cr、0.8%Ni、0.6%Cu、0.4%Ag、0.2%Gd、0.02%P、0.02%S、0.06%Mo、6.5%硅酸盐晶须、4.3%多孔碳酸钙，余量为Fe，硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35，多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

对比例4

与实施例1不同的是，本实施例中齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.25%C、0.37%Si、0.80%Mn、1.10%Cr、0.9%Ni、0.7%Cu、0.5%Ag、0.2%Gd、0.03%P、0.03%S、0.10%Mo、8.7%硅酸盐晶须、4.9%多孔碳酸钙，余量为Fe，硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35，多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

对比例5

与实施例2不同的是，本实施例中耐磨乳液包括以下质量百分比的组分：33%PVC乳液、3.4%纳米Si₃N₄、4.5%氧化铬、6.5%硅烷偶联剂、7%多孔壳聚糖微球、0.2%活性剂十四烷基二羟乙基氧化胺，余量为蒸馏水，纳米Si₃N₄的粒径为30-50nm。

对比例6

与实施例2不同的是，本实施例中耐磨乳液包括以下质量百分比的组分：40%PVC乳液、6.2%纳米Si₃N₄、8.0%氧化铬、7.5%硅烷偶联剂、13%多孔壳聚糖微球、0.5%活性剂月桂酰胺丙基氧化胺，余量为蒸馏水，纳米Si₃N₄的粒径为30-50nm。

对比例7

与实施例2不同的是，本实施例中耐磨层的制备过程为：将PVC乳液与活性剂混合均匀，然后加入其他原料组分混合均匀，制成耐磨乳液，将耐磨乳液喷涂于齿轮基体上，以5℃/min的速度升温至80℃，保温干燥20min，然后以20℃/s的速度快速升温至220℃，保温2min，再以水淬的方法快速降至室温。

对比例8

与实施例2不同的是，本实施例中耐磨层的制备过程为：将PVC乳液与活性剂混合均匀，然后加入其他原料组分混合均匀，制成耐磨乳液，将耐磨乳液喷涂于齿轮基体上，以8℃/min的速度升温至90℃，保温干燥50min，然后以30℃/s的速度快速升温至260℃，保温3min，再以水淬的方法快速降至室温。

在本发明的实施例中，耐磨层的厚度还可以是3μm、4μm、5μm、7μm、8μm、9μm、10μm，以及3-10μm中的任一值。

对比例1

齿轮基体的组分中不包括硅酸盐晶须，其他与实施例2相同。

对比例2

齿轮基体的组分中不包括多孔碳酸钙，其他与实施例2相同。对比例3

耐磨乳液中不包括纳米Si₃N₄，其他与实施例2相同。

对比例4

耐磨乳液中不包括多孔壳聚糖微球，其他与实施例2相同。

对比例5

耐磨层中纳米Si₃N₄的粒径为51-80nm，其他与实施例2相同。

对比例6

常规合金钢制成的齿轮。

将本发明实施例1-8、对比例1-6中制得的齿轮的性能进行比较，比较结果如表1所示。

表1：实施例1-5、对比例1-6中齿轮性能的比较

综上所述，本发明通过合理设置齿轮泵齿轮的层次结构，并合理配伍各层材料的配方，有效提高了齿轮泵齿轮的抗冲击性能、减震降噪性能和耐磨性能，提高了齿轮的使用性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种减少功率损耗的齿轮泵，包括壳体和齿轮，其特征在于，所述齿轮包括齿轮基体和涂覆在齿轮基体的耐磨层，所述齿轮基体包括以下质量百分比的组分：0.15-0.25%C、0.17-0.37%Si、0.50-0.80%Mn、0.80-1.10%Cr、0.6-0.9%Ni、0.5-0.7%Cu、0.1-0.5%Ag、0.1-0.2%Gd、P≤0.030%、S≤0.030%、Mo≤0.10%、5.5-8.7%硅酸盐晶须、3.6-4.9%多孔碳酸钙，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述Ag和Cu的总质量百分比为0.9-1.0%。

3.根据权利要求1所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述硅酸盐晶须的长度为5-10μm，长径比为20-35。

4.根据权利要求1所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述多孔碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-38nm。

5.根据权利要求1所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述耐磨层由耐磨乳液涂覆在齿轮基体形成，所述耐磨乳液包括以下质量百分比的组分：33-40%PVC乳液、3.4-6.2%纳米Si₃N₄、4.5-8.0%氧化铬、6.5-7.5%硅烷偶联剂、0.2-0.5%活性剂，余量为蒸馏水。

6.根据权利要求5所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述耐磨层中纳米Si₃N₄的粒径为30-50nm。

7.根据权利要求5或6所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述耐磨乳液中还包括质量百分比为7-13%的多孔壳聚糖微球。

8.根据权利要求5或6所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述耐磨层的制备过程为：将PVC乳液与活性剂混合均匀，然后加入其他原料组分混合均匀，制成耐磨乳液，将耐磨乳液喷涂于齿轮基体上，干燥后进行热处理。

9.根据权利要求8所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述干燥为以5-8℃/min的速度升温至80-90℃，保温20-50min。

10.根据权利要求8所述减少功率损耗的齿轮泵，其特征在于，所述热处理为将耐磨层干燥后的齿轮以20-30℃/s的速度快速升温至220-260℃，保温2-3min，然后水淬快速降至室温。